Bioelektromagnetismo

Atsedenaldiko potentziala ezartzeko bi fenomeno desberdin gertatzen dira:

• Difusioa: Ioi-kontzentrazio desberdintasun bat dagoenean ioi-fluxu bat gertatzen da; partikulak kontzentrazio handienetik txikienera igarotzen dira bi aldeko kontzentrazioak berdindu arte.

  Fenomeno hau Fick-en legearen bitartez deskribatzen da:

${\displaystyle J(difusioz)=-D{\frac {\partial \phi }{\partial x}}}$

• •  J: Ioi-fluxua
  • D: Difusio-koefizientea
  • 𝜙: Ioi-kontzentrazioa
  • x: Distantzia mintz zelularraren zehar

• Drift efektua: Mintz zelularrez banatuta dauden aurkako kargek elkar erakartzen dute, eta bigarren difusio bat sortzen dute. Horrek drift izena hartzen du eta potentzial netoa edo atsedenaldiko potentziala lortu arte gertatzen da.

Efektu horren ondorioz sortutako ioi-fluxua Ohm-en legearen bitartez kalkulatu daiteke:

${\displaystyle J(drift)=-\mu Z[I]{\operatorname {d} \!v \over \operatorname {d} \!x}}$

• • Z: Balentzia ionikoa (Adib. Na⁺ Z=1,Ca⁺⁺ Z=2,Cl^- Z=-1)
  • v: Boltajea
  • dv/dx= -E

Ioien fluxu totala kontuan hartzeko, hau da, aurreko fenomenoak batzeko, Goldman-en ekuazioa erabili ohi da:

${\displaystyle E={\frac {KT}{q}}\ln({\frac {P_{K}[K^{+}]_{o}+P_{Na}[Na^{+}]_{o}+P_{Cl}[Cl^{-}]_{i}}{P_{K}[K^{+}]_{i}+P_{Na}[Na^{+}]_{i}+P_{Cl}[Cl^{-}]_{o}}})}$

Horretan, mintz zelularrak ioi bakoitzarekiko duen iragazkortasuna eta ioien kontzentrazioa erlazionatzen ditu atsedenaldiko potentzialarekin.

Mintza soilik ioi batetiko iragazkorra bada, aurreko adierazpena sinplifikatu egiten da eta Nerst-en ekuazioa deritzon espresioa lortzen da:

${\displaystyle E_{K}=v_{i}-v_{o}={\frac {KT}{q}}\ln({\frac {P_{K}[K^{+}]_{o}}{P_{K}[K^{+}]_{i}}})}$

Orokorrean, soilik ioi batekiko iragazkorrak diren zelulak neuroglia zelulak dira; hain zuzen ere, potasioarekiko (K) iragazkorrak dira. 

Zelula bat estimulatzen denean, beraren mintzaren propietateak aldatu egiten dira. Estimulu horiek jatorri desberdina izan ohi dute:

• Organo sentsorialen ehunetan, mintz zelularren kanalak hainbat energia-hartzailetara konektatuta daude; energia hori estimulua sortzen duen iturria da.
• Beste mintzetan, estimulua gertatzen da mintz zelularraren potentzial aldaketaren ondorioz.
• Azkenik, kanpo-estimuluak estimulazio artifizial batek sortzen ditu.

Estimulazioak eragindako propietate aldaketak ioiekiko iragazkortasunen balioak aldatzen ditu, nagusiki Na⁺ eta K⁺ ioiekikoa. Esan bezala, estimulua atalase-balioa baino handiagoa izan behar da.

Estimulazioaren hasieran Na-kanalak irekitzen direnez, Na-ioiekiko iragazkortasuna igo egiten da; beraz, Na kantitate handia sartzen da zelulan eta era berean zelularen potentziala positiboagoa bihurtzen da. Iragazkortasun aldaketa horrek oso gutxi irauten du; beraz, denbora gutxi barru, Na-kanalak itxi eta potasio-kanalak ireki egiten dira, K-ioiak zelulatik kanporatzeko. Horrela, denboran zehar estimulazioak eragindako aldaketak desagertzen dira eta mintz zelularra atsedenaldiko egoerara bueltatzen da.

Neuronen arteko konexioa neurotransmisore izeneko elementu kimiko batzuen bitartez gauzatzen da. Horiek neurona batetik bestera igarotzen dira eta energia kimikoa energia elektriko bihurtzen dute. Horrela, neuronetan zehar garraiatzen da elektrizitatea, eta estimulu horren atalase-balioa gainditzen badu, akzio-potentziala delako depolarizazioa gertatzen da. Depolarizazio horrek  100mV-eko balioa har dezake gehienez, 1-5 ms arteko iraupena du, eta beste seinaleek ez bezala, ez du anplituderik galtzen bidean zehar. 

Neurona

Akzio potentziala somaren eta axoiaren arteko gunean sortzen da. Axoian zehar modu desberdinetan garraiatzen da zuntz motaren arabera; bi zuntz mota desberdintzen dira: zuntz mielinizatua eta mielina gabekoa. Mielina gabeko zuntzak ornogabe gehienetan aurkitzen dira; horietara potentzial elektriko bat iristean, zuntz osoan dauden kanal aktiboak ireki eta itxi egin behar dira estimulua garraiatzeko; ornodunetan, berriz, zuntz mielinizatuak agertzen dira, hau da, haien axoiak mielina izeneko substantzia isolatzailea du; beraz, estimulua mielina agertzen ez den axoiaren guneetatik (Ranvier-en nodoak) garraiatzen da. Hori dela-eta, zuntz mielinizatuak dituzten neuronek ez dute hainbeste kanal aktibo ireki eta itxi behar, eta estimulua azkarrago garraiatzen dute.