Časová konstanta (neurofyziologie)

Časová (neboli membránová) konstanta je konstanta, která popisuje vliv elektrických vlastností membrány neuronu na průchod elektrického signálu přes ni. Označuje se řeckým písmenem (tau). $\tau$

Použití

Popis kinetiky elektrického potenciálu buněčné membrány

Důsledkem elektrických vlastností buněčné membrány je, že když přes ni prochází elektrický proud , její elektrický potenciál se okamžitě nemění. Například při přivedení obdélníkového proudového impulsu z vnějšku (viz obr. 1) se membrána postupně během několika milisekund depolarizuje a po skončení impulsu se také postupně repolarizuje. K takovému zpomalení reakce dochází v důsledku skutečnosti, že buněčná membrána v roztoku elektrolytu ( cytoplazma a extracelulární prostředí) získává vlastnosti elektrického kondenzátoru . Pro idealizovaný případ buňky, jejíž membránový potenciál je ve všech bodech na povrchu stejný, se hodnota membránového potenciálu V v určitém okamžiku t (V t ) vypočítá podle rovnice:

V_{t}\ =\ V_{\infty }(1-e^{-t/\tau })\,

během doby, kdy membránový potenciál stoupá, a

V_{t}\ =\ V_{\infty }e^{-t/\tau }\,

v době, kdy potenciál klesá, to znamená po skončení proudového impulsu.

V těchto rovnicích je t čas, který uplynul od začátku pulzu (rozměr je milisekundy), je časová nebo membránová konstanta (rozměr je milisekundy), V ∞ (rozměr je milivolty) je hodnota maximální hodnoty membrány potenciál, který lze vypočítat jako: $\tau$

V_{\infty }\ =\ r_{m}I\,

kde rm je elektrický odpor membrány v megaohmech, I je síla proudu v pikoampérech .

Časová konstanta závisí také na elektrických vlastnostech nervové buňky a tuto závislost lze popsat jako

\tau \ =\ r_{m}c_{m}\,

kde c m je elektrická kapacita buněčné membrány v pikofaradech. Hodnoty r m a c m přitom do značné míry závisí na velikosti buňky: velké buňky mají obvykle nízké hodnoty r m a vysoké hodnoty c m a naopak Vezmeme-li toto v úvahu, v neurofyziologii se elektrická kapacita membrány často používá k porovnání relativních velikostí buněk.

Fyzikální význam časové konstanty je tedy časový úsek se zvýšením membránového potenciálu (V t ) dostatečným k tomu, aby dosáhl hodnoty 1-1 / e z V ∞ neboli 63 %, a když klesá, hodnota 1 / e z V ∞ , nebo 37 % (viz obr. 1). To znamená, že čím větší je hodnota membránové konstanty, tím pomalejší je změna elektrického potenciálu článku. $\tau$

Popis kinetiky elektrického proudu přes buněčnou membránu

Podobně jako v předchozím případě se membránová konstanta používá k charakterizaci elektrického proudu generovaného nervovou buňkou v reakci na excitaci. Fyzikální význam je v tomto případě čas potřebný k dosažení 63 % maximální hodnoty generovaného proudu (s jeho růstem), nebo 37 % maximální hodnoty - s jeho poklesem (viz obr. 2). V druhém případě se také nazývá konstanta deaktivace receptoru (pokud je vymizení proudu spojeno s disociací neurotransmiteru od receptoru) nebo konstanta desenzibilizace (pokud neurotransmiter zůstává spojen s receptory, ale přesto přestat generovat proud kvůli desenzibilizaci). $\tau$ $\tau$

Literatura

Hodgkin, AL snd WAH Rushton (1938) Elektrické konstanty nervového vlákna korýšů. Proč. R. Soc. Londýn. 133:444-479.
Johnston, D. a SM-S. Wu (1995) Základy buněčné neurofyziologie. Cambridge, MA: MIT Press.
Rall, W. (1977) Teorie jádrového vodiče a vlastnosti kabelu neuronů. In Handbook of Physiology, Section 1: The Nervous System, Vol. 1: Buněčná biologie neuronů. ER Kandel (ed.). Bethesda, MD: American Physiological Society, pp. 39-98.