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Physiology of excitable tissues                      lecture 4                      Asst. Prof. Zahid M. Kadhim 

 

 

-Propagation of action potential  

Once an action potential is initiated in an axon, it is propagated down the length 
of  the  axon  from  the  trigger  zone  to  the  axon  terminal  without  decrement.  An 
action  potential  does  not  actually  travel  down  the  axon;  instead,  an  action 
potential  sets  up  electrochemical  gradients  in  the  extracellular  and  intracellular 
fluids. 

The propagation mechanisms differ, however, depending on whether the axon is 
unmyelinated or myelinated. 

Propagation of Action Potentials in Unmyelinated Axons 

Electrotonic  conduction  (figure  2-1)  (is  the  passive  spread  of  voltage  changes 
along  a  neuron,  away  from  the  site  of  origin)  is  the  mechanism  by  which  action 
potentials are propagated in unmyelinated axons.  

When a particular region of an axon is depolarized during an action potential, the 
resulting  currents  travel  downstream  to  adjacent  regions  of  the  membrane  by 
reversing  the  sign  of  the  membrane  potential,  such  that  the  inside  of  the  cell 
becomes positive and the outside becomes negative.  

 

Figure 4-1: electrotonic conduction 

Action Potential Propagation in Myelinated Axons 

In  axons  that  are  sheathed  in  myelin,  action  potentials  are  propagated  by  a 
specialized  type  of  electrotonic  conduction  called  Saltatory  conduction.  Myelin 


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provides  high  resistance  to  ion  movement  across  the  plasma  membrane,  but 
longitudinal resistance is low. The nodes of Ranvier are gaps in the myelin where 
the axon membrane lacks insulation, is exposed to the interstitial fluid, and has a 
high  concentration  of  voltage-gated  sodium  and  potassium  channels.  In 
myelinated  fibers,  action  potentials  are  produced  at  the  nodes  of  Ranvier. 
Therefore, the current flow or jump from one node of Ranvier to the next until it 
reach axon terminal. 

 

Figure 2-2: salutatory conduction 

Saltatory conduction (figure 2-2) is of value for two reasons. First, by causing the 
depolarization process to jump long intervals along the axis of the nerve fiber, this 
mechanism  increases  the  velocity  of  nerve  transmission  in  myelinated  fibers  as 
much as 5- to 50-fold. Second, saltatory conduction conserves energy for the axon 
because  only  the  nodes  depolarize,  allowing  perhaps  100  times  less  loss  of  ions 
than  would  otherwise  be  necessary,  and  therefore  requiring  little  energy 
expenditure  for  re-establishing  the  sodium  and  potassium  concentration 
differences across the membrane after a series of nerve impulses.  

The  excellent  insulation  afforded  by  the  myelin  membrane  and  the  50-fold 
decrease  in  membrane  capacitance  also  allow  repolarization  to  occur  with  little 
transfer 


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The myelin sheath is deposited around the axon by Schwann cells in the following 
manner figure 3-3: The membrane of a Schwann cell first envelops the axon. The 
Schwann  cell  then  rotates  around  the  axon  many  times,  laying  down

 

multiple 

layers  of  Schwann  cell  membrane  containing  the  lipid  substance  sphingomyelin. 
This substance is an excellent electrical insulator that decreases ion flow through 
the  membrane  about  5000-fold.  At  the  juncture  between  each  two  successive 
Schwann cells along the axon, a small uninsulated area only 2 to 3 micrometers in 
length  remains  where  ions  still  can  flow  with  ease  through  the  axon  membrane 
between  the  extracellular  fluid  and  the  intracellular  fluid  inside  the  axon.  This 
area is called the node of Ranvier. 

 

Figure 3-3: formation of myelin sheath 

Velocity  of  Conduction  in  Nerve  Fibers.  The  velocity  of  action  potential 
conduction  in  nerve  fibers  varies  from  as  little  as  0.25  m/sec  in  small 
unmyelinated fibers to as great as 100 m/sec (more than the length of a football 
field in 1 second) in large myelinated fibers. 

Velocity depends on many factors, the most important are 

1-  Heaviness  of  myelination,  heavily  myelinated  nerve  fibers  conduct  action 

potential faster than lightly myelinated nerve fibers. 

2-  Diameter of nerve fiber (axon), the larger diameter the faster transmission 

of impulses. 


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Demyelination  

According  to  the  function  of  myelin  sheath,  diseases  that  cause  demyelination 
(damage to myelin sheath), will affect transmission of nerve impulse along nerve 
fiber and so if demyelination is partial there will be delay of transmission while if 
there  is  complete  demyelination  (loss  of  entire  myelin  segment)  there  will  be 
block of electrical transmission. 

 

Figure 3-4: demyelination 

Guillian  Barre  syndrome  is  example  of  demyelinating  disease  that  attacks 
Schwann  cells  in  the  peripheral  nervous  system  while  multiple  sclerosis  is 
example of demyelinating disease that attacks oligodendrocyte of central nervous 
system. 




رفعت المحاضرة من قبل: علي الشبري
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