Constanta de timp (neurofiziologie)

Constanta de timp (sau membrana) este o constantă care descrie influența proprietăților electrice ale membranei neuronului asupra trecerii unui semnal electric prin aceasta. Notat cu litera greacă (tau). $\tau$

Utilizare

Descrierea cineticii potentialului electric al membranei celulare

O consecință a proprietăților electrice ale membranei celulare este că atunci când un curent electric trece prin ea, potențialul său electric nu se modifică instantaneu. De exemplu, atunci când un impuls de curent dreptunghiular este aplicat din exterior (vezi Fig. 1), membrana se depolarizează treptat în câteva milisecunde și apoi se repolarizează treptat după sfârșitul pulsului. O astfel de încetinire a reacției are loc datorită faptului că membrana celulară într-o soluție de electrolit ( citoplasmă și mediu extracelular) dobândește proprietățile unui condensator electric . Pentru cazul idealizat al unei celule, al cărei potențial de membrană este același în toate punctele de pe suprafață, valoarea potențialului de membrană V la un moment dat în timp t (V t ) se calculează conform ecuației:

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

în perioada de timp în care potențialul membranei crește și

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

în perioada de timp în care potențialul scade, adică după terminarea impulsului de curent.

În aceste ecuații, t este timpul scurs după începerea impulsului (dimensiunea este în milisecunde), este constanta de timp sau a membranei (dimensiunea este în milisecunde), V ∞ (dimensiunea este în milivolti) este valoarea valorii maxime a membranei potential, care poate fi calculat ca: $\tau$

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

unde rm este rezistența electrică a membranei în megaohmi, I este puterea curentului în picoamperi .

Constanta de timp depinde și de proprietățile electrice ale celulei nervoase, iar această dependență poate fi descrisă ca

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

unde c m este capacitatea electrică a membranei celulare în picofaradi. În același timp, valorile lui r m și c m depind în mare măsură de dimensiunea celulei: celulele mari au de obicei valori scăzute ale r m și valori mari ale c m și invers , ținând cont de acest lucru, în neurofiziologie, capacitatea electrică a membranei este adesea folosită pentru a compara dimensiunile relative ale celulelor.

Semnificația fizică a constantei de timp , așadar, este o perioadă de timp, cu o creștere a potențialului de membrană (V t ) suficientă pentru ca aceasta să atingă valoarea 1-1 / e de la V ∞ , sau 63%, iar când aceasta scade, valoarea 1 / e din V ∞ , sau 37% (vezi Fig. 1). Adică, cu cât valoarea constantei membranei este mai mare, cu atât este mai lentă modificarea potențialului electric al celulei. $\tau$

Descrierea cineticii curentului electric prin membrana celulară

Similar cu cazul precedent, constanta membranei este utilizată pentru a caracteriza curentul electric generat de celula nervoasă ca răspuns la excitație. În acest caz, semnificația fizică este timpul necesar pentru a atinge 63% din valoarea maximă a curentului generat (cu creșterea acestuia), sau 37% din valoarea maximă - cu scăderea acestuia (vezi Fig. 2). În acest din urmă caz , se mai numește constantă de dezactivare a receptorului (dacă dispariția curentului este asociată cu disocierea neurotransmițătorului de receptor) sau constanta de desensibilizare (dacă neurotransmițătorul rămâne asociat cu receptorii, dar totuși ei nu mai generează curent din cauza desensibilizării). $\tau$ $\tau$

Literatură

Hodgkin, AL și WAH Rushton (1938) Constantele electrice ale fibrei nervoase de crustacee. Proc. R. Soc. Lond. 133:444-479.
Johnston, D. și SM-S. Wu (1995) Fundamente ale neurofiziologiei celulare. Cambridge, MA: MIT Press.
Rall, W. (1977) Teoria conductorilor de bază și proprietățile cablurilor neuronilor. În Manual de fiziologie, secțiunea 1: Sistemul nervos, voi. 1: Biologia celulară a neuronilor. ER Kandel (ed.). Bethesda, MD: Societatea Americană de Fiziologie, pp. 39-98.