細胞内電極と細胞外電極の波形の違いについて

質問

大学受験問題です。よろしくお願いいたします。

問題は、
ヤリイカの巨大神経軸悪を注意深く取り出し、表面を人口海水に浸した。
実験１神経軸索の中枢に近い側の表面に刺激電極を置き、筋肉に近い側の軸索の内側に記録電極を差し込んだ状態での電位をオシロスコープで観察した。

実験２神経軸索の筋肉に近い側の表面に刺激電極を置き、中枢に近い側の軸索の内側へ記録電極を差し込んだ状態での電位をオシロスコープで観察した。

実験１と比較して実験２は活動電位の振幅はどうなるか

解答は
記録電極が細胞内電極の場合、どちらから刺激を与えても活動電位は同じ結果となる。しかし、もし記録電極が細胞外電極であれば波形が逆になる

とありました。細胞内電極については理解ができましたが、細胞外電極についてがよくわかりません。どうして細胞外電極では波形が逆になるのでしょうか。

細胞内電極なら、マイナス→（刺激を受けて）プラス→マイナスとないます。
それならば、細胞外電極はこの反対にプラス→（刺激を受けて）マイナス→プラスとなり、これは中枢側、筋肉側、どちらから刺激を与えてもこのようになるのではないでしょうか。どうして、波形が逆になるのでしょうか。
勉強不足なのですが、どなたかご存知の方アドバイスをいただけませんか。よろしくお願いいたします。

回答No.2

suiran2 · ベストアンサー

以前何方かに回答したものをコピーします。電位の測定には基準極が必要です。基準極とはどういう意味かわかりますか。基準極Bを0として記録極Aの電位を測定しているのです。Bに比べて，高さで例えれば，高いか・低いか・等しいかです。（ＡＢ間の・・は字間をそろえるためで意味はありません。）

Aに興奮があるとき
+ - + + + + + + + +
・A ・ ・ ・ ・ ・ B
Bに比べてAは－となります。

A-B間に興奮があるとき
+ + + + - + + + + +
・A ・ ・ ・ ・ ・ B
Bに比べてAは等しいですから0となります。

Bに興奮があるとき
+ + + + + + + - +　+
・A ・ ・ ・ ・ ・ B
Bに比べてAは＋になりますよね。反対に興奮が進む場合はご自分で考えてみてください。当然逆になりますよね。

◎神経細胞とシグナル伝達の「５．電気シグナル伝達のメカニズム」をご覧ください。
http://bunseiri.hp.infoseek.co.jp/

お礼

御回答ありがとうございます。でも＃１さんのお礼にも書かせていただきましたが、やはりどうして実験１（中枢に近い側）と実験２（筋肉に近い側）を刺激した場合の細胞外電極の波形が逆になるのかは、わかりません。

中枢側から刺激した場合、と筋肉側から刺激した場合とどちらから刺激しても細胞外電極の場合なら、プラス→（刺激を受けて）マイナス→プラスになると思いますが。
同じ細胞外電極であるにもかかわらず、刺激位置が筋肉側と中枢側を刺激した場合で波形が逆になるのはわかりません。

参考ページもみせていただきましたが、この質問に直接に答えとなるところはなかったように思いました。よろしければ、今一度アドバイスをお願いします。

回答No.3

suiran2

基準極とは，例えその値が変動してもそこを基準にするのですよ。この極を基準にして記録極の電位を測定します。

細胞外に両極を設置しますと，細胞外は確かに細胞内に比べてプラスですが，そのプラスの状態を基準（０ボルト）にしますから興奮していないときは０となります。決してプラスにはなりません。

高さで例えたら，標高（標準海水面を基準にしたもの）ではなく，ある高さを基準にして，それよりも高いか低いかを測定しているのです。1000ｍの山を基準にすれば，1000ｍは0ｍです。決して1000ｍにはなりませんよね。また，その基準の標高が低くなれば，1000ｍはプラスになります。

#2の図で，Ａ→Ｂへ興奮が伝導する際は，
(1)初めは０です。（決してプラスではありません）
(2)Ａに興奮が達すれば，Ｂを基準にすれば膜電位は逆転しますからマイナスと記録されます。
(3)興奮部がＡを通過すれば元に戻りますので，また，０となります。(4)さらに興奮部がＢに達すれば，基準極の電位がマイナスとなります。そうしますとＡは当然プラスとして記録されます。
(5)興奮が過ぎればまた０です。
結果として，０→マイナス→０→プラス→０と記録されます。

さて軸索の興奮は，実験１と実験２の様に，両方向に伝わります。ですから今度はＢ→Ａに興奮が伝導した場合を考えると，全く逆のことが起こりますから(5)→(1)と進み，０→プラス→０→マイナス→０と記録されます。

これでも分からないようでしたら，申し訳ありませんが電気から勉強してください。

お礼

御回答ありがとうございました。もう一度勉強しなします

回答No.1

peror

通常、細胞外液の方が、細胞内液より、ナトリウム濃度が高くなっています。これを保つのに重要なのが、細胞膜上のナトリウムチャンネルです。通常は細胞膜の内側に浸透してくるナトリウムを、このチャンネルが、ナトリウムを細胞外に出します。
　軸索の細胞膜上にナトリウムチャンネルがあり、外にナトリウムが多い状態になっています。つまり、外が少し、プラスになっています。刺激を受けると、この働きが鈍り、その部分の電圧は、膜外が、相対的にマイナスに、膜内が相対的にプラスになります。これが、軸索の両方向に、順に広がります。刺激を受けた部分は、直ぐに、電位が元に戻り、この回復も両方向に広がります。
　軸索には、電位の変化の進行方向を一方にする性質はありません。

　goodo様のおっしゃるように、
＞細胞内電極なら、マイナス→（刺激を受けて）プラス→マイナスとないます。
それならば、細胞外電極はこの反対にプラス→（刺激を受けて）マイナス→プラスとなり、

なので、波形は、sinXとsin(-X)のように、波形が逆になります。

お礼

perorさま、御回答ありがとうございます。
私の質問の仕方が悪かったようです。

細胞内電極の電位と細胞外電極の電位が逆になるのはわかるのですが、この問題では、実験１、実験２では刺激箇所が異なります。
実験１では、刺激電極は、神経軸索の中枢に近い側、
実験２では、刺激電極は、神経軸索の筋肉に近い側、です。

そして実験１と実験２の波形を比較した結果
細胞内電極では、実験１の電位と実験２の波形は同じ。
細胞外電極では、実験１の電位と実験２の波形が逆になる。
ということです。

比較しているのは、細胞内電極と細胞外電極の波形ではなく、細胞内電極で刺激部位を変化させたとき、細胞外電極で刺激部位を変化させたときです。

そして、私の質問は、細胞外電極で、刺激箇所を変えたことにより波形が逆になるのはどうしてなのか、ということでした。質問内容がクリアになりましたでしょうか。模試よろしければもう一度御回答いただければと思います。