なぜ跳躍伝導だと伝導速度は速いのか？

質問

神経の伝導速度についての質問です。

有髄神経と無髄神経では、有髄神経の方が伝導速度は速いですよね？
有髄神経は跳躍伝導するからという理由まではわかります。
ただなぜ跳躍する方がはやいのでしょうか？一般的に、曲線より直線の距離の方が速いと思うのですが・・・

ぜひ教えていただけないでしょうか？

回答No.5

hoyhoyhoy

ずいぶん前の質問で、質問者が以下の回答をご覧になることはほとんどないと思いますが、今このＱ＆Ａをご覧になっている人のためにも回答を投稿しようと思います。
　興奮が伝導する仕組みは、高校の生物の教科書では、神経繊維の内外を「活動電流」が流れることで説明されています。しかし、結論を先に言いますと、神経繊維の内側も外側も、どこにも「活動電流」などというものは流れていません。「活動電流」などというもので説明しようとするから理解できない説明になってしまうのです。

　神経繊維の中を興奮が伝えられるのは、興奮部に流れ込んだＮａ+が狭い範囲に集中することによりその周囲に「電位の高い状態」が生み出され、この「電位の高い状態」が波となって周囲に広がっていくからです。空気中を音波が伝わるのと同じ現象です。（Ｎａ+がずるずると神経繊維の中を移動していくのではありません。神経繊維の中をイオンが電流のように流れていくことはありません。）

　神経繊維の中を興奮が伝わるときには２つの現象が繰り返されます。１つめの現象は、ある興奮部に「電位の高い状態」が伝わってきてそこのＮａ+チャネルが開き、Ｎａ+が神経繊維の外から中に流れ込むという現象です。２つめの現象は、この流れ込んだＮａ+が、上記で述べたようにその周囲に「電位の高い状態」を生み出し、この「電位の高い状態」が波となって神経繊維の中を伝わっていくという現象です。この「電位の高い状態」が隣の興奮部に達すると、そこで再び１つめの現象が起き、そして２つめの現象が起き・・・というようにして繰り返されていきます。

　このとき、１つめの現象は、Ｎａ+チャネルの通路（そこは細胞液で満たされています）をＮａ+が実際に移動する現象です。Ｎａ+が細胞液（一般に溶液）中を移動するときには、細胞液内にある水分子や他の陽イオン、陰イオンなどとの衝突や引っ張り合いを繰り返すことになり、Ｎａ+が細胞液中を移動する速さはとても小さいのです（実際に計算をしてみればわかります）。したがって、この１つめの現象は比較的長い時間を要します。
　これに対して、２つめの現象は、空気中を音波が伝わるのと同じように、「電位の高い状態」が波となってとても速く伝わります。だからこそ、神経繊維を伝わる興奮の伝導速度がとても大きいのです。神経繊維の中を「活動電流」が流れる（すなわちイオンがずるずると移動する）などという説明では、現実の興奮の伝導速度の大きさを説明することはできません。

　今ここに同じ長さの２種類の神経繊維があるとしてください。１本目は隣り合う興奮部の間隔が広い神経繊維（これをタイプＡとします）。他の１本は隣り合う興奮部の間隔が狭い神経繊維（これをタイプＢとします）。言うまでもなく、タイプＡが有随神経繊維、タイプＢが無髄神経繊維をイメージしています。
　タイプＢの神経繊維のように、隣り合う興奮部の間隔が狭いということは１本の神経繊維上に多くの興奮部が分布していることを意味します。その結果、タイプＢの神経繊維の中を興奮が伝わるとき、上記の１つめの現象が何度も繰り返され、ある一定の長さの神経繊維の一端から他端まで興奮が伝わるときに長い時間を必要とします。
　これに対して、タイプＡの神経繊維では隣り合う興奮部の間隔が広く、タイプＢの神経繊維と同じ長さの神経繊維であっても、興奮部の数がずっと少なくなります。つまり、上記の「比較的長い時間を要する」１つめの現象があまり起こらないのです。その結果、同じ長さの神経繊維であれば、タイプＡの神経繊維のほうが興奮が速く伝わるということになるのです。

　上記の「比較的長い時間を要する」１つめの現象は、神経繊維内を興奮が伝わるときには「興奮の小休止」のように振舞うことになります。タイプＡの神経繊維では、この「小休止」の回数を少なくすることができるから、神経繊維全体として伝導速度が大きくなるのです。

　多くの書物（高校の生物の教科書を含めて）やインターネット上で、「跳躍するから速い」とか「とびとびだから速い」などと説明されていますが、そういう問題ではありません。また、この伝導速度の違いは、髄鞘があるかどうかという問題でもありません。要するに、隣り合う興奮部の間隔が広いか狭いか、という問題です。有随神経繊維では、髄鞘があることで隣り合う興奮部の間隔が広くなっているという現実がありますが、髄鞘があるから速いというのではなく、隣り合う興奮部の間隔が広いから速いということなのです。

　上記の説明にはまだまだ「説明不足」の部分があります。紙幅の都合でこの程度の説明しかできません。

回答No.4

DoubtOwl

曲線 というのは分かりやすく図式しているだけだと思います。
何かが飛んでいくわけではありません。

神経細胞の細胞膜電位の変化ですが、となりの膜の電位を順々に変化させて伝導します。
これは有髄神経も無髄神経も同じなのですが、
有髄神経の場合は、絶縁のミエリン鞘(髄鞘)があるため、「となり」が遠くなります。

つまり、一回の電位の伝導で
無髄神経はすぐ隣の膜を
有髄神経はミエリン鞘をはさんだ遠くの膜(ランヴィエ絞輪)を変化させるので
有髄神経のほうが早くなります。

お礼

ご回答ありがとうございます。
実際は曲線でもなんでもなく、便宜上理解し易いように曲線の図にしてあるということですか‼
やっと、納得できました。

回答No.3

noname#194289

脱分極とそれに続く再分極が起きる部分が限定されると過程自身の経過が速くなるのではないかと思いました。

お礼

ご回答ありがとうございました。
分極自体イメージができないので、調べてきます。

回答No.2

okwave0123

ランヴィエ絞輪の部分でのみ膜電位の変化が起こり、ミエリン鞘では跳躍しますよね。
有髄で跳躍する時に電気刺激が伝わるスピードと、無髄で膜電位が一つ一つ変化するスピードでは、跳躍の方がずっと速いので跳躍伝道の方が速くなります。

お礼

ご回答ありがとうございます。
なるほど、有髄と無髄の電位の伝わり方が違うのですね。

回答No.1

basitaolu

専門家ではないが、

例えば、ホースの先を狭くすると圧力によって水の出る速さが上がるのですが、

同様に跳躍する前に電圧があがっているのかもしれないよ

お礼

早速のご回答ありがとうございます。
やはり電気と関係があるんですね。