Ορισμός Δυναμικού Δράσης και Μεμβράνης

Το δυναμικό δράσης περιλαμβάνει μια ταχεία αλλαγή στο δυναμικό της μεμβράνης ενός διεγέρσιμου κυττάρου που εξαπλώνεται γρήγορα σε αυτό. Τα δυναμικά δράσης είναι ο βασικός μηχανισμός μετάδοσης πληροφοριών στο νευρικό σύστημα και σε όλους τους τύπους μυών.

Όλες οι λειτουργίες που εκτελεί το νευρικό μας σύστημα, η σύσπαση των μυών που μας επιτρέπει να κινούμαστε και ο καρδιακός παλμός που επιτρέπουν στο αίμα να μεταφερθεί σε όλα τα κύτταρα του σώματός μας ενορχηστρώνονται από ηλεκτρικά σήματα που διαδίδονται μέσω των ιστών εμπλεγμένος.

Δυνατότητα μεμβράνης

Από καθαρά φυσική άποψη μπορούμε να σκεφτούμε τα κύτταρα σαν να ήταν μικρές μπαταρίες. Υπάρχουν ηλεκτρικά φορτία στο εξωκυττάριο μέσο και στο ενδοκυτταρικό μέσο του οποίου τα διαφορετικά Οι συγκεντρώσεις έχουν ως αποτέλεσμα διαφορά ηλεκτρικού δυναμικού σε όλη τη μεμβράνη του το κύτταρο. Η παραγόμενη ηλεκτροχημική κλίση προκαλεί αρκετά από τα ηλεκτρικά φαινόμενα που συμβαίνουν στο στοιχείο.

Τα ιόντα που είναι ιδιαίτερα σημαντικά για τον προσδιορισμό του δυναμικού μεμβράνης των κυττάρων είναι το ιόν νατρίου (Na

⁺) και το ιόν καλίου (Κ⁺). Η μέση συγκέντρωση Na⁺ στο εξωκυτταρικό μέσο είναι 142 mEq/l ενώ στο ενδοκυτταρικό έχει συγκέντρωση μόλις 14 mEq/l. Από την άλλη, η συγκέντρωση του Κ⁺ έξω από το κελί είναι 4 mEq/l και εντός του κυττάρου είναι περίπου 140 mEq/l.

Η διαφορά στις συγκεντρώσεις αυτών των δύο ιόντων μεταξύ του εξωκυτταρικού και του ενδοκυτταρικού μέσου δημιουργεί μια διαφορά στο ηλεκτρικό δυναμικό σε όλη την κυτταρική μεμβράνη. Ωστόσο, υπάρχουν και άλλοι παράγοντες που επίσης επηρεάζουν αυτό. Η κυτταρική μεμβράνη είναι πιο διαπερατή στο ιόν Κ⁺, δηλαδή αυτό το ιόν μπορεί να περάσει πιο εύκολα από μέσα του. Υπάρχουν κανάλια ιόντων γνωστά ως κανάλια διαρροής καλίου που επιτρέπουν τη διέλευση ιόντων Κ⁺ από το εσωτερικό του κελιού προς το εξωτερικό του. Επιτρέπουν επίσης σε ορισμένα ιόντα Na^+ να διαφύγουν, αν και αυτά τα κανάλια είναι περίπου 100 φορές πιο διαπερατά από το κάλιο.

Ένα άλλο στοιχείο που παίζει θεμελιώδη ρόλο στο σχηματισμό του δυναμικού της μεμβράνης είναι η αντλία Na.^+- κ⁺. Είναι μια πρωτεΐνη που χρησιμοποιεί το ATP για να παράγει μια συνεχή αντλία ιόντων 3 Na⁺ έξω από το κύτταρο και 2 Κ ιόντα⁺ προς τα μέσα, προκαλώντας έτσι μεγαλύτερη συσσώρευση θετικών φορτίων στο εξωκυτταρικό μέσο. Όταν όλοι αυτοί οι μηχανισμοί δρουν μαζί, δημιουργείται ένα καθαρό δυναμικό μεμβράνης περίπου -90 mV στις νευρικές ίνες. Η τιμή του να είναι δυναμικό είναι σε σχέση με το εσωτερικό του κυττάρου, δηλαδή το δυναμικό είναι πιο αρνητικό στο ενδοκυτταρικό περιβάλλον.

δυνατότητες δράσης

Ένα δυναμικό δράσης ξεκινά με μια ξαφνική αλλαγή από το κανονικό αρνητικό δυναμικό της μεμβράνης. μέχρι ένα θετικό δυναμικό, και τελειώνει με μια σχεδόν εξίσου γρήγορη αλλαγή πίσω προς το δυναμικό αρνητικός. Οι παράγοντες που απαιτούνται για τη δημιουργία ενός δυναμικού δράσης και την ανάκτηση στη συνέχεια είναι κανάλια νατρίου με πύλη τάσης και κανάλια καλίου με πύλη τάσης. Πρόκειται για ιοντικά κανάλια που ανοίγουν και κλείνουν ανάλογα με την τιμή του δυναμικού της μεμβράνης σε μια συγκεκριμένη στιγμή.

Ένα δυναμικό δράσης ξεκινά με το κύτταρο σε ηρεμία και με το δυναμικό της μεμβράνης του στην τυπική τιμή των -90 mV. Κατά τη διάρκεια αυτής της φάσης η μεμβράνη λέγεται ότι είναι «πολωμένη». Κάτω από ορισμένες συνθήκες η μεμβράνη γίνεται ξαφνικά πολύ διαπερατή στα ιόντα Na.⁺, με τέτοιο τρόπο που αυτά αρχίζουν να κινούνται προς το εσωτερικό του κυττάρου και το δυναμικό αρχίζει να γίνεται πιο θετικό.

Εάν το δυναμικό φτάσει σε μια τιμή που μπορεί να είναι μεταξύ -70 και -50 mV, τα κανάλια νατρίου που καλύπτονται από την τάση ανοίγουν και υπάρχει μια γρήγορη κίνηση περισσότερων ιόντων Na.⁺ προς το ενδοκυτταρικό μέσο. Κατά τη διάρκεια αυτής της φάσης η διαπερατότητα της μεμβράνης στο νάτριο μπορεί να αυξηθεί έως και 5.000 φορές και το δυναμικό η μεμβράνη φτάνει σε τιμές που ταλαντώνονται μεταξύ + 35 και + 40 mV, τότε λέγεται ότι η μεμβράνη είναι «αποπόλωση». Το κανάλι νατρίου με πύλη τάσης παραμένει ανοιχτό για μερικά δέκα χιλιοστά του δευτερολέπτου και μετά κλείνει.

Όταν το δυναμικό της μεμβράνης φτάσει τα 0 mV, αρχίζουν να ανοίγουν κανάλια καλίου με πύλη τάσης, επιτρέποντας τη ροή των ιόντων Κ.⁺ προς το εξωτερικό του κελιού. Ωστόσο, λόγω του καθυστερημένου ανοίγματος των καναλιών καλίου, ανοίγουν πλήρως όταν τα κανάλια νατρίου αρχίζουν να κλείνουν. Ο συνδυασμός και των δύο συμβάντων προκαλεί ταχεία ανάκτηση του δυναμικού της μεμβράνης στην τιμή ηρεμίας των -90 mV, σε αυτή τη φάση λέγεται ότι υπάρχει «επαναπόλωση».