הגדרה של פוטנציאל פעולה וממברנה

פוטנציאל הפעולה כרוך בשינוי מהיר בפוטנציאל הממברנה של תא מעורר המתפשט במהירות על פניו. פוטנציאל הפעולה הוא המנגנון הבסיסי להעברת מידע במערכת העצבים ובכל סוגי השרירים.

כל התפקודים שמבוצעים על ידי מערכת העצבים שלנו, כיווץ השרירים המאפשר לנו לנוע ודופק הלב לאפשר את הובלת הדם לכל תאי הגוף שלנו מתוזמרים על ידי אותות חשמליים המתפשטים דרך הרקמות מְעוּרָב.

פוטנציאל ממברנה

מנקודת מבט פיזית גרידא אנו יכולים לחשוב על תאים כאילו היו סוללות קטנות. ישנם מטענים חשמליים בתווך החוץ-תאי ובתווך התוך-תאי אשר שונים ביניהם ריכוזים מביאים להפרש פוטנציאל חשמלי על פני הממברנה של התא. השיפוע האלקטרוכימי הנוצר מוליד כמה מהתופעות החשמליות המתרחשות בתא.

היונים הרלוונטיים במיוחד בעת קביעת פוטנציאל הממברנה של תאים הם יון הנתרן (Na⁺) ויון האשלגן (K⁺). הריכוז הממוצע של Na⁺ במדיום החוץ תאי הוא 142 mEq/l ואילו במדיום התוך תאי יש לו ריכוז של 14 mEq/l בלבד. מצד שני, הריכוז של ק⁺ מחוץ לתא זה 4 mEq/l ובתוך התא זה בערך 140 mEq/l.

ההבדל בריכוזים של שני יונים אלה בין המדיום החוץ-תאי והתוך-תאי יוצר הבדל בפוטנציאל החשמלי על פני קרום התא. עם זאת, ישנם גורמים נוספים המשפיעים אף הם על כך. קרום התא חדיר יותר ליון K

⁺כלומר, יון זה יכול לעבור דרכו ביתר קלות. ישנן תעלות יונים המכונות תעלות דליפת אשלגן המאפשרות מעבר של יוני K⁺ מהפנים של התא אל החוץ שלו. הם גם מאפשרים לכמה יוני Na^+ לברוח, אם כי תעלות אלו חדירות לאשלגן בערך פי 100.

אלמנט נוסף הממלא תפקיד מהותי ביצירת פוטנציאל הממברנה הוא משאבת Na.^+- ק⁺. זהו חלבון שמשתמש ב-ATP כדי לייצר משאבה רציפה של 3 יוני Na⁺ מחוץ לתא ו-2 יוני K⁺ פנימה, ובכך גורם להצטברות גדולה יותר של מטענים חיוביים בתווך החוץ-תאי. כאשר כל המנגנונים הללו פועלים יחדיו, נוצר פוטנציאל ממברנה נטו של כ-90 mV בסיבי העצב. הערך של להיות פוטנציאלי הוא ביחס לפנים התא, כלומר, הפוטנציאל שלילי יותר בסביבה התוך-תאית.

פוטנציאל פעולה

פוטנציאל פעולה מתחיל בשינוי פתאומי מפוטנציאל הממברנה השלילי הרגיל. עד לפוטנציאל חיובי, ומסתיים בשינוי מהיר כמעט באותה מידה בחזרה לכיוון הפוטנציאל שלילי. השחקנים הנדרשים ליצירת פוטנציאל פעולה וההתאוששות לאחר מכן הם תעלות נתרן מותרות מתח ותעלות אשלגן מותרות במתח. אלו תעלות יוניות הנפתחות ונסגרות בהתאם לערך הפוטנציאל של הממברנה ברגע מסוים.

פוטנציאל פעולה מתחיל עם התא במנוחה ועם פוטנציאל הממברנה שלו בערך האופייני של -90 mV. במהלך שלב זה אומרים שהקרום "מקוטב". בתנאים מסוימים, הממברנה הופכת לפתע חדירה מאוד ליוני Na.⁺, באופן שאלו מתחילים לנוע לכיוון פנים התא והפוטנציאל מתחיל להיות חיובי יותר.

אם הפוטנציאל מגיע לערך שיכול להיות בין -70 ל-50 mV, תעלות הנתרן המוגדרות במתח נפתחות ויש תנועה מהירה של יותר יוני Na.⁺ לכיוון המדיום התוך תאי. במהלך שלב זה חדירות הממברנה לנתרן יכולה לעלות עד פי 5,000 והפוטנציאל הממברנה מגיעה לערכים שמתנדנדים בין + 35 ל + 40 mV, אז נאמר שהממברנה היא "דה-פולריזציה". תעלת הנתרן המגודרת במתח נשארת פתוחה לכמה עשרת אלפיות השנייה ואז נסגרת.

כאשר פוטנציאל הממברנה מגיע ל-0 mV, מתחילות להיפתח תעלות אשלגן תלויות מתח, המאפשרות זרימה של יוני K.⁺ כלפי חוץ התא. עם זאת, עקב הפתיחה המאוחרת של תעלות האשלגן, הן נפתחות במלואן כאשר תעלות הנתרן מתחילות להיסגר. השילוב של שני האירועים גורם להתאוששות מהירה של פוטנציאל הממברנה לערך מנוחה של -90 mV, בשלב זה אומרים שיש "קיטוב מחדש".