მოქმედების პოტენციალისა და მემბრანის განმარტება

მოქმედების პოტენციალი მოიცავს აგზნებადი უჯრედის მემბრანული პოტენციალის სწრაფ ცვლილებას, რომელიც სწრაფად ვრცელდება მასზე. მოქმედების პოტენციალი არის ინფორმაციის გადაცემის ძირითადი მექანიზმი ნერვულ სისტემაში და ყველა სახის კუნთში.

ჩვენი ნერვული სისტემის მიერ განხორციელებული ყველა ფუნქცია, კუნთების შეკუმშვა, რომელიც გვაძლევს მოძრაობის საშუალებას და გულისცემა, რომელიც ნება მიეცით სისხლი გადაიტანოს ჩვენი სხეულის ყველა უჯრედში, ორკესტრირდება ელექტრული სიგნალებით, რომლებიც ვრცელდება ქსოვილებში ჩართული.

მემბრანის პოტენციალი

წმინდა ფიზიკური თვალსაზრისით, ჩვენ შეგვიძლია ვიფიქროთ უჯრედებზე, თითქოს ისინი პატარა ბატარეები იყვნენ. არსებობს ელექტრული მუხტები უჯრედგარე და უჯრედშიდა გარემოში, რომელთა განსხვავებულია კონცენტრაცია იწვევს ელექტრული პოტენციალის განსხვავებას მემბრანაში უჯრედი. წარმოქმნილი ელექტროქიმიური გრადიენტი წარმოშობს რამდენიმე ელექტრულ ფენომენს, რომელიც ხდება უჯრედში.

იონები, რომლებიც განსაკუთრებით მნიშვნელოვანია უჯრედების მემბრანული პოტენციალის განსაზღვრისას, არის ნატრიუმის იონი (Na

⁺) და კალიუმის იონი (კ⁺). ნატრიუმის საშუალო კონცენტრაცია⁺ უჯრედგარე გარემოში არის 142 მეკვ/ლ, ხოლო უჯრედშიდა გარემოში კონცენტრაცია მხოლოდ 14 მექვ/ლ. მეორე მხრივ, კონცენტრაცია კ⁺ უჯრედის გარეთ არის 4 მეკვ/ლ, ხოლო უჯრედის შიგნით არის დაახლოებით 140 მეკვ/ლ.

ამ ორი იონის კონცენტრაციის სხვაობა უჯრედგარე და უჯრედშიდა გარემოს შორის წარმოქმნის განსხვავებას ელექტრულ პოტენციალს უჯრედის მემბრანაში. თუმცა, არსებობს სხვა ფაქტორებიც, რომლებიც გავლენას ახდენენ ამაზე. უჯრედის მემბრანა უფრო გამტარია K იონის მიმართ⁺, ანუ ეს იონი მასში უფრო ადვილად გადის. არსებობს იონური არხები, რომლებიც ცნობილია როგორც კალიუმის გაჟონვის არხები, რომლებიც საშუალებას აძლევს K იონების გავლას⁺ უჯრედის შიგნიდან მის გარეთ. ისინი ასევე აძლევენ ნატრიუმის იონებს გაქცევის საშუალებას, თუმცა ეს არხები დაახლოებით 100-ჯერ უფრო გამტარია კალიუმისთვის.

კიდევ ერთი ელემენტი, რომელიც ფუნდამენტურ როლს ასრულებს მემბრანის პოტენციალის ფორმირებაში, არის Na ტუმბო.^+- კ⁺. ეს არის ცილა, რომელიც იყენებს ATP-ს 3 Na იონების უწყვეტი ტუმბოს შესაქმნელად⁺ უჯრედიდან და 2 K იონი⁺ შიგნით, რითაც იწვევს უჯრედგარე გარემოში დადებითი მუხტების უფრო დიდ დაგროვებას. როდესაც ყველა ეს მექანიზმი ერთად მოქმედებს, ნერვულ ბოჭკოებში წარმოიქმნება მემბრანის წმინდა პოტენციალი დაახლოებით -90 მვ. პოტენციალის მნიშვნელობა არის უჯრედის შინაგანთან მიმართებაში, ანუ პოტენციალი უფრო უარყოფითია უჯრედშიდა გარემოში.

პოტენციური მოქმედება

მოქმედების პოტენციალი იწყება ნორმალური უარყოფითი მემბრანის პოტენციალის უეცარი ცვლილებით. პოზიტიურ პოტენციალამდე და მთავრდება თითქმის თანაბრად სწრაფი ცვლილებით პოტენციალისკენ უარყოფითი. მოქმედების პოტენციალის წარმოქმნისა და შემდგომ აღდგენისთვის საჭირო მოქმედი პირები არის ძაბვით შემოსაზღვრული ნატრიუმის არხები და ძაბვით შეკრული კალიუმის არხები. ეს არის იონური არხები, რომლებიც იხსნება და იხურება მემბრანის პოტენციალის მნიშვნელობიდან გამომდინარე გარკვეულ მომენტში.

მოქმედების პოტენციალი იწყება უჯრედიდან მოსვენებულ მდგომარეობაში და მისი მემბრანული პოტენციალით -90 მვ-ის ტიპიური მნიშვნელობით. ამ ფაზაში მემბრანა არის "პოლარიზებული". გარკვეულ პირობებში მემბრანა მოულოდნელად ხდება ძალიან გამტარი Na იონების მიმართ.⁺, ისე, რომ ისინი იწყებენ მოძრაობას უჯრედის შიგნით და პოტენციალი უფრო პოზიტიური ხდება.

თუ პოტენციალი მიაღწევს მნიშვნელობას, რომელიც შეიძლება იყოს -70-დან -50 მვ-მდე, ძაბვით შეკრული ნატრიუმის არხები იხსნება და უფრო მეტი Na იონების სწრაფი მოძრაობა ხდება.⁺ უჯრედშიდა საშუალების მიმართ. ამ ფაზის განმავლობაში მემბრანის გამტარიანობა ნატრიუმის მიმართ შეიძლება გაიზარდოს 5000-ჯერ და პოტენციალი მემბრანა აღწევს მნიშვნელობებს, რომლებიც რხევა + 35 და + 40 მვ-ს შორის, შემდეგ ამბობენ, რომ მემბრანა არის "დეპოლარიზებული". ძაბვით შეკრული ნატრიუმის არხი ღია რჩება წამის რამდენიმე ათი მეათასედი და შემდეგ იხურება.

როდესაც მემბრანის პოტენციალი 0 მვ-ს მიაღწევს, ძაბვით შეკრული კალიუმის არხები იწყებს გახსნას, რაც საშუალებას აძლევს K იონების ნაკადს.⁺ უჯრედის გარე მიმართულებით. თუმცა, კალიუმის არხების დაგვიანებული გახსნის გამო, ისინი სრულად იხსნება, როდესაც ნატრიუმის არხები იწყებენ დახურვას. ორივე მოვლენის ერთობლიობა იწვევს მემბრანის პოტენციალის სწრაფ აღდგენას -90 მვ-მდე დასვენების მნიშვნელობამდე, ამ ფაზაში ნათქვამია, რომ ხდება "რეპოლარიზაცია".