Definisjon av aksjonspotensial og membran

Aksjonspotensialet innebærer en rask endring i membranpotensialet til en eksiterbar celle som sprer seg raskt over den. Aksjonspotensialer er den grunnleggende mekanismen for å overføre informasjon i nervesystemet og i alle typer muskler.

Alle funksjonene som utføres av nervesystemet vårt, sammentrekningen av musklene som lar oss bevege oss og hjerterytmen som lar blod transporteres til alle cellene i kroppen vår, er orkestrert av elektriske signaler som forplanter seg gjennom vevet involvert.

Membranpotensial

Fra et rent fysisk synspunkt kan vi tenke på celler som om de var små batterier. Det er elektriske ladninger i det ekstracellulære mediet og det intracellulære mediet hvis forskjellige konsentrasjoner resulterer i en elektrisk potensialforskjell over membranen av cellen. Den genererte elektrokjemiske gradienten gir opphav til flere av de elektriske fenomenene som oppstår i cellen.

Ionene som er spesielt relevante når man skal bestemme membranpotensialet til celler er natriumionet (Na

⁺) og kaliumionet (K⁺). Den gjennomsnittlige konsentrasjonen av Na⁺ i det ekstracellulære mediet er det 142 mEq/l mens det i det intracellulære mediet har en konsentrasjon på bare 14 mEq/l. På den annen side er konsentrasjonen av K⁺ utenfor cellen er det 4 mekv/l og inne i cellen er det omtrent 140 mekv/l.

Forskjellen i konsentrasjoner av disse to ionene mellom det ekstracellulære og intracellulære mediet genererer en forskjell i elektrisk potensial over cellemembranen. Det er imidlertid andre faktorer som også påvirker dette. Cellemembranen er mer permeabel for K-ionet⁺, det vil si at dette ionet kan passere lettere gjennom det. Det er ionekanaler kjent som kaliumlekkasjekanaler som tillater passasje av K-ioner⁺ fra innsiden av cellen til utsiden av den. De lar også noen Na^+-ioner unnslippe, selv om disse kanalene er omtrent 100 ganger mer permeable for kalium.

Et annet element som spiller en grunnleggende rolle i dannelsen av membranpotensialet er Na-pumpen.^+- k⁺. Det er et protein som bruker ATP til å produsere en kontinuerlig pumpe av 3 Na-ioner⁺ ut av cellen og 2 K ioner⁺ innover, og forårsaker dermed en større akkumulering av positive ladninger i det ekstracellulære mediet. Når alle disse mekanismene virker sammen, genereres et netto membranpotensial på omtrent -90 mV i nervefibrene. Verdien av å være potensiell er med hensyn til det indre av cellen, det vil si at potensialet er mer negativt i det intracellulære miljøet.

handlingspotensial

Et aksjonspotensial begynner med en plutselig endring fra det normale negative membranpotensialet. opp til et positivt potensial, og ender med en nesten like rask endring tilbake mot potensialet negativ. Aktørene som kreves for generering av et aksjonspotensial og utvinningen deretter er spenningsstyrte natriumkanaler og spenningsstyrte kaliumkanaler. Dette er ioniske kanaler som åpner og lukker seg avhengig av verdien av membranpotensialet i et bestemt øyeblikk.

Et aksjonspotensial begynner med cellen i hvile og med dens membranpotensial på den typiske verdien på -90 mV. I denne fasen sies membranen å være "polarisert". Under visse forhold blir membranen plutselig svært permeabel for Na-ioner.⁺, på en slik måte at disse begynner å bevege seg mot det indre av cellen og potensialet begynner å bli mer positivt.

Hvis potensialet når en verdi som kan være mellom -70 og -50 mV, åpnes de spenningsstyrte natriumkanalene og det skjer en rask bevegelse av flere Na-ioner.⁺ mot det intracellulære mediet. I løpet av denne fasen kan membranens permeabilitet for natrium øke opptil 5000 ganger og potensialet membranen når verdier som svinger mellom + 35 og + 40 mV, det sies da at membranen er "depolarisert". Den spenningsstyrte natriumkanalen forblir åpen i noen ti tusendels sekund og lukkes deretter.

Når membranpotensialet når 0 mV, begynner spenningsstyrte kaliumkanaler å åpne seg, noe som tillater flyt av K-ioner.⁺ mot utsiden av cellen. Men på grunn av den forsinkede åpningen av kaliumkanalene, åpner de seg helt når natriumkanalene begynner å lukke seg. Kombinasjonen av begge hendelsene forårsaker en rask utvinning av membranpotensialet til hvileverdien på -90 mV, i denne fasen sies det at det er en "repolarisering".