Дефиниција акционог потенцијала и мембране

Акциони потенцијал укључује брзу промену мембранског потенцијала ексцитабилне ћелије која се брзо шири преко ње. Акциони потенцијали су основни механизам за преношење информација у нервном систему иу свим врстама мишића.

Све функције које обавља наш нервни систем, контракција мишића која нам омогућава да се крећемо и откуцаји срца који омогућавају да се крв преноси до свих ћелија нашег тела оркестрирани су електричним сигналима који се шире кроз ткива укључени.

Потенцијал мембране

Са чисто физичке тачке гледишта, можемо замислити ћелије као да су мале батерије. Постоје електрична наелектрисања у ванћелијском медијуму и унутарћелијском медијуму чије су различите концентрације резултирају разликом електричног потенцијала на мембрани Ћелија. Генерисани електрохемијски градијент доводи до неколико електричних феномена који се јављају у ћелији.

Јони који су посебно релевантни за одређивање мембранског потенцијала ћелија су јони натријума (На⁺) и јон калијума (К

⁺). Просечна концентрација На⁺ у ванћелијској средини износи 142 мЕк/л док у интрацелуларној има концентрацију од само 14 мЕк/л. С друге стране, концентрација К⁺ ван ћелије је 4 мЕк/л а унутар ћелије је приближно 140 мЕк/л.

Разлика у концентрацијама ова два јона између екстрацелуларног и интрацелуларног медијума ствара разлику у електричном потенцијалу преко ћелијске мембране. Међутим, постоје и други фактори који такође утичу на то. Ћелијска мембрана је пропуснија за К јон⁺, односно овај јон може лакше да прође кроз њега. Постоје јонски канали познати као канали за цурење калијума који омогућавају пролаз К јона⁺ од унутрашњости ћелије ка спољашњости. Они такође дозвољавају неким На^+ јонима да побегну, иако су ови канали приближно 100 пута пропуснији за калијум.

Други елемент који игра фундаменталну улогу у формирању мембранског потенцијала је На пумпа.^+- к⁺. То је протеин који користи АТП за производњу континуиране пумпе од 3 На јона⁺ ван ћелије и 2 К јона⁺ према унутра, изазивајући на тај начин већу акумулацију позитивних наелектрисања у ванћелијском медијуму. Када сви ови механизми делују заједно, нето мембрански потенцијал од приближно -90 мВ се генерише у нервним влакнима. Вредност потенцијала је у односу на унутрашњост ћелије, односно потенцијал је негативнији у интрацелуларном окружењу.

Акциони потенцијал

Акциони потенцијал почиње наглом променом нормалног негативног мембранског потенцијала. до позитивног потенцијала, а завршава се скоро једнако брзом променом назад ка потенцијалу негативан. Актери потребни за генерисање акционог потенцијала и опоравак након тога су напонски натријумски канали и напонски калијумови канали. То су јонски канали који се отварају и затварају у зависности од вредности мембранског потенцијала у одређеном тренутку.

Акциони потенцијал почиње са ћелијом у мировању и са њеним мембранским потенцијалом на типичној вредности од -90 мВ. Током ове фазе се каже да је мембрана „поларизована“. Под одређеним условима мембрана одједном постаје веома пропусна за јоне На.⁺, на такав начин да они почињу да се крећу ка унутрашњости ћелије и потенцијал почиње да постаје позитивнији.

Ако потенцијал достигне вредност која може да буде између -70 и -50 мВ, напонски натријумски канали се отварају и долази до брзог кретања више На јона.⁺ према унутарћелијском медијуму. Током ове фазе пермеабилност мембране за натријум може да се повећа до 5000 пута и потенцијал мембрана достиже вредности које осцилују између +35 и +40мВ, тада се каже да је мембрана „деполаризован”. Напонски натријумски канал остаје отворен неколико десетхиљадитих делова секунде, а затим се затвара.

Када мембрански потенцијал достигне 0 мВ, напонски вођени калијумови канали почињу да се отварају, омогућавајући проток К јона.⁺ према спољашњој страни ћелије. Међутим, због одложеног отварања калијумових канала, они се потпуно отварају када натријумски канали почну да се затварају. Комбинација оба догађаја изазива брзи опоравак мембранског потенцијала до вредности мировања од -90 мВ, у овој фази се каже да долази до „реполаризације“.