پتانسیل عمل
پتانسیل عمل (Action Potential) به تغییرات ناگهانی، سریع و گذرای پتانسیل غشای سلولهای تحریکپذیر (مانند سلولهای عصبی و عضلانی) گفته میشود که وظیفه انتقال پیامهای زیستی را در طول غشاء بر عهده دارد. در حالت استراحت، سلول دارای یک پتانسیل پایدار است، اما با اعمال یک محرک مناسب، فرآیندی چندمرحلهای و منظم آغاز میشود.
۱. مرحله استراحت (Resting Stage)
غشای سلول قبل از بروز پتانسیل عمل در حالت پولاریزه (Polarized) قرار دارد. پتانسیل داخل سلول نسبت به مایع خارج سلولی منفی است و در فیبرهای عصبی بزرگ حتی تا حدود 90mv- نیز اندازهگیری میشود.
عوامل اصلی حفظ پتانسیل غشا در مرحل استراحت کانالهای پتاسیم (K+) و فعالیت مداوم پمپ سدیم-پتاسیم هستند.
۲. مرحله دپولاریزاسیون (Depolarization)
با تحریک سلول، نفوذپذیری غشاء نسبت به یون سدیم ناگهان تا صدها برابر افزایش مییابد. کانالهای سدیمی وابسته به ولتاژ به سرعت باز شده و یونهای مثبت سدیم تحت تأثیر شیب غلظت و الکتریکی وارد سلول میشوند. پتانسیل منفی غشاء به سرعت کاهش یافته، به سمت صفر حرکت میکند و حتی در فیبرهای بزرگ به مقادیر مثبت (حدود +35mV) میرسد.
عامل ایجاد کننده مرحله دپولاریزاسیون کانالهای سدیمی وابسته به ولتاژ هستند.
۳. مرحله رپولاریزاسیون (Repolarization)
در این مرحله، ورود یون سدیم متوقف و خروج یون پتاسیم آغاز میشود. ظرف زمانی کمتر از یک میلی ثانیه پس از باز شدن کانالهای سدیمی، این کانالهای سدیمی غیرفعال (Inactivated) شده و بسته میشوند. همزمان، کانالهای پتاسیمی وابسته به ولتاژ باز میگردند. خروج یونهای پتاسیم با بار مثبت از سلول، سبب میشود که پتانسیل غشاء مجدداً به سمت مقادیر منفی و سطح استراحت بازگردد.
عامل ایجاد کننده مرحله رپولاریزاسیون بسته شدن کانال سدیمی و باز شدن کانالهای پتاسیمی است.
۴. مرحله هایپرپلاریزاسیون (Hyperpolarization)
به دلیل کند بودن فرآیند بسته شدن کانالهای پتاسیمی وابسته به ولتاژ، خروج این یونها برای مدت کوتاهی ادامه مییابد. این امر موجب میشود که پتانسیل غشاء برای مدتی کوتاه، حتی از سطح استراحت (-90mV) نیز منفیتر شود. در نهایت، با فعالیت پمپ سدیم-پتاسیم، تعادل یونی و پتانسیل استراحت اولیه کاملاً بازسازی میشود.
عامل ایجاد کننده وضعیت هایپرپلاریزاسیون سرعت کند بسته شدن کانالهای پتاسیمی است و اثر آن با فعالیت پمپ سدیم پتاسیم جبران میشود.
قانون همه یا هیچ
پتانسیل عمل تنها زمانی رخ میدهد که شدت محرک، پتانسیل غشاء را به حد آستانه (Threshold) (حدود -65 تا-55) برساند. اگر محرک ضعیف باشد و به آستانه نرسد، پتانسیل عمل ایجاد نخواهد شد؛ اما در صورت رسیدن به آستانه، پتانسیل عمل با حداکثر دامنه ممکن شکل میگیرد.
نقش یون کلسیم
یونهای کلسیم در مایع خارج سلولی بر میزان ولتاژ لازم برای باز شدن کانالهای سدیمی تأثیرگذارند. در صورت کاهش غلظت کلسیم خارج سلولی (هیپوکلسمی)، کانالهای سدیمی با تغییرات ولتاژ بسیار کمتری باز میشوند و سلول دچار تحریکپذیری شدید و انقباضات مداوم عضلانی (تتانی) میگردد.
نقش پمپ سدیم-پتاسیم
جریانهای یونی در طول یک پتانسیل عمل واحد، کاملاً غیرفعال بوده و از طریق انتشار رخ میدهند؛ بنابراین پمپ سدیم-پتاسیم نقش مستقیمی در ایجاد خودِ پتانسیل عمل ندارد. وظیفه این پمپ، بازسازی و حفظ شیب غلظت یونها در بلندمدت است تا سلول برای انتقال پیامهای بعدی آماده بماند.