Ποιο είναι το δυναμικό μεμβράνης σε κατάσταση ηρεμίας;

Το δυναμικό μεμβράνης σε κατάσταση ηρεμίας ή δυναμικό ανάπαυσης συμβαίνει όταν η μεμβράνη ενός νευρώνα δεν μεταβάλλεται από διεγερτικά ή ανασταλτικά δυναμικά δράσης.

Εμφανίζεται όταν ο νευρώνας δεν στέλνει κανένα σήμα, βρίσκεται σε μια στιγμή ανάπαυσης. Όταν η μεμβράνη βρίσκεται σε ηρεμία, το εσωτερικό του κυττάρου έχει αρνητικό ηλεκτρικό φορτίο σε σχέση με το εξωτερικό.

Το δυναμικό μεμβράνης ηρεμίας είναι περίπου -70 μV. Αυτό σημαίνει ότι το εσωτερικό του νευρώνα είναι 70 mV λιγότερο από το εξωτερικό. Επιπλέον, αυτή τη στιγμή υπάρχουν περισσότερα ιόντα νατρίου έξω από τον νευρώνα και περισσότερα ιόντα καλίου στο εσωτερικό του.

Τι σημαίνει μεμβρανικό δυναμικό;?

Για δύο νευρώνες για την ανταλλαγή πληροφοριών, είναι απαραίτητο να δοθούν δυνατότητες δράσης. Ένα δυναμικό δράσης αποτελείται από μια σειρά αλλαγών στην μεμβράνη του νευρικού συστήματος (παράταση ή "καλώδιο" του νευρώνα).

Αυτές οι αλλαγές προκαλούν τη μετακίνηση διαφόρων χημικών ουσιών από το εσωτερικό του νευραξιδίου στο ρευστό γύρω του, που ονομάζεται εξωκυτταρικό υγρό. Η ανταλλαγή αυτών των ουσιών παράγει ηλεκτρικά ρεύματα.

Το δυναμικό της μεμβράνης ορίζεται ως το ηλεκτρικό φορτίο στη μεμβράνη των νευρικών κυττάρων. Συγκεκριμένα, αναφέρεται στη διαφορά στο ηλεκτρικό δυναμικό μεταξύ του εσωτερικού και του εξωτερικού του νευρώνα.

Το δυναμικό μεμβράνης σε κατάσταση ηρεμίας υποδηλώνει ότι η μεμβράνη είναι σχετικά ανενεργή, ηρεμώντας. Δεν υπάρχουν δυνατότητες δράσης που να σας επηρεάζουν αυτή τη στιγμή.

Για να μελετήσουν αυτό, οι νευροεπιστήμονες έχουν χρησιμοποιήσει καλαμάρια αξόνων λόγω του μεγάλου μεγέθους τους. Για να σας δώσω μια ιδέα, ο άξονας αυτού του πλάσματος είναι εκατό φορές μεγαλύτερος από τον μεγαλύτερο άξονα ενός θηλαστικού.

Οι ερευνητές τοποθετούν το γιγαντιαίο άξονα σε δοχείο με θαλασσινό νερό, ώστε να μπορούν να επιβιώσουν μερικές μέρες.

Για να μετρηθούν τα ηλεκτρικά φορτία που παράγονται από τον άξονα και τα χαρακτηριστικά του, χρησιμοποιούνται δύο ηλεκτρόδια. Ένας από αυτούς μπορεί να παρέχει ηλεκτρικά ρεύματα, ενώ ένας άλλος χρησιμεύει για την καταγραφή του μηνύματος του αξόνου. Χρησιμοποιείται ένας πολύ λεπτός τύπος ηλεκτροδίου για την αποφυγή οποιασδήποτε βλάβης στον άξονα, που ονομάζεται μικροηλεκτρόδιο.

Αν ένα ηλεκτρόδιο τοποθετηθεί στο θαλασσινό νερό και ένα άλλο εισάγεται μέσα στον άξονα, παρατηρείται ότι το τελευταίο έχει αρνητικό φορτίο σε σχέση με το εξωτερικό υγρό. Στην περίπτωση αυτή, η διαφορά στο ηλεκτρικό φορτίο είναι 70 mV.

Αυτή η διαφορά ονομάζεται δυναμικό μεμβράνης. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο λέει ότι το δυναμικό της ηρεμίας της μεμβράνης ενός καλαμιούχου αξόνου είναι -70 mV.

Πόσο δυναμικό μεμβράνης εμφανίζεται σε ηρεμία?

Οι νευρώνες ανταλλάσσουν μηνύματα μέσω ηλεκτροχημείας. Αυτό σημαίνει ότι υπάρχουν διάφορες χημικές ουσίες μέσα και έξω από τους νευρώνες που, όταν η είσοδός τους στα νευρικά κύτταρα αυξάνεται ή μειώνεται, δημιουργούν διαφορετικά ηλεκτρικά σήματα.

Αυτό συμβαίνει επειδή αυτές οι χημικές ουσίες έχουν ένα ηλεκτρικό φορτίο, γι 'αυτό είναι γνωστό ως "ιόντα".

Τα κύρια ιόντα του νευρικού μας συστήματος είναι το νάτριο, το κάλιο, το ασβέστιο και το χλώριο. Τα πρώτα δύο περιέχουν θετικό φορτίο, το ασβέστιο έχει δύο θετικά φορτία και το χλώριο είναι αρνητικό. Ωστόσο, υπάρχουν και ορισμένες πρωτεΐνες στο νευρικό μας σύστημα αρνητικά φορτισμένες.

Από την άλλη πλευρά, είναι σημαντικό να γνωρίζουμε ότι οι νευρώνες περιορίζονται από μια μεμβράνη. Αυτό επιτρέπει σε ορισμένα ιόντα να φτάσουν στο εσωτερικό του κυττάρου και να εμποδίσουν τη διέλευση άλλων. Γι 'αυτό λέγεται ότι είναι ημι-διαπερατή μεμβράνη.

Αν και οι συγκεντρώσεις των διαφορετικών ιόντων προσπαθούν να εξισορροπήσουν και στις δύο πλευρές της μεμβράνης, επιτρέπουν μόνο σε μερικές από αυτές να περάσουν μέσω των διαύλων ιόντων.

Όταν υπάρχει δυναμικό μεμβράνης σε ηρεμία, τα ιόντα καλίου μπορούν εύκολα να διασχίσουν τη μεμβράνη. Ωστόσο, αυτή τη στιγμή τα ιόντα νατρίου και χλωρίου έχουν μεγαλύτερη δυσκολία να περάσουν. Την ίδια στιγμή, η μεμβράνη εμποδίζει τα αρνητικά φορτισμένα μόρια πρωτεΐνης να εγκαταλείψουν το εσωτερικό του νευρώνα.

Επιπλέον, ξεκινά επίσης η αντλία νατρίου-καλίου. Είναι μια δομή που μετακινεί τρία ιόντα νατρίου έξω από τον νευρώνα για κάθε δύο ιόντα καλίου που εισέρχονται σε αυτό. Έτσι, στο δυναμικό μεμβράνης ηρεμίας, παρατηρούνται περισσότερα ιόντα νατρίου έξω και περισσότερο κάλιο μέσα στο κύτταρο.

Μεταβολή του δυναμικού της μεμβράνης σε ηρεμία

Ωστόσο, για μηνύματα που πρέπει να αποστέλλονται μεταξύ νευρώνων, πρέπει να εμφανιστούν μεταβολές στο δυναμικό της μεμβράνης. Δηλαδή, το δυναμικό ηρεμίας πρέπει να μεταβληθεί.

Αυτό μπορεί να συμβεί με δύο τρόπους με αποπόλωση ή υπερπόλωση. Στη συνέχεια, θα δούμε τι σημαίνει καθεμία από αυτές:

Αποπόλωση

Ας υποθέσουμε ότι στην προηγούμενη περίπτωση οι ερευνητές τοποθετούν έναν ηλεκτρικό διεγέρτη στον άξονα που μεταβάλλει το δυναμικό της μεμβράνης σε ένα συγκεκριμένο σημείο.

Δεδομένου ότι το εσωτερικό του αξόνου έχει αρνητικό ηλεκτρικό φορτίο, εάν εφαρμοστεί ένα θετικό φορτίο σε αυτό το σημείο, θα εμφανιστεί αποπόλωση. Έτσι, η διαφορά μεταξύ του ηλεκτρικού φορτίου από το εξωτερικό και το εσωτερικό του αξόνου θα μειωνόταν, πράγμα που σημαίνει ότι το δυναμικό της μεμβράνης θα μειωνόταν.

Στην αποπόλωση, το μεμβρανικό δυναμικό πηγαίνει να ηρεμήσει, να μειωθεί προς το μηδέν.

Υπερπολισμός

Ενώ, στην υπερπόλωση υπάρχει μια αύξηση στο δυναμικό μεμβράνης του κυττάρου.

Όταν δίδονται πολλά αποπολωτικά ερεθίσματα, καθένα από αυτά αλλάζει το δυναμικό της μεμβράνης λίγο περισσότερο. Όταν φτάσει σε ένα συγκεκριμένο σημείο, μπορεί να αναστραφεί απότομα. Δηλαδή, το εσωτερικό του άξονα φτάνει ένα θετικό ηλεκτρικό φορτίο και το εξωτερικό γίνεται αρνητικό.

Σε αυτή την περίπτωση, το δυναμικό της μεμβράνης σε κατάσταση ηρεμίας υπερβαίνει, πράγμα που σημαίνει ότι η μεμβράνη είναι υπερπολωμένη (περισσότερο πολωμένη από το συνηθισμένο).

Η όλη διαδικασία μπορεί να διαρκέσει περίπου 2 χιλιοστά του δευτερολέπτου, και στη συνέχεια το δυναμικό της μεμβράνης επιστρέφει στην κανονική του τιμή.

Αυτό το φαινόμενο της ταχείας αναστροφής του δυναμικού της μεμβράνης είναι γνωστό ως δυναμικό δράσης και περιλαμβάνει τη μετάδοση μηνυμάτων μέσω του αξόνου στο τερματικό κουμπί. Η τιμή της τάσης που παράγει ένα δυναμικό δράσης ονομάζεται "κατώφλι διέγερσης".

Αναφορές

1. Carlson, Ν.Ρ. (2006). Φυσιολογία συμπεριφοράς 8η Εκδ. Μαδρίτης: Pearson.
2. Chudler, Ε. (S.f.). Φώτα, Κάμερα, Δράση Ενέργειας. Ανακτήθηκε στις 25 Απριλίου 2017, από τη Σχολή της Ουάσινγκτον: faculty.washington.edu/,
3. Δυναμικό ανάπαυσης. (s.f.). Ανακτήθηκε στις 25 Απριλίου 2017, από τη Wikipedia: en.wikipedia.org.
4. Το δυναμικό της μεμβράνης. (s.f.). Ανακτήθηκε στις 25 Απριλίου 2017, από την Ακαδημία Khan: khanacademy.org.