Co to jest potencjał działania?
Potencjał lub różnica potencjałów występuje, gdy istnieje różnica w ładunku elektrycznym między dwoma punktami. Ta różnica w ładowaniu jest zwykle spowodowana stężeniem przeciwnie naładowanych jonów w każdym punkcie. Potencjał czynnościowy występuje, gdy następuje nagła i ostra zmiana różnicy potencjałów przez błonę komórki nerwowej, która jest propagowana na całej długości komórki.
Gdy impuls nerwowy nie jest przekazywany, wnętrze komórki nerwowej ma ładunek ujemny, a na zewnątrz dodatni. Mówi się, że jest w stanie spoczynku, więc różnicą potencjałów w tym momencie jest potencjał spoczynkowy. Różnica w ładunkach wynika z ilości jonów znajdujących się wewnątrz i otaczających komórkę. W przypadku komórek nerwowych różnica potencjałów wynika z jonów sodu i potasu.
Wszystkie impulsy nerwowe mają charakter jonowy. Kiedy komórka nerwowa jest w spoczynku, po obu stronach błony występują różne stężenia jonów potasu i sodu. Różnicę tę utrzymują pompy sodowo-potasowe w membranie. Ta pompa pompuje jony sodu z komórki i jony potasu.
Jony potasu i sodu dyfundują przez błonę z powodu różnicy stężenia po obu stronach. Jony potasu mogą łatwo dyfundować z komórki, ale błona jest względnie nieprzepuszczalna dla jonów sodu, które się w nią przenikają. Ogólny wynik jest taki, że wnętrze komórki nerwowej ma ładunek ujemny w stosunku do zewnętrznej strony komórki.
Kiedy komórka nerwowa jest stymulowana i inicjowany jest impuls, sytuacja jest chwilowo odwrócona. Wnętrze komórki staje się dodatnie, a zewnętrzne ujemne. To nagłe odwrócenie potencjału spoczynkowego, które towarzyszy impulsowi, jest potencjałem czynnościowym. Potencjał czynnościowy jest wyjątkowo krótkotrwały, więc impuls jest w rzeczywistości falą depolaryzacji, czyli potencjałów czynnościowych, które przechodzą wzdłuż komórki.
Podczas impulsu błona komórkowa staje się przepuszczalna dla jonów sodu. Jony sodu mają bardzo wysokie stężenie poza błoną, więc szybko dyfundują do komórki. Odbywa się to bardzo szybko i odwraca potencjał spoczynkowy. Ponieważ w komórce znajduje się tak wiele jonów dodatnich, wnętrze ma ładunek dodatni w stosunku do zewnątrz.
Jony sodu są w stanie dostać się do komórki przez kanały jonowe. Gdy komórka spoczywa, kanały jonowe pozostają zamknięte i uniemożliwiają przedostawanie się jonów sodu do komórki. Kiedy są stymulowane impulsem, otwierają się i pozwalają na podbicie jonów sodu. W ten sposób potencjały i impulsy akcji rozprzestrzeniają się samoczynnie. Potencjał czynnościowy w jednym obszarze błony stymuluje kolejny obszar, powodując otwarcie kanałów jonowych. To z kolei rozpoczyna potencjał akcji, który następnie stymuluje kolejny obszar i tak dalej.
Gdy jony sodu wchodzą do komórki, jony potasu opuszczają się. Jest to początek procesu odzyskiwania, w którym wnętrze komórki zaczyna odzyskiwać ładunek ujemny. Po przejściu potencjału czynnościowego i przemieszczeniu się wzdłuż błony komórkowej kanały jonowe zamykają się, a błona staje się nieprzepuszczalna dla jonów sodu. Pompa sodowo-potasowa ponownie wypompowuje jony sodu i jony potasu, co powoduje przywrócenie potencjału spoczynkowego.