Delovanje organov in tkiv našega telesa je odvisno od številnih dejavnikov. Nekatere celice (kardiomiociti in živci) so odvisne od prenosa živčnih impulzov, ki nastanejo v posebnih celičnih komponentah ali vozliščih. Osnova živčnega impulza je tvorba posebnega vala vzbujanja, imenovanega akcijski potencial.
Kaj je to?
Akcijski potencial se običajno imenuje val vzbujanja, ki se premika od celice do celice. Zaradi njenega nastanka in prehoda skozi celične membrane pride do kratkotrajne spremembe njihovega naboja (normalno je notranja stran membrane negativno nabita, zunanja pa pozitivno). Ustvarjeni val prispeva k spremembi lastnosti ionskih kanalov celice, kar vodi do ponovnega polnjenja membrane. V trenutku, ko akcijski potencial preide skozi membrano, pride do kratkotrajne spremembe njenega naboja, kar vodi do spremembe lastnosti celice.
Nastajanje tega vala je osnova delovanja živčnega vlakna, pa tudi sistema srčnih poti.
Ob motnji njegovega nastajanja se razvijejo številne bolezni, zaradi česar je treba določiti akcijski potencial prikompleks diagnostičnih in terapevtskih ukrepov.
Kako nastane akcijski potencial in kaj je zanj značilno?
zgodovina raziskav
Študija pojava vzbujanja v celicah in vlaknih se je začela že zelo dolgo nazaj. Prvi, ki so jo opazili, so bili biologi, ki so preučevali učinke različnih dražljajev na izpostavljeni tibialni živec žabe. Opazili so, da je pri izpostavljenosti koncentrirani raztopini kuhinjske soli opaziti krčenje mišic.
V prihodnosti so raziskave nadaljevali nevrologi, vendar je glavna znanost po fiziki, ki preučuje akcijski potencial, fiziologija. Fiziologi so dokazali obstoj akcijskega potenciala v srčnih celicah in živcih.
Ko smo se poglobili v preučevanje potencialov, je bila dokazana tudi prisotnost potenciala mirovanja.
Od začetka 19. stoletja so se začele ustvarjati metode za odkrivanje prisotnosti teh potencialov in merjenje njihove velikosti. Trenutno se fiksacija in preučevanje akcijskih potencialov izvaja v dveh instrumentalnih študijah - odstranitvi elektrokardiogramov in elektroencefalogramov.
mehanizem akcijskega potenciala
Nastajanje vzbujanja nastane zaradi sprememb znotrajcelične koncentracije natrijevih in kalijevih ionov. Običajno celica vsebuje več kalija kot natrija. Zunajcelična koncentracija natrijevih ionov je veliko višja kot v citoplazmi. Spremembe, ki jih povzroči akcijski potencial, prispevajo k spremembi naboja na membrani, kar povzroči pretok natrijevih ionov v celico. Zaradi teganaboji zunaj in znotraj celice se spreminjajo (citoplazma je nabita pozitivno, zunanje okolje pa negativno.
To se naredi, da se olajša prehod vala skozi celico.
Ko se val prenese skozi sinapso, se naboj obrne zaradi toka v celici negativno nabitih kloridnih ionov. Začetne ravni naboja zunaj in znotraj celice se obnovijo, kar vodi v nastanek potenciala mirovanja.
Obdobja počitka in razburjenja se izmenjujejo. V patološki celici se lahko vse zgodi drugače in tvorba AP bo podrejena nekoliko drugačnim zakonitostim.
faze PD
Potek akcijskega potenciala lahko razdelimo na več faz.
Prva faza poteka, dokler ne nastane kritična stopnja depolarizacije (prehajajoči akcijski potencial stimulira počasno praznjenje membrane, ki doseže najvišjo raven, običajno okoli -90 meV). Ta faza se imenuje prespike. Izvaja se zaradi vnosa natrijevih ionov v celico.
Naslednja faza, vrh potenciala (ali konica), tvori parabolo z akutnim kotom, kjer naraščajoči del potenciala pomeni depolarizacijo membrane (hitro), padajoči del pa repolarizacijo..
Tretja faza - negativni potencial sledi - kaže depolarizacijo sledi (prehod iz vrha depolarizacije v stanje mirovanja). Nastane zaradi vstopa kloridnih ionov v celico.
Na četrti stopnji je faza pozitivnesledovni potencial, se ravni naboja membrane vrnejo na prvotno.
Te faze, ki jih določa akcijski potencial, sledijo strogo ena za drugo.
Funkcije akcijskega potenciala
Nedvomno je razvoj akcijskega potenciala pomemben pri delovanju določenih celic. Vzbujanje igra pomembno vlogo pri delu srca. Brez tega bi bilo srce preprosto neaktiven organ, vendar se zaradi širjenja valovanja po vseh srčnih celicah skrči, kar pomaga potiskati kri skozi žilno posteljo in z njo obogati vsa tkiva in organe.
Živčni sistem tudi ne bi mogel normalno opravljati svoje funkcije brez akcijskega potenciala. Organi niso mogli sprejemati signalov za opravljanje določene funkcije, zaradi česar bi bili preprosto neuporabni. Poleg tega je izboljšanje prenosa živčnega impulza v živčnih vlaknih (pojav mielina in prestreznikov Ranvierja) omogočilo prenos signala v delcih sekunde, kar je privedlo do razvoja refleksov in zavesti. premiki.
Poleg teh organskih sistemov se akcijski potencial tvori tudi v mnogih drugih celicah, vendar ima v njih vlogo le pri izvajanju specifičnih funkcij celice.
Dvig akcijskega potenciala v srcu
Glavni organ, katerega delo temelji na principu tvorbe akcijskega potenciala, je srce. Zaradi obstoja vozlišč za tvorbo impulzov se izvaja delo tega organa, katerega naloga je dostaviti kri v tkiva inorgani.
Akcijski potencial v srcu nastane v sinusnem vozlišču. Nahaja se na sotočju vene cave v desnem atriju. Od tam se impulz širi po vlaknih prevodnega sistema srca - od vozlišča do atrioventrikularnega stičišča. Prehaja vzdolž snopa Hisa, natančneje vzdolž njegovih nog, impulz prehaja na desni in levi prekat. V njihovi debelini so manjše poti - Purkinjeva vlakna, po katerih vzbujanje doseže vsako srčno celico.
Akcijski potencial kardiomiocitov je sestavljen, t.j. odvisno od krčenja vseh celic srčnega tkiva. Ob prisotnosti bloka (brazgotine po srčnem infarktu) je motena tvorba akcijskega potenciala, ki se zabeleži na elektrokardiogramu.
Živčni sistem
Kako nastane PD v nevronih - celicah živčnega sistema. Tukaj je vse narejeno nekoliko lažje.
Zunanji impulz zaznavajo izrastki živčnih celic - dendriti, povezani z receptorji, ki se nahajajo tako v koži kot v vseh drugih tkivih (potencial mirovanja in akcijski potencial se prav tako nadomeščata). Draženje izzove nastanek akcijskega potenciala v njih, po katerem impulz gre skozi telo živčne celice do njenega dolgega procesa - aksona in od njega skozi sinapse v druge celice. Tako ustvarjen val vzbujanja doseže možgane.
Značilnost živčnega sistema je prisotnost dveh vrst vlaken - prekritih z mielinom in brez njega. Pojav akcijskega potenciala in njegov prenos v tistih vlaknih, kjer je mielin,izvede veliko hitreje kot pri demieliniziranih.
Ta pojav opazimo zaradi dejstva, da do širjenja AP vzdolž mieliniziranih vlaken pride zaradi "skokov" - impulz skače čez mielinske odseke, kar posledično zmanjša njegovo pot in s tem pospeši njegovo širjenje.
Počitniški potencial
Brez razvoja potenciala mirovanja ne bi bilo akcijskega potenciala. Potencial mirovanja razumemo kot normalno, nevzbujeno stanje celice, pri katerem se naboji znotraj in zunaj njene membrane bistveno razlikujejo (to pomeni, da je membrana zunaj pozitivno nabita in znotraj negativno nabita). Potencial mirovanja kaže razliko med naboji znotraj in zunaj celice. Običajno se giblje od -50 do -110 meV. V živčnih vlaknih je ta vrednost običajno -70 meV.
Nastane zaradi migracije kloridnih ionov v celico in ustvarjanja negativnega naboja na notranji strani membrane.
Pri spreminjanju koncentracije znotrajceličnih ionov (kot je navedeno zgoraj), PP nadomesti PD.
Običajno so vse telesne celice v nevzbujenem stanju, zato lahko spreminjanje potencialov štejemo za fiziološko nujen proces, saj brez njih srčno-žilni in živčni sistem ne bi mogel opravljati svojih dejavnosti.
Pomen raziskav o počitku in akcijskih potencialih
Potencial počitka in akcijski potencial vam omogočata ugotavljanje stanja telesa, pa tudi posameznih organov.
Fiksacija akcijskega potenciala iz srca (elektrokardiografija) omogočadoloči njeno stanje, pa tudi funkcionalno sposobnost vseh njenih oddelkov. Če preučujete običajni EKG, lahko vidite, da so vsi zobje na njem manifestacija akcijskega potenciala in kasnejšega potenciala mirovanja (oziroma pojav teh potencialov v atriju prikazuje val P in širjenje vzbujanja v ventrikli - val R).
Pri elektroencefalogramu je pojav različnih valov in ritmov na njem (zlasti alfa in beta valov pri zdravem človeku) posledica tudi pojavljanja akcijskih potencialov v možganskih nevronih.
Te študije omogočajo pravočasno odkrivanje razvoja določenega patološkega procesa in določajo skoraj 50 odstotkov uspešnega zdravljenja prvotne bolezni.
