פוטנציאל סף: פונקציה, משימות, תפקיד ומחלות

פוטנציאל הסף מתאר הבדל מטען ספציפי בקרום התאים הנרגשים. כאשר פוטנציאל הממברנה מוחלש לערך מסוים במהלך הדפולריזציה, אנ פוטנציאל פעולה נגרמת באמצעות פתיחת תעלות יונים תלויות מתח. הערך אליו יש להגיע בכל מקרה, שהוא הכרחי ליצירת פוטנציאל פעולה, חיוני להולכת עירור בגלל עקרון הכל או כלום.

מהו פוטנציאל הסף?

פוטנציאל הסף מתאר הבדל מטען ספציפי בקרום התאים הנרגשים. פנים הסלולר מופרד מהמדיום החיצוני שמסביב על ידי קרום חדיר רק חלקית לחומרים מסוימים. לפיכך, יונים, כלומר חלקיקים טעונים, אינם יכולים לעבור דרכם ללא שליטה. הלא אחיד הפצה של יונים בין החלק הפנימי והחיצוני של התא גורם להצטברות פוטנציאל אלקטרוכימי מדיד, המכונה פוטנציאל הסף. כל עוד התא לא מתרגש, פוטנציאל קרום המנוחה הזה הוא שלילי. הדחף החשמלי המגיע לתא מפעיל אותו או מכניס אותו למצב נרגש. פוטנציאל קרום המנוחה השלילי הוא דה-מקוטב על ידי שינוי חדירות היונים, כלומר הוא הופך לחיובי יותר. אם מתרחשת תגובה עצבית תלוי במידת הקדם-דה-קוטב. רק אם מגיעים או עולים על ערך קריטי מסוים, פוטנציאל פעולה נוצר על פי עקרון הכל או כלום. אחרת שום דבר לא קורה. ערך ספציפי זה, הדרוש להולכת עירור על ידי פוטנציאל פעולה, נקרא פוטנציאל הסף.

פונקציה ומשימה

נקודת המגע לכל הדחפים המעוררים הנכנסים היא אקסון תְלוּלִית. זה מסמן את אתר היווצרות פוטנציאל הפעולה מכיוון שפוטנציאל הסף שם נמוך יותר מאשר בקטעי קרום אחרים בגלל גבוה במיוחד צפיפות של תעלות יונים מגודרות מתח. ברגע שפוטנציאל הסף מושג או חורג במהלך הטרום דפולריזציה, מתרחשת מעין תגובת שרשרת. מספר גדול של תלויות מתח נתרן תעלות יונים נפתחות בפתאומיות. הזמני, דמוי מפולות נתרן זרם לאורך שיפוע המתח מעצים את הדפולריזציה עד לפוטנציאל הממברנה המנוחה לקרוס לחלוטין. נקבע פוטנציאל פעולה, כלומר בערך אלפית השנייה, היפוך הקוטביות מתרחש בגלל עודף המטענים החיוביים בתוך התא. לאחר הפעלת פוטנציאל פעולה בהצלחה, יש שחזור הדרגתי של פוטנציאל הממברנה המקורי. כמו ה נתרן זרם נכשל לאט לאט, מתעכב אשלגן ערוצים נפתחים. ההולך וגדל אשלגן הזרם החיצוני מפצה על ירידת זרם הנתרן ומנוגד לדפולריזציה. במהלך מה שמכונה רפולריזציה כזו, פוטנציאל הממברנה הופך שוב לשלילי ואף נופל בקצרה מתחת לערך פוטנציאל המנוחה. הנתרן-אשלגן המשאבה ואז משחזרת את היון המקורי הפצה. העירור מתפשט בצורה של פוטנציאל הפעולה על פני השטח אקסון לעצב או לתא השריר הבא. הולכת העירור הולכת בעקבות מנגנון קבוע. כדי לפצות על דפולריזציה, יונים שכנות נודדות לאתר היווצרות פוטנציאל הפעולה. נדידת יונים זו מובילה גם לדפולריזציה באזור השכן, מה שמביא לפוטנציאל פעולה חדש עם עיכוב בזמן כאשר פוטנציאל הסף מושג. בתאי עצב חסרי סימן ניתן לראות הולכה רציפה של עירור לאורך הממברנה ואילו בסיבי עצב עטופים על ידי נדן המיאלין, עירור קופץ מטבעת כבל לטבעת כבל. הקטע המסוים של הממברנה בו מתחיל פוטנציאל הפעולה אינו נרגש עד להחזרת פוטנציאל הממברנה המנוחה, מה שמעניק את ההולכה של עירור בכיוון אחד בלבד.

מחלות והפרעות

פוטנציאל הסף הוא תנאי הכרחי ליצירת פוטנציאל פעולה, שעליו מבוססת בסופו של דבר כל העברת דחפים או עירור עצביים. מכיוון שהולכת עירור חיונית לכל התפקודים הפיזיולוגיים, כל הפרעה באלקטרופיזיולוגיה רגישה זו יכולה עוֹפֶרֶת למגבלות פיזיות.היפוקלמיה, דהיינו, מחסור באשלגן, יש השפעה מעכבת על דפולריזציה והשפעה מואצת על רפולריזציה על ידי החלשת פוטנציאל קרום המנוחה, אשר קשור להולכה מואצת ולסיכון לחולשת שרירים או שיתוק. במחלות הפוגעות ב נדן המיאלין של סיבי עצב (למשל, טרשת נפוצה) נחשפים תעלות האשלגן הבסיסיות, וכתוצאה מכך זרימה בלתי מבוקרת של יוני אשלגן מתוך התא וכתוצאה מכך, היעדרות מוחלטת או היחלשות של פוטנציאל הפעולה. בנוסף, מוטציות שנקבעו גנטית של הערוץ חלבונים עבור נתרן ואשלגן יכולים לגרום לדרגות שונות של ליקוי בתפקוד, תלוי בלוקליזציה של הערוצים המושפעים. לדוגמא, פגמים של תעלות האשלגן באוזן הפנימית קשורים לחושנית אובדן שמיעה. תעלות נתרן שהשתנו פתולוגית בשרירי השלד גורמות למה שמכונה מיוטוניה, המאופיינת במתח מוגבר או ממושך ומעוכב הַרפָּיָה של השרירים. זה נגרם על ידי סגירה או חסימה לא מספקים של תעלות הנתרן, וכתוצאה מכך נוצר פוטנציאל פעולה מוגזם. הפרעה בתעלות הנתרן או האשלגן ב לֵב שרירים יכולים לגרום להפרעות קצב, כלומר הפרעות בקצב הלב כגון עלייה לֵב ציון (טכיקרדיה), מכיוון שרק הולכה תקינה של עירור בלב מבטיחה קצב לב יציב ועצמאי. במקרה של טכיקרדיה, גורמים שונים בתוך שרשרת ההולכה עשויים להיות מופרעים: למשל, קצב הדפולריזציה האוטומטית או צימוד זמני של דפולריזציה של תאי שריר או תדירות עירור בגלל היעדר שלבי מנוחה. כחוק, תרפיה מתבצעת עם חוסמי תעלות נתרן, המעכבים את זרם הנתרן ובכך מייצבים את פוטנציאל הממברנה מצד אחד ומעכבים את הריגוש מחדש של התא מצד שני. באופן עקרוני ניתן לחסום באופן סלקטיבי את כל סוגי תעלות היונים. במקרה של תעלות נתרן תלויות מתח, זה נעשה על ידי מה שמכונה חומרי הרדמה מקומיים. עם זאת, נוירוטוקסינים כמו ארס הממבה (דנדרוטוקסין) או ארס הדג הנפוח (טטרודוטוקסין) יכולים גם להפחית או לבטל את התרגשות התא על ידי עיכוב זרם הנתרן ומניעת יצירת פוטנציאל פעולה.