תפקוד האיברים והרקמות של הגוף שלנו תלוי בגורמים רבים. חלק מהתאים (קרדיומיוציטים ועצבים) תלויים בהעברת דחפים עצביים הנוצרים ברכיבי תאים מיוחדים או בצמתים. הבסיס של הדחף העצבי הוא היווצרות של גל עירור ספציפי, הנקרא פוטנציאל הפעולה.
מה זה?
פוטנציאל פעולה נקרא בדרך כלל גל של עירור הנע מתא לתא. עקב היווצרותו ומעברו דרך ממברנות התא, מתרחש שינוי קצר טווח במטען שלהם (בדרך כלל, הצד הפנימי של הממברנה טעון שלילי, והצד החיצוני טעון חיובי). הגל שנוצר תורם לשינוי בתכונות של תעלות היונים של התא, מה שמוביל לטעינה מחדש של הממברנה. ברגע שבו פוטנציאל הפעולה עובר דרך הממברנה, חל שינוי קצר טווח במטען שלו, מה שמוביל לשינוי בתכונות התא.
היווצרותו של גל זה עומדת בבסיס התפקוד של סיב העצבים, כמו גם מערכת המסלולים של הלב.
כאשר היווצרותו מופרעת, מתפתחות מחלות רבות, מה שהופך את קביעת פוטנציאל הפעולה הכרחית במכלול של אמצעי אבחון וטיפול.
איך נוצר פוטנציאל פעולה ומה מאפיין אותו?
היסטוריית מחקר
המחקר על התרחשות עירור בתאים ובסיבים החל לפני זמן רב למדי. הראשונים שהבחינו בהתרחשותו היו ביולוגים שחקרו את ההשפעות של גירויים שונים על עצב השוקה החשוף של הצפרדע. הם שמו לב שכאשר נחשפו לתמיסה מרוכזת של מלח שולחן, נצפה התכווצות שרירים.
בעתיד, המחקר נמשך על ידי נוירולוגים, אבל המדע העיקרי אחרי הפיזיקה שחוקר את פוטנציאל הפעולה הוא הפיזיולוגיה. פיזיולוגים הם שהוכיחו את קיומו של פוטנציאל פעולה בתאי לב ובעצבים.
ככל שהעמקנו בחקר הפוטנציאלים, הוכחה גם נוכחותו של פוטנציאל המנוחה.
מתחילת המאה ה-19 החלו ליצור שיטות לזיהוי נוכחותם של פוטנציאלים אלו ולמדוד את גודלם. נכון להיום, הקיבוע והמחקר של פוטנציאל הפעולה מתבצע בשני מחקרים אינסטרומנטליים - הסרת אלקטרוקרדיוגרמות ואלקטרואנצפלוגרמות.
מנגנון פוטנציאל פעולה
היווצרות העירור מתרחשת עקב שינויים בריכוז התוך תאי של יוני נתרן ואשלגן. בדרך כלל, התא מכיל יותר אשלגן מאשר נתרן. הריכוז החוץ-תאי של יוני נתרן גבוה בהרבה מאשר בציטופלזמה. שינויים הנגרמים מפוטנציאל הפעולה תורמים לשינוי במטען על גבי הממברנה, וכתוצאה מכך זרימת יוני נתרן לתוך התא. בגלל זההמטענים מחוץ לתא ובתוכו משתנים (הציטופלזמה טעונה חיובית, והסביבה החיצונית טעונה שלילי.
זה נעשה כדי להקל על מעבר הגל דרך התא.
לאחר שידור הגל דרך הסינפסה, המטען מתהפך בגלל הזרם שבתוך התא של יוני כלוריד בעלי מטען שלילי. רמות המטען הראשוניות מחוץ לתא ובתוכו משוחזרות, מה שמוביל להיווצרות פוטנציאל מנוחה.
תקופות של מנוחה והתרגשות מתחלפות. בתא פתולוגי הכל יכול לקרות אחרת, והיווצרות AP שם תציית לחוקים קצת אחרים.
PD phases
ניתן לחלק את מהלך פוטנציאל הפעולה למספר שלבים.
השלב הראשון ממשיך עד שנוצרת רמה קריטית של דה-פולריזציה (פוטנציאל פעולה חולף מעורר פריקה איטית של הממברנה, שמגיעה לרמה מקסימלית, בדרך כלל בסביבות -90 meV). שלב זה נקרא prespike. זה מתבצע עקב כניסת יוני נתרן לתא.
השלב הבא, פוטנציאל השיא (או ספייק), יוצר פרבולה עם זווית חדה, כאשר החלק העולה של הפוטנציאל פירושו דה-פולריזציה של הממברנה (מהיר), והחלק היורד פירושו קוטב מחדש.
שלב שלישי - פוטנציאל עקבות שלילי - מראה דפולריזציה של עקבות (מעבר משיא הדפולריזציה למצב מנוחה). נגרם על ידי כניסת יוני כלוריד לתא.
בשלב הרביעי, השלב של חיוביעקבות פוטנציאל, רמות המטען של הממברנה חוזרות למקור.
שלבים אלו נקבעים על ידי פוטנציאל הפעולה ממשיכים בזה אחר זה.
פונקציות פוטנציאליות לפעולה
ללא ספק, פיתוח פוטנציאל הפעולה חשוב בתפקוד של תאים מסוימים. עירור ממלא תפקיד מרכזי בעבודת הלב. בלעדיו הלב פשוט יהיה איבר לא פעיל, אך עקב התפשטות הגל בכל תאי הלב הוא מתכווץ, מה שעוזר לדחוף דם דרך מיטת כלי הדם, ומעשיר בו את כל הרקמות והאיברים.
מערכת העצבים גם לא יכלה בדרך כלל לבצע את תפקידה ללא פוטנציאל פעולה. איברים לא יכלו לקבל אותות לביצוע פונקציה מסוימת, וכתוצאה מכך הם פשוט יהיו חסרי תועלת. בנוסף, השיפור בהעברת דחף עצבי בסיבי עצב (הופעת המיאלין והיירוטים של Ranvier) אפשרו העברת אות בשברירי שנייה, מה שהוביל להתפתחות רפלקסים ומודעות. תנועות.
בנוסף למערכות האיברים הללו, פוטנציאל הפעולה נוצר גם בתאים רבים אחרים, אך בהם הוא משחק תפקיד רק בביצוע הפונקציות הספציפיות של התא.
עלייה של פוטנציאל פעולה בלב
האיבר העיקרי שעבודתו מבוססת על עקרון היווצרות פוטנציאל הפעולה הוא הלב. בשל קיומם של צמתים להיווצרות דחפים, מתבצעת עבודתו של איבר זה, שתפקידו להעביר דם לרקמותרשויות.
פוטנציאל הפעולה בלב נוצר בצומת הסינוס. הוא ממוקם במפגש הווריד הנבוב באטריום הימני. משם, הדחף מתפשט לאורך סיבי מערכת ההולכה של הלב - מהצומת לצומת האטריו-חדרי. עובר לאורך הצרור של His, ליתר דיוק, לאורך רגליו, הדחף עובר לחדר הימני והשמאלי. בעובי שלהם מסלולים קטנים יותר - סיבי Purkinje, דרכם העירור מגיע לכל תא בלב.
פוטנציאל הפעולה של קרדיומיוציטים הוא מורכב, כלומר. תלוי בהתכווצות כל תאי רקמת הלב. בנוכחות חסימה (צלקת לאחר התקף לב) מופרעת היווצרות פוטנציאל פעולה, הנרשם באלקטרוקרדיוגרמה.
מערכת העצבים
איך נוצר PD בנוירונים - תאי מערכת העצבים. הכל נעשה כאן קצת יותר קל.
דחף חיצוני נתפס על ידי יציאות של תאי עצב - דנדריטים הקשורים לקולטנים הממוקמים הן בעור והן בכל הרקמות האחרות (פוטנציאל מנוחה ופוטנציאל פעולה גם מחליפים זה את זה). גירוי מעורר אצלם היווצרות פוטנציאל פעולה, שלאחריו עובר הדחף בגוף תא העצב לתהליך הארוך שלו - האקסון, וממנו דרך הסינפסות לתאים אחרים. לפיכך, גל העירור שנוצר מגיע למוח.
תכונה של מערכת העצבים היא נוכחותם של שני סוגי סיבים - מכוסים במיאלין ובלעדיו. התרחשות של פוטנציאל פעולה והעברתו באותם סיבים שבהם יש מיאלין,מתבצע הרבה יותר מהר מאשר בדמויאלין.
תופעה זו נצפית בשל העובדה שהתפשטות AP לאורך סיבים מיאליניים מתרחשת עקב "קפיצות" - הדחף קופץ מעל קטעי המיאלין, שכתוצאה מכך מקטין את דרכו ובהתאם, מאיץ ההפצה שלו.
פוטנציאל מנוחה
ללא פיתוח פוטנציאל המנוחה, לא יהיה פוטנציאל פעולה. פוטנציאל המנוחה מובן כמצב התקין והלא נרגש של התא, שבו המטענים בתוך ומחוץ לקרום שלו שונים באופן משמעותי (כלומר, הממברנה טעון חיובי בחוץ ובפנים טעון שלילי). פוטנציאל המנוחה מראה את ההבדל בין המטענים בתוך התא ומחוצה לו. בדרך כלל, זה נע בין -50 ל -110 meV. בסיבי עצב, ערך זה הוא בדרך כלל -70 meV.
זה נובע מהגירה של יוני כלוריד לתוך התא ויצירת מטען שלילי בחלק הפנימי של הממברנה.
כאשר משנים את ריכוז היונים התוך-תאיים (כפי שהוזכר לעיל), PP מחליף את ה-PD.
בדרך כלל, כל תאי הגוף נמצאים במצב לא מתרגש, כך ששינוי הפוטנציאלים יכול להיחשב כתהליך הכרחי מבחינה פיזיולוגית, שכן בלעדיהם מערכת הלב וכלי הדם והעצבים לא יכלו לבצע את פעילותם.
משמעות המחקר על פוטנציאל מנוחה ופעולה
פוטנציאל מנוחה ופוטנציאל פעולה מאפשרים לך לקבוע את מצב הגוף, כמו גם איברים בודדים.
קיבוע פוטנציאל הפעולה מהלב (אלקטרוקרדיוגרפיה) מאפשרלקבוע את מצבו, כמו גם את היכולת התפקודית של כל מחלקותיו. אם חוקרים א.ק.ג תקין, ניתן לראות שכל השיניים עליו הן ביטוי של פוטנציאל הפעולה ופוטנציאל המנוחה שלאחר מכן (בהתאמה, התרחשות הפוטנציאלים הללו בפרוזדורים מציגה את גל P, ואת התפשטות העירור ב החדרים - גל R).
באשר לאלקטרואנצפלוגרמה, התרחשותם של גלים ומקצבים שונים עליה (בפרט גלי אלפא ובטא באדם בריא) נובעת גם מהתרחשות של פוטנציאל פעולה בנוירונים במוח.
מחקרים אלה מאפשרים זיהוי בזמן של התפתחות של תהליך פתולוגי מסוים וקובעים כמעט 50 אחוז מהטיפול המוצלח במחלה המקורית.
