მოქმედების პოტენციალი

Original web-page: http://webspace.ship.edu/cgboer/actionpot.html

გ. ჯორჯ ბორი/C. George Boeree

სიგნალის მოძრაობა ნეირონისა და მისი აქსონის საშუალებით არის იონები. იონი არის დამუხტული ნაწილაკი, მაგალითად Na+, ნატრიუმის იონი. მას აქვს დადებითი მუხტი, რადგან მას ერთი ელექტრონი აკლია. სხვა იონები, რა თქმა უნდა, უარყოფითად არიან დამუხტული.

უჯრედებს აქვთ მემბრანები, რომლებიც დამზადებულია ლიპიდური მოლეკულებისგან (ცხიმები) და ისინი ხელს უშლიან უჯრედის უმეტეს ნაწილში შესვლას ან გამოსვლას. უჯრედის მემბრანის მთელ ნაწილში არის ცილები, რომლებიც უჯრედის მემბრანის ორივე მხარეს გამოდიან. ზოგი მათგანი არის იონური არხები.

იონური არხი

იონური არხების უმეტესობა უბრალოდ საშუალებას აძლევს იონებს უჯრედში მოხვედრას ან მის გარეთ. დიაგრამების დახატვისას, ამ არხებს, როგორც წესი, ვხატავთ ისე, თითქოს უჯრედის მემბრანის პატარა ხვრელები იყოს. ისინი, როგორც ვთქვი, ნამდვილად რთული ცილებია. როდესაც იონი ერთდება ამ რომელიმე ცილას, ცილა იცვლის ფორმას და ამით იონს ატარებს გარსის მეორე მხარეს, სადაც გამოიყოფა. ჩვეულებრივი ტენდენციაა, რომ უჯრედის შიგნით და მის გარეთ ყველაფერი დაბალანსდება: თუ ერთ მხარეს ძალიან ბევრი დადებითი ან უარყოფითი იონია, ისინი სხვა მხარეს გადადიან, სანამ ბალანსი არ იქნება.

ზოგიერთ არხს ჭიშკარს უწოდებენ. მათ შეუძლიათ თავიანთი გარემოდან გამომდინარე გახსნან ან დახურონ. ზოგიერთისთვის საქმე იმაშია, თუ რა ქიმიკატები მიმაგრებულია კარიბჭის ნაწილზე. სხვებისთვის ეს პოზიტიურ-უარყოფითი ბალანსის ცვლილება იწვევს მათ გახსნას ან დახურვას. ნეირონში ბევრი ასეთი კარიბჭეა, მათ შორის ნატრიუმის კარიბჭეები და კალიუმის კარიბჭეები. ორივე რეაგირებს დადებით-უარყოფით ბალანსის ცვლილებებზე.

  
დახურულია…………………………ღია

ქიმიური კარიბჭის ერთ-ერთი მაგალითია ნეირონის დენდრიტების რეცეპტორების ადგილები: როდესაც ქიმიური ნივთიერება, რომელსაც ნეიროტრანსმიტერს უწოდებენ, მიმაგრებულია კარიბჭის ადგილზე, კარიბჭე იხსნება, რათა უჯრედში შეიტანოს ნატრიუმის იონები.

დახურულია…………………………ღია

სხვა იონურ არხებს ტუმბოები ეწოდება. ისინი იყენებენ უჯრედის მიერ მოწოდებულ ენერგიას რეალურად რომ მოახდინონ იონების ამოტუმბვა უჯრედში ან გარეთ, თუ გინდათ. საუკეთესო მაგალითებია ნატრიუმის კალიუმის ტუმბოები ნეირონის მემბრანებზე. ეს ტუმბოები ნატრიუმის იონებს უჯრედიდან გამოჰყავს, ხოლო კალიუმის იონებს (K+) უჯრედში. ისინი რეალურად ინარჩუნებენ ამ ქიმიკატების დისბალანსს.

იონის ტუმბო

თუ ფხიზლად ხართ, შეამჩნევთ, რომ ნატრიუმის და კალიუმის იონებიც დადებითია. ნეირონებს სინამდვილეში აქვთ საკმაოდ ძლიერი უარყოფითი მუხტი, გარედან დადებითი მუხტისგან განსხვავებით. ეს განპირობებულია სხვა მოლეკულებით, რომლებსაც ანიონები ეწოდება. ისინი უარყოფითად არიან დამუხტული, მაგრამ ძალიან დიდია ნებისმიერი არხით გასასვლელად. ისინი დარჩებიან და უჯრედს ნეგატიურ მუხტს აძლევენ შიგნით.

ასე რომ, როდესაც აქსონი ისვენებს, ანიონები მას ნეგატიურ მუხტს ანიჭებენ, ნატრიუმის ტუმბოები ხელს უშლის ნატრიუმს და კალიუმს, ხოლო ნატრიუმის კარიბჭეები და კალიუმის კარიბჭეები დახურულია. შიგნით და გარედან დადებით-უარყოფითი სხვაობის გამო, ამ მოსვენებულ მდგომარეობას მოსვენების პოტენციალს უწოდებენ. სიტყვა პოტენციალი აღნიშნავს იმ ფაქტს, რომ აქ არის ცვლილების პოტენციალი. ჩვენ ვიყენებთ იმავე ტერმინს, რომ მივუთითოთ ელემენტი, რომელიც უბრალოდ ზის იქ და არაფერთან არის დაკავშირებული: მასაც აქვს დასვენების პოტენციალი.

როდესაც დენდრიტების მემბრანებში და უჯრედის სხეულში მომხდარი ცვლილებები მიაღწევს აქსონს, ნატრიუმის კარიბჭეები რეაგირებენ: ზოგი მათგანი იხსნება და უშვებს ნატრიუმის იონებს, რომ შიგნიდან ნაკლებად უარყოფითი გახდეს. თუ ეს გარკვეულ დონეს მიაღწევს, რომელსაც ბარიერი ეწოდება, მეტი ნატრიუმის კარიბჭე რეაგირებს და მეტ იონებს უშვებს

მაშინ ჩვენ გვაქვს მოქმედება პოტენციური – იონების მოძრავი გაცვლა, რომელიც გადის აქსონის სიგრძეზე. იმდენი ნატრიუმის იონი შედის, რომ ძალიან მოკლე დროში, სხვაობა ხდება უჯრედის გარედან და შიგნიდან:  შიგნით  პოზიტიურია, ხოლო გარეთ  უარყოფითი.

შემდეგ სიტუაცია შეიცვლება: ნატრიუმის კარიბჭე იხურება და კალიუმის კარიბჭე იხსნება. კალიუმი გამოვარდება უჯრედიდან, რაც უჯრედის შიგნით მუხტს უბრუნებს იქ, სადაც იყო – უარყოფითი შიგნით, პოზიტიური კი გარედან.

თუმცა დააკვირდით, რომ ნატრიუმი ახლა უჯრედის შიგნით არის, ხოლო კალიუმი გარედან, ანუ ისინი არასწორ ადგილებში არიან. ასე რომ, ნატრიუმის, კალიუმის ტუმბოების დავუბრუნდეთ მუშაობა და სატუმბი ნატრიუმის უკან გარეთ და კალიუმის უკან წელს, და ყველაფერი უკან, სადაც ჩვენ დავიწყეთ.

ახლა ეს ყველაფერი ხდება აქსონის ერთ პატარა სეგმენტზე: ნატრიუმი შედის ერთ მონაკვეთზე; რომელიც იწვევს კალიუმის დაიწყოს აპირებს გარეთ განყოფილებაში ერთი და ნატრიუმის დაიწყოს შემოდიოდნენ მონაკვეთზე ორი ; რომელიც, თავის მხრივ, იწვევს კალიუმის გავიდნენ მონაკვეთზე ორი და ნატრიუმის მოსვლა განყოფილებაში სამი; და ა.შ. – დომინოს მწკრივის მსგავსად.

ამ პატარა გრაფიკაში, რომელიც წარმოადგენს აქსონს, წითელი წარმოადგენს ნატრიუმს, რომელიც შემოდის და ფორთოხალი წარმოადგენს კალიუმს:

მიელინის გორგალს გარშემო ბევრი აქსონები სიჩქარის ეს პროცესი მნიშვნელოვნად: იმის ნაცვლად, ერთი პატარა სეგმენტი გამოიწვია აქცია მომდევნო პატარა სეგმენტი, ცვლილებები “ნახტომი” ერთი ხვრელი გარსი შემდეგ. ამას ეწოდება მარილიანი გამტარობა ლათინური სიტყვიდან ”ნახტომი” (ასევე ჩანს სალტოსავით სიტყვებში).

როდესაც მოქმედების პოტენციალი აღწევს აქსონის დასასრულს, ეს იწვევს უჯრედში სხვა იონის (კალციუმი, Ca++) შეღწევას, რაც თავის მხრივ იწვევს ვეზიკულებს – ნეირომედიატორებით სავსე პატარა ბუშტებს – მათი შინაარსის სინაფსურ სიცარიელეში გათავისუფლებას

საოცარია, არა?

© Copyright 2004, C. George Boeree