پتانسیل عمل

پتانسیل عمل تغییری موقتی و گذراست که در پتانسیل غشاء سلول‌ها روی می‌دهد و پتانسیل داخل غشاء به دلیل نفوذ یون سدیم بسرعت بالا می‌رود و سپس بسرعت پایین می‌آید.
در نورونها پتانسیل عمل بر روی غشای تحریک پذیر یک سلول عصبی پدید می‌آید، طول اکسون را طی می‌کند و وظیفه پیغام‌رسانی را بر عهده دارد. سلول‌های قلبی و سلول‌های ماهیچه‌ای از دیگر سلول‌های تحریک پذیر هستند.
As an action potential travels down the axon, there is a change in polarity across the membrane. The Na + and K + gated ion channels open and close as the membrane reaches the threshold potential, in response to a signal from another neuron. At the beginning of the action potential, the Na + channels open and Na + moves into the axon, causing depolarization. Repolarization occurs when the K + channels open and K + moves out of the axon. This creates a change in polarity between the outside of the cell and the inside. The impulse travels down the axon in one direction only, to the axon terminal where it signals other neurons.
مراحل پتانسیل عمل
الف- در خلال پتانسیل عمل، منفذهای سدیم موجود در غشاء سلول باز می‌شود و همراه با ورود یون‌های سدیم به داخل سلول، جریان مثبتی ایجاد می‌شود.
Shape of a typical action potential. The membrane potential remains near a baseline level until at some point in time it abruptly spikes upward and then rapidly falls.
ب- پس از ایجاد پتانسیل عمل در نقطه‌ای از آکسون، منفذهای سدیم در آن نقطه بسته شده و در نقطه بعدی آکسون باز می‌شود. با بسته شدن منفذهای سدیم، منفذهای پتاسیم باز شده و همراه با جریان یون‌های پتاسیم به بیرون آکسون، جریان مثبتی به‌وجود می‌آید
مراحل پتانسیل عمل به صورت خلاصه
۱- کاهش فعالیت پمپ سدیم/ پتاسیم= کاهش انتقال فعال و هیدرولیز ATP= ابتدای نمودار پتانسیل عمل (هنوز حدود ۶۵-)
۲- باز شدن کانال‌های دریجه دار سدیمی = ورود سدیم به سلول در جهت شیب غلظت = انشار تسهیل شده =مثبت شدن بار سطح داخل غشاء نسبت به خارج آن = بخش بالا رو نمودار پتانسیل عمل (از ۶۵- به سوی ۴۰+) افزایش 105 میلی ولت پتانسیل نورون.
۳- باز شدن کانال‌های دریچه دار پتاسیومی = خروج پتاسیم از سلول در جهت شیب غلظت= انتشار تسهیل شده = منفی شدن دوباره سطح داخل غشاء نسبت به خارج آن = بخش پایین رو نمودار پتانسیل عمل (از ۴۰+ به سوی کمی کمتر از ۶۵-) (حدودا 70-) کاهش حدود 110 میلی ولت پتانسل نورون. تذکر:خروج یون پتاسیم نسبت به ورود یون سدیم ، بیشتر اختلاف پتانسل را تغییر می‌دهد. تذکر: در این حالت با این که بار الکتریکی سطح داخل غشاءنسبت به خارج آن منفی است ( کم‌تر از پتانسیل آرامش است) ولی جای یون‌ها عوض شده (یعنی در داخل اکثریت سدیم و خارج پتاسیم قرار گرفته‌است)… و این قابل قبول نیست
۴- فعال شدن دوباره و البته کمی بیشتر از قبل پمپ سدیم-پتاسیم (هیدرولیز ATP) - خروج سدیم از سلول و بازگشت پتاسیم به داخل که باعث افزایش پتانسل -65 در نتیجه حالت آرامش .
پتانسیل عمل در نورونها
اطلاعات در طول نورون به‌شکل تکانه شیمیائی - برقی حرکت می‌کند و از مناطق دندریتی به‌سوی انتهای آکسون می‌رود. توان ایجاد این پتانسیل عمل مختص نورون‌ها و ناشی از انبوه مجراهای یونی (jon channels) و تلمبه‌های یونی (jon pumps) موجود در غشاء یاخته است. مجراهای یونی همان مولکول‌های پروتئینی حلقوی است که منفذهای غشاء نورون را می‌سازند. این ساختارهای پروتئینی از راه باز و بسته کردن منفذها به تنظیم مبادله یون‌های دارای بار الکتریکی نظیر سدیم (+Na) و پتاسیم (+K) و کلسیم (++Ca) یا کلر (-Cl) می‌پردازند، در تمام مدت پتانسیل آرامش یا پتانسیل عمل ، هم خروج و هم ورود مواد به داخل سلول از طریق کانالهای نشتی امکان پذیر میشود و فقط وابسته به کانالهای دریچه دار نمیباشد ؛ هر مجرای یونی ( چه نشتی و چه دریچه دار ) به‌صورت انتخابی عمل می‌کند و معمولا به یون معینی اجازه عبور می‌دهد. ساختارهای پروتئینی (تلمبه‌های یونی) جداگانه‌ای از راه تلمبه‌کردن یون‌های گوناگون به درون یا بیرون نورون، آن‌ها را در دو سوی غشاء یاخته با توزیعی نامتوازن نگه می‌دارند. تلمبه یونی از همین راه در شرایط استراحت نورون، تراکم زیاد +Na را در بیرون و تراکم اندک آن را در درون نورون حفظ می‌کند. اثر کلی تلمبه‌ها و مجراهای یونی، قطبی‌سازی غشاء نورون است به‌طوری‌که بار الکتریکی (charge) مثبت در بیرون غشاء و بار الکتریکی منفی در درون آن می‌ماند.
هرگاه نورون در حال استراحت تحریک شود، اختلاف ولتاژ دو سوی غشاء آن کاهش می‌یابد. اگر پتانسیل به اندازه کافی کم شود، مجراهای +Na در نقطه تحریک برای مدت کوتاهی باز شده و یون‌های سدیم به درون یاخته سرازیر می‌شوند. نام این فرایند ناقطبی‌شدن (depolarization) است. در این شرایط، بار الکتریکی درون آن ناحیه از غشاء یاخته نسبت به بیرون آن مثبت می‌شود. مجراهای +Na بعدی کاهش ولتاژ را درمی‌یابند و باز می‌شوند و در نتیجه منطقه مجاور ناقطبی می‌شود. مجراهای +Na بعدی آن نیز کاهش ولتاژ را درمی‌یابند و باز می‌شوند و در نتیجه منطقه مجاور بعدی ناقطبی می‌شود. این فرایند خودنگهدارنده (self - propagating) ناقطبی‌شدن (که در طول جسم یاخته تکرار می‌شود) تکانه عصبی را شکل می‌دهد. همین‌که تکانه عصبی از نقطه‌ای می‌گذرد مجراهای +Na بسته شده و تلمبه‌های یونی گوناگونی فعال می‌شوند تا غشاء یاخته را به‌سرعت به حالت استراحت برگردانند.
Approximate plot of a typical action potential shows its various phases as the action potential passes a point on a cell membrane. The membrane potential starts out at -70 mV at time zero. A stimulus is applied at time = 1 ms, which raises the membrane potential above -55 mV (the threshold potential). After the stimulus is applied, the membrane potential rapidly rises to a peak potential of +40 mV at time = 2 ms. Just as quickly, the potential then drops and overshoots to -90 mV at time = 3 ms, and finally the resting potential of -70 mV is reestablished at time = 5 ms.
حرکت پتانسیل عمل در نورونها
سرعت تکانه عصبی هنگام سفر به انتهای آکسون، بسته به قطر آکسون، بین ۳ تا ۳۰۰ کیلومتر در ساعت است. این سرعت عموما در آکسون‌های بزرگتر بیشتر است. این سرعت به میلین‌پوش بودن یا نبودن آکسون نیز بستگی دارد. در غلاف میلین، یاخت‌های تخصص‌یافته گلیائی یکی پس از دیگری خود را به آکسون پیچیده‌اند و بین هر دو یاخته گلیائی فرورفتگی کوچکی هست. خاصیت عایق‌سازی غلاف میلین موجب می‌شود تکانه عصبی در واقع از بندی به بند دیگر بپرد و از این راه سرعت انتقال را بسیار زیاد کند. غلاف میلین (جنس آن از فسفولیپید و پروتئین است که توسط سلول‌های پشتیبان ساخته می‌شود ،توجه شود که بسیاری از سلول‌های عصبی دارای میلین هستند نه همه آن‌ها) از اختصاصات جانوران رده‌های بالای تکاملی است، و به‌ویژه در مناطقی از دستگاه عصبی بیشتر است که سرعت انتقال در آن‌ها بسیار مهم باشد. بیماری اسکلروز چندگانه (multiple sclerosis) (تصلب چندگانه) که اختلال شدید اعصاب حسی و حرکتی از ویژگی‌های آن است، ناشی از تباهی همین غلاف میلین است.
پتانسیل عمل در سلول‌های قلبی
در سلول‌های قلبی بخصوص در گره‌های قلبی که تولیدکننده ضربان هستند نیز پتانسیل عمل تولید می‌شوند. در سلول‌های عضلانی قلب پتانسیل عمل تولید شده دارای فاز کفه است.
In alt=A plot of action potential (mV) vs time. The membrane potential is initially -60 mV, rise relatively slowly to the threshold potential of -40 mV and then quickly spikes at a potential of +10 mV, after which it rapidly returns to the starting -60 mV potential. The cycle is then repeated.
نورون
در بحث کدگذاری محتوای اطلاعات در مغز، پتانسیل عمل بیشتر با عنوان شلیک (علوم اعصاب) عنوان می‌شود.