Το δυναμικό ηρεμίας της μεμβράνης είναι η διαφορά στην τάση των ρευστών μέσα σε ένα στοιχείο και έξω από ένα στοιχείο, που είναι συνήθως μεταξύ -70 και -80 millivolt (mV). Όλα τα κύτταρα έχουν αυτή τη διαφορά, αλλά είναι ιδιαίτερα σημαντική σε σχέση με τα νευρικά και μυϊκά κύτταρα, καθώς κάθε ερέθισμα που αλλάζει την τάση και το κάνει διαφορετικό από το δυναμικό ηρεμίας της μεμβράνης είναι αυτό που επιτρέπει στα κύτταρα να μεταδίδουν ηλεκτρικά σήματα. Εάν οι κυψέλες δεν είχαν τη διαφορά τάσης, τότε θα ήταν ουδέτερες και δεν θα μετέδιδαν καμία πληροφορία.
Ιστορικό
Όλα τα κύτταρα έχουν μια μεμβράνη που χρησιμεύει ως φράγμα μεταξύ του υγρού που βρίσκεται έξω από αυτά και αυτού μέσα, και για τον έλεγχο των τύπων σωματιδίων που μπορούν να εισέλθουν και να βγουν από το κύτταρο. Μερικά σωματίδια, όπως το οξυγόνο, μπορούν να περάσουν από τη μεμβράνη μόνα τους, αλλά άλλα μεγαλύτερα χρειάζονται ειδικά κανάλια για να περάσουν. Μερικά από αυτά τα κανάλια αφήνουν μόνο έναν τύπο σωματιδίων μέσα και έξω και δεν πιέζουν ή τραβούν ενεργά τα σωματίδια προς οποιαδήποτε κατεύθυνση, ενώ άλλα μπορούν να πάρουν πολλούς τύπους σωματιδίων και μπορούν να τα ωθήσουν ενεργά μέσα ή έξω από το κελί. Και οι δύο τύποι μπορούν να είναι ανοιχτοί ή κλειστοί σε συγκεκριμένες χρονικές στιγμές από την κυψέλη για τον έλεγχο της ροής των σωματιδίων.
Δυνατότητα ηρεμίας
Όταν ένα κύτταρο ηρεμεί, το υγρό μέσα του είναι λίγο πιο αρνητικό από το υγρό έξω από αυτό, το οποίο έχει γενικά φορτίο 0 mV. Αυτό οφείλεται στα ηλεκτρικά φορτισμένα σωματίδια που ονομάζονται ιόντα. Τα ιόντα που προκαλούν τη διαφορά στην τάση είναι ο τύπος των σωματιδίων που χρειάζονται κανάλια για να περάσουν μέσα από τη μεμβράνη και περιλαμβάνουν πράγματα όπως το κάλιο (K+) και το νάτριο (Na+). Όταν ένα κύτταρο βρίσκεται σε ηρεμία, περιέχει μια συγκέντρωση μεγάλων αρνητικών ιόντων μέσα του, καθώς και λίγο K+ και λίγο Na+. Το εξωτερικό του κυττάρου περιβάλλεται από Na+ και λίγο K+, μεταξύ άλλων.
Δεδομένου ότι τα υγρά θέλουν ιδανικά να έχουν διαφορετικούς τύπους σωματιδίων διασκορπισμένα ομοιόμορφα σε αυτά, το K+ μέσα στο κύτταρο θέλει να πάει έξω από αυτό και το Na+ θέλει να μπει μέσα, έτσι ώστε εκεί τα ιόντα να κατανέμονται ομοιόμορφα. Ωστόσο, δεν μπορούν να το κάνουν αυτό, επειδή τα κανάλια που επιτρέπουν στο Na+ να περάσει μέσα από τη μεμβράνη είναι κλειστά όταν το κύτταρο είναι σε ηρεμία, και αυτά για το K+ είναι ελαφρώς ανοιχτά, κάτι που αφήνει μόνο λίγο K+ να διαρρεύσει. Επιπλέον, υπάρχει ένας τρίτος τύπος καναλιού που ωθεί ενεργά οποιοδήποτε επιπλέον Na+ έξω από το κελί και παίρνει οποιοδήποτε K+ που διαρρέει πίσω σε αυτό. Αυτό σημαίνει ότι η ελαφρώς αρνητική τάση στο εσωτερικό του στοιχείου διατηρείται, δημιουργώντας το δυναμικό ηρεμίας της μεμβράνης.
Δυνατότητες δράσης
Το δυναμικό δράσης είναι ο τρόπος με τον οποίο τα κύτταρα μεταδίδουν ηλεκτρικές πληροφορίες και συμβαίνει ως απόκριση σε ένα ερέθισμα. Εάν ένα κύτταρο που βρίσκεται σε ηρεμία λάβει αρκετό ερέθισμα για να φτάσει το φορτίο του ρευστού μέσα του στα -55 mV, τότε τα κανάλια που αφήνουν το Na+ να περάσει ανοίγουν, προκαλώντας τη ροή πολύ Na+ στο κύτταρο. Αυτό αυξάνει περαιτέρω το φορτίο του ρευστού στο εσωτερικό, έως περίπου +30 mV. Μόλις το ρευστό φτάσει σε αυτό το φορτίο, τα κανάλια Na+ κλείνουν και τα κανάλια K+ ανοίγουν μέχρι τέρμα, αφήνοντας το K+ να ρέει έξω από το στοιχείο. Ωστόσο, χρειάζεται περισσότερος χρόνος για να ανοίξουν αυτά τα κανάλια από τα κανάλια Na+, επομένως το κυτταρικό υγρό παραμένει θετικά φορτισμένο για λίγο.
Πυρίμαχη περίοδος
Μόλις ανοίξουν πλήρως τα κανάλια K+, τότε πολύ Κ+ ρέει έξω από την κυψέλη, μειώνοντας την εσωτερική της τάση στα -90 mV περίπου. Αυτό ονομάζεται υπερπόλωση και εμποδίζει το ερέθισμα να επιστρέψει και να επηρεάσει ξανά το ίδιο κύτταρο, καθώς το ρευστό είναι τώρα σε πολύ χαμηλότερη τάση, πράγμα που σημαίνει ότι θα χρειαζόταν πολύ μεγαλύτερο ερέθισμα για να το επαναφέρει στα -55 mV. Αφού συμβεί αυτό, τότε τα κανάλια που προσλαμβάνουν το K+ και απωθούν το Na+ αρχίζουν να λειτουργούν και τελικά μετακινούν το κύτταρο πίσω στο δυναμικό ηρεμίας της μεμβράνης των -70 mV.