Kas ir darbības potenciāls?

Ja nervu impulss netiek pārraidīts, nervu šūnas iekšpusē ir negatīvs lādiņš, bet ārpusei – pozitīvs. Tiek uzskatīts, ka tas atrodas miera stāvoklī, tāpēc potenciālā atšķirība šajā laikā ir miera potenciāls. Lādiņu atšķirības ir saistītas ar jonu daudzumiem, kas atrodas šūnā un ap to. Nervu šūnu gadījumā potenciālu atšķirība ir saistīta ar nātrija un kālija joniem.

Visiem nervu impulsiem ir jonu raksturs. Kad nervu šūna atrodas miera stāvoklī, abās membrānas pusēs ir dažādas kālija un nātrija jonu koncentrācijas. Šo atšķirību uztur membrānā esošie nātrija-kālija sūkņi. Šis sūknis izsūknē nātrija jonus no šūnas un kālija jonus iekšā.

Kālija un nātrija joni izkliedējas pa membrānu, jo abās pusēs koncentrācija atšķiras. Kālija joni var viegli izkliedēties no šūnas, bet membrāna ir relatīvi necaurlaidīga pret nātrija jonu difūziju. Rezultāts ir tāds, ka nervu šūnas iekšpusē ir negatīvs lādiņš attiecībā pret šūnas ārpusi.

Kad nervu šūna tiek stimulēta un tiek uzsākts impulss, situācija uz brīdi tiek mainīta. Šūnas iekšpuse kļūst pozitīva, bet ārpuse negatīva. Šī pēkšņā atpūtas potenciāla maiņa, kas pavada impulsu, ir darbības potenciāls. Darbības potenciāls ir ārkārtīgi īslaicīgs, tāpēc impulss patiesībā ir depolarizācijas vai darbības potenciālu vilnis, kas iet gar šūnu.

Impulsa laikā šūnu membrāna kļūst caurlaidīga nātrija joniem. Nātrija joniem ir ļoti augsta koncentrācija ārpus membrānas, tāpēc tie ātri izkliedējas šūnā. Tas notiek ļoti ātri un apvērš miera potenciālu. Tā kā šūnā tagad ir atrasts tik daudz pozitīvu jonu, iekšpusei ir pozitīvs lādiņš attiecībā pret ārpusi.

Nātrija joni spēj iekļūt šūnā pa jonu kanāliem. Kad šūna atpūšas, jonu kanāli paliek aizvērti un neļauj nātrija joniem iekļūt šūnā. Kad tos stimulē impulss, tie atveras un ļauj ieplūst nātrija joniem. Tādā veidā darbības potenciāli un impulsi paši izplatās. Darbības potenciāls vienā membrānas apgabalā stimulē nākamo apgabalu, izraisot jonu kanālu atvēršanos. Tas savukārt sāk darbības potenciālu, kas pēc tam stimulē sekojošo zonu un tā tālāk.

Kad nātrija joni iekļūst šūnā, kālija joni atstāj. Tas ir atveseļošanās procesa sākums, kurā šūnas iekšpuse sāk atgūt savu negatīvo lādiņu. Pēc tam, kad darbības potenciāls ir pagājis un pārvietojies gar šūnas membrānu, jonu kanāli aizveras un membrāna kļūst necaurlaidīga nātrija joniem. Nātrija-kālija sūknis atkal izsūknē nātrija jonus un kālija jonus, kā rezultātā tiek atjaunots miera potenciāls.