Kas ir neirona miera potenciāls?

Atjaunināts 2026. gada 19. septembrīPublicēts 2022. gada 28. jūlijā 4 min lasīšana

Īsā atbilde

Miera stāvoklī esošs neirons ir nervu šūna, kas tobrīd nerada nervu impulsu, taču nebūt nav pasīva: tā ar enerģijas patēriņu uztur sprieguma starpību pāri savai membrānai. Šo starpību sauc par miera membrānas potenciālu; šūnas iekšpuse tajā ir negatīva pret ārpusi, tipiski ap mīnus 70 milivoltiem, dažādiem neironiem no aptuveni mīnus 60 līdz mīnus 90 milivoltiem.

Neirons (neuronum) sastāv no ķermeņa jeb perikariona, no tā izejošiem sazarotiem dendrītiem, kas signālus saņem, un viena garāka izauguma, aksona, kas signālu aizvada tālāk. Robežu starp iekšpusi un ārpusi velk šūnas membrāna: divkārša lipīdu kārta, kurā iestrādātas olbaltumvielas. Pati lipīdu kārta jonus necaurlaiž, tāpēc viss, kas ar elektrību notiek, notiek caur šīm olbaltumvielām: caur jonu kanāliem, kas jonus laiž cauri pa koncentrācijas kritumu, un caur sūkņiem, kas jonus pārvieto pretējā virzienā, tērējot ATP.

Miera potenciālam nepieciešami divi priekšnosacījumi. Pirmais ir nevienlīdzīgs jonu sadalījums: kālija jonu šūnā ir daudz vairāk nekā ārpusē, bet nātrija jonu, gluži otrādi, ārpusē ir vairāk nekā iekšpusē. Šo nevienlīdzību nepārtraukti atjauno nātrija un kālija sūknis, kas katrā darba ciklā izsūknē no šūnas trīs nātrija jonus un ievelk divus kālija jonus. Otrais priekšnosacījums ir izvēlīga caurlaidība: mierā membrānā ir atvērti galvenokārt kālija noplūdes kanāli, tāpēc kālijam tā ir daudzkārt caurlaidīgāka nekā nātrijam.

Tālāk notiek pati būtība. Kālijs sāk plūst ārā pa koncentrācijas kritumu, bet lielās negatīvi lādētās olbaltumvielas un fosfātu grupas ārā izkļūt nevar un paliek iekšpusē. Tāpēc, aizejot pozitīvajiem lādiņiem, iekšpuse kļūst arvien negatīvāka, un šis negatīvais lādiņš sāk kāliju turēt atpakaļ. Līdzsvars iestājas tad, kad elektriskais pievilkšanas spēks tieši atsver koncentrācijas spiedienu. Iegūtā vērtība ir tuvu kālija līdzsvara potenciālam, bet ne gluži tajā, jo pa membrānu nedaudz sūcas iekšā arī nātrijs.

Kad neirons tiek uzbudināts un membrānas spriegums sasniedz slieksni, pēkšņi atveras sprieguma vadīti nātrija kanāli. Nātrijs ieplūst, iekšpuse uz mirkli kļūst pozitīva, pēc tam nātrija kanāli paši aizveras un atveras kālija kanāli, kas lādiņu atgriež atpakaļ. Tāds ir darbības potenciāls, un tas darbojas pēc principa viss vai nekas: ja slieksnis nav sasniegts, nenotiek nekas, ja ir sasniegts, impulss vienmēr ir vienāda lieluma. Informāciju tāpēc nes nevis impulsa stiprums, bet impulsu biežums.

Praktiskā šī mehānisma cena ir enerģija. Nātrija un kālija sūknis strādā bez pārtraukuma un patērē ievērojamu daļu no visas smadzeņu enerģijas, tāpēc smadzenes ir tik jutīgas pret skābekļa un glikozes trūkumu. Kad asinsrite apstājas, sūkņi apstājas dažu sekunžu laikā, gradienti izlīdzinās, un nervu šūnas signālus vairs nesūta. Tieši šī saikne paskaidro, kāpēc insulta gadījumā laiks ir svarīgākais faktors.

Kāpēc tas ir svarīgi klīniski

Miera potenciālu tieši nosaka kālija koncentrācija ārpus šūnas, tāpēc kālija līmeņa novirzes asinīs ietekmē visas uzbudināmās šūnas, arī sirds un skeleta muskuļus. Pārāk zems kālija līmenis dod muskuļu vājumu, krampjus un sirds ritma traucējumus, pārāk augsts var apturēt sirds darbību. Tas nav teorētisks apsvērums: kālija līmeni maina daļa urīndzenošo un asinsspiedienu pazeminošo zāļu, kā arī nieru slimības, ilgstoša vemšana un caureja.

Uz to pašu mehānismu balstās arī vietējā anestēzija. Vietējie anestēzijas līdzekļi bloķē sprieguma vadītos nātrija kanālus, tāpēc nervs vairs nespēj radīt darbības potenciālu un sāpju signāls līdz smadzenēm nenonāk. Savukārt mielīna apvalka bojājums, piemēram, multiplās sklerozes gadījumā, impulsa rašanos netraucē, bet krasi palēnina tā vadīšanu, un tieši no tā rodas šīs slimības daudzveidīgie simptomi.

Neatliekamā palīdzība jāizsauc, ja pēkšņi parādās vienas puses vājums, sejas nolaišanās, runas vai redzes traucējumi: tās ir insulta pazīmes, un šūnu gradienti bez asinsrites noturas ļoti īsu laiku. Pie ģimenes ārsta jādodas, ja parādās ilgstošs muskuļu vājums, nejutīgums vai tirpšana; tālāk ar šādām sūdzībām strādā neirologs.

Trīs jēdzieni, ko mēdz sajaukt

Miera potenciāls ir stabilais spriegums, kas pastāv starp impulsiem. Darbības potenciāls ir īsa un strauja šī sprieguma maiņa, kas pārvietojas pa aksonu. Sliekšņa potenciāls ir tā vērtība, kuru sasniedzot darbības potenciāls neizbēgami sākas. Sajaukt tos ir viegli, jo visos trijos nosaukumos ir vārds potenciāls, taču pirmais ir stāvoklis, otrais notikums, trešais robeža.

Otrs pārpratums ir pats apzīmējums miera stāvoklis. Tas nenozīmē, ka neirons ir neizmantots vai miegains; tas nozīmē tikai to, ka konkrētajā mirklī tas neģenerē impulsu. Enerģijas patēriņa ziņā miera stāvoklis ir dārgs, jo sūknis strādā tieši tad.

Trešais pāris ir depolarizācija un hiperpolarizācija. Depolarizācija ir sprieguma tuvināšanās nullei, tas ir, uzbudināmības pieaugums, hiperpolarizācija ir vēl lielāka negativitāte, tas ir, attālināšanās no sliekšņa. Nomācošie signāli smadzenēs strādā tieši otrādi nekā rosinošie: tie neirona uzbudināšanu apgrūtina, nevis to apturēs ar spēku.

Kas paliek prātā: uzlādēta baterija, nevis iztukšota

Noderīgākais attēls ir baterija, kas tiek lādēta nepārtraukti. Neirons impulsu neizveido ar spēku, tas tikai uz mirkli atgriež krānu un ļauj joniem plūst pa jau sagatavotu kritumu. Enerģija tiek tērēta iepriekš, uzturot gradientus, nevis pašā impulsa brīdī.

No tā izriet fakts, kas pārsteidz gandrīz visus: viena impulsa laikā pāri membrānai pārvietojas ļoti maza daļa no visiem šūnā esošajiem joniem. Koncentrācijas praktiski nemainās, mainās tikai lādiņu sadalījums plānā slānītī abpus membrānai. Tāpēc neirons spēj izšaut daudzus impulsus pēc kārtas, nepagūstot iztukšot savus krājumus, un tāpēc miera potenciāls pēc impulsa atjaunojas gandrīz uzreiz.

Avoti

Visi jautājumi sadaļā Anatomija un fizioloģija Sadaļas jautājumi ar burtu N Ziņot par neprecizitāti