פוטנציאל סף

ה פוטנציאל סף מתאר הפרש מטען ספציפי על הממברנה של תאים נרגשים. אם פוטנציאל הממברנה נחלש לערך מסוים במהלך הפילוח, נוצר פוטנציאל פעולה באמצעות פתיחת תעלות יון תלויות מתח. הערך שיש להשיג בכל מקרה ומקרה, הנחוץ ליצירת פוטנציאל פעולה, חיוני להולכת עירור עקב עקרון הכל-או-כלום.

מה פוטנציאל הסף?

החלק הפנימי הסלולרי מופרד מהמדיום החיצוני שמסביב על ידי קרום, אשר חדיר רק חלקית לחומרים מסוימים. המשמעות היא שיונים, כלומר חלקיקים טעונים, אינם יכולים לעבור דרכם באופן בלתי מבוקר. בשל ההתפלגות הלא אחידה של היונים בין החלק הפנימי והחיצוני של התא, מצטבר פוטנציאל אלקטרוכימי מדיד, המכונה פוטנציאל הסף.

כל עוד התא לא מגורה, פוטנציאל הממברנה המנוחה הוא שלילי. הדחף החשמלי המגיע לתא מפעיל אותו או מכניס אותו למצב נרגש. פוטנציאל הממברנה המנוחה השלילית מופחת על ידי חדירות יון משתנה, כלומר חיובית יותר. האם מתרחשת תגובה עצבית תלויה במידת הקדם-דפולריזציה הזו. על פי עיקרון הכל-או-כלום, פוטנציאל פעולה נוצר רק כאשר מגיעים לערך קריטי מסוים או חריגה ממנו. אחרת שום דבר לא קורה. ערך ספציפי זה הנדרש להולכה של עירור באמצעות פוטנציאל פעולה מכונה פוטנציאל סף.

פונקציה ומשימה

נקודת המגע לכל דחפי העירור הנכנסים היא תל האקסון. זה מסמן את המקום בו נוצר פוטנציאל הפעולה, מכיוון שפוטנציאל הסף הוא שם נמוך יותר מאשר בקטעי קרום אחרים בגלל צפיפות גבוהה במיוחד של תעלות יון תלויות מתח.

ברגע שמגיעים פוטנציאל הסף או חורג ממנו במהלך קדם-הדפולריזציה, מתרחשת סוג של תגובת שרשרת. מספר גדול של ערוצי נתרן יון תלויים במתח נפתחים לפתע. שטף הזרם הזעום דמוי מפולת לאורך מפל המתח מעצים את הקיטוב עד להתמוטטות פוטנציאל הממברנה המנוחה. נוצר פוטנציאל פעולה, כלומרבמשך כמילית שנייה, עודפי המטענים החיוביים בתא גורמים להיפוך הקוטביות.

לאחר שהפעל פוטנציאל פעולה בהצלחה, פוטנציאל הממברנה המקורי משוחזר בהדרגה. בזמן שזרם הנתרן איטי, תעלות אשלגן מעוכבות נפתחות. יצוא האשלגן ההולך וגובר מפצה את זרם הנתרן הפוחת ומונע את הקיטוב. במהלך מה שנקרא קיטוב מחדש, פוטנציאל הממברנה הופך שוב לשלילי ואף נופל בקצרה מתחת לערך פוטנציאל המנוחה.

לאחר מכן משחזרת משאבת הנתרן אשלגן את התפלגות היונים המקורית. העירור מתפשט בצורה של פוטנציאל הפעולה דרך האקסון לתא העצב או השריר הבא.

הולכת העירור מתרחשת במנגנון קבוע. כדי לפצות על הקיטוב, יונים שכנים נודדים למקום בו נוצר פוטנציאל הפעולה. נדידת יונים זו מביאה גם לקיטוב באזור הסמוך, מה שמשרה פוטנציאל פעולה חדש באיחור כשמגיעים לפוטנציאל הסף.

במקרה של תאי עצב שאינם מדולריים, ניתן לצפות בהעברה מתמדת של עירור לאורך הממברנה, ואילו בסיבי עצב המכוסים על ידי נדן מיאלין, העירור קופץ מהטבעת לטבעת. לא ניתן לרגש את החלק המקיף של הממברנה בה מופעל פוטנציאל הפעולה עד לשחזור פוטנציאל הממברנה המנוחה, המאפשר להעביר את ההתרגשות בכיוון אחד בלבד.

מחלות ומחלות

פוטנציאל הסף הוא תנאי הכרחי ליצירת פוטנציאלים לפעולה, אשר בסופו של דבר מתבסס על כל העברת הדחפים או העירור העצבי. מכיוון שהולכה של עירור חיונית לכל התפקודים הפיזיולוגיים, כל הפרעה באלקטרופיזיולוגיה רגישה זו יכולה להוביל למגבלות פיזיות.

היפוקלמיה, כלומר מחסור באשלגן, משפיעה האטה על הדפולריזציה ומאיצה את הקיטוב מחדש על ידי היחלשות פוטנציאל הממברנה המנוחה, הקשורה להולכה איטית יותר של עירור והסיכון לחולשת שרירים או שיתוק. במחלות הפוגעות בנדן המיאלין של סיבי עצב (למשל טרשת נפוצה) נחשפים תעלות האשלגן הבסיסיות, מה שמביא ליציאה בלתי מבוקרת של יוני אשלגן מבפנים התא, וכך גם היעדר מוחלט או היחלשות של פוטנציאל הפעולה.

בנוסף, מוטציות גנטיות בחלבוני התעלה עבור נתרן ואשלגן עלולות לגרום לפגמים תפקודיים בדרגות שונות, תלוי במיקום הערוצים המושפעים. לדוגמא, פגמים בתעלות האשלגן באוזן הפנימית קשורים לאובדן שמיעה פנימי. תעלות נתרן שהשתנו פתולוגית בשרירי השלד גורמות לכביכול מיוטוניה המאופיינות במתח מוגבר או מתמשך ועיכוב הרפיה של השרירים. הסיבה לכך היא סגירה או חסימת מספיק של תעלות הנתרן וכך יצירת פוטנציאל פעולה מופרז.

הפרעה בתעלות הנתרן או האשלגן בשרירי הלב יכולה לעורר הפרעות בקצב הלב, כלומר הפרעות בקצב הלב כמו קצב לב מוגבר (טכיקרדיה), מכיוון שרק הולכה נאותה של עירור בלב מבטיחה קצב לב עצמאי ויציב. במקרה של טכיקרדיה, ניתן להפריע לאלמנטים שונים בתוך שרשרת ההולכה: למשל קצב הדפולריזציה האוטומטית או הצימוד הזמני של הדפולריזציה של תאי שריר או תדירות העירור בגלל חוסר שלבי מנוחה.

ככלל, הטיפול מתבצע באמצעות חוסמי תעלות נתרן, המעכבים את זרם הנתרן ובכך מצד אחד מייצבים את פוטנציאל הממברנה ומצד שני מעכבים את יכולת ההתרגשות מחדש של התא. באופן עקרוני ניתן לחסום את כל סוגי ערוצי היונים באופן סלקטיבי. במקרה של תעלות נתרן תלויות מתח, הדבר נעשה באמצעות מה שמכונה הרדמה מקומית. אך נוירוטוקסינים כמו רעל המבה (דנדרוטוקסין) או הרעל של דגי הנפוח (טטרודוטוקסין) יכולים להפחית או לכבות את ריגוש התא על ידי עיכוב זרם הנתרן ומניעת התפתחות פוטנציאל פעולה.