پتانسیل عمل: پیام رسانی سریع در بدن
سلول عصبی و پتانسیل استراحت
برای درک پتانسیل عمل، اول باید با سلول عصبی یا نورون۵ آشنا شویم. نورون ها مانند سیم های تلفن بدن ما هستند که پیام ها را جابه جا می کنند. وقتی یک نورون در حال ارسال پیام نیست، در حالت پتانسیل استراحت قرار دارد. در این حالت، داخل سلول نسبت به بیرون آن بار الکتریکی منفی دارد. این تفاوت بار مانند یک باتری کوچک است که آماده است تا در زمان لازم انرژی خود را آزاد کند.
این اختلاف بار چگونه ایجاد میشود؟ پاسخ در وجود یونها و پمپهای خاصی در غشای سلول نهفته است.
| نام یون | نماد شیمیایی | غلظت بیشتر در کجا؟ | نقش اصلی |
|---|---|---|---|
| پتاسیم | K+ | داخل سلول | حفظ بار منفی داخل سلول |
| سدیم | Na+ | خارج سلول | شروع پیام عصبی (پتانسیل عمل) |
یک پمپ بسیار مهم به نام "پمپ سدیم-پتاسیم"۶ دائماً در حال کار است. این پمپ، سه یون سدیم ($Na^+$) را به بیرون از سلول میفرستد و در عوض دو یون پتاسیم ($K^+$) را به داخل سلول میآورد. این کار باعث میشود بیرون سلول مثبتتر و داخل آن منفیتر شود. مقدار این پتانسیل استراحت حدود -70 میلیولت است.
مراحل یک پتانسیل عمل از آغاز تا پایان
وقتی یک محرک (مثل لمس یک جسم داغ) به نورون میرسد، اگر این محرک به اندازه کافی قوی باشد، میتواند حالت استراحت را برهم بزند و یک پتانسیل عمل ایجاد کند. این فرآیند بسیار سریع و تنها در چند هزارم ثانیه رخ میدهد و مراحل مشخصی دارد.
| مرحله | شرح | تغییر پتانسیل |
|---|---|---|
| ۱. دپولاریزاسیون | دریچههای مخصوصی به نام کانال سدیمی۷ باز میشوند و یونهای سدیم با بار مثبت به داخل سلول هجوم میآورند. | از -70 mV به +30 mV میرسد. |
| ۲. رپولاریزاسیون | کانالهای سدیمی بسته میشوند و کانالهای پتاسیم باز میشوند. یونهای پتاسیم از سلول خارج میشوند و بار مثبت را با خود میبرند. | بار منفی به حالت اول برمیگردد. |
| ۳. دورهٔ مقاومت (Refractory Period) | برای یک لحظه کوتاه، نورون نمیتواند پتانسیل عمل جدیدی ایجاد کند. این امر تضمین میکند که پیام فقط در یک جهت حرکت کند. | پتانسیل پایینتر از حد نرمال است. |
پتانسیل عمل در عمل: یک مثال از زندگی واقعی
فرض کنید پایتان به یک سنگ برخورد میکند. گیرندههای درد در پوست پا، این محرک مکانیکی را تشخیص میدهند و اگر این سیگنال به آستانه لازم برسد، یک پتانسیل عمل در نورون حسی ایجاد میشود. این پیام الکتریکی مانند یک موج در طول آکسون۸ (دم بلند نورون) به سمت نخاع۹ و سپس مغز میدود.
وقتی پیام به مغز میرسد، شما احساس درد میکنید. مغز بلافاصله پیام دیگری را به صورت پتانسیل عمل از طریق نورون های حرکتی به عضلات پای شما میفرستد که میگوید: "پایت را تکان بده!" یا "تعادلت را حفظ کن!". تمام این فرآیند فوقالعاده پیچیده در کسری از ثانیه و با استفاده از همین پتانسیلهای عمل تکرارشونده اتفاق میافتد.
اشتباهات رایج و پرسشهای مهم
خیر، این یکی از شگفتیهای پتانسیل عمل است. برخلاف یک موج معمولی که در آب محو میشود، پتانسیل عمل در هر نقطه از آکسون که برسد، دوباره با حداکثر قدرت خود تولید میشود. بنابراین پیام بدون تضعیف به مقصد میرسد.
سرعت آن بستگی به قطر آکسون و این که آیا غلاف میلین۱۰ دارد یا نه، متفاوت است. میلین مانند یک عایق عمل میکند و باعث میشود پیام با پرش از بین فواصل این غلاف، با سرعت بسیار بیشتری (تا 120 متر بر ثانیه) حرکت کند. در نورونهای بدون میلین، این سرعت میتواند به 2 متر بر ثانیه کاهش یابد.
پتانسیل عمل، پیام الکتریکی در داخل یک نورون است. اما وقتی این پیام به انتهای نورون میرسد، برای عبور به نورون بعدی باید به یک پیام شیمیایی تبدیل شود. این کار توسط مولکولهایی به نام انتقالدهندههای عصبی۱۱ انجام میشود که در فضای بین دو نورون آزاد میشوند.
پاورقی
۱ پتانسیل عمل (Action Potential)
۲ پتانسیل استراحت (Resting Potential)
۳ دپولاریزاسیون (Depolarization)
۴ رپولاریزاسیون (Repolarization)
۵ نورون (Neuron)
۶ پمپ سدیم-پتاسیم (Sodium-Potassium Pump)
۷ کانال سدیمی (Sodium Channel)
۸ آکسون (Axon)
۹ Spinal Cord
۱۰ میلین (Myelin Sheath)
۱۱ انتقالدهندههای عصبی (Neurotransmitters)
