Sliekšņa potenciāls

Sliekšņa potenciāls apraksta īpašu uzlādes atšķirību uzbudināmo šūnu membrānā. Ja membrānas potenciāls vājina līdz noteiktai vērtībai depolarizācijas laikā, tiek izveidots darbības potenciāls, atverot no sprieguma atkarīgus jonu kanālus. Katrā ziņā sasniedzamā vērtība, kas nepieciešama darbības potenciāla ģenerēšanai, ir būtiska uzbudinājuma vadīšanai principa “jeb vai nekas” dēļ.

Kāds ir sliekšņa potenciāls?

Šūnu iekšpusi no apkārtējās ārējās vides atdala membrāna, kas noteiktām vielām ir tikai daļēji caurlaidīga. Tas nozīmē, ka joni, t.i., lādētas daļiņas, nevar nekontrolēti iziet cauri tām. Sakarā ar nevienmērīgu jonu sadalījumu starp šūnas iekšpusi un ārpusi uzkrājas izmērāms elektroķīmiskais potenciāls, ko dēvē par sliekšņa potenciālu.

Kamēr šūna netiek stimulēta, šis miera membrānas potenciāls ir negatīvs. Elektriskais impulss, kas pienāk šūnā, to aktivizē vai nodod satrauktā stāvoklī. Negatīvo atpūtas membrānas potenciālu depolarizē mainītā jonu caurlaidība, t.i., pozitīvāka. Neironu reakcijas rašanās ir atkarīga no šīs pirmsdepolarizācijas pakāpes. Saskaņā ar principu “viss vai nekas” darbības potenciāls tiek radīts tikai tad, kad ir sasniegta vai pārsniegta noteikta kritiskā vērtība. Citādi nekas nenotiek. Šo īpašo vērtību, kas nepieciešama ierosmes vadīšanai, izmantojot darbības potenciālus, sauc par sliekšņa potenciālu.

Funkcija un uzdevums

Visu ienākošo ierosmes impulsu saskares punkts ir aksonu pilskalns. Tas iezīmē vietu, kur veidojas darbības potenciāls, jo sliekšņa potenciāls tur ir zemāks nekā citās membrānas sekcijās īpaši augsta sprieguma atkarīgo jonu kanālu blīvuma dēļ.

Tiklīdz prepopolarizācijas laikā tiek sasniegts vai pārsniegts sliekšņa potenciāls, notiek sava veida ķēdes reakcija. Pēkšņi atveras liels skaits no sprieguma atkarīgi nātrija jonu kanāli. Īslaicīgs lavīnām līdzīgs nātrija pieplūdums gar sprieguma gradientu pastiprina depolarizāciju līdz pilnīgai miera membrānas potenciāla sabrukšanai. Ir noteikts darbības potenciāls, t.i.apmēram milisekundē pozitīvo lādiņu pārpalikums šūnas iekšienē izraisa polaritātes maiņu.

Pēc tam, kad ir veiksmīgi iedarbināts darbības potenciāls, sākotnējais membrānas potenciāls tiek pakāpeniski atjaunots. Kamēr nātrija pieplūdums ir lēns, tiek atvērti aizkavēti kālija kanāli. Palielinātais kālija aizplūšana kompensē nātrija pieplūduma samazināšanos un neitralizē depolarizāciju. Šīs tā saucamās repolarizācijas laikā membrānas potenciāls atkal kļūst negatīvs un pat īsu brīdi nokrītas zem miera potenciāla vērtības.

Pēc tam nātrija-kālija pumpis atjauno sākotnējo jonu sadalījumu. Uzbudinājums darbības potenciāla veidā izplatās caur aksonu uz nākamo nervu vai muskuļu šūnu.

Uzbudinājuma vadīšana notiek nemainīgā mehānismā. Lai kompensētu depolarizāciju, kaimiņu joni migrē uz vietu, kur veidojas darbības potenciāls. Šī jonu migrācija noved pie arī depolarizācijas kaimiņu reģionā, kas rada jaunu darbības potenciālu ar kavēšanos, kad tiek sasniegts sliekšņa potenciāls.

Neironos bez mielīna var novērot nepārtrauktu ierosmes pārnešanu gar membrānu, turpretī ierosinājums no gredzena uz gredzenu lec nervu šķiedrās, kuras ieskauj mielīna apvalks. Atbilstošo membrānas sekciju, kurā tiek iedarbināts darbības potenciāls, nevar ierosināt, kamēr nav atjaunots miera membrānas potenciāls, kas ļauj ierosmi nodot tikai vienā virzienā.

Slimības un kaites

Sliekšņa potenciāls ir priekšnoteikums darbības potenciālu radīšanai, uz kuriem galu galā balstās visa nervu impulsu pārraide vai ierosme. Tā kā ierosināšanas vadīšana ir būtiska visām fizioloģiskajām funkcijām, visi šīs jutīgās elektrofizioloģijas traucējumi var izraisīt fiziskus ierobežojumus.

Hipokaliēmija, t.i., kālija deficīts, palēnina depolarizāciju un paātrina repolarizāciju, vājinot atpūtas membrānas potenciālu, kas ir saistīts ar lēnāku ierosmes vadīšanu un muskuļu vājuma vai paralīzes risku. Slimībās, kas bojā nervu šķiedru mielīna apvalku (piemēram, multiplā skleroze), tiek pakļauti pamatā esošie kālija kanāli, kā rezultātā nekontrolēti kālija joni izplūst no šūnas iekšpuses un līdz ar to arī darbības potenciāls pilnīgi nepastāv vai tiek vājināts.

Turklāt ģenētiskās mutācijas kanāla olbaltumvielās nātrija un kālija dēļ var izraisīt dažādas pakāpes funkcionālos traucējumus atkarībā no skarto kanālu atrašanās vietas. Piemēram, kālija kanālu defekti iekšējā ausī ir saistīti ar iekšējās auss dzirdes zudumu. Patoloģiski izmainīti nātrija kanāli skeleta muskuļos izraisa tā saucamo miotoniju, kurai raksturīga paaugstināta vai ilgstoša spriedze un aizkavēta muskuļu relaksācija. Iemesls tam ir nepietiekama nātrija kanālu slēgšana vai aizsprostojums un tādējādi pārmērīga darbības potenciāla radīšana.

Nātrija vai kālija kanālu traucējumi sirds muskuļos var izraisīt aritmijas, t.i., sirds aritmijas, piemēram, palielinātu sirdsdarbības ātrumu (tahikardija), jo tikai pareiza ierosmes vadīšana sirdī garantē vienmērīgu, neatkarīgu sirds ritmu. Tahikardijas gadījumā var tikt traucēti dažādi transmisijas ķēdes elementi: piemēram, automātiskās depolarizācijas ritms vai muskuļu šūnu depolarizācijas tempu savienojums vai ierosmes biežums atpūtas fāžu trūkuma dēļ.

Parasti terapiju veic ar nātrija kanālu blokatoriem, kas kavē nātrija pieplūdumu un tādējādi, no vienas puses, stabilizē membrānas potenciālu un, no otras puses, kavē šūnas atkārtotu uzbudināmību. Principā visus jonu kanālu veidus var selektīvi bloķēt. No sprieguma atkarīgu nātrija kanālu gadījumā to veic, izmantojot tā sauktos vietējos anestēzijas līdzekļus. Bet tādi neirotoksīni kā mamba inde (dendrotoksīns) vai pīkstošo zivju inde (tetrodotoksīns) var samazināt vai izslēgt šūnas uzbudināmību, kavējot nātrija pieplūdumu un novēršot darbības potenciāla attīstību.