Δυναμικό ηρεμίας μεμβράνης: τι είναι και πώς επηρεάζει τους νευρώνες

Οι νευρώνες είναι η βασική μονάδα του νευρικού μας συστήματος και, χάρη στο έργο τους, είναι δυνατή η μετάδοση τους νευρική ώθηση ώστε να φτάσει σε δομές του εγκεφάλου που μας επιτρέπουν να σκεφτόμαστε, να θυμόμαστε, να αισθανόμαστε και πολλά περαιτέρω.

Αλλά αυτοί οι νευρώνες δεν μεταδίδουν παλμούς όλη την ώρα. Υπάρχουν στιγμές που ξεκουράζονται. Εκείνες τις στιγμές είναι που συμβαίνει δυναμικό ηρεμίας μεμβράνης, φαινόμενο το οποίο εξηγούμε αναλυτικότερα παρακάτω.

• Σχετικό άρθρο: "Τύποι νευρώνων: χαρακτηριστικά και λειτουργίες"

Τι είναι το δυναμικό μεμβράνης;

Πριν κατανοήσουμε περαιτέρω πώς παράγεται και πώς μεταβάλλεται το δυναμικό της μεμβράνης ηρεμίας, είναι απαραίτητο να κατανοήσουμε την έννοια του δυναμικού μεμβράνης.

Για δύο νευρικά κύτταρα να ανταλλάξουν πληροφορίες είναι απαραίτητο να τροποποιούν την τάση των μεμβρανών τους, το οποίο θα έχει ως αποτέλεσμα ένα δυναμικό δράσης. Με άλλα λόγια, το δυναμικό δράσης νοείται ως μια σειρά αλλαγών στη μεμβράνη του νευρωνικού άξονα, που είναι η επιμήκης δομή των νευρώνων που χρησιμεύει ως καλώδιο.

Οι αλλαγές στην τάση της μεμβράνης συνεπάγονται επίσης αλλαγές στις φυσικοχημικές ιδιότητες αυτής της δομής. Αυτό επιτρέπει να υπάρχουν αλλαγές στη διαπερατότητα του νευρώνα, καθιστώντας ευκολότερη και δυσκολότερη την είσοδο και την έξοδο ορισμένων ιόντων.

Το δυναμικό της μεμβράνης ορίζεται ως το ηλεκτρικό φορτίο στη μεμβράνη των νευρικών κυττάρων. Είναι η διαφορά μεταξύ του δυναμικού μεταξύ του εσωτερικού και του εξωτερικού του νευρώνα..

Ποιο είναι το δυναμικό ηρεμίας της μεμβράνης;

Το δυναμικό ηρεμίας της μεμβράνης είναι ένα φαινόμενο που συμβαίνει όταν η μεμβράνη των νευρικών κυττάρων δεν αλλοιώνεται από δυναμικά δράσης, ούτε διεγερτικά ούτε ανασταλτικά. Ο νευρώνας δεν σηματοδοτεί, δηλαδή δεν στέλνει κανένα είδος σήματος σε άλλα νευρικά κύτταρα με τα οποία είναι συνδεδεμένος και, επομένως, βρίσκεται σε κατάσταση ηρεμίας.

δυνατότητα ανάπαυσης καθορίζεται από τις βαθμίδες συγκέντρωσης των ιόντων, τόσο εντός όσο και εκτός του νευρώνα, και τη διαπερατότητα της μεμβράνης επιτρέποντας σε αυτά τα ίδια χημικά στοιχεία να περάσουν ή όχι.

Όταν η μεμβράνη του νευρώνα βρίσκεται σε κατάσταση ηρεμίας, το εσωτερικό του κυττάρου έχει πιο αρνητικό φορτίο σε σχέση με το εξωτερικό. Κανονικά, σε αυτή την κατάσταση, η μεμβράνη έχει τάση κοντά στα -70 microvolt (mV). Δηλαδή, το εσωτερικό του νευρώνα έχει 70 mV λιγότερο από το εξωτερικό, αν και αξίζει να αναφέρουμε ότι αυτή η τάση μπορεί να κυμαίνεται μεταξύ -30 mV και -90 mV. Επιπλέον, αυτή τη στιγμή υπάρχουν περισσότερα ιόντα νατρίου (Na) έξω από τον νευρώνα και περισσότερα ιόντα καλίου (K) μέσα στον νευρώνα.

• Μπορεί να σας ενδιαφέρει: "Δυνατότητα δράσης: τι είναι και ποιες οι φάσεις του;"

Πώς παράγεται στους νευρώνες;

Η νευρική ώθηση δεν είναι τίποτα άλλο από την ανταλλαγή μηνυμάτων μεταξύ των νευρώνων μέσω ηλεκτροχημικών μέσων. Δηλαδή, όταν διαφορετικές χημικές ουσίες εισέρχονται και εξέρχονται από τους νευρώνες, αλλάζοντας τη βαθμίδα αυτών των ιόντων στο εσωτερικό και εξωτερικό περιβάλλον των νευρικών κυττάρων, παράγονται ηλεκτρικά σήματα. Δεδομένου ότι τα ιόντα είναι φορτισμένα στοιχεία, οι αλλαγές στη συγκέντρωσή τους σε αυτά τα μέσα συνεπάγονται επίσης αλλαγές στην τάση της νευρωνικής μεμβράνης.

Στο νευρικό σύστημα τα κύρια ιόντα που μπορούν να βρεθούν είναι το Na και το K, αν και ξεχωρίζουν επίσης το ασβέστιο (Ca) και το χλώριο (Cl). Τα ιόντα Na, K και Ca είναι θετικά, ενώ το Cl είναι αρνητικό. Η μεμβράνη του νεύρου είναι ημιπερατή, αφήνοντας επιλεκτικά κάποια ιόντα μέσα και έξω.

Τόσο έξω όσο και μέσα στον νευρώνα, οι συγκεντρώσεις ιόντων προσπαθούν να ισορροπήσουν; Ωστόσο, όπως ήδη αναφέρθηκε, η μεμβράνη το κάνει δύσκολο, αφού δεν επιτρέπει σε όλα τα ιόντα να φύγουν ή να εισέλθουν με τον ίδιο τρόπο.

Σε κατάσταση ηρεμίας, τα ιόντα Κ διασχίζουν τη νευρωνική μεμβράνη με σχετική ευκολία, ενώ τα ιόντα Na και Cl έχουν μεγαλύτερο πρόβλημα να περάσουν. Κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου, η νευρωνική μεμβράνη εμποδίζει τις αρνητικά φορτισμένες πρωτεΐνες να φύγουν από το εξωτερικό νευρώνα. Το δυναμικό ηρεμίας της μεμβράνης προσδιορίζεται από τη μη ισοδύναμη κατανομή ιόντων μεταξύ του εσωτερικού και του εξωτερικού του κυττάρου.

Ένα στοιχείο θεμελιώδους σημασίας σε αυτή την κατάσταση είναι η αντλία νατρίου-καλίου. Αυτή η δομή της νευρωνικής μεμβράνης χρησιμεύει ως ρυθμιστικός μηχανισμός για τη συγκέντρωση ιόντων μέσα στο νευρικό κύτταρο. Λειτουργεί έτσι ώστε Για κάθε τρία ιόντα Na που εξέρχονται από τον νευρώνα, εισέρχονται δύο ιόντα K. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα η συγκέντρωση των ιόντων Na να είναι μεγαλύτερη στο εξωτερικό και η συγκέντρωση των ιόντων Κ να είναι μεγαλύτερη στο εσωτερικό.

Αλλαγές μεμβράνης σε ηρεμία

Αν και το κύριο θέμα αυτού του άρθρου είναι η έννοια του δυναμικού ηρεμίας μεμβράνης, είναι απαραίτητο εξηγήστε, πολύ συνοπτικά, πώς συμβαίνουν αλλαγές στο δυναμικό της μεμβράνης ενώ ο νευρώνας βρίσκεται μέσα ανάπαυση. Για να δοθεί η νευρική ώθηση είναι απαραίτητο να αλλοιωθεί το δυναμικό ηρεμίας. Υπάρχουν δύο φαινόμενα που συμβαίνουν έτσι ώστε να μπορεί να μεταδοθεί το ηλεκτρικό σήμα: η εκπόλωση και η υπερπόλωση.

1. Εκπόλωση

Σε ηρεμία, το εσωτερικό του νευρώνα έχει ηλεκτρικό φορτίο σε σχέση με το εξωτερικό.

Ωστόσο, εάν εφαρμοστεί ηλεκτρική διέγερση σε αυτό το νευρικό κύτταρο, δηλαδή λαμβάνει τη νευρική ώθηση, εφαρμόζεται θετικό φορτίο στον νευρώνα. Όταν λαμβάνετε θετικό φορτίο, το κύτταρο γίνεται λιγότερο αρνητικό σε σχέση με το εξωτερικό του νευρώνα, με σχεδόν μηδενικό φορτίο, και επομένως το δυναμικό της μεμβράνης μειώνεται.

2. υπερπόλωση

Εάν σε κατάσταση ηρεμίας το κύτταρο είναι πιο αρνητικό από το εξωτερικό και, όταν εκπολώνεται, δεν έχει διαφορά σημαντικού φορτίου, στην περίπτωση υπερπόλωσης συμβαίνει το κύτταρο να έχει πιο θετικό φορτίο από αυτό στο εξωτερικο.

Όταν ο νευρώνας δέχεται διάφορα ερεθίσματα που τον εκπολώνουν, καθένα από αυτά προκαλεί προοδευτική αλλαγή του δυναμικού της μεμβράνης.

Μετά από αρκετές από αυτές, φτάνει το σημείο να αλλάζει πολύ το δυναμικό της μεμβράνης, καθιστώντας το ηλεκτρικό φορτίο μέσα στο στοιχείο πολύ θετικό, ενώ το εξωτερικό γίνεται αρνητικό. Το δυναμικό ηρεμίας της μεμβράνης ξεπερνιέται, με αποτέλεσμα η μεμβράνη να είναι πιο πολωμένη από το κανονικό ή υπερπόλωση.

Αυτό το φαινόμενο συμβαίνει για περίπου δύο χιλιοστά του δευτερολέπτου.. Μετά από αυτό το πολύ σύντομο χρονικό διάστημα, η μεμβράνη επιστρέφει στις κανονικές της τιμές. Η ταχεία αντιστροφή στο δυναμικό της μεμβράνης είναι από μόνη της αυτό που ονομάζεται δυναμικό δράσης και είναι το που προκαλεί τη μετάδοση της νευρικής ώθησης, προς την κατεύθυνση του άξονα προς το τερματικό κουμπί του δενδρίτες.

Βιβλιογραφικές αναφορές:

• Cardinali, Δ.Π. (2007). Εφαρμοσμένη νευροεπιστήμη. Τα θεμελιώδη του. Panamerican Medical Editorial. Μπουένος Άιρες.
• Κάρλσον, Ν. R. (2006). Physiology of Behavior 8th Ed. Madrid: Pearson.
• Guyton, C.A. & Hall, J.E. (2012) Πραγματεία Ιατρικής Φυσιολογίας. 12η έκδοση. McGraw Hill.
• Kandel, E.R.; Schwartz, J.H. & Jessell, T.M. (2001). Αρχές νευροεπιστήμης. Τέταρτη έκδοση. McGraw-Hill Interamericana. Μαδρίτη.