پتانسیل استراحت

شما اینجا هستید:

همه ی سلول ها دارای اختلاف سطح الکتریکی بین دو طرف جدار خود هستند، ولی در سلول های تحریک پذیر، در اثر تحریک جدار این سلول ها دچار معکوس شدن بار الکتریکی می شود، به این حالت پتانسیل عمل گفته می شود. پتانسیل عمل از نقطه تحریک شروع می شود به صورت موج سلول های تحریک پذیر دیگر را دربر می گیرد. اختلاف سطح الکتریکی بین داخل و خارج جدار سلول های تحریک پذیر در حالت استراحت را پتانسیل استراحت می گویند.

۱

در خارج سلول عصبی یون های سدیم (Na) و کلر (Cl) به صورت محلول رقیق کلروسدیم وجود دارد و در داخل سلول یون پتاسیم (K) و یون های پروتئینی با بار منفی وجود دارد. یون پتاسیم به دلیل اختلاف غلظت تمایل به خروج از سلول را دارد ولی با خروج یون پتاسیم تعادل الکتریکی از بین می رود. در دهه ی ۱۹۵۰ دو نوروفیزیولوژیست به نام های هاجکین و هاکسلی می خواستند بدانند که چرا غلظت زیاد یون های سدیم و کلر در خارج سلول و یون پتاسیم در داخل سلول، با توجه به گرادیان غلظت، غلظت این یون ها در طرفی که کم است، تغییر نمی کند؟ آیا فشار الکترواستاتیک ۷۰ میلی ولت در طول غشا می تواند به عنوان یک نیروی خنثی کننده عمل کند؟

هاجکین و هاکسلی برای جواب به این سوال ها بار الکترواستاتیک هر یک از این سه یون راکه برای متعادل کردن گرایش این یون ها به طی کردن گرادیان غلظت لازم بود را محاسبه کردند.

  •  در یون کلر فشار الکترواستاتیک محاسبه شده، ۷۰ میلی ولت بود که برابر با پتانسیل استراحت بود. آن ها یافتند که در زمان استراحت سلول های عصبی توزیع نابرابر یون های کلر در طول غشا سلول از طریق گرایش گرادیان غلظت و فشار الکترو استاتیک حفظ می شود.

 

  • در یون پتاسیم فشار الکترواستاتیک ۹۰ میلی ولت برای آن که یون های پتاسیم گرادیان غلظت را طی نکرده و سلول عصبی را ترک نکند لازم است که ۲۰ میلی ولت از پتانسیل استراحت بیشتر و به سمت خارج سلول می روند.

 

  •  در یون سدیم شرایط متفاوت است، به نوعی که گرادیان غلظت و فشار الکترواستاتیک همسو هستند. غلظت یون سدیم خارج از سلول عصبی در حال استراحت برای جلوگیری از این که گرادیان غلظت را طی نکند، ۵۰ میلی ولت فشار بیرونی لازم است. این ۵۰ میلی ولت و ۷۰ میلی ولت فشار الکترواستاتیک که با یکدیگر همسو هستند به ۱۲۰ میلی ولت فشار لازم برای ورود یون سدیم به داخل سلول عصبی در حال استراحت است.

۲

پتانسیل تعادل

هاجکین و هاکسلی مکانیسم های فعالی در غشا سلول کشف کردند که جاری شدن به درون (influx) یون های سدیم را با تلمبه زدن یون های سدیم به خارج با همان سرعت عبور آن ها به داخل و جاری شدن به خارج (efflux) یون های پتاسیم را با تلمبه زدن به داخل با همان سرعت، خنثی می کند. سپس به این نتیجه رسیدند که حمل یون سدیم به بیرون سلول های عصبی و حمل یون های پتاسیم به داخل سلول های عصبی دو فرایند مستقل نیستند. این حمل یون توسط مکانیسم های مصرف کننده انرژی در غشا سلول صورت می گیرد که پیوسته سه یون سدیم درون سلول را با دو یون پتاسیم خارج از سلول را مبادله می کند. این مکانیسم پمپ های سدیم – پتاسیم نام دارد.

این فرایند گفته شده را پتانسیل تعادل می نامند. پتانسیل تعادل با استفاده از فرمول نرنست (nernst) قابل محاسبه است:

E= (RT/zF).Ln Ce/Ci

در این فرمول R عدد ثابت جهانی گاز، T درجه حرارت مطلق، z حالت اکسیداسیون یون، F عدد ثابت فاراده، Ce غلظت خارج سلولی و Ci غلظت داخل سلولی یون مورد نظر می باشد.

۳

ثبت داخل سلولی

ثبت اختلاف پتانسیل بین دو طرف جدار یک سلول تحریک پذیر در حالت های استراحت و کار برای شناخت نحوه کارکرد این گونه سلول ها بسیار لازم است. یکی از روش های استاندارد اندازه گیری اختلاف پتانسیل بین داخل و خارج سلول، روش ثبت داخل سلولی است.

برای ثبت این اختلاف پتانسیل لازم است دو الکترود داشته باشیم، یکی در داخل سلول و دیگری در خارج. سپس باید سر این الکترود را به یک ولت متر وصل کنیم. چون نورون ها بسیار کوچک هستند، سر الکترودی که باید داخل نورون شود خیلی ریز است. برای این کار از الکترود های شیشه ای بسیار نازک با قطر کمتر از یک میکرومتر استفاده می شود. برای این که این الکترود، هادی الکتریسیته باشد، داخل آن را از مایع کلروپتاسیم یا کلروسدیم پر می کنند. این میکرو الکترود به داخل سلول هدایت می شود و اختلاف پتانسیل بین آن و یک الکترود خنثی که در داخل محلولی که سلول در آن شناور است قرار دارد، گرفته می شود. چون اختلاف پتانسیل خیلی ضعیف است ابتدا باید توسط یک آمپلی فایر تقویت شود و سپس به یک دستگاه ثبت کننده مثل اسیلوسکوپ اشعه کاتودیک، یا رایانه برای ثبت و بررسی فرستاده شود.