Sliekšņa potenciāls raksturo īpašu lādiņu starpību uzbudināmo šūnu membrānā. Kad membrānas potenciāls depolarizācijas gaitā pavājinās līdz noteiktai vērtībai, an darbības potenciāls tiek inducēts, atverot no sprieguma atkarīgus jonu kanālus. Vērtība, kas katrā gadījumā jāsasniedz un kas nepieciešama darbības potenciāls, ir būtiska ierosmes vadīšanai principa "viss vai neko" dēļ.
Kāds ir sliekšņa potenciāls?
Sliekšņa potenciāls raksturo īpašu lādiņu starpību uzbudināmo šūnu membrānā. Šūnu iekšpusi no apkārtējās ārējās vides atdala membrāna, kas tikai daļēji caurlaidīga dažām vielām. Tādējādi joni, ti, uzlādētas daļiņas, nevar nekontrolēti iziet caur to. Nevienmērīgs sadale jonu starp šūnas iekšpusi un ārpusi izraisa uzmērāma elektroķīmiska potenciāla uzkrāšanos, kas ir pazīstams kā sliekšņa potenciāls. Kamēr šūna nav satraukta, šis atpūtas membrānas potenciāls ir negatīvs. Elektriskais impulss, kas nonāk šūnā, to aktivizē vai ievieto ierosinātā stāvoklī. Negatīvo miera membrānas potenciālu depolarizē, mainoties jonu caurlaidībai, proti, tas kļūst pozitīvāks. Tas, vai rodas neironu reakcija, ir atkarīgs no šīs pirms depolarizācijas pakāpes. Tikai tad, ja ir sasniegta vai pārsniegta noteikta kritiskā vērtība, darbības potenciāls tiek veidots pēc principa “viss vai neko”. Pretējā gadījumā nekas nenotiek. Šo specifisko vērtību, kas nepieciešama ierosmes vadīšanai pēc darbības potenciāla, sauc par sliekšņa potenciālu.
Funkcija un uzdevums
Visu ienākošo ierosmes impulsu saskares punkts ir Aksons paugurs. Tas iezīmē darbības potenciāla veidošanās vietu, jo īpaši augsta līmeņa dēļ sliekšņa potenciāls tur ir zemāks nekā citās membrānas daļās Blīvums jonu kanālu ar spriegumu. Tiklīdz pirms depolarizācijas gaitā tiek sasniegts vai pārsniegts sliekšņa potenciāls, notiek sava veida ķēdes reakcija. Liels skaits no sprieguma atkarīgs nātrijs jonu kanāli pēkšņi atveras. Pagaidu, lavīnveida nātrijs pieplūdums gar sprieguma gradientu pastiprina depolarizāciju, līdz atpūtas membrānas potenciāls pilnībā sabrūk. Ir izveidots darbības potenciāls, ti, apmēram vienu milisekundi notiek polaritātes maiņa, pateicoties pozitīvu lādiņu pārpalikumam šūnā. Pēc tam, kad darbības potenciāls ir veiksmīgi iedarbināts, pakāpeniski tiek atjaunots sākotnējais membrānas potenciāls. Kā nātrijs pieplūdums lēnām neizdodas, aizkavējas kālijs kanāli ir atvērti. Palielinās kālijs ārējā strāva kompensē nātrija ieplūdes samazināšanos un neitralizē depolarizāciju. Šīs tā dēvētās repolarizācijas gaitā membrānas potenciāls atkal kļūst negatīvs un pat īsi nokrītas zem atpūtas potenciāla vērtības. Nātrijakālijs sūknis atjauno sākotnējo jonu sadale. Uzbudinājums darbības potenciālā veidā izplatās visā Aksons uz nākamo nervu vai muskuļu šūnu. Uzbudinājuma vadīšana notiek nemainīgā mehānismā. Lai kompensētu depolarizāciju, kaimiņu joni migrē uz darbības potenciāla veidošanās vietu. Šī jonu migrācija arī noved pie depolarizācijas kaimiņu reģionā, kas rada jaunu darbības potenciālu ar laika kavēšanos, kad tiek sasniegts sliekšņa potenciāls. Nenozīmētās nervu šūnās var novērot nepārtrauktu ierosmes vadīšanu gar membrānu, turpretī nervu šķiedrās, kuras apšuvušas a mielīna apvalks, ierosmes lec no auklas gredzena uz auklas gredzenu. Konkrētā membrānas sadaļa, kurā tiek uzsākts darbības potenciāls, nav atraisāma, līdz tiek atjaunots miera membrānas potenciāls, kas ierosina ierosmi tikai vienā virzienā.
Slimības un traucējumi
Sliekšņa potenciāls ir priekšnoteikums darbības potenciālu veidošanai, uz kura galu galā ir balstīta visa nervu impulsu vai ierosmes pārnešana. Tā kā ierosmes vadīšana ir būtiska visām fizioloģiskajām funkcijām, visi šīs jutīgās elektrofizioloģijas traucējumi var būt vadīt fiziskiem ierobežojumiem.Hipokaliēmija, ti, kālija deficīts, ir novēlota iedarbība uz depolarizāciju un paātrinoša ietekme uz repolarizāciju, vājinot membrānas miera potenciālu, kas saistīts ar palēninātu vadītspēju un muskuļu vājuma vai paralīzes risku. Slimībās, kas bojā mielīna apvalks nervu šķiedras (piemēram, multiplā skleroze), tiek pakļauti pamatā esošie kālija kanāli, kā rezultātā notiek nekontrolēta kālija jonu aizplūšana no šūnas iekšpuses un līdz ar to darbības potenciāla pilnīga neesamība vai vājināšanās. Turklāt ģenētiski noteiktas kanāla mutācijas proteīni nātrijam un kālijam var izraisīt dažādas pakāpes funkcionālos traucējumus atkarībā no skarto kanālu lokalizācijas. Piemēram, kālija kanālu defekti iekšējā ausī ir saistīti ar sensorineirālu dzirdes zaudēšana. Patoloģiski izmainīti nātrija kanāli skeleta muskuļos izraisa tā saukto miotoniju, kurai raksturīga paaugstināta vai ilgstoša spriedze un aizkavēta atpūta no muskuļiem. To izraisa nepietiekama nātrija kanālu slēgšana vai bloķēšana, kā rezultātā rodas pārmērīga darbības potenciāls. Nātrija vai kālija kanālu traucējumi sirds muskuļi var izraisīt aritmijas, ti sirds aritmijas piemēram, palielināts sirds likme (tahikardija), jo tikai pareiza ierosmes vadīšana sirdī garantē vienmērīgu, neatkarīgu sirds ritmu. Gadījumā, ja tahikardija, var tikt traucēti dažādi vadīšanas ķēdes elementi: piemēram, automātiskās depolarizācijas ritms vai muskuļu šūnu depolarizācijas laika savienojums vai ierosmes biežums atpūtas fāžu trūkuma dēļ. Parasti, terapija tiek veikts ar nātrija kanālu blokatoriem, kas kavē nātrija ieplūdi un tādējādi stabilizē membrānas potenciālu, no vienas puses, un, no otras puses, aizkavē šūnas atkārtotu uzbudināmību. Principā visu veidu jonu kanālus var selektīvi bloķēt. No sprieguma atkarīgu nātrija kanālu gadījumā to veic t.s. vietējie anestēzijas līdzekļi. Tomēr neirotoksīni, piemēram, mamba inde (dendrotoksīns) vai putnu zivju inde (tetrodotoksīns), arī var samazināt vai novērst šūnas uzbudināmību, kavējot nātrija pieplūdumu un novēršot darbības potenciāla veidošanos.
