Δυναμικό ενέργειας

Απλοποιημένο διάγραμμα του δυναμικού της μεμβράνης και του δυναμικού ενέργειας.

Δυναμικό ενέργειας είναι η ηλεκτρική δραστηριότητα που αναπτύσσεται σε ένα μυϊκό ή νευρικό κύτταρο κατά τη διάρκεια της δραστηριότητάς του. Δηλαδή, αποτελεί μια παροδική, αναγεννητική, ηλεκτρική ώση, κατά την παραγωγή της οποίας το δυναμικό της μεμβράνης ενός κυττάρου αυξάνει ταχέως σε μια τιμή που είναι περίπου 100mV θετικότερου του φυσιολογικού, αρνητικού, δυναμικού ηρεμίας. Αυτό προκαλεί τη διάδοση ενός σήματος κατά μήκος των νευρώνων ή των μυών σε μεγάλη απόσταση. Η μετάδοση των δυναμικών ενέργειας επιτρέπει στις πληροφορίες να διαβιβαστούν από τα αισθητήρια όργανα, μέσω των κεντρομόλων νευρώνων, στον εγκέφαλο.

Το δυναμικό ενέργειας προκαλείται έαν το ερέθισμα εκπόλωσης αναγκάζει το δυναμικό της μεμβράνης να γίνει θετικότερο από ένα "κατώφλι" δυναμικού (δυναμικό ουδού ή ουδός πυροδότησης). Λόγω αυτού του γεγονότος, ένα δυναμικό ενέργειας είναι μια απάντηση του τύπου "όλα ή ουδέν" (δηλαδή, ή θα παραχθεί στην πλήρη του μορφή, ή καθόλου) και αποτελείται από μια ταχεία εκπόλωση, η οποία ακολουθείται από μια βραδεία επαναπόλωση. Η μορφή του δυναμικού ενέργειας σε ένα δεδομένο κύτταρο αντανακλά τις εξιδικευμένες λειτουργίες αυτού του κυττάρου και υπόκειται σε ορμονική ρύθμιση για ορισμένους κυτταρικούς τύπους.

Όσον αφορά σε ένα νευρικό κύτταρο, το δυναμικό ενέργειας ονομάζεται και αλλιώς νευρική ώση.Πιο συγκεκριμένα όταν ένα νευρικό κύτταρο βρίσκεται σε ηρεμία τότε το εξωτερικό της πλασματικής του μεμβράνης είναι θετικότερο από την εσωτερικό. Δηλαδή το εσωτερικό έχει υψηλή συγκέντρωση ιόντων καλίου και χαμηλή ιόντων νατρίου σε αντίθεση με το εξωτερικό της μεμβράνης. Αυτή η διαφορά διατηρείται χάρη σε  ιοντοτρόπους μηχανισμούς, οι οποίοι καταναλώνουν ενέργεια. Με την κατανάλωση ΑΤP οι μηχανισμοί αυτοί αποβάλλουν νάτρια και προσλαμβάνουν κάλια. Επειδή όμως τα κάλια έχουν μια ιοντική κινητικότητα 20 φορές μεγαλύτερη από τα νάτρια, το εσωτερικό του κυττάρου εμφανίζει μια απώλεια θετικού φορτίου και έτσι δημιουργείται το δυναμικό ηρεμίας ,όπου το εσωτερικό του κυττάρου είναι αρνητικότερο κατά 70mV.

Όταν κάποιο ερέθισμα επιδράσει σε ένα σημείο του κυττάρου, τότε η εσωτερική μεμβράνη γίνεται σε αυτό το σημείο θετικότερη της αρνητικής, γιατί στο συγκεκριμένο σημείο αυξάνεται παροδικά η διαπερατότητα της μεμβράνης και τα ιόντα νατρίου εισέρχονται στο κύτταρο. Έτσι λοιπόν το φορτίο στο εσωτερικό του κυττάρου γίνεται θετικότερο από το εξωτερικό,  περίπου κατά 40mV. Αμέσως μετά αποκαθίσταται το δυναμικό ηρεμίας, καθώς η διαπερατότητα της μεμβράνης για τα ιόντα νατρίου μειώνεται και αυξάνεται για τα ιόντα καλίου μέχρι να επέλθει ισορροπία.

Βιβλιογραφία

• Boron W & Boulpaep E, "Ιατρική Φυσιολογία", εκδόσεις Π.Χ. Πασχαλίδης, 2006, ISBN 960-399-407-3
• Κεβρεκίδης, Θ., Βιολογία: Δομή και λειτουργία των οργανισμών, Θεσσαλονίκη, University Sudio Press, 1996