Toimintapotentiaalin

Toimintapotentiaalin käsite viittaa nopeasti etenevään sähköiseen impulssiin, jota esiintyy pääasiassa neuroneissa ja lihassoluissa. Impulssi syntyy, kun solukalvon jännite-ero ylittää kynnysarvon ja solun sisäpuoli muuttuu tilapäisesti positiivisemmaksi suhteessa ulkopuoliseen varaukseen. Depolarisaation ja repolarisaation kautta muodostuu tämän impulssin perusvaiheet, ja impulssin eteneminen tapahtuu solun kalvolla.

Depolarisaation taustalla ovat Na+-jänniteherkät kanavat, jotka avautuvat nopeasti ja mahdollistavat Na+-ionien virtaamisen sisään. Tämä nostaa solun sisätilan jännitettä nopeasti kohti positiivista arvoa. Kun depolarisaatio saavuttaa kynnystason, tapahtuu impulssin eteneminen eteenpäin ja Na+-kanavat sulkeutuvat. Seuraavaksi K+-kanavat avautuvat, jolloin K+-ionit siirtyvät ulos ja kalvon sisäpuoli palaa kohti lepotilaa repolarisaation aikana. Joissain soluissa Ca2+-kanavien kautta tapahtuva Ca2+-nousu vaikuttaa depolarisaation kestoon ja soluvaikutuksiin.

Toimintapotentiaali etenee aksonilla sähköisenä aallona: kun depolarisaatio lähestyy viereistä kalvoa, tämäkin alue ylittää kynnystason ja uusi impulssi syntyy samalla tavoin. Amplitudi on yleensä sama riippumatta alkuperäisen stimulaation voimasta, mikä noudattaa all-or-none -periaatetta. Erittäin tärkeä rooli nopean johtumisen kannalta on myeliinitys: myelinisoidussa aksonissa impulssi etenee saltatorisesti solmukohtien välillä, mikä nopeuttaa johtoa.

Refraktaariusjaksoilla on kaksi osaa: absoluuttinen ja suhteellinen. Absoluuttisen refraktaariuden aikana mikään stimulaatio ei voi synnyttää uutta impulssia, ja suhteellinen refraktaarius tarkoittaa, että hyvin voimakas stimulus voi aikaansaa impulssin hieman myöhemmin. Tämä varmistaa impulssin suuntautumisen eteenpäin ja estää palautumisen.

Ionigradienttien palauttaminen vaatii energiaa Na+/K+-ATP-ase pumppauksen avulla: Na+ siirtyy ulos ja K+ sisään, jolloin elektrolyyttitasapaino palautuu. Toimintapotentiaalin kesto neuronissa on tyypillisesti noin 1–2 millisekuntia; lihassoluissa se voi olla hieman pidempi. Johtonopeuteen vaikuttavat tekijät ovat aksonin halkaisija, myeliinaatio ja lämpötila.