پتانسیل غشای در حال استراحت و توزیع یون

پتانسیل غشای در حال استراحت، اختلاف ولتاژ پایداری است که در سراسر غشای پلاسمایی یک سلول تحریک نشده وجود دارد، به طوری که داخل سلول نسبت به خارج آن منفی است، که معمولاً در نورون‌ها حدود -۶۰ تا -۹۰ میلی‌ولت است. این پتانسیل، نتیجه توزیع نابرابر یون‌ها در سراسر غشا و نفوذپذیری انتخابی غشا نسبت به آن یون‌ها است.

Definition

پتانسیل غشای در حال استراحت، ولتاژ عرض غشایی است که توسط یک سلول تحریک‌پذیر تحریک‌نشده حفظ می‌شود و توسط تعادل بین گرادیان‌های غلظت یونی و نفوذپذیری‌های نسبی غشا تعیین می‌شود و نزدیک به پتانسیل تعادل پتاسیم نگه داشته می‌شود.

Scope

این موضوع توضیح می‌دهد که چرا یک سلول در حال استراحت، ولتاژ منفی پایداری را حفظ می‌کند و چگونه توزیع نامتقارن پتاسیم، سدیم و کلرید منجر به آن می‌شود. این مبحث به سهم هر یون اصلی و نقش غالب پتاسیم در حالت استراحت می‌پردازد و حالت استراحت را از تغییرات ولتاژ فعال که در جای دیگری مورد بحث قرار گرفته‌اند، متمایز می‌کند.

Core questions

• چه غلظت‌های یونی، داخل و خارج یک سلول در حال استراحت را مشخص می‌کنند؟
• کدام یون بر پتانسیل استراحت غالب است و چرا؟
• چگونه نفوذپذیری‌های کوچک سدیم و کلرید، پتانسیل استراحت را از مقدار تعادل پتاسیم دور می‌کنند؟

Key concepts

• ولتاژ عرض غشایی
• غلظت‌های یونی درون سلولی در مقابل برون سلولی
• غلبه پتاسیم در حالت استراحت
• سهم سدیم و کلرید
• نفوذپذیری نسبی
• حالت پایدار در مقابل تعادل

Key theories

توصیف نفوذپذیری انتخابی پتانسیل استراحت

ولتاژ استراحت توسط اینکه کدام یون‌ها می‌توانند از غشا عبور کنند و با چه سهولتی تعیین می‌شود؛ از آنجا که نفوذپذیری پتاسیم در حالت استراحت به طور قابل توجهی از نفوذپذیری سدیم بیشتر است، پتانسیل نزدیک به پتانسیل تعادل پتاسیم قرار می‌گیرد اما توسط نشت سدیم به سمت مثبت جابجا می‌شود.

Mechanisms

یک نورون در حال استراحت، پتاسیم را در داخل و سدیم و کلرید را در خارج متمرکز نگه می‌دارد. غشا در حالت استراحت از طریق کانال‌های نشتی باز، نفوذپذیری بالایی به پتاسیم دارد و تنها نفوذپذیری ضعیفی به سدیم دارد. پتاسیم در جهت گرادیان غلظت خود به بیرون منتشر می‌شود و بار مثبت را به خارج حمل می‌کند و داخل را منفی می‌گذارد؛ منفی شدن فزاینده با خروج بیشتر مخالفت می‌کند، بنابراین ولتاژ به پتانسیل تعادل پتاسیم نزدیک می‌شود. یک جریان ورودی کوچک و پایدار سدیم، و در بسیاری از سلول‌ها حرکت کلرید، پتانسیل واقعی در حال استراحت را کمی مثبت‌تر از مقدار تعادل پتاسیم نگه می‌دارد. هاجکین و کاتز (۱۹۴۹) این وابستگی چند یونی را مستقیماً با تغییر سدیم خارجی و نشان دادن تغییرات قابل پیش‌بینی در ولتاژ غشا نشان دادند.

Clinical relevance

از آنجا که پتانسیل استراحت تعیین می‌کند که یک سلول با چه سرعتی می‌تواند تحریک شود، تغییرات در پتاسیم خارج سلولی یا سایر یون‌ها، تحریک‌پذیری غشا را در عصب، عضله و قلب تغییر می‌دهد. این مدخل، این وابستگی مکانیکی را به عنوان فیزیولوژی پس‌زمینه توصیف می‌کند و راهنمایی برای مدیریت هیچ شرایطی نیست.

Evidence & guidelines

توصیف کمی از ثبت‌های آکسون ماهی مرکب نشأت می‌گیرد و محتوای استانداردی در کتاب‌های درسی فیزیولوژی و بیوفیزیک است؛ این یک ماده مرجع مکانیکی است تا محتوای دستورالعمل بالینی.

History

نظریه اولیه غشای جولیوس برنشتاین پیشنهاد کرد که پتانسیل استراحت، نفوذپذیری انتخابی به پتاسیم را منعکس می‌کند. هاجکین و کاتز (۱۹۴۹) این نظریه را به دیدگاه چند یونی گسترش دادند و نشان دادند که نفوذپذیری سدیم نیز اهمیت دارد، و تحلیل میدان ثابت گلدمن در سال ۱۹۴۳، به این رابطه شکل کمی داد.

Key figures

• Alan Hodgkin
• Bernard Katz
• David E. Goldman
• Julius Bernstein

Seminal works

• hodgkin-katz-1949
• goldman-1943

Frequently asked questions

چرا داخل یک نورون در حال استراحت منفی است؟

زیرا غشای در حال استراحت عمدتاً به پتاسیم نفوذپذیر است، پتاسیم در جهت گرادیان غلظت خود از سلول خارج می‌شود و بار مثبت را به بیرون حمل می‌کند، و بار خالص منفی را در داخل باقی می‌گذارد تا زمانی که کشش الکتریکی با خروج بیشتر تعادل یابد.

آیا پتانسیل استراحت یک تعادل است؟

دقیقاً نه. این یک حالت پایدار است که نزدیک به پتانسیل تعادل پتاسیم نگه داشته می‌شود؛ نشت‌های کوچک و مداوم یون‌ها توسط پمپاژ فعال جبران می‌شوند، بنابراین گرادیان‌ها و ولتاژ بدون تعادل واقعی ثابت می‌مانند.