การทำงานของอวัยวะและเนื้อเยื่อในร่างกายเรานั้นขึ้นอยู่กับหลายปัจจัย เซลล์บางเซลล์ (คาร์ดิโอไมโอไซต์และเส้นประสาท) ขึ้นอยู่กับการส่งผ่านของแรงกระตุ้นของเส้นประสาทที่เกิดขึ้นในส่วนประกอบหรือโหนดของเซลล์พิเศษ พื้นฐานของแรงกระตุ้นของเส้นประสาทคือการก่อตัวของคลื่นของการกระตุ้นที่เรียกว่าศักยภาพในการดำเนินการ
นี่คืออะไร
ศักยภาพในการดำเนินการโดยทั่วไปเรียกว่าคลื่นของการกระตุ้นที่เคลื่อนที่จากเซลล์หนึ่งไปยังอีกเซลล์หนึ่ง เนื่องจากการก่อตัวและการเคลื่อนผ่านเยื่อหุ้มเซลล์ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงในระยะสั้น (โดยปกติด้านในของเมมเบรนจะมีประจุลบและด้านนอกมีประจุบวก) คลื่นที่สร้างขึ้นมีส่วนทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงในคุณสมบัติของช่องไอออนของเซลล์ ซึ่งนำไปสู่การชาร์จใหม่ของเมมเบรน ในขณะที่ศักยะงานเคลื่อนผ่านเมมเบรน จะมีการเปลี่ยนแปลงประจุในระยะสั้น ซึ่งนำไปสู่การเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติของเซลล์
การก่อตัวของคลื่นนี้รองรับการทำงานของเส้นใยประสาท เช่นเดียวกับระบบทางเดินของหัวใจ
เมื่อการก่อตัวของมันถูกรบกวน โรคต่างๆ จะเกิดขึ้น ซึ่งทำให้การกำหนดศักยภาพการดำเนินการที่จำเป็นในความซับซ้อนของมาตรการวินิจฉัยและการรักษา
ศักยภาพในการดำเนินการเกิดขึ้นได้อย่างไรและมีลักษณะอย่างไร
ประวัติการวิจัย
การศึกษาการกระตุ้นในเซลล์และเส้นใยได้เริ่มขึ้นเมื่อนานมาแล้ว คนแรกที่สังเกตเห็นการเกิดขึ้นคือนักชีววิทยาที่ศึกษาผลของสิ่งเร้าต่างๆ ต่อเส้นประสาทแข้งที่สัมผัสของกบ พวกเขาสังเกตเห็นว่าเมื่อสัมผัสกับสารละลายเข้มข้นของเกลือแกง จะสังเกตเห็นการหดตัวของกล้ามเนื้อ
ในอนาคต นักประสาทวิทยายังคงทำการวิจัยต่อไป แต่วิทยาศาสตร์หลักหลังฟิสิกส์ที่ศึกษาศักยภาพในการดำเนินการคือ สรีรวิทยา นักสรีรวิทยาเป็นผู้พิสูจน์การมีอยู่ของศักยภาพในการดำเนินการในเซลล์หัวใจและเส้นประสาท
ในขณะที่เราเจาะลึกลงไปในการศึกษาศักยภาพ ศักยภาพของการพักผ่อนก็ได้รับการพิสูจน์เช่นกัน
ตั้งแต่ต้นศตวรรษที่ 19 เริ่มมีการสร้างวิธีการเพื่อตรวจจับการมีอยู่ของศักยภาพเหล่านี้และวัดขนาดของพวกมัน ปัจจุบัน การตรึงและศึกษาศักยภาพในการดำเนินการได้ดำเนินการในการศึกษาโดยใช้เครื่องมือ 2 ชิ้น นั่นคือ การกำจัดคลื่นไฟฟ้าหัวใจและคลื่นไฟฟ้าสมองด้วยไฟฟ้า
กลไกที่เป็นไปได้ในการดำเนินการ
การก่อตัวของการกระตุ้นเกิดขึ้นเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงในความเข้มข้นภายในเซลล์ของโซเดียมและโพแทสเซียมไอออน โดยปกติ เซลล์จะมีโพแทสเซียมมากกว่าโซเดียม ความเข้มข้นของโซเดียมไอออนนอกเซลล์นั้นสูงกว่าในไซโตพลาสซึมมาก การเปลี่ยนแปลงที่เกิดจากศักยะงานทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงในประจุบนเมมเบรน ส่งผลให้โซเดียมไอออนไหลเข้าสู่เซลล์ เพราะเหตุนี้ประจุภายนอกและภายในเซลล์เปลี่ยนแปลง (ไซโตพลาสซึมมีประจุเป็นบวก และสภาพแวดล้อมภายนอกมีประจุลบ
ทำเพื่อให้คลื่นผ่านเซลล์ได้สะดวก
หลังจากที่คลื่นถูกส่งผ่านไซแนปส์แล้ว ประจุจะกลับกันเนื่องจากกระแสไฟฟ้าภายในเซลล์ของไอออนคลอไรด์ที่มีประจุลบ ระดับเริ่มต้นของประจุภายนอกและภายในเซลล์จะกลับคืนมา ซึ่งนำไปสู่การก่อตัวของศักยภาพในการพัก
ช่วงเวลาแห่งการพักผ่อนและความตื่นเต้นสลับกันไป ในเซลล์พยาธิสภาพ ทุกสิ่งทุกอย่างสามารถเกิดขึ้นได้แตกต่างกัน และการก่อตัวของ AP จะเป็นไปตามกฎหมายที่ต่างกันบ้าง
เฟส PD
แนวทางที่เป็นไปได้ในการดำเนินการสามารถแบ่งออกเป็นหลายขั้นตอน
ระยะแรกดำเนินไปจนถึงระดับวิกฤตของการสลับขั้ว (การกระทำที่ส่งผ่านจะกระตุ้นการปลดปล่อยเมมเบรนอย่างช้าๆ ซึ่งถึงระดับสูงสุด ปกติประมาณ -90 meV) ระยะนี้เรียกว่าพรีสไปค์ ดำเนินการเนื่องจากการป้อนโซเดียมไอออนเข้าสู่เซลล์
ขั้นต่อไป ศักย์สูงสุด (หรือยอดแหลม) ก่อตัวเป็นรูปพาราโบลาที่มีมุมแหลม โดยส่วนที่ขึ้นของศักย์ไฟฟ้าหมายถึงการสลับขั้วของเมมเบรน (เร็ว) และส่วนจากมากไปน้อยหมายถึงการรีโพลาไรเซชัน
ระยะที่สาม - ศักยภาพในการติดตามเชิงลบ - แสดงการสลับขั้ว (การเปลี่ยนจากจุดสูงสุดของการสลับขั้วเป็นสถานะที่เหลือ) เกิดจากการที่คลอไรด์ไอออนเข้าสู่เซลล์
ในระยะที่สี่ ระยะของการเป็นบวกติดตามศักยภาพ ระดับประจุของเมมเบรนกลับเป็นต้นฉบับ
ขั้นตอนเหล่านี้กำหนดโดยศักยภาพการดำเนินการตามขั้นตอนอย่างเคร่งครัด
ฟังก์ชั่นที่เป็นไปได้ในการดำเนินการ
ไม่ต้องสงสัยเลยว่าการพัฒนาศักยภาพในการดำเนินการมีความสำคัญต่อการทำงานของเซลล์บางเซลล์ การกระตุ้นมีบทบาทสำคัญในการทำงานของหัวใจ หากไม่มีมัน หัวใจก็จะเป็นอวัยวะที่ไม่เคลื่อนไหว แต่เนื่องจากการแพร่กระจายของคลื่นผ่านทุกเซลล์ของหัวใจ หัวใจจึงหดตัว ซึ่งช่วยให้เลือดไหลผ่านเตียงหลอดเลือด เสริมสร้างเนื้อเยื่อและอวัยวะทั้งหมดด้วย
ปกติระบบประสาทก็ไม่สามารถทำงานได้หากไม่มีศักยภาพในการดำเนินการ อวัยวะไม่สามารถรับสัญญาณเพื่อทำหน้าที่ใด ๆ ได้ซึ่งเป็นผลมาจากการที่พวกมันจะไร้ประโยชน์ นอกจากนี้ การปรับปรุงการส่งกระแสประสาทในเส้นใยประสาท (ลักษณะของไมอีลินและการสกัดกั้นของแรนเวียร์) ทำให้สามารถส่งสัญญาณในเวลาเพียงเสี้ยววินาที ซึ่งนำไปสู่การพัฒนาปฏิกิริยาตอบสนองและมีสติสัมปชัญญะ ความเคลื่อนไหว
นอกจากระบบอวัยวะเหล่านี้แล้ว ศักยภาพในการดำเนินการยังเกิดขึ้นในเซลล์อื่นๆ อีกมาก แต่ในเซลล์เหล่านั้น มันมีบทบาทเฉพาะในการทำหน้าที่เฉพาะของเซลล์เท่านั้น
ศักยภาพของการกระทำที่เพิ่มขึ้นในหัวใจ
อวัยวะหลักที่ทำงานอยู่บนหลักการของการกระทำที่ก่อให้เกิดศักยภาพคือหัวใจ เนื่องจากการมีอยู่ของโหนดสำหรับการก่อตัวของแรงกระตุ้นการทำงานของอวัยวะนี้จึงเกิดขึ้นซึ่งมีหน้าที่ในการส่งเลือดไปยังเนื้อเยื่อและเจ้าหน้าที่
ศักยภาพของการกระทำในหัวใจถูกสร้างขึ้นที่โหนดไซนัส ตั้งอยู่ที่จุดบรรจบของ vena cava ในห้องโถงด้านขวา จากนั้นแรงกระตุ้นจะแพร่กระจายไปตามเส้นใยของระบบการนำของหัวใจ - จากโหนดไปยังจุดเชื่อมต่อ atrioventricular เมื่อผ่านมัดของพระองค์อย่างแม่นยำยิ่งขึ้นตามขาของมันแรงกระตุ้นส่งผ่านไปยังโพรงด้านขวาและด้านซ้าย ในความหนาของพวกมันมีทางเดินที่เล็กกว่า - เส้นใย Purkinje ซึ่งการกระตุ้นไปถึงทุกเซลล์ของหัวใจ
ศักยภาพในการดำเนินการของ cardiomyocytes เป็นแบบผสม กล่าวคือ ขึ้นอยู่กับการหดตัวของทุกเซลล์ของเนื้อเยื่อหัวใจ เมื่อมีสิ่งกีดขวาง (แผลเป็นหลังจากหัวใจวาย) การก่อตัวของการกระทำจะถูกรบกวนซึ่งจะถูกบันทึกบนคลื่นไฟฟ้าหัวใจ
ระบบประสาท
PD ก่อตัวอย่างไรในเซลล์ประสาท - เซลล์ของระบบประสาท ทุกอย่างทำได้ง่ายขึ้นเล็กน้อยที่นี่
การเจริญเติบโตของเซลล์ประสาทรับรู้แรงกระตุ้นภายนอก - เดนไดรต์ที่เกี่ยวข้องกับตัวรับที่อยู่ในผิวหนังและในเนื้อเยื่ออื่นๆ ทั้งหมด (ศักยภาพในการพักผ่อนและศักยภาพในการดำเนินการก็เข้ามาแทนที่กันและกันด้วย) การระคายเคืองกระตุ้นการก่อตัวของการกระทำที่อาจเกิดขึ้นหลังจากนั้นแรงกระตุ้นจะผ่านร่างกายของเซลล์ประสาทไปจนถึงกระบวนการที่ยาวนาน - ซอนและจากมันผ่านประสาทไปยังเซลล์อื่น ดังนั้นคลื่นของการกระตุ้นที่สร้างขึ้นจึงไปถึงสมอง
คุณสมบัติของระบบประสาทคือการมีเส้นใยสองประเภท - ปกคลุมด้วยไมอีลินและไม่มีเส้นใย การเกิดขึ้นของศักยะงานและการส่งผ่านของมันในเส้นใยที่มีไมอีลินดำเนินการเร็วกว่าในการทำลายล้างมาก
ปรากฏการณ์นี้สังเกตได้จากความจริงที่ว่าการแพร่กระจายของ AP ตามเส้นใยไมอีลิเนตเกิดขึ้นเนื่องจากการ "กระโดด" - แรงกระตุ้นกระโดดข้ามส่วนไมอีลินซึ่งส่งผลให้ลดเส้นทางและเร่งความเร็ว การขยายพันธุ์
ศักยภาพการพักผ่อน
หากไม่มีการพัฒนาศักยภาพในการพักผ่อน ก็ไม่มีศักยภาพในการดำเนินการ ศักยภาพในการพักผ่อนเป็นที่เข้าใจกันว่าเป็นสภาวะปกติที่ไม่ตื่นเต้นของเซลล์ ซึ่งประจุภายในและภายนอกเยื่อหุ้มเซลล์มีความแตกต่างกันอย่างมีนัยสำคัญ (กล่าวคือ เยื่อหุ้มเซลล์มีประจุบวกภายนอกและมีประจุลบภายใน) ศักยภาพในการพักผ่อนแสดงให้เห็นความแตกต่างระหว่างประจุภายในและภายนอกเซลล์ โดยปกติจะมีตั้งแต่ -50 ถึง -110 meV ในเส้นใยประสาท ค่านี้มักจะเป็น -70 meV.
เกิดจากการเคลื่อนตัวของคลอไรด์ไอออนเข้าสู่เซลล์และเกิดประจุลบที่ด้านในของเมมเบรน
เมื่อเปลี่ยนความเข้มข้นของไอออนภายในเซลล์ (ดังที่กล่าวไว้ข้างต้น) PP จะแทนที่ PD
โดยปกติ เซลล์ทั้งหมดของร่างกายจะอยู่ในสภาพที่ไม่ถูกกระตุ้น ดังนั้นการเปลี่ยนแปลงศักยภาพจึงถือได้ว่าเป็นกระบวนการที่จำเป็นทางสรีรวิทยา เนื่องจากหากไม่มีเซลล์เหล่านี้ ระบบหัวใจและหลอดเลือดและระบบประสาทก็ไม่สามารถทำกิจกรรมได้
ความสำคัญของการวิจัยเกี่ยวกับการพักผ่อนและศักยภาพในการดำเนินการ
ศักยภาพในการพักผ่อนและศักยภาพในการดำเนินการช่วยให้คุณกำหนดสถานะของร่างกายและอวัยวะแต่ละส่วนได้
แก้ไขศักยภาพการกระทำจากหัวใจ (คลื่นไฟฟ้าหัวใจ) ช่วยให้กำหนดเงื่อนไขตลอดจนความสามารถในการใช้งานของแผนกทั้งหมด หากคุณศึกษา ECG ปกติ คุณจะเห็นว่าฟันทั้งหมดบนนั้นเป็นการแสดงให้เห็นศักยภาพของการกระทำและศักยภาพในการพักผ่อนที่ตามมา (ตามลำดับ การเกิดขึ้นของศักย์เหล่านี้ใน atria จะแสดงคลื่น P และการแพร่กระจายของการกระตุ้นใน โพรง - คลื่น R).
สำหรับคลื่นไฟฟ้าสมองนั้น การเกิดขึ้นของคลื่นและจังหวะที่หลากหลาย (โดยเฉพาะคลื่นอัลฟ่าและเบตาในคนที่มีสุขภาพดี) ก็เนื่องมาจากการเกิดขึ้นของศักยภาพในการดำเนินการในเซลล์ประสาทสมองด้วย
การศึกษาเหล่านี้ช่วยให้ตรวจพบการพัฒนาของกระบวนการทางพยาธิวิทยาอย่างทันท่วงทีและกำหนดเกือบ 50 เปอร์เซ็นต์ของการรักษาโรคดั้งเดิมที่ประสบความสำเร็จ