לצורך העברה מהירה ויעילה של מידע בין תאי עצב או תאי שריר, הגוף משתמש בתהליך חשמלי שנקרא "פוטנציאל פעולה", שבמסגרתו המידע עובר בצורה של אות חשמלי מקצה אחד של התא אל קצהו השני (מרחק שיכול במקרים מסוימים להגיע ליותר ממטר). האות החשמלי מחזיק מעמד במעבר שלו לכל אורך התא בזכות שינויים שחלים בתח בממברנה של התא, בעקבות מעבר יונים (אטומים טעונים חשמלית) דרך תעלות יונים מיוחדות שנפתחות ונסגרות באופן מתואם.

הסרטון שלפנינו מסביר איך נוצר פוטנציאל הפעולה ואיזה תפקיד ממלאות בו תעלות הנתרן. הסרטון מלווה בדיבוב אנגלי, לכן הוספתי לו תרגום וכתבתי הסברים בהמשך העמוד.
 

הסרטון הופק בידי Takethewind בשיתוף עם הארגון הפורטוגלי למדעי העצב. תרגום: צוות דוידסון אונליין

 

התפקיד הבסיסי של תאי עצב (נוירונים) הוא לקבל, להוליך ולהעביר אותות. התאים מוליכים את האות החשמלי בתור פוטנציאל פעולה, שיכול לעבור מרחקים גדולים לאורך זנב התא (האקסון, או סיב עצבי) בלי לדעוך.

כדי לשמור על עוצמתו של האות לאורך זמן, התא צריך להגביר אותו כל הזמן לאורך הדרך, אחרת האות ידעך. השחקניות המרכזיות בתהליך זה הן תעלות נתרן תלויות מתח בדופן התא, שעוברות סדרה של שינויים מבניים (שינויי קונפורמציה) מחזוריים ומתוזמנים היטב. כשעובר פוטנציאל פעולה, תעלות הנתרן נפתחות בתגובה לעלייה במתח הממברנה (דפולריזציה), יוני נתרן זורמים לתוך התא ומעלים את המתח בממברנה. בתוך אלפית השנייה מתחילת זרימת היונים, תעלות הנתרן נסגרות ועוברות למצב בלתי פעיל שבו הן אינן נפתחות יותר בתגובה למתח. בדרך הזו (אינאקטיבציה), הממברנה משתקמת במהירות אחרי שפוטנציאל הפעולה חלף לאורכה. תעלות הנתרן חוזרות למצב הסגור ה"רגיל", כדי שיוכלו להיפתח שוב בפעם הבאה שיעבור פוטנציאל פעולה לאורך דופן התא.

עכשיו נבחן את המצב המשתנה של תעלת נתרן כשנוצר פוטנציאל הפעולה. כל עוד אין גירוי חשמלי, תעלות הנתרן נשארות סגורות ומתח הממבנה נשאר קבוע, בסביבות מינוס 80 מיליוולט. כשמתח הממברנה עולה בתגובה לזרם חשמלי, חלק מתעלות הנתרן נפתחות ומאפשרות לנתרן (יון טעון חיובית המצוי בריכוז גבוה מחוץ לתא) להיכנס לתא בהתאם למפל האלקטרוכימי (פער הריכוזים והמטענים בין החלל הפנימי של התא לחלל הבין-תאי). ככל שהמתח מתגבר, יותר תעלות נתרן נפתחות, מאפשרות ליותר יוני נתרן להיכנס לתא, ומתח הממברנה עולה בהדרגה עד שהוא מתייצב במתח של בערך 40 מיליוולט. בשלב הזה תעלות הנתרן נסגרות במצב שלא מאפשר יותר פתיחה תלוית מתח. התעלות נשארות במצב הזה במשך עוד כמה אלפיות שנייה אחרי שהממברנה חוזרת למצב המנוחה שלה.

פוטנציאל הפעולה מתקדם לאורך הממברנה בכיוון אחד בלבד, לעבר קצה התא (קצה האקסון). אם בוחנים את מצב תעלות הנתרן לאורך הממברנה  ניתן לראות מדוע זה קורה. כאשר מתח הממברנה עולה, תעלות הנתרן נפתחות ויוני נתרן נכנסים פנימה לתא. בעקבות זאת עולה המתח החשמלי באזורים שכנים בממברנה, תעלות הנתרן נפתחות גם בהם ופוטנציאל הפעולה מתקדם. מאחר שתעלות הנתרן שפעלו נסגרות מחדש בלי קשר למתח, פוטנציאל הפעולה לא יכול לנוע אחורה בתא.

רכיב נוסף, לא פחות חשוב, הוא תעלות האשלגן תלויות המתח שמוליכות יוני אשלגן (בעלי מטען זהה לנתרן רק שריכוזו גבוה יותר בתוך התא) בכיוון ההפוך (מהתא החוצה). התעלות האלו עוזרת לממברנה לחזור למתח המנוחה שלה, מאחר שהן נפתחות כשהמתח בממברנה גבוה והשפעתן מנוגדת לזו של תעלות הנתרן. קצת לפני שתעלות הנתרן נסגרות, תעלות האשלגן נפתחות וממתנות את העלייה במתח הממברנה. כשתעלות הנתרן נסגרות, תעלות האשלגן מורידות באופן דרסטי את מתח הממברנה, אל מתחת למתח המנוחה (היפרפולריזציה) ואז נסגרות. לאחר מכן רמת המתח בממברנה חוזר למתח המנוחה.

פוטנציאל הפעולה אינו דועך גם תודות למעטפת שומנית מבודדת סביב תא העצב הנקרא מיאלין. רכיב נוסף שמאפשר את קיום פוטנציאל הפעולה (ועוד פעולות תאיות רבות אחרות) הוא משאבת הנתרן/אשלגן שמוציאה מהתא יוני נתרן ומכניסה יוני אשלגן, (בניגוד למפל הריכוזים) תוך שימוש באנרגית ATP. המשאבות האלה פועלות ללא הרף בכל תאי הגוף ומאפשרות תהליכים רבים.

ארז גרטי
המחלקה לכימיה ביולוגית
מכון ויצמן למדע


הערה לגולשים
אם אתם חושבים שההסברים אינם ברורים מספיק או אם יש לכם שאלות הקשורות לנושא, אתם מוזמנים לכתוב על כך בתגובה לכתבה זו ואנו נתייחס להערותיכם. הצעות לשיפור וביקורת בונה יתקבלו תמיד בברכה.

22 תגובות

  • אנונימי

    העברת אותות חשמליים בעצב

    ד"ר גרטי שלום,
    לפי מה שכתבת, יון יכול לעבור מרחק של מטר באלפית השניה.
    זה אומר שליון מהירות של 1000 מטר בשניה שזה פעמיים וחצי מהירות הקול.
    לדעתי זה לא אפשרי ליון נתרן בסביבה מיימית.
    בברכה
    ישראל הירשברג, מהנדס אווירונאוטיקה
    טל 928 198 0528

  • אנונימי

    נוירוטרנסמיטר

    שלום יש לי שאלה
    איזה נוירטנסימטר יפחית את הסיכוי לפונציאל פעולה בנוירון הבא?

  • אנונימי

    העתקת את השאלה מהספר

    העתקת את השאלה מהספר בפסיכולוגיה?

  • נדב

    לא עובד הסרטון ביוטיוב :[

    " סרטון זה מכיל תוכן מ-WhackedOutMedia, שחסם אותו מסיבות של זכויות יוצרים "

  • אריאל

    לינק לסרטון ב youtube לצערי ללא התרגום:

    https://www.youtube.com/watch?v=MtJyHp_AZL8
    נראה שזה אותו הסרטון שהוכן ע"י Takethewind בשיתוף עם הארגון הפורטוגלי למדעי העצב,
    רק ללא התרגום ע"י צוות דוידסון.

  • עידן

    וידאו לא עובד

    היי הוידאו לא עובד

  • אנונימי

    תעלות נתרן תלויות מתח

    שאלה לגבי תעלות נתרן תלויות מתח- ראיתי מקורות סותרים לגבי הימצאות תעלות נתרן תלויות מתח לפני האקסון היילוק. מחד יש שאומרים שתעלות אלו לא קיימות לפני האקסון היילוק ולכן פוטנציאל הפעולה יכול להתפתח רק משם. מאידך ראיתי מקורות שטוענים לתעלות נתרן תלויות מתח גם בגוף התא. מה נכון?

  • ...

    פוטנציאל היפוך

    מה זה פוטנציאל ההיפוך וממה הוא מושפע?
    פונציאל פעולה מושפע מלחץ אוסמוטי וחשמלי גם יחד?

  • שירי

    שאלה לגבי מתח חשמלי בתאי הגוף

    האם ההסבר שניתן לגבי מתח חשמלי בתאים נכון רק לתאי עצב או לכל תאי הגוף? תודה

  • nמגנטוס

    מגנט

    האם מגנטים חזקים
    יכולים לשבש אותות חשמליים בתוך הגוף?

  • מומחה מצוות מכון דוידסוןאיתן אוקסנברג

    תשובה

    שלום,
    השאלה שלך במקום והיא נחקרת ברצינות בעשורים האחרונים במיוחד עם הכנסת מגנטים מאוד חזקים במדע בתעשייה וגם ברפואה (מכשירי MRI למשל).
    שדות מגנטים חזקים מאוד (יותר מארבעה טסלה) עלולים לגרום לבחילות, טעם מתכתי בפה וורטיגו. המשמעויות הבריאותיות של חשיפה ארוכת טווח לשדות חזקים נחקרת גם כיום. הבעיה היא שאפילו המחקרים שטוענים לפגיעה בריאותית לא הציעו מנגנון שאומת כראוי.
    מבחינה סטטיסטית רוב הנפגעים כתוצאה משדות מגנטיים חזקים היו אנשים עם קוצב לב שפעילותו הופרעה על ידי השדה המגנטי או אנשים שנפגעו מאביזרים מתכתיים כמו עגילים, שרשראות, מפתחות וכו' שלא הוסרו לפני הכניסה לאזור עם שדה מגנטי גבוה.

    איתן

  • למה שלילי אחי?

    הפוך חיובי

    רפואה הפחתת כאב זו כוונתי
    חושבני שגם קיים משהו גרמני
    כמדומני
    תודה

  • פבל

    קוטביות היונים בכל שלב

    שאלה נוספת היא מה מטען היונים בכל שלב של תהליך פוטנציאל הפעולה, לפניו ואחריו?

  • מומחה מצוות מכון דוידסוןארז גרטי

    תשובה

    שלום פבל
    היונים הינם חלקיקים בעלי מטען חשמלי קבוע, על כן מטענם אינו משתנה לפני במהלך ואחרי פונציאל הפעולה.
    ארז

  • פבל

    תחילת פוטנציאל הפעולה

    שלום ארז, פעולץ העצבים הוא תחום חדש לי וההסברים שלך טובים ובסיסיים, אבל יש כמה דברים שלא ברורים לי- העיקרי שביניהם הוא איך מתחילה בכלל דפולריזציה של ממברנת האקסון? האם הסומא אחראי לזה?
    בנוסף, יש שגיאות כתיב בסרטון וקצת בכתבה שמבלבלים ומוציאים מריכוז.
    תודה מראש :)

  • מומחה מצוות מכון דוידסוןארז גרטי

    תשובה

    שלום פבל
    פוטנציאל פעולה מתחיל בדנדריטים כתוצאה מפתיחה של תעלה יונית. הפתיחה הראשונית נובעת מגירוי חיצוני כמו לחץ מכני, שינוי טמפרטורה, קישור כימיקל כלשהו וכו'. ברגע שהתעלה הראונה נפתחת יש דפלוריזציה קלה שמתחילה את פוטנציאל הפעולה.
    מקווה שעזרתי
    ארז

  • עמוס

    פוטנציאל פעולה

    נאמר וטפטפנו חומר שמונע את הסגירה של תעלות אשלגן תלויות מתח. איך זה יכול להשפיע על פוטנציאל הפעולה ?

  • מומחה מצוות מכון דוידסוןארז גרטי

    תשובה

    שלום עמוס
    שאלת שאלה מצויינת. באופן עקרוני חסם של תעלות אשלגן תלויות מתח מאריך את שלב ההיפר פולריזציה ובכך משאיר את הממברנה דפולריזטורית לזמן יותר ארוך, דבר שמקטין גם את קצב יצירת פוטנציאלי פעולה.

    ישנן מחלות לב שמטופלות בחסמים של תעלות אשלגן תלויות מתח.

    מקווה שעזרתי

    ארז

  • נעמה

    האם ניתן להגביר מהירות הולכה של תאי עצב ?

    האם ניתן להגדיל את מהירות ההולכה של תאי העצב?
    ע"י תרופה הומפאטית או בדרך אחרת
    אודה לך אם תוכל ליצור איתי קשר ל 0503255400 ואוכל להסביר יותר

  • מומחה מצוות מכון דוידסוןארז גרטי

    תשובה

    שלום נעמה
    מהירות ההולכה של תאי העצב תלויה בעיקר במעטה המיאלין העוטף אותם. לפי מיטב ידיעתי, אין כיום אף תרופה הומיאופטית שיעילותה הוכחה קלינית מעבר ליעילות הפלסבו. אני מזמין אותך לקרוא כתבה שהכנו בנושא.

    http://davidson.weizmann.ac.il/online/maagarmada/general_know/%D7%94%D7%...

    כל טוב

    ארז

  • רוווית

    פגיעה עצבית בעקבות טיפול שיניים

    האם במקרה אתם מנתבים את המידע החשוב הזה לחקר פגיעות עצביות. כמו נניח חבלה בעצב הטריגמינלי.

  • מומחה מצוות מכון דוידסוןארז גרטי

    תשובה

    שלום רווית
    המידע בכתבה זו עוסק במנגנון בסיסי העומד ביסודותיה של כל פעילות עצבית בגופנו. מדובר ממש באלף בית של פעילות עצבית. סביר להניח שכל אדם העוסק בחקר מנגנונים עצביים מכיר את המנגנון הזה (זה יהיה בזיון אם לא).
    כל טוב
    ארז