Potensial Istirahat sebagai Dasar Eksitasi
Potensial aksi adalah perubahan singkat pada muatan membran sel dari negatif menjadi positif sebagai respons terhadap rangsangan. Agar ini terjadi, sel awalnya harus berada dalam kondisi potensial istirahat — muatan membran negatif yang besarnya sekitar −70 mV.
Pemeliharaan potensial istirahat dipastikan oleh tiga mekanisme utama:
- Keluar pasif ion K⁺ dari sel melalui kanal kalium istirahat: keluarnya muatan positif membuat lingkungan internal menjadi lebih negatif.
- Kerja Na⁺/K⁺-ATPase: setiap siklus memompa keluar 3 ion Na⁺ dan memompa masuk 2 ion K⁺, yang menciptakan dan mempertahankan gradien ion.
- Pembentukan lapisan subpermukaan ion K⁺ di sisi luar membran, yang secara elektrostatik mencegah masuknya kation lain.
Stimulus dan Tingkat Kritis Depolarisasi
Setiap efek pada sel disebut stimulus. Berdasarkan kekuatannya, stimulus dibagi menjadi dua kategori:
- Subliminal — tidak mencapai tingkat kritis depolarisasi; hanya memicu respons lokal tanpa potensial aksi penuh.
- Liminal (ambang batas) — cukup untuk membuat muatan membran mencapai tingkat kritis depolarisasi (TKD), biasanya sekitar −50 mV.
Saat mencapai TKD, kanal natrium gerbang voltase (voltage-gated sodium channels) terbuka, yang memicu potensial aksi yang lengkap.
Fase Potensial Aksi
Perkembangan potensial aksi mencakup beberapa fase berurutan:
- Respons lokal — pergeseran kecil potensial membran menuju TKD akibat stimulus lemah.
- Depolarisasi — masuknya ion Na⁺ secara masif melalui kanal natrium gerbang voltase yang terbuka; muatan membran dengan cepat menjadi positif.
- Inaktivasi kanal natrium — "sensor" bawaan kanal menutupnya saat tingkat positif tercapai, menghentikan masuknya Na⁺.
- Repolarisasi — pembukaan kanal kalium gerbang voltase, keluarnya K⁺ dari sel, dan pemulihan cepat muatan negatif.
- Potensial pasca (after-potentials) — kembalinya tingkat awal secara perlahan akibat kerja Na⁺/K⁺-ATPase; sering kali terjadi hiperpolarisasi, ketika muatan membran sementara menjadi lebih negatif daripada potensial istirahat.
Setelah muncul di satu titik, potensial aksi menyebar ke seluruh membran, memastikan eksitasi sel dan transmisi sinyal ke struktur di sekitarnya.
Komponen Grafis Potensial Aksi
Pada grafik potensial aksi, terdapat bagian-bagian khas:
- Prainjak (pre-spike) — pendekatan perlahan potensial membran ke TKD.
- Puncak (spike) — puncak tajam yang terdiri dari bagian menaik (depolarisasi) dan menurun (repolarisasi).
- Potensial pasca negatif — kelanjutan repolarisasi di bawah tingkat awal.
- Potensial pasca positif — kembalinya secara bertahap ke potensial istirahat dari atas.
Istilah depolarisasi, repolarisasi, dan hiperpolarisasi menggambarkan arah perubahan muatan: dari minus ke plus, kembali, dan melampaui tingkat negatif awal secara berurutan.
Dinamika Eksitabilitas dan Periode Refrakter
Eksitabilitas — kemampuan sel untuk merespons iritasi dengan menghasilkan potensial aksi. Semakin dekat potensial membran ke TKD, semakin tinggi eksitabilitasnya, dan ini berubah secara teratur selama siklus:
- Eksitabilitas supernormal (eksaltasi) — pada fase respons lokal dan prainjak, serta selama potensial pasca negatif; sel mudah dieksitasi bahkan oleh stimulus lemah.
- Refrakter absolut — sesuai dengan bagian menaik puncak; semua kanal natrium terbuka atau terinaktivasi, sel tidak merespons stimulus apa pun.
- Refrakter relatif — bagian menurun puncak; respons hanya mungkin terjadi di bawah aksi stimulus yang sangat kuat.
- Eksitabilitas subnormal — fase potensial pasca positif; membran menjauh dari TKD, sehingga stimulus yang lebih kuat dari normal diperlukan untuk eksitasi.
Poin-Poin Utama
- Potensial istirahat sekitar −70 mV dipertahankan oleh keluarnya K⁺, kerja Na⁺/K⁺-ATPase, dan lapisan kation subpermukaan.
- Potensial aksi hanya terjadi pada stimulus ambang batas yang membawa membran ke tingkat kritis depolarisasi.
- Depolarisasi disebabkan oleh masuknya Na⁺ secara masif, sedangkan repolarisasi disebabkan oleh keluarnya K⁺.
- Kanal natrium berinaktivasi secara mandiri ketika muatan positif membran tercapai.
- Hiperpolarisasi adalah penurunan sementara muatan negatif di bawah tingkat istirahat.
- Eksitabilitas maksimal berada di dekat TKD dan minimal pada fase refrakter absolut.
- Periode refrakter terdiri dari absolut (puncak) dan relatif (bagian menurun puncak).
- Potensial aksi menyebar ke seluruh membran, memastikan konduksi eksitasi.