Stimulus dan respons lokal
Agar sel tereksitasi, sel tersebut harus dikenai oleh suatu stimulus. Stimulus dibagi menjadi subambang (subthreshold), ambang (threshold), dan supraambang (suprathreshold).
Pada rangsangan yang lemah (subambang), potensial istirahat hanya berkurang sedikit di tempat elektroda bekerja. Terjadilah respons lokal (RL). Fitur utamanya adalah hubungan langsung: semakin kuat stimulus, semakin tinggi amplitudo respons.
Jika rangsangan mencapai nilai ambang, respons lokal akan mencapai tingkat depolarisasi kritis (DK). Pada saat inilah perubahan lokal berubah menjadi potensial aksi penuh.
Dinamika dan fase potensial aksi
Perkembangan eksitasi mencakup beberapa tahap berurutan yang ditampilkan pada grafik:
- Pra-spike: depolarisasi parsial lambat yang sesuai dengan respons lokal.
- Depolarisasi (Spike, puncak): lonjakan tegangan tajam. Muatan bergeser dari tingkat kritis (-50 mV) ke nilai positif (misalnya, +30 mV). Fenomena pergantian muatan ini disebut inversi atau overshoot (permukaan internal membran menjadi positif).
- Repolarisasi: penurunan tegangan dan kembalinya ke tingkat istirahat. Pada akhir fase ini, dapat dicatat potensial jejak negatif (PJN) — depolarisasi jejak.
- Hiperpolarisasi jejak: muatan turun di bawah -70 mV semula. Ini ditunjuk sebagai potensial jejak positif (PJP).
Durasi dan bentuk fase ini bergantung pada jaringan. Pada neuron dan miosit rangka, spike sangat pendek, sedangkan keberadaan potensial jejak tidak konstan.
Mekanisme ionik dan fungsi kanal
Semua perubahan potensial disebabkan oleh kerja protein membran berbentuk tabung — kanal ion.
- Keadaan istirahat: Potensial membran adalah -70 mV. Kanal kalium tertutup. Kanal natrium juga tertutup, tetapi siap bekerja: gerbang aktivasi m-nya terkunci, sedangkan gerbang inaktivasi h-nya terbuka. Kalium lebih banyak di dalam sel, natrium di luar.
- Awal rangsangan (RL): Gerbang m mulai perlahan membuka, tetapi arus masuk natrium tidak signifikan.
- Fase depolarisasi: Ketika ambang batas (-50 mV) tercapai, semua gerbang m terbuka. Masuknya ion Na⁺ secara pasif dan seperti longsoran dimulai menuruni gradien konsentrasi.
- Repolarisasi: Muatan positif yang masuk memaksa gerbang h menutup (inaktivasi kanal natrium). Secara bersamaan, "reseptor muatan" dari pori kalium bereaksi — mereka terbuka. Ion K⁺ bergegas keluar, memulihkan muatan negatif di dalam.
- Hiperpolarisasi dan pemulihan: Karena kanal kalium menutup secara perlahan, keluarnya kalium berlanjut (kadang-kadang ditambah masuknya Cl⁻), menarik muatan turun di bawah -70 mV. Keseimbangan awal akhirnya dipulihkan oleh Na⁺,K⁺-ATPase, yang secara aktif memompa ion kembali. Kanal natrium melakukan "reset" (menutup gerbang m dan membuka gerbang h), dan sel siap untuk impuls baru.
Hukum «Semua atau Tidak Sama Sekali»
Hukum ini mencerminkan kekonstanan amplitudo potensial aksi. Esensinya sederhana:
- Terhadap rangsangan subambang, sel tidak memberikan impuls ("tidak sama sekali").
- Terhadap rangsangan ambang dan supraambang, muncul PA dengan amplitudo maksimum yang mungkin bagi sel tersebut ("semua").
Struktur tunggal mematuhi hukum ini: neuron, serat saraf dan otot individual, otot polos, dan jaringan jantung. Namun, berkas saraf utuh atau otot rangka tidak mematuhinya. Hal ini karena keduanya terdiri dari banyak serat yang memiliki ambang eksitabilitas berbeda.
Singkatnya: jawaban atas pertanyaan topik
Apa perbedaan antara respons lokal dan potensial aksi?
Respons lokal terjadi di bawah pengaruh stimulus subambang, sedangkan potensial aksi terjadi di bawah pengaruh stimulus ambang atau supraambang. Tidak seperti PA, respons lokal tidak mampu menjalar pada jarak yang signifikan (menjalar dengan dekremen dan cepat meredup), tidak mematuhi hukum «Semua atau Tidak Sama Sekali» ( amplitudotnya bergantung secara gradual pada kekuatan stimulus), mampu melakukan sumasi (penjumlahan), dan tidak memiliki periode refrakter.
| Tanda | Respons lokal | Potensial aksi |
|---|---|---|
| Stimulus | Subambang | Ambang/supraambang |
| Penjalaran | Tidak menjalar / dengan dekremen | Menjalar tanpa dekremen |
| Sumasi | Mungkin | Tidak mungkin |
| Hukum | Kekuatan (gradual) | «Semua atau tidak sama sekali» |
| Refrakter | Tidak ada | Ada |
Berapakah kecepatan konduksi potensial aksi melalui serat saraf bermielin dan tidak bermielin?
Kecepatan konduksi bergantung pada keberadaan selubung mielin dan diameter serat: serat bermielin menghantarkan lebih cepat daripada yang tidak bermielin, serat tebal lebih cepat daripada yang tipis. Pada serat bermielin, konduksi bersifat saltatorik, sehingga kecepatan penjalaran eksitasi lebih tinggi daripada konduksi kontinu.
- Serat bermielin: ini termasuk serat tipe A dan B. Yang tercepat adalah serat tipe Aα, dengan kecepatan sekitar 100 m/s; serat A-δ menghantarkan pada kecepatan 4–30 m/s; untuk serat bermielin saraf depresor, kecepatan hingga 10 m/s dilaporkan.
- Serat tidak bermielin: ini termasuk serat tipe C. Mereka adalah yang paling lambat: kecepatan sekitar 1 m/s; untuk serat C juga dilaporkan kecepatan 0,5–2 m/s.
Apa itu refrakter absolut dan pada fase PA apa hal itu terjadi?
Refrakter absolut adalah periode eksitabilitas membran yang sepenuhnya nol, ketika pembangkitan potensial aksi baru tidak mungkin dilakukan; ambang rangsangan selama periode ini mendekati tak terhingga, dan eksitabilitas bernilai nol. Hal ini dikarenakan inaktivasi sementara kanal natrium; refrakter absolut disebabkan oleh inaktivasi sebagian besar kanal Na⁺.
Refrakter absolut terjadi pada periode spike: fase depolarisasi, dan juga, menurut sumber tentang kontraksi otot, pada repolarisasi awal PA.
Bagaimana cara mengingat gerbang kanal natrium saat istirahat: M (gerbang m) — Menghalangi masuk (tertutup), sedangkan H (gerbang h) — Hanyut terbuka ditiup angin (terbuka).
Soal-soal dari kelas dan ujian
Apa peran pompa natrium-kalium selama pembentukan spike?
Pompa itu sendiri tidak berpartisipasi dalam fase cepat depolarisasi dan repolarisasi. Tugasnya adalah mengembalikan konsentrasi ion awal setelah potensial aksi selesai.
Mengapa amplitudo potensial aksi tidak meningkat pada rangsangan yang kuat?
Sesuai dengan hukum «semua atau tidak sama sekali», bahkan pada stimulus ambang, semua pori natrium yang tersedia akan terbuka, memastikan arus ion maksimum. Sel tidak dapat memberikan respons yang lebih kuat dari itu.
Topik lain untuk dipelajari
- Fitur jalannya PA pada kardiomiosit dan otot polos
- Peranan ion klorida dalam pembentukan hiperpolarisasi pasca-aksi (after-hyperpolarization)
- Mekanisme kerja sensor muatan yang peka terhadap voltase pada kanal kalium
- Kanal bocor kalium yang selalu terbuka dan pemeliharaan potensial istirahat
Pelajari topik ini secara menyeluruh dalam kursus «Fisiologi»
Di sini adalah ringkasan. Di dalam kursus — semua yang ditanyakan saat kelas dan ujian.
- Panduan lengkap mengenai topik «Potensial Aksi» serta 4.128 halaman materi subjek lainnya
- Tugas dan kuis setelah setiap topik — seperti pada kolokium
- AI-tutor akan menjawab pertanyaan topik kapan saja
- 118 video pembelajaran untuk mata kuliah ini
Topik lain dalam bagian «Sifat umum, potensial membran, hukum perangsangan, eksitabilitas, dan inhibisi»
Video pembelajaran gratis: FisiologiPelajaran singkat beserta ringkasan — tanpa registrasi.
Materi disiapkan oleh staf pengajar WhiteCoat Pro sesuai dengan kurikulum pendidikan kedokteran. Bersifat edukatif.