활동전위(action potential)란?

활동전위(action potential)

 

활동전위는 neuron이라 불리는 신경세포나 근육세포, 수용기세포와 같은 것들에서 발생합니다. 흥분은 세포막에서 일어나 막전체로 전도되거나 근처의 인접한 세포로 흥분이 확산(transmission) 되는 특징이 있습니다. 외부의 특별한 자극 없이 유지되는 전위를 우리는 안정막 전위(resting membrane potential)이라고 합니다. 활동전위는 이런 안정막 전위에서 탈분극이 발생하며 탈분극(depolarization)은 안정막 전위의 절댓값이 줄어드는 전위활동으로 정의할 수 있습니다. 재분극(repolarization)은 탈분극에서 0 mV를 지나 더 위로 올라가는 overshooting을 지나 다시 내려오는 것을 의미합니다. 과분극(hyperpolarization)은 재분극에서 안정막전위 보다 더 내려가는 것을 의미합니다. 

정리해 보면 활동전위라는 것은 안정막전위 상태에서 탈분극 하여 overshooting을 거쳐 재분극 하고 과분극을 지나 다시 안정막 전위로 돌아오는 일련의 과정인 것이며 이런 현상이 나타나는 흥분성이 있는 조직이 바로 신경과 근육 일부 내분비세포(neuroendocrine cell)에서 일어납니다.

 

활동전위는 안정막 전위상태에서는 Na+ channel이 닫혀 있어 투과도가 없는 상태입니다. 여기에 자극을 받게 되면 닫혀있던 channel이 열리면서 Na+ 가 들어오게 되고 세포 내에 하전이 음성에서 중화되고 절댓값이 줄어들면서 overshooting 이 발생하게 되고 세포 내 하전은 양성으로 바뀌게 됩니다. 그 후 K+가 세포 내로 나가게 되면서 막전위가 떨어지면서 재분극(Na+ 닫히고 K+도 서서히 닫히게 되는 상태)이 되고 K+이 나가는 게 더 지속되면서 안정막전위 보다 더 떨어지는 과분극이 발생하고(이때 Na는 닫히게 되고 K는 아직 열려있는 상태) 그 후 다시 안정막전위로 돌아오게 됩니다. 

 

활동전위에 영향을 주는 것들

피로도(fatigue)는 자극역치를 증가시키고 회복기간(refractory period)을 연장시키며 전도속도(conduction velocity)를 감소시킬 수 있습니다. 산소결핍은 체내 ATP를 고갈시키기 때문에 Na pump의 작동을 감소시키게 되고 세포 내 Na가 축적됨으로 인해 마찬가지로 역치를 증가시킬 수 있습니다. 이런 변화가 긴 시간 지속된다면 원래 상태로 회복되지 못하는 비가역적인 상태가 될 수 있습니다. 또한 tetrodotoxin이나 TEA와 같은 약물은 Na channle을 blocker로 탈분극을 억제시키거나, K channle을 blocker로 재분극을 억제시킵니다. 국소 마취제나 고농도의 Ca 역시 투과도를 감소시키고 막전압의 과분극 역치를 증가시키며 불응기를 연장시키고 활동전위의 크기를 감소시킵니다.  

자극 세기(intensity)와 자극시간(duration)의 관계

 

자극세기와 시간의 곡선에서 chronaxie가 짧을수록 흥분성이 크며 짧은 시간에 활동전위를 발생시킬 수 있음을 의미합니다. chronaxie는 Rheobase 2배의 자극세기로 흥분시킬 수 있는 자극시간을 의미합니다. Rheobase는 활동전위를 발생시킬 수 있는 자극의 최소강도로 전기적 자극의 세기를 의미하며 자극시간을 길게 하여도 일정하게 나타납니다.