Memahami Potensial Aksi Sel Saraf : Depolarisasi, Hiperpolarisasi, Repolarisasi

Potensial Istirahat Membran

Sinyal pada sel-sel saraf disampaikan melalui sinyal listrik. Sinyal listrik ini dapat terjadi karena ada perbedaan muatan di dalam dan di luar sel. Perbedaan muatan ini dapat diukur menggunakan voltmeter yang terhubung dengan elektroda pembanding dan mikroelektroda perekam (lihat Gambar 1). Pada keadaan istirahat kanal ion tertutup, ion yang tersebar di sepanjang membran dapat diprediksi dengan mudah. Konsentrasi Na⁺ diluar sel 10 kali lebih besar dari pada di dalam sel dan konsentrasi K⁺ di dalam sel lebih besar daripada di luar sel. Sitosol mengandung anion konsentrasi tinggi dalam bentuk ion fosfat dan protein yang terionisasi negatif. Pada keadaan ini (istirahat) muatan di dalam sel lebih negatif daripada di luar dan beda potensialnya sebesar -70 mV. Nilai ini disebut dengan potensial istirahat membran. Kebocoran kanal ion dapat terjadi yang memungkinkan ion Na⁺ masuk ke dalam sel atau ion K⁺ keluar dari sel, namun hal ini dapat diatasi oleh pompa Na⁺/K⁺ yang menjaga agar potensial membran selalu terjaga.

Gambar 1. Ilustrasi pengukuran potensial membran

Depolarisasi dan Repolarisasi

Telah dijelaskan sebelumnya bahwa pada keadaan normal beda potensial antara sitosol dan cairan ekstraseluler akan selalu berada dalam kesetimbangan pada kisaran -70 mV. Meskipun demikian, pada keadaan tertentu dapat terjadi perubahan. Sebagai contoh, stimulus tertentu mengakibatkan terbukanya kanal ion Na⁺ membuat ion Na⁺ yang ada di luar sel berdifusi ke dalam sel akibat gradien konsentrasi menyebabkan muatan pada sel berangsur-angsur berubah menjadi positif dan pada suatu saat potensial membran mencapai +30 mV. Fenomena ini disebut dengan depolarisasi, yang secara harafiah diartikan bahwa potensial mengarah pada nol.

Ketika potensial mencapai +30 mV, kanal ion K⁺ terbuka mengakibatkan ion K⁺ berdifusi keluar sel sehingga potensial menurun menuju ke potensial istirahat membran. Fenomena ini disebut dengan repolarisasi, yang berarti bahwa potensial kembali pada -70 mV atau kembali ke membran istirahat potensial.

Ambang Batas Depolarisasi
Sebelumnya disebutkan bahwa stimulus tertentu mengakibatkan kanal ion Na⁺ terbuka. Untuk dapat membuka kanal ion Na⁺ yang merupakan voltage-gated ion channel diperolukan stimulus yang mampu mengubah potensial dari -70 ke -55 mV. Nilai -55 mV ini adalah ambang batas. Ketika stimulus tidak mampu menghasilkan depolarisasi lebih besar dari -55 mV, maka kanal ion Na⁺ tidak terbuka dan tidak terjadi depolarisasi yang signifikan.

Hiperpolarisasi
Hiperpolarisasi adalah keadaan di mana potensial membran menjadi lebih rendah daripada potensial istirahat membran. Hal ini dapat terjadi ketika ion K⁺ keluar dari dalam sel atau masuknya ion negatif ke dalam sel (cth. ion Cl^-).

Gambar 2. Ilustrasi potensial membran : 1) potensial istirahat, 2) adanya stimulus, 3) depolarisasi, 4) repolarisasi, 5) hiperpolarisasi

Propagasi Potensial Aksi
Peristiwa setelah adanya stmulus - depolarisasi - repolarisasi ini terjadi sepanjang sel saraf dengan tujuan untuk menyampaikan pesan dari neuron afektor - efektor atau sebaliknya. Ketika terjadi depolarisasi sel saraf pada satu segmen menyebabkan terbukanya kanal ion Na⁺ pada segmen selanjutnya. Sementara pada segmen tersebut terjadi repolarisasi karena kanal K⁺  terbuka maka pada segmen selanjutnya terjadi depolarisasi akibat masuknya ion Na⁺. Begitu seterusnya hingga impuls sampai pada ujung sel saraf (Gambar 3).

Gambar 3. Ilustrasi Propagasi Potensial Aksi

Referensi

1. https://opentextbc.ca/anatomyandphysiology/chapter/12-4-the-action-potential/#fig-ch12_04_06
2. https://www.khanacademy.org/science/biology/human-biology/neuron-nervous-system/a/depolarization-hyperpolarization-and-action-potentials