NEUROLOGI

FISIOLOGI NEURON

Sinyal Listrik: Potensial Berjenjang dan Potensial Aksi

Sel saraf dan otot diketahui sebagai jaringan yang dapat tereksitasi (excitable tissue) karena keduanya dapat dengan cepat mengubah permeabilitas membran sehingga mengalami perubahan potensial membran sementara apabila tereksitasi. Terdapat dua macam perubahan potensial: (1) potensial berjenjang, yang berfungsi sebagai sinyal jarak dekat yang cepat menghilang dalam rentang jarak yang pendek dari bagian membran tempat potensial tersebut dimulai, dan (2) potensial aksi, yaitu sinyal jarak jauh.
Selama potensial aksi, depolarisasi membran ke potensial ambang mencetuskan serangkaian perubahan permeabilitas akibat perubahan konformasi saluran-saluran gerbang voltase. Perubahan permeabilitas ini menyebabkan pembalikan potensial membran secara singkat, dengan influks Na+ sebagai penyebab fase naik (dari -70 mV ke +30 mV), diikuti oleh efluks K+ selama fase turun (dari puncak kembali ke potensial istirahat). Sebelum kembali ke istirahat, potensial aksi menimbulkan potensial aksi baru yang identik di daerah di sebelahnya melalui aliran arus, sehingga daerah yang sebelumnya inaktif mencapai ambang. Siklus yang terus menerus ini berlanjut sampai potensial aksi menyebar ke seluruh membran sel tanpa mengalami penyusutan. Terdapat dua cara perambatan potensial aksi: (1) hantaran oleh aliran arus lokal pada serat tidak bermielin, dalam hal ini potensial aksi menyebar di sepanjang setiap bagian membran; dan (2) hantaran saltatorik yang lebih cepat di serat bermielin, yaitu impuls melompati bagian-bagian saraf yang ditutup oleh insulator mielin. Pompa Na+ - K+ secara bertahap memulihkan ion-ion yang berpindah selama perambatan potensial aksi ke lokasi semula untuk mempertahankan gradien konsentrasi.

Bagian membran yang baru saja dilewati oleh potensial aksi tidak mungkin dirangsang kembali sampai bagian tersebut pulih dari periode refrakternya. Periode refrakter memastikan perambatan satu arah potensial aksi menjauhi tempat pengaktifan semula.
Potensial aksi timbul secara maksimal sebagai respons terhadap rangsangan atau tidak timbul sama sekali. Variasi kekuatan rangsangan tercemin bukan oleh variasi kekuatan (besarnya) potensial aksi tetapi oleh variasi frekuensinya.

Sinaps dan Integrasi Neuron

Cara utama suatu neuron berinteraksi langsung dengan neuron lain adalah melalui suatu sinaps. Sebuah potensial aksi di neuron prasinaps mencetuskan pengeluaran suatu neurotransmiter yang berikatan dengan reseptor di neuron pascasinaps. Pengikatan ini mengubah sel pascasinaps melalui salah satu dari dua cara. (1) respons paling khas adalah terbukanya saluran-saluran gerbang perantara kimia. Apabila saluran Na+ dan K+ terbuka, fluks-fluks ion yang terjadi menyebabkan EPSP, suatu depolarisasi kecil yang membawa sel pascasinaps mendekati ambang. Di pihak lain, kemungkinan bahwa neuron pascasinaps akan mencapai ambang lenyap apabila timbul IPSP, suatu hiperpolarisasi kecil, akibat terbukanya saluran K+ atau Cl-, atau keduanya. (2) pada mekanisme sinaps alternatif, suatu sistem perantara kedua sel, misalnya AMP siklik, diaktifkan oleh pengikatan neurotransmiter-reseptor. AMP siklik dapat menyebabkan pembukaan saluran atau menimbulkan efek yang lebih lama bertahan pada sel, termasuk mengubah ekspresi genetik sel. Walaupun terdapat sejumlah neurotransmiter yang berbeda-beda, setiap sinaps selalu mengeluarkan neurotransmiter yang sama untuk menimbulkan respons tertentu apabila berikatan dengan reseptor tertentu. Respons selesai apabila neurotransmiter dibersihkan dari celah sinaps oleh cara-cara yang spesifik untuk sinaps tersebut.
Banyak neuron juga mengeluarkan neuropeptida berukuran lebih besar dan bekerja lebih lambat dibandingkan neurotransmiter. Neuropeptida berfungsi di bagian-bagian nonsinaps baik di neuron prasinaps maupun neuron pascasinaps untuk meningkatkan atau menekan efektivitas sinaps.

Jalur-jalur sinaps yang menghubungkan berbagai neuron sangatlah rumit akibat adanya konvergensi masukan neuron dan divergensi keluarannya. Biasanya banyak masukan prasinaps berkonvergensi ke sebuah neuron dan secara bersama-sama mengontrol tingkat eksitabilitas neuron tersebut. Sebaliknya, neuron ini melakukan divergensi untuk bersinaps dengan dan mempengaruhi eksitabilitas banyak neuron lain. Dengan demikian setiap neuron memiliki tugas untuk menghitung keluaran ke banyak sel lain dari serangkaian masukan prasinaps, suatu neuron dapat bereaksi dengan (1) melepaskan potensial aksi di sepanjang akson, (2) tetap berada dalam keadaan istirahat dan tidak meneruskan sinyal, atau (3) mengalami penurunan eksitabilitas.
Apabila aktivitas dominan berada pada masukan eksitatorik, sel pascasinaps kemungkinan akan terbawa ke ambang dan mengalami potensial aksi. Hal ini dapat terjadi melalui penjumlahan temporal (EPSP-EPSP dari sebuah masukan prasinaps yang terus-menerus datang dalam waktu yang hampir bersamaan sehingga saling memperkuat) atau penjumlahan spatial (menambahkan EPSP-EPSP yang timbul secara simultan dari beberapa masukan prasinaps yang berbeda). Karena axon hillock memiliki ambang terendah, potensial aksi tercetus di sini. Frekuensi potensial aksi mencerminkan besarnya penjumlahan EPSP. Apabila masukan inhibitorik yang dominan, potensial pascasinaps akan dibawa semakin menjauhi ambang. Apabila aktivitas eksitatorik dan inhibitorik ke neuron pascasinaps seimbang, membran akan tetap berada dalam keadaan istirahat.
Banyak faktor yang dapat mengubah efektivitas sinaps; sebagian adalah mekanisme-mekanisme built-in yang bertujuan untuk memperhalus responsivitas neuron, sebagian adalah manipulasi farmakologis dengan sengaja untuk mencapai hasil yang diinginkan, dan sebagian adalah ketidaksengajaan (kecelakaan) yang disebabkan oleh racun atau proses penyakit.

Referensi

Abelsen, P. H., E. Butz, and S. H. Snyder, eds.

Neuroscience. Washington, D.C.: American

Association for the Advancement of science, 1985.