Работа № 8. Регистрация потенциалов действия

Потенциал действия - быстрое колебание величины МП, распространяющееся по всей мембране клетки, который возникает при действии раздражителя пороговой интенсивности.

В основе ПД лежат изменения ионной проницаемости мембраны:

1. При действии на возбудимую мембрану порогового раздражителя изменятся избирательная проницаемость мембраны вследствие открытия каналов для Na⁺.

2. Открытие натриевых каналов приводит к перемещению Na⁺ по градиенту концентрации, т.е. из межклеточного вещества в клетку.

3. В результате происходит деполяризация мембраны, т.е. МП начинает уменьшаться по абсолютной величине.

4. При достижении заряда мембраны критического уровня деполяризации (КУД приблизительно равен – 50 мВ) массово открываются (активируются) потенциалзависимые натриевые каналы.

5. Время активации натриевых каналов ограничено работой воротных механизмов: в состоянии покоя они закрыты, а при действии порогового раздражителя открываются приблизительно на 1 мс.

6. За это время происходит инверсия зарядов на мембране, которая снаружи становиться заряжена отрицательно, а изнутри – положительно (+30-50 мВ).

7. Затем начинается вторая фаза ПД – нисходящая, она получила название – реполяризации. Во время реполяризации ионы калия начинают интенсивно выходить из клетки, и на мембране формируется исходный потенциал покоя. Процесс реполяризации обычно более длительный, чем процесс деполяризации.

С помощью электронного осциллографа можно зарегистрировать МП и рассмотреть формирование волны возбуждения при стимуляции нерва или мышцы. Регистрация волны возбуждения может быть осуществлена двумя способами: внеклеточным – с помощью электродов, приложенных к внешней поверхности клетки; внутриклеточным – с помощью электродов, один из которых введен внутрь клетки, а другой расположен на ее поверхности. Волна возбуждения – это вся совокупность последовательных изменений электрического состояния мембраны в ответ на действие порогового раздражителя.

При развитии волны возбуждения выделяют следующие фазы:

1. Фаза деполяризации (восходящая фаза ПД), в ней можно выделить 3 ключевых момента:

• Достижение мембраны КУД, при котором происходит массовое открытие потенциалзависимых Na⁺ каналов;

• Исчезновение МП (МП=0);

• Овершут, т .е. возникает разность обратного знака, внутренняя сторона мембраны становится заряженной положительно по отношению к наружной.

2. Фаза реполяризации (нисходящая фаза ПД) во время которой МП возвращается к своему исходному значению. Во время этой фазы можно выделить следующие ключевые моменты:

• Быстрая фаза реполяризации (внутренняя сторона мембраны вновь приобретает отрицательный заряд по отношению к наружной мембране);

• Следовые потенциалы представлены в конце фазы реполяризации. Различают 2 вида следовых потенциалов: следовую деполяризацию и следовую гиперполяризацию. Следовой деполяризацией называется медленный компонент фазы ПД (приблизительно от уровня КУД до исходного МП). В ряде случаев кривая деполяризации пересекает уровень МП и на некоторое время заряд мембраны становится более отрицательным, чем потенциал покоя. Это явление называется следовой гиперполяризацией. Оно возникает в результате повышенной проницаемости мембраны для ионов K⁺.

Задание:

• Просмотрите учебный фильм «Потенциал действия». Обратите внимание на величину амплитуды ПД, скорость перезарядки мембраны, место приложения электродов на мышце.

• Рассмотрите рисунок 6 «Потенциал действия», перерисуйте его в тетрадь, выделите фазы в потенциале действия и объясните механизм протекания каждой фазы.

мВ

+ 30

3

0

КУД

4

-70

5 t, мс

1 2

Рис. 6. Потенциал действия (внутриклеточное отведение)

1. Деполяризация; 2. Реполяризация; 3. Овершут; 4. Следовая деполяризация; 5. Следовая гиперполяризация;