Потенціал дії
Окрім потенціалу спокою, у клітині внаслідок збудження клітин виникає потенціал дії, який проявляється як швидка зміна різниш потенціалів по різні сторони клітинної мембрани. Потенціал дії створює хвилю електричної активності, ШО проходить по нервовому або м'язовому волокну і відіграє роль переносника інформації або сигналу.
Причина цього явища полягає у тому, що при дії на ділянку клітинної мембрани будь-яким фактором (механічним, тепловим, електричнм), сила дії якого переважає певну межу, відкриваються натрієві іонні канали і проникність цієї ділянки клітинної мембрани для іонів натрію зростає у сотні разів, у той час як проникність для іонів калію залишається незмінною. Внаслідок різниці концентрацій усередину клітини йде потік позитивно заряджених іонів натрію, які зменшують різницю потенціалів по різні сторони мембрани, а це, у свою чергу. сприяє подальшому проникненню іонів натрію у клітину, які заряджають внутрішню поверхню мембрани на ділянці дії фактора позитивним зарядом.
Загальна зміна мембранного потенціалу у процесі збудження складається з потенціалу спокою й мембранного потенціалу підчас збудження:
Зростання проникності мембрани для іонів нагрію триває короткий час. після чого вона зменшується, але водночас зростає проникність для потенціалу дії приблизно 2 мс, а швидкість його поширення 100 м/с.
Наявність біопотенціалів є характерною ознакою життєдіяльності клітин, тому дія зовнішньою електричного поля на клітину не може не впливати на характер перебігу в ній життєвих процесів. Досліди на щурах довели можливість активізації росту тканий електричним струмом.
Окрім потенціалів, що виникають у клітинах, слід зазначити існування метаболічних потенціалів, зумовлених процесами метаболізму в організмі, тобто порушення обміну речовин. Обмінні реакції, пов'язаній перерозподілом електронів, виникають між протилежними поверхнями шкіри, стінок кишківника тощо. Величина метаболічних потенціалів лежить у межах 50 – 100 тВ. Позитивний потенціал створюється на тій частині тканини, де процеси метаболізму більш інтенсивні.
Вивчення явищ, пов'язаних з виникненням біопотенціалів як у окремих клітин, так і усього живого організму, відіграє вирішальну роль у біофізиці і у клінічній практиці.
Поширення збудження
Нервовий імпульс — це послідовна зміна мембранного потенціалу вздовж нервового волокна. Ця зміна пов'язана з функціональною активністю електрозбудливих натрієвих і калієвих каналів мембрани нервової клітини. На першій стадії деполяризації основну роль відіграють потенціалозалежкі натрієві канали. Провідність потенціалозалежних каналів контролюється величиною мембранного потенціалу. Електричний сигнал різко збільшує проникність мембрани для іонів натрію, відкриваю™ натрієві канали. Іонний канал – це електрично керована, транспортна система, білкова макромолекула, вбудована в мембранну систему.
Канал складається з трьох частин. Перша – це транспортна система, водяна пора, вистелена всередині гідрофільними групами. На зовнішній поверхні мембрани пора має ділянку, де відбувається розподіл іонів — електричний фільтр. Для того, щоб регулювати їх потік у відповідності зі зміною мембранного потенціалу, клітина повинна мати необхідну систему керування. Це забезпечується так званими воротами, розміщеними біля краю пори з внутрішньої сторони клітини. Зміна електричного поля викликає коніформаційні перебудови цієї частини канапу, які зумовлюють відкриття або закриття пори, яка керує проникненням іонів.
Іонним каналом натрій, концентрація якого в середовищі більша, надходить в клітину. При цьому нейтралізується негативний заряд на внутрішній поверхні мембрани (деполяризація). Зменшення мембранного потенціалу зумовлює відкриття все нових каналів. Процес активації каналу супроводжується зміною йот конформації. Деполяризація пропускає іони і не реагує на мембранний потенціал. У цей же час у мембрані аксона відкриваються потенціалозалежні калієві канали. Їх функціонування визначає стадію реполяризації мембрани, потік іонів калію у зовнішнє середовище за градієнтом концентрації, відновлює початковий заряд всередині клітини і мембранний потенціал, що зумовлює закриття натрієвих каналів. При цьому вони не пропускають іони, але можуть відкритися під час змін електричного сигналу. В результаті волокно знову готове для проведення імпульсу.
Таким чином, проведення електричного сигналу полягає в поширенні процесу деполяризації — реішляризапії вздовж усього аксона до наступного нейрона.