Мембранный потенциал

Благодаря тому, что мембрана нервных клеток, оказывается невосприимчивой к целому ряду веществ и не пропускает его, на мембране создаются условия разности потенциалов. Впервые представление о разности потенциалов были сформулированы в мембранной теории немецкого физиолога Юлиуса Бернштейна, который исходя из избирательной проницаемости мембраны, рассчитал, как в состоянии покоя мембрана ведёт себя по отношению к ионам калия и натрия. В состоянии покоя характерны следующие особенности проницаемости для ионов натрия и калия.

Таблица 1

Таким образом на мембране нервных клеток формируется ионная асимметрия, которая связана с большим количеством ионов натрия на наружной поверхности мембраны и большим количеством калия на внутренней поверхности мембраны . Таким образом в состоянии покоя на наружной поверхности мембраны создаётся положительный заряд, а на внутренней поверхности благодаря силам электростатического взаимодействия создаётся отрицательный заряд, засчёт анионов органических кислот и хлора.

В состоянии покоя ионные каналы для калия открыты, для натрия закрыты, таким образом проницаемость мембраны в покое для калия значительно выше, чем для натрия. Под действием разности концентраций ионы калия будут выходить из клетки во внеклеточную среду, где и концентрация во много раз меньше. Если бы речь шла о незаряженных частицах, то процесс диффузии продолжался бы до полного выравнивания концентраций, но так как ионы калия заряжены положительно этого не происходит. Выходя наружу из клетки, они выносятся на поверхность мембраны, увеличивая её электроположительные свойства. В результате они затрудняют проникновение новых ионов калия внутрь клетки. И создаётся ситуация когда ион калия может проникать внутрь клетки только в ответ на один выходящий ион. Так создаётся состояние равновесия. Величину мембранного потенциала можно измерить, для этого существует уравнение Нернста. Оно выглядит так : Фотка должна быть

Где R- универсальное газовое постоянное Т – абсолютная температура в градусах кельвина F- число фарадея ПП- потенциал покоя [К][Na] – десятичный логарифм в концентрации ионов калия и натрия снаружи и внутри клетки .

Ионные каналы

Проникновение ионов в клетку и из клетки осуществляется благодаря работе ионных каналов. Различают ионные каналы для натрия и хлора. Самую сложную структуру имеют ионные каналы для натрия. Они состоят из поры, расширения или устья и двух систем ворот активационных наружных и инактивационных внутренних.

Рисунок 1

Потенциал действия

Это процесс, который развивается на ограниченном участке мембраны при нанесении раздражения на нервную клетку. Данный процесс протекает мгновенно, приступо-образно, лавинно-образно и впоследствии волна возбуждения прокатывается по всему участку нервного волокна. Потенциал действия развивается под действие раздражителя. В зависимости от различных характеристик раздражителя делят по:

1. Силе

- Пороговые – раздражитель минимальной силы, способный вызвать ответную реакцию со стороны возбудимых тканей.

- Подпороговые раздражители – раздражители, величина у которых меньше пороговых.

- Надпороговые – раздражители, сила которых больше пороговых.

2. Раздражители бывают адекватными и неадекватными.

-Адекватные соответствуют по своей природе раздражаемому образованию.

-Неадекватные раздражители – не соответствуют по природе раздражаемому образованию. По природе раздражители бывают физические, механические, температурные, электрические, световые, звуковые, болевые ;

-Химические раздражители – кислоты, щёлочи, соли.;

-Физико химические раздражители – имеют более сложную природу, например , изменению PH среды. Потенциал действия состоит из нескольких фаз:

- Фаза деполяризации – она включает в себя процессы, на первом этапе открываются ионные каналы для натрия, натрий, проникая внутрь клетки, создаёт положительный заряд на внутренней поверхности мембраны.

Доклады

История исследования биоэлектрических явлений

Методы электрофизиологии ( острый опыт)

Хронический эксперимент.

Фазы

Фаза деполяризации. В фазе деполяризации различают стадию реверсии(изменение знака заряда), пик потенциала действия, после которого начинается новая стадия(фаза реполяризации), величина, после которой процессы деполяризации приобретают необратимый характер, называется критическим уровнем деполяризации.

Фаза реполяризации. В период реполяризации ионные каналы для натрия закрываются, и натрий не в состоянии проникнуть внутрь клетки, в то время как калиевые каналы находятся в открытом состоянии и калий свободно покидает клетку, вынося положительный заряд. В результате происходит восстановление исходного уровня поляризации мембраны, т.е мембрана становится положительно-заряженной снаружи и отрицательно-заряженной внутри.

Фаза гипперполяризации.

Отрицательные следовые потенциалы. Они связанны с тем, что происходит усиление отрицательного заряда на внутренней поверхности мембраны, в результате активного проникновения ионов хлора и органических кислот против градиента концентрации, с участием хлорных насосов. Мембрана становится более электроотрицательной.

Положительные следовые потенциалы – это увеличение положительного заряда на внутренней поверхности мембраны. Связанная с активным проникновением натрия внутрь клетки против градиента концентрации и активизация калий-натриева насоса. В результате заряд становится положительный.

Рисунок 2. Механизмы потенциала действия.