8. Потенціал дії
Цей вид мембранного потенціалу грає винятково важливу роль у життєдіяльності кліток; він виникає при збудженні клітки, досягаючи величини приблизно 50 мв і може поширюватися у формі нервового імпульсу.
Рис
3
Типовий розвиток процесу виникнення потенціалу дії й наступного перезарядження мембрани представленна рис. 3
Потенціал дії виникає тільки при зміні потенціалу спокою до певної граничної величини (приблизно до - 40 мв для аксона кальмара) Потенціал клітки вертається до вихідної величини досить швидко (початкова ділянка кривої). Але після того, як граничний потенціал досягнуть, процес зміни поляризації мембрани протікає дуже швидко (ділянка різкого росту потенціалу).
У цей час можна вважати встановленим, що при досягненні граничного потенціалу різко збільшується проникність мембрани для іонів натрію.
Проникність для різних іонів составляє: Рк: PNa : PCl = 1 : 20: 0.45- тобто проникність для натрію збільшилася, у порівнянні зі спокоєм o 500 разів. Надходження іонів натрію в клітку триває доти, поки позитивний внутрішньоклітинний потенціал не зрівноважить дифузію натрію з області підвищеної його концентрації.
Час, протягом якого проникність мембрани збільшується тільки для натрію, є невеликим (0.5- 1.0 мс) - після цього виникає калієвий струм, що починає виносити позитивним заряд із клітки (ділянка падіння потенціалу) аж до відновлення потенціалу спокою. Цей процес називається реполяизацией.
9. Поширення потенціалу дії
Потенціал дії, який виникає в певному місці мембрани, починає поширюватися уздовж нервового волокна
Це пов'язане з
тим, що в момент збудження між місцем
збудження й незбужденими ділянками
мембрани виникає різниця потенціалів,
що приводить до виникнення електричних
струмів, які поширюються уздовж мембрани
й поперек неї. Рівняння, що описує
поширення потенціалу дії уздовж нервового
волокна, має досить складний вид - це
рівняння в частинних похідних другого
порядку, але з нього можна одержати
досить просту залежність величини
потенціалу від початкової величини
збудження, відстані від місця збудження
х і електричних характеристик клітки,
навколишнього середовища й мембрани:
Постійна довжини нервового волокна
визначається за формулой:
(10),
де R і l - радіус нервового волокна й товщина мембранної речовини, м і р0 – питомий опір речовини мембрани й внутрішньоклітинної речовини.
Живі істоти зацікавлені в збільшенні постійної довжини нервового волокна й швидкості проходження збудження, але ця проблема вирішується по різному (мал.4)
міелін перехопування Ранвье
Рис.4
На цьому малюнку схематично зображена сама мембрана m (суцільна горизонтальна лінія), збуджена (в) і незбуждена (н) її ділянки.
Верхня частина малюнка а) відображає схему передачі нервового імпульсу в безмякотних волокнах - тут потенціал дії генерується безупинно уздовж всієї поверхні мембрани, при цьому швидкість передачі імпульсу відносно невеликий і збільшення й довжини нервового волокна досягається, в основному, за рахунок збільшення діаметра нервового волокна й товщини мембрани (див. формулу 10).
У більше високоорганізованих організмів нервові волокна покриті шаром гарного діелектрика - міеліна, причому через кожні 1-3 мм ці оболонки перериваються проміжками в декілька мікрон. Ці проміжки неізольованого волокна називаються перехопленнями Ранвье й саме в них зосереджені іонні канали.
Потенціали дії генеруються в перехопленнях Ранвье й поширюються вздовж волокна, перескакуючи з одного перехоплення на іншій. Такий спосіб проведення нервового імпульсу називається сальтаторним і швидкість його поширення значно вища в порівнянні зі швидкостями в безміелінових волокнах.
При блокуванні одного перехоплення Ранвье якою-небудь анестезуючою речовиною, наприклад, кокаїном, імпульс відразу передається на наступне перехоплення.
Порушення миелиновых оболонок приводить до важких розладів у функціонуванні нервової системи.