Вопросы к экзамену по физиологии цнс.

1. Потенциал покоя нейрона. Распределение нейронов внутри и снаружи мембраны. Калий-натриевый насос.

-В состоянии покоя нейрон изнутри заряжен отрицательно по отношению к своей внешней повернхности, т.е. обладает устойчивым мембранным потенциалом или потенциалом покоя (-70мВ)

-ПП измеряют протыкая мембрану стеклянным микроэлектродом

-ПП зависит от свойств мембраны нейронов и ионного баланса.

-Концентрация ионов внутри и снаружи клетки не одинакова: К в цитоплазме в 20-30 раз больше чем снаружи, Na и Сl в 10 раз меньше, Са снаружи больше в 20-30 раз (на примере аксона кальмара)

-Ионный баланс обеспечивают специальные белки-насосы. Самый важный из них- калий-натриевый насос. Он встроен в мембрану, имеет на внутренней поверхности места связывания для Nа и АТФ, а на наружной поверхности- для К

-На первой стадии цикла Na-K насос захватывает из цитоплазмы 3 иона Na и молекулу АТФ, затем, используя энергию распада АТФ, молекула насоса меняет свою пространственную конфигурацию, ионы Na оказываются снаружи клетки и высвобождаются в межклеточную среду. Насос захватывает 2 иона К и возвращается к исходной конфигурации. В результате ионы К переходят в цитоплазму, а насос готов к новому циклу. Процесс переноса в клетку ионов К требует затраты энергии, получаемо в результате распада АТФ на АДФ и фосфорную кислоту (Ф). Скорость процесса зависит от доступности внутриклеточного Na и резко возрастает при его попадании извне ( в норме 600 ионов Na в секунду). При отсутствии любого из 2х типов ионов работа насоса останавливается. Работу насоса может блокировать токсин растительного происхождения строфантин, присоединяющийся к месту связывания К.

-Для возникновения ПП так же необходимо существование в мебране нервных клеток открытых ионных каналов, в результате чего мембрана становится проницаемой для определенных ионов, получающих возможность свободно перемещаться между цитоплазмой и межклеточной средой. Ключевое значение для появления ПП имеют постоянно открытые К каналы. Они представляют собой белковые молекулы, проход внутри которых специфически настроен на пропуск ионов К

-Исходное состояние нейрона (до развития ПП)- отсутствие внутреннего заряда. Количество положителоьно и отрицательно заряженных ионов в клетке равное. Это характерно для ранних этапов эмбрионального развития нервной ткани. Затем, по мере ее развития, включаются гены, запускающие синтез постоянно октрытых К каналов. После их встраивания в мембрану ионы К получают возможность свободно выходить из клетки, где их содержание велико, в межклеточную среду, где их гораздо меньше.

-Но это не приводит к уравниванию концентрации ионов внутри и снаружи клетки, т.к. параллельно с выходом К из клетки в ней становится все больше оставшихся без своей положительно заряженной пары анионов (отрицательно заряженных ионов), по мерее диффузии К в цитоплазме нейрона накапливается отрицательный электрический заряд. Притягивая к себе катионы (положительно заряженные ионы), он начинает все больше препятствовать выходу К из клетки. В итоге выход К продолжается до тех пор пока сила концентрационного давления и сила электрического поля не станут равны. Точка равновесия и соответствует уровню потенциала покоя

-Ток ионов при достижении ПП не останавливается, т.к. имеются постоянно открытые каналы и К продолжает перемещаться сквозь мембрану, но число ионов, которые вошли в клетку и вышли из нее, теперь оказывается равным. Это называется динамическое равновесие (равенство двух противоборствующих процессов)

- При искусственном повышении концентрации К в межклет среде ослабляется диффузия, часть ионов будет втянута внутрь клетки, и ПП сместится вверх

-При уменьшении содержания ионов К все наоборот

-Входящий ток Na (ток утечки), снижая ПП по абсолютному значению, делает нейрон более возбудимым. Чем больше у нейрона ток утечки (постоянно открытых Na каналов), тем легче вызвать у него ПД

-К создает «базовую», несколько завышенную разность потенциалов между цитоплазмой нейрона и внешней средой, Na- «подгоняет» ПП каждого конкретного нейрона к генетически заданному уровню возбудимости. Чем больше Na каналов, тем выше (меньше по абсолютному значению) уровень ПП

-Ток утечки Na компенсируется работой Na K насоса

-Мембрана нервной клетки на уровне ПП также обладает проницаемостью для ионов Сl

-Еще один фактор, влияющий на уровень ПП- элктрогенный эффект Na K насоса. Обменивая в каждом цикле 3 иона Na на 2 иона K, насос уменьшает общее количество положительно заряженных ионов в цитоплазме, и его активность снижает уровень ПП (увеличивает по абсолютному значению). Зависит от тока утечки Na.

-Итак уровень ПП определяется: входящий и выходящий токи К, входящий ток Na и деятельность насоса

-Функция ПП- стабильное обеспечение работоспособного состояния нервных клеток. Обладая ПП, нейрон способен из режима ожидания переходить в рабочий режим- т.е. время от времени генерировать ПД (скачки потенциала на мембране, передающие информацию в ЦНС)