Графическая запись потенциала действия. Фазы потенциала действия. Причины, их вызывающие

(спайк) и следовые потенциалы.

Пик ПД(потенциала действия) представляет собой кратковременную инверсию (изменение знака на положительный) внутриклеточного потенциала. Он имеет очень быструю восходящую фазу и несколько более медленный спад.

Разницу между общей длительностью пика и МПП (мембранным потенциалом покоя) называют овершутом или амплитудой потенциала инверсии.

График потенциала действия

- возбуждающий импульс от генератора положительный (деполяризующий), но сдвиг мембранного потенциала аксона ниже некоторого порогового значения (критического уровня деполяризации –КУД)-возникает локальный потенциал (1)

- амплитуда положительного.деполяризующего возбуждающего импульса приводит к сдвигу мембранного потенциала по значению выше порогового уровня, в мембране развивается генерация потенциала действия.

– при следовой гиперполяризации(5) в течение 1-2 мс в мембране наблюдаются остаточные явления, во время которых мембрана остается рефракторной (невозбудимой).

Причиной развития ПД является вызываемое критической деполяризацией мембраны открытие ее натриевых и калиевых каналов. Каналы, открываемые электрическим стимулом, называют потенциалзависимыми.

Открытие потенциалзависимых каналов приводит к пассивному движению соответствующих ионов по их электрохимическим градиентам.

Вход ионов в клетку обеспечивает восходящую фазу пика ПД, т.е. деполяризацию и инверсию потенциала на мембране, а несколько запаздывающий выход ионов участвует в создании нисходящей фазы пика - реполяризации.

№13 мембрана, объясняющая мембранный потенциал клеток

билипидная мембрана:(открыта мюллером в 1962г)

он заполнял отверстие в тефлоновой перегородке, разделяющей 2 водных раствора,фосфолипидом, растворенным в гептане.после того как растворитель и излишки липида растекаются по тефлону, в отверстии образуется бислой толщиной несколько нм и d=1 мм.расположив по обе мембраны 2 электрода, можно измерить сопротивление мембраны или генерируемый на ней потенциал

№14 Мембранный потенциал - разность электрических потенциалов между растворами электролитов, разделенных проницаемой мембраной.

Мембранный потенциал (МП, потенциал покоя) определяется трансмембранным градиентом концентрации калия (К) (внутри клеток концентрация К выше) и остается постоянным длительное время, пока клетка не активируется внешним воздействием. При этом внутренняя часть клеток имеет отрицательный заряд.
Переход клеток в активное состояние вызывается быстрым сдвигом МП в положительном направлении - потенциалом действия (ПД), для которого характерно несколько фаз: фаза деполяризации, обусловленная входом натрия (Na) внутрь клеток, вызывающим изменение поляризации клетки, - овершут; фаза реполяризации, в течение которой восстанавливается исходный потенциал вследствие выхода К из клеток; следовые (деполяризационные и гиперполяризационные) потенциалы. Постоянство и восстановление исходного распределения электролитов внутри клеток обеспечивается Na/K насосом.
Другим эффективным методом измерения потенциала мембраны стал метод локальной фиксации потенциала ("Patch Clamp"). Суть метода заключается в том, что микроэлектрод тонким концом, имеющим диаметр 0,5-1 мкм, присасывается к мембране таким образом, чтобы в его внутренний диаметр попал ионный канал. Тогда, используя схему фиксации потенциала, можно измерять токи, которые проходят только через одиночный канал мембраны, а не через все каналы одновременно, как это происходит при использовании стандартного метода фиксации потенциала, описанного выше.

Потенциа́л поко́я (ПП) — мембранный потенциал возбудимой клетки в невозбужденном состоянии. Он представляет собой разность электрических потенциалов, имеющихся на внутренней и наружной сторонах мембраны и составляет у теплокровных от -55 до -100 мВ.

№15 Уравнение Гольдмана:

F - число Фарадея,
Z - валентность иона,
T - абсолютная температура,
R - газовая постоянная,
- электрический потенциал на мембране,
P - коэффициент проницаемости,
Co - концентрация наружного омывающего мембрану раствора электролита,
Ci - концентрация внутреннего раствора.

Уравнение Гольдмана предсказывает нелинейную зависимость трансмембранного потока ионов от разности потенциалов на мембране.

№17 Блок-схема регистрации мембранного потенциала:

В гигантский аксон кальмара можно ввести микроэлектрод, не нанеся аксону значительных повреждений.
Стеклянный микроэлектрод (1) представляет собой стеклянную микропипетку с оттянутым очень тонким кончиком (диаметр 0,1-0,5 мкм).
Металлический электрод такой толщины пластичен, и не может проколоть клеточную мембрану, кроме того, он поляризуется. Для исключения поляризации электрода используются неполяризующиеся электроды, например, серебряная проволока (3), покрытая солью, помещенные в раствор или, заполняющий микроэлектрод
Второй электрод сравнения (4) - располагается в растворе (6) у наружной поверхности клетки (5) (рис. 11). Регистрирующее устройство осциллограф.

№19 ДЕПОЛЯРИЗАЦИЯ мембраны, уменьшение разности потенциалов у находящейся в состоянии физиологического покоя клетки между её цитоплазмой и внеклеточной жидкостью, то есть понижение потенциала покоя. Пассивная деполяризация возникает при прохождении через мембрану слабого электрического тока выходящего направления (анод внутри, катод снаружи), не вызывающего изменений ионной проницаемости мембраны. Активная деполяризация развивается при повышении проницаемости мембраны для ионов Na+ или при её снижении для ионов К+ При возникновении потенциала действия активная деполяризация, связанная с преходящим повышением натриевой проницаемости мембраны, приобретает регенеративный характер: деполяризация повышает натриевую проницаемость, что в свою очередь ведёт к увеличению деполяризации, и т. д. Длительная деполяризация мембраны ведёт к инактивации натриевых каналов и повышению калиевой проницаемости, в результате чего происходит падение или полное исчезновение возбудимости клетки (волокна).

№20 Реполяризация мембраны

Реполяризация вызывает постепенное закрывание калиевых каналов и реактивацию натриеых каналов. В результате, возбудимость клетки восстанавливается - это период относительной рефрактерности. Реполяризация возникает тогда,когда уровень деполяризации достигает своего максимума. Происходит открытие каиевых каналов, ионы калия выходят из клетки по градиенту концентрации и мембрана изнутри заряжается отрицательно,но калия выходит очень много,что ведет к гиперполяризации.

№21 Потенциал инверсии(ПИ).

Разность модулей ПД и ПП называют потенциалом инверсии. В аксоне он эквивалентен натриевому потенциалу, то есть:

Численное значение потенциала инверсии неодинаково в разных клетках, но всегда составляет десятки мВ, и знак этого потенциала положительный, относительно потенциала покоя. Как правило, ПИ меньше ПП по модулю.

№22 Известно,что проницаемость мембраны для ионов калия самая высокая.В состоянии покоя соотношение коэффициентов проницаемости для разных ионов равно:

P_K: P_Na:P_Cl = 1:0,04:0,45

Вследствие этого диффузия калия и хлора идёт в обе стороны.

№23 Рассчитаем равновесный электрохимический потенциал для натрия при возбуждении:

PNa +: PK +: PCl +=30:1:0,45

т.е. по сравнению с невозбужденным состоянием при возбуждении коэффициент проницаемости возрастает в 750 раз, В опытах было доказано, что этот равновесный потенциал по Na совпадает с амплитудным значением потенциала инверсии

№25 Мембранная теория возбуждения - представление о том, что при раздражении возбудимой клетки в её поверхностной мембране происходит молекулярная перестройка, которая приводит к изменению проницаемости мембраны и появлению трансмембранных ионных токов. Источником энергии для этих токов служит постоянно существующее неравномерное распределение основных неорганических ионов между цитоплазмой и внеклеточной средой: накопление в клетке ионов K+ и выведение из неё ионов Na+ и Cl-.

Т.е. при возбуждении сначала возникает кратковременный ионный ток, направленный внутрь клетки, который затем сменяется ионным током, направленным наружу. Начальный, входящий ток обусловлен движением через мембрану Na+, выходящий — движением из клетки K+; в результате восстанавливается исходное состояние электрической поляризации клеточной мембраны. Кратковременность ионных токов, возникающих при ПД, связывают с наличием в мембране наряду с механизмом повышения («активации») ионной проницаемости также противоположного процесса — её «инактивации», обусловливающей развитие рефрактерности и аккомодации к электрическому раздражению.

№26 Распространения волн возбуждения по безмякотному нервному волокну.

Безмиелиновые нервные волокна покрыты только шванновской оболочкой.

Проведение возбуждения в безмиелиновых волокнах отличается от такового в миелиновых волокнах благодаря разному строению оболочек. В безмиелиновых волокнах возбуждение постепенно охватывает соседние участки мембраны осевого цилиндра и так распространяется до конца аксона. Скорость распространения возбуждения по волокну определяется его диаметром.

В нервных безмиелиновых волокнах, где процессы метаболизма не обеспечивают быструю компенсацию расхода энергии на возбуждение, распространение этого возбуждения идет с постепенным ослаблением — с декрементом. Декрементное проведение возбуждения характерно для низкоорганизованной нервной системы.

Поиск по сайту: