Главная | Обратная связь

Механизм происхождения потенциала действия (ПД). Физические и физиологические параметры ПД, его физиологическая роль.

Потенциал действия – это кратковременное изменение потенциала клетки.

Кратко и наглядно о ПД: https://www.youtube.com/watch?v=u5-6pQVd7kg

Еще хорошо рассказано вот здесь (заодно с потенциалом покоя): https://www.youtube.com/watch?v=ufWrACuXCaU смотреть с 3:30

Емкость мембраны и работа метаболических ионных насосов приводят к накоплению потенциальной электрической энергии на клеточной мембране в форме потенциала покоя. Эта энергия может освобождаться в виде специфических электрических сигналов (потенциала действия), характерных для возбудимых тканей: нервной, мышечной, некоторых рецепторных и секреторных клеток. Под потенциалом действия понимают быстрое колебание потенциала покоя, сопровождающееся, как правило, перезарядкой мембраны.

График потенциала действия.

1 фаза. Деполяризация (восходящая фаза). Вход ионов натрия по быстрым, потенциал-зависимым натриевым каналам. Выход калия затруднен.

2 фаза. Реполяризация (нисходящая фаза): выход калия, усиления работы насоса

а) следовая деполяризация (более пологий нисходящий участок), допускается вход отдельных ионов натрия (в этой фазе клетка может снова возбудиться)

б) следовая гиперполяризация – выходит избыток калия.

От начала возбуждения и до фазы 2а – абсолютная рефрактерность – неспособность клетки возбуждаться, от начала деполяризации до начала следовой деполяризации

Участок 2а-2б – относительная рефрактерность: когда клетка способна возбудиться при воздействии чрезмерно сильного сигнала.

Потенциал действия имеет параметры:

1) амплитуду, или высоту в милиВольтах;

2) длительность во времени

3) величину порога (та минимальная сила, которая способна вызвать возбуждение)

4) скорость распространения

5) частота потенциалов действия.

Методы исследования ПД:

1. Микроэлектродный, когда анод помещается в клетку;

2. Внеклеточный биполярный. Применяется при регистрации ЭКГ, электроэнцефалографии и электромиограммы.

3. Внеклеточный униполярный (с 1 электродом). применяется при ЭКГ и электромиографии.

Поляризация мембраны живой клетки обусловлена отличием ионного состава с её внутренней и наружной стороны. Когда клетка находится в спокойном (невозбуждённом) состоянии, ионы по разные стороны мембраны создают относительно стабильную разность потенциалов, называемую потенциалом покоя. Если ввести внутрь живой клетки электрод и измерить мембранный потенциал покоя, он будет иметь отрицательное значение (порядка −70 — −90 мВ). Это объясняется тем, что суммарный заряд на внутренней стороне мембраны существенно меньше, чем на внешней, хотя с обеих сторон содержатся и катионы, и анионы. Снаружи — на порядок больше ионов натрия, кальция и хлора, внутри — ионов калия и отрицательно заряженных белковых молекул, аминокислот, органических кислот, фосфатов, сульфатов. Надо понимать, что речь идёт именно о заряде поверхности мембраны — в целом среда и внутри, и снаружи клетки заряжена нейтрально.

В естественных условиях стимулом часто служит химический сигнал от соседних клеток, поступающий через синапс или путём диффузной передачи через межклеточную среду. Смещение мембранного потенциала может происходить в отрицательную (гиперполяризация) или положительную (деполяризация) сторону.

Согласно закону «всё-или-ничего» мембрана клетки возбудимой ткани либо не отвечает на стимул совсем, либо отвечает с максимально возможной для неё на данный момент силой. То есть, если стимул слишком слаб и порог не достигнут, потенциал действия не возникает совсем; в то же время, пороговый стимул вызовет потенциал действия такой же амплитуды, как и стимул, превышающий пороговый. Это отнюдь не означает, что амплитуда потенциала действия всегда одинакова — один и тот же участок мембраны, находясь в разных состояниях, может генерировать потенциалы действия разной амплитуды.

После возбуждения нейрон на некоторое время оказывается в состоянии абсолютной рефрактерности, когда никакие сигналы не могут его возбудить снова, затем входит в фазу относительной рефрактерности, когда его могут возбудить исключительно сильные сигналы (при этом амплитуда ПД будет ниже, чем обычно). Рефрактерный период возникает из-за инактивации быстрого натриевого тока, то есть инактивации натриевых каналов

Физиологическая роль ПД - потенциал действия является физиологической основой нервного импульса. Существование фаз возбудимости обусловливает возможность деятельности нервной клетки и непрерывный характер сигнализации нервными волокнами.

Уникальным свойством потенциала действия является тот факт, что, возникая в одной точке на мембране возбудимой клетки, он способен без затухания в виде бегущей волны распространяться по всей поверхности клетки, включая ее отростки. Потенциал действия, распространяющийся от тела нервной клетки по ее длинному отростку — аксону — носит название нервного импульса.

Потенциал действия и колебания потенциала покоя лежат в основе возбуждения и торможения у животных и человека и раздражимости у растений. Изменения амплитуды и длительности потенциала действия могут носить как функциональный, так и патологический характер. Исследования суммарных потенциалов действия клеток и органов применяют с диагностическими целями (электрокардиография, электроэнцефалография, электромиография).