Мембранный потенциал:
Таблица концентраций и потенциалов.
|
Параметры |
Аксон кальмара |
Мышца лягушки |
Эритроцит человека | |||
|
Внутри (i)/ вне (e) клеточная концентрация Мм/л |
i |
e |
i |
e |
i |
e |
|
Ионы Na+ K+ Cl- Mg++ Ca++ |
78 392 104 11 0,4 |
462 22 286 56 11 |
13 138 3 16 30 |
108 2,5 120 1 2 |
19 136 78 6 - |
155 5 100 1 2,5 |
|
Потенциал покоя Δφ, мВ |
-60 |
-90 |
-6…-9 | |||
Потенциал действия.
Под влиянием раздражителей разность потенциалов между клеткой и окружающей средой изменяется, может возникнуть потенциал действия.
Потенциал действия – это спонтанное изменение полярности мембранного потенциала клетки.
Возникновение потенциала действием разных факторов:
Локальным изменением мембранного потенциала свыше порогового значения.
Действием специфических раздражителей на мембрану рецепторов клетки: химических веществ; квантов света, механического давления, температуры;
Механическим повреждением мембраны.
Проницаемость потенциалозависимых каналов для Na+ и K+ резко изменяется и условия стационарности нарушаются, возникает потенциал действия – разность потенциалов между цитоплазмой и внеклеточной жидкостью клетки в случае, когда клетка возбуждена, функционально активна.
Потенциал действия принимает положительное значение, так как происходит деполяризация клетки – смена знаков потенциалов внутри и снаружи клетки.
График изменения мембранного потенциалов
при возбуждении нервной клетки.
∆φ, мВ
20 0
-55
-70
-90
III IV
Критический
уровень
деполяризации.
II
t,
мс
I
V
Пассивный
транспорт
Активный т
ранспорт
Рис. 14.
– наблюдается потенциал покоя.
Латентная фаза – под воздействием раздражителя открывается часть каналов для ионов натрия. Натрий медленно заполняет клетку. Изменяется уровень мембранного потенциала, если он достигает критического уровня деполяризации, то наступает фаза деполяризации.
– фаза деполяризации. Открывается максимальное количество каналов для ионов натрия, натрий устремляется в клетку в течении которого промежутка времени. Деполяризация переходит за нулевую линию и мембранный потенциал становится положительным. Эта положительная фаза потенциала действия называется Овершут. В фазу деполяризации проводимость натриевого канала изменяется в 500 раз.
Таблица «Отношение проводимостей ионных каналов.
|
В покое |
Р(Na) 0.04 |
P(K) 1 |
P(Cl) 0.45 |
|
В фазу деполяризации |
20 |
1 |
0.45 |
– фаза реполяризации. Открываются каналы для калия и происходит перенос ионов калия из клетки. Происходит восстановление полярности мембраной разности потенциалов.
– фаза гиперполяризации. Проявление фазы гиперполяризации обусловлено продолжающим током калия. Калий продолжает выход из клетки, поэтому мембранная разность потенциалов по модулю принимает значение больше значения потенциала покоя. В фазу гиперполяризации происходит восстановление мембранного потенциала до исходного уровня за счет работы калиево-натриевого насоса.
Возникновение потенциала действия приводит к изменению мембранного потенциала вплоть до его деполяризации, после чего наступает специфическая ответная реакция возбудимых тканей. Нервная ткань проводит импульс, мышечная сокращается, железистая генерирует секрет.
Длительность, форма и величена потенциала действия существенно отличается для мембран различных клеток. Кроме того, величина потенциала действия зависит от функционального состояния мембраны и в норме для клетки составляет порядка 100-150 мВ.
Потенциал действия определяется суммой абсолютных значений потенциала покоя и мембранного потенциала возбуждения (рис 15).
Δ
φ,мВ
ПД=|ПП|+МП
20
МП
t
ПП
-55
-70
рис. 15
Длительность потенциала действия зависит от типа клетки и может отличаться значительно – от долей мс. (для нервных волокон) до сотен мс. (300-600 мс. – для кардиомиоцитов).
Величины потенциала покоя и потенциала действия могут быть измерены в опыте. Для этого потребуется ввести внутрь клетки электрод, диаметр которого измеряется в микронах. Второй электрод размещают в жидкости (электролите), находятся в надежном контакте с межклеточной средой исследуемой ткани. Между парой электродов регистрируется трансмембранная разность потенциалов (мембранный потенциал). Ее значение в состоянии покоя принимают за потенциал покоя, а при возбуждении – за потенциал действия. Для процесса генерации потенциала действия характерен закон «все или ничего». Под действием порогового и надпорогового раздражителей возбудимая мембрана генерирует потенциал действия. Параметры потенциала действия (амплитуда, длительность, форма) не зависят от интенсивности раздражителя. Как только достигается критический уровень деполяризации, процесс генерации потенциала действия запускается и изменения разности потенциалов на возбудимой мембране определяется только свойствами потенциал зависимых ионных каналов.
В возбудимых биологических тканях (нервной, мышечной) локально возникший потенциал действия может распространяться вдоль мембран клеток или других клеточных образований. Особенно это характерно для нервной ткани.