Потенциалы покоя и действия

Электрические мембранные потенциалы есть практически у всех клеток организма. Например, нервные клетки генерируют импульсы, которые используются для передачи сигнала от клетки к клетке вдоль их мембран. Это и есть отличие мембран возбудимых клеток от невзобудимых:

При действии раздражителя на клетку возбудимой ткани изменяется проницаемость ее мембраны, и ионы начинают быстро перемещаться через нее.

Мы знаем, что через мембрану происходит транспорт веществ - через ионные каналы, а также с помощью ионных насосов (Na/K АТФаза). Именно это движение ионов поддерживает разность их концентраций через избирательно проницаемую мембрану и создает мембранный потенциал.

Так, например, ионов калия внутри клетки очень много, а снаружи - очень мало. А натрия наоборот: много вне клетки и мало внутри клетки.

В зависимости от состояния клетки (в покое она или нет), выделяют потенциал покоя и потенциал действия

Потенциал покоя разность электрических потенциалов между наружной и внутренней сторонами мембраны в момент физиологического покоя (Например, когда не проводит нервный импульс).

Потенциал покоя является основой, исходной точкой для возникновения потенциала действия.

Величина потенциала покоя отличается в разных клетках. Например, в нервной она -90мВ. Это значит, что внутри клетка на 90 мВ отрицательнее, чем межклеточная жидкость.

Итак, потенциал покоя нервной клетки равен -90мВ (это значит, что внутри клетка заряжена на 90 мВ меньше, отрицательнее, чем снаружи). Это можно легко посчитать и удостовериться в этом

Мы знаем, что мембрана проницаема для нескольких ионов (хоть для натрия во много раз меньше, чем калия, но мембрана все-таки проницаема). Это значит, что мы можем использовать уравнение Гольдмана, с помощью которого можно рассчитать потенциал, если мембрана проницаема для нескольких ионов.

Для этого нам нужно знать, концентрацию ионов вне и внутри клетки, а также их проницаемость.

Мы знаем, что проницаемость для калия в 100 раз больше проницаемости для натрия, тогда пусть проницаемость для калия - 1, а для натрия - 0,01

Мы посчитали потенциал, который образуют диффузии ионов калия и натрия, но еще есть калий-натриевый насос! В процессе работы калий-натривый насос выкачивает 3 иона натрия из клетки взамен на два иона калия, что вносит дополнительные -4 мВ и получается: -86 + (-4) = 90

Потенциал действия быстрое колебание мембранного потенциала покоя после действия порогового раздражителя из-за перемещения ионов.

Это такой неспецифический ответ клеток возбудимых тканей, который впоследствии приведет K возникновению какой-то специфический функции данной ткани: в нервной - начнется передача нервного импульса, а в мышечной сокращение

1 Деполяризация: пороговый раздражитель действует на клетку, сдвигая поляризацию (заряд) мембраны в более положительную сторону. Когда потенциал идет в более положительную сторону, открываются потенциал-зависимые натриевые каналы.

*электродвижущая сила, потенциал

Поскольку внутри клетки натрия меньше, чем снаружи, натрий быстро устремляется внутрь клетки и начинает нейтрализовать заряд мембраны в еще более положительную сторону и график идет вверх.

2 Инверсия (перезарядка, овершут). Постепенно мембрана становится менее проницаемой для натрия, натриевые каналы закрываются и график "перезаряжается", становится нисходящим. График перезаряжается, поскольку на определенном уровне заряда мембраны натриевые каналы инактивируются и закрываются, а калиевые каналы на этом уровне заряда наоборот активируются и открываются. То есть, калий выходит из клетки, заряд снова становится отрицательнее и график снижается

3 Реполяризация: постепенно открывается еще больше калиевых каналов и калий стремительно выходит из клетки

4 Следовые потенциалы (необязательный этап, но у некоторых клеток есть):

Следовая гиперполяризация: в этом случае еще не все калиевые каналы закрыты, поэтому заряд мембраны может становиться чуть более отрицательным

Следовая деполяризация (бывает далеко не всегда): связана с кратковременным открытием натриевых каналов, ввиду чего заряд мембраны может незначительно идти в положительную сторону и график чуть-чуть повышается

Свойства потенциала действия:

• Амплитуда 110-120 мв, не зависит отсилы раздражителя и подчиняется закону «все или ничего»
• Распространяется по волокнам с сохранением величины амплитуды
• Длительность 1-5 мс