Потенциал действия. Генерация потенциала действия.

Биопотенциалы

Биопотенциалы – это потенциалы электрических полей, созданных живыми системами от клеток до органов.

Существует разность потенциалов между внутренней и внешнейповерхностями плазматической мембраны. Эта разность потенциалов называется мембранным потенциалом.

Биопотенциалы покоя – это постоянная разность потенциалов между внешней и внутренней средой клетки. Внеклеточная среда имеет высокую концентрацию ионов натрия (Na +) и хлора (Cl –). Внутриклеточная среда – калия (K +). Натрий-калиевый насос позволяет поддерживать различие концентраций ионов натрия и калия по обе стороны плазматической мембраны.

Потенциал покоя – разность потенциалов, регистрируемая между внутренней и наружной поверхностями мембраны в невозбуждённом состоянии.

Мембранный потенциал покоя: МПП = 75 – 100 мВ. МПП определяется разностью концентраций ионов по разные стороны мембраны и диффузией ионов через мембрану.

При определенных физиологических условиях могут происходить изменения мембранного потенциала.

Потенциал покоя. Природа потенциала покоя.

Между внутренней и наружной поверхностями кле­точной мембраны всегда существует разность электрических потенциалов. Разность потенциалов, измеренная между внутренней и наружной поверхностями клеточной мембраны в состоянии физиологического покоя клетки, на­зывается потенциалом покоя.

Цитоплазма в состоянии покоя клеток всегда имеет отрицательный потенциал по отношению к потенциалу межклеточной жидкости. Потенциал покоя у разных клеток имеет величину от 50 до 100 мВ. Наличие мембраны приводит к возникновению потенциалов клеток, как в покое, так и при возбуждении. Причина их возникновения - неравномерное распределение ионов калия и натрия между содержимым клеток и межклеточной средой. Неравномерное распределение ионов обусловлено активным переносом ионов—работой натрий-калиевого насоса.

Несмотря на то что мембрана достаточно проницаема для ионов К⁺, их концентрация внутри выше, чем во внешней среде. Главные внутриклеточные отрицательные молекулы – анионы (белки и нуклеиновые кислоты) не могут выходить наружу и накапливаются внутри клетки, а ионы С1^–, которых много во внешней среде, проходят через мембрану очень медленно. Проницаемость для Na⁺ составляет лишь 1/20 по сравнению с проницаемостью для К⁺. При таких условиях трансмембранный потенциал определяет распределение ионов К⁺, потенциал существует благодаря тому, что ионы К⁺ стремятся покинуть клетку, чтобы уравнять внешнюю и внутреннюю концентрации. Однако в клетке при этом остается избыток анионов, что создает отрицательный электрический заряд, ограничивающий дальнейшее выравнивание концентраций ионов К⁺. Ионы С1^– ведут себя наоборот: они должны остаться снаружи, чтобы сбалансировать электрический заряд плохо проникающего Na⁺, но в то же время стремятся проникнуть в клетку по градиенту концентрации.

Согласно теории Ходжкина, Хаксли, Катца, клеточ­ная мембрана в состоянии покоя проницаема в основ­ном только для ионов калия. Ионы калия диффундируют по концентрационному градиенту через клеточную мембрану в окружающую жидкость; анионы не могут проникать через мембрану и остаются на ее внутренней стороне. Так как ионы калия имеют положительный заряд, а анионы, остающиеся на внутренней поверхности мембраны,—отрицательный, то внешняя, поверхность мембраны при этом заряжается положительно, а внутренняя отрицательно.

Величина МПП зависит от вида ткани и варьирует от -9 до -100 мв. Сле­довательно, в состоянии покоя клеточная мембрана поляризована. Уменьшение величины МПП называют деполяризацией, увеличение — гиперполяризацией, восстановление исходного значения МПП — реполяризацией мембраны.

Отличительной характеристикой живых клеток является неравное распределение ионов по обеим сторонам клеточной мембраны (снаружи и внутри клетки). Концентрация ионов К⁺ выше внутри клетки, тогда как ионы Na⁺ преобладают снаружи. Это неравенство достигается благодаря работе так называемого натрий-калиевого насоса — особого фермента Na⁺-К⁺ -АТФазы, — который за счет использования энергии АТФ переносит против градиента концентрации три иона Na⁺ из клетки в обмен на два иона К⁺ внутрь клетки. В состоянии покоя клеточная мембрана непроницаема для всех ионов, кроме К⁺. В результате этого образуется разность зарядов между внутренней и наружной поверхностью клетки.

Потенциалом действия (ПД) называется электрический импульс, обусловленный изменением ионной проницаемости мембраны и связанный с распространением по нервам и мышцам волны возбуждения.

Потенциал действия. Генерация потенциала действия.

Все клетки возбудимых тканей при действии различных раздражителей достаточной силы способны переходить в состояние возбуждения. К возбудимым относятся нервная, мышечная и железистая ткани, хотя чет­кой границы между возбудимыми и другими тканями провести нельзя. Возбудимость —это способность клеток к быстрому ответу на раздражение, проявляющемуся через совокупность физических, физико-химических процессов и функциональных изменений. Обязательным признаком возбуждения является изменение электрического состояния клеточной мембраны. Возбужденный участок клетки становится электроотрицательным по отношению к невозбужденному, что указывает на перераспределение ионов в возбужденном участке. При возбуждении оно имеет временный характер, и после окончания возбуждения вновь восстанавли­вается исходный потенциал покоя. Потенциалом действия называется общее изменение разности потенциалов между клеткой и средой, происходящее при пороговом и сверхпороговом возбуждении клеток. Потенциалыдействия обеспечивают проведение возбуждения по нервным волокнам и инициируют процессы сокращения мышечных и секреции железистых клеток.