Потенциал действия (ПД)

Биология » Мембранные потенциалы » Потенциал действия (ПД)

ПД – это электрофизиологический процесс, выражающийся в быстром колебании мембранного потенциала, вследствие специфического перемещения ионов и способный распространяться без декремента на большие расстояния. Амплитуда ПД колеблется в пределах 80 – 130 мВ, длительность пика ПД в нервном волокне – 0,5 – 1 мс. Амплитуда потенциала действия не зависит от силы раздражителя. ПД либо совсем не возникает, если раздражение подпороговое, либо достигает максимальной величины, если раздражение пороговое или сверхпороговое. Главным в возникновении ПД является быстрый транспорт Na+ внутрь клетки, что способствует вначале снижению мембранного потенциала, а затем – изменению отрицательного заряда внутри клетки на положительный.

В составе ПД различают 3 фазы: деполяризацию, инверсию, и реполяризацию.

1. Фаза деполяризации. При действии на клетку деполяризующего раздражителя начальная частичная деполяризация происходит без изменения ее проницаемости для ионов (не происходит движение Na+ внутрь клетки, т. к. закрыты быстрые потенциалчувствительные каналы для Na+). Na+ - каналы обладают регулируемым воротным механизмом, который расположен на внутренней и внешней сторонах мембраны. Имеются активационные ворота (m – ворота) и инактивационные (h – ворота). В покое m – ворота закрыты, а h – ворота открыты. В мембране также имеются K+ - каналы, имеющие только одни ворота (активационные), закрытые в покое.

Когда деполяризация клетки достигает критической величины (Екр – критический уровень деполяризации, КУД), которая обычно равна 50мВ, проницаемость для Na+ резко возрастает – открывается большое количество потенциалзависимых m – ворот Na+ - каналов. За 1 мс через 1 открытый Na+ - канал в клетку попадает до 6000 ионов. Развивающаяся деполяризация мембраны вызывает дополнительное увеличение ее проницаемости для Na+, открываются все новые и новые m - ворота Na+ - каналы, так что ток Na+ имеет характер регенеративного процесса (сам себя усиливает). Как только ПП становится равным нулю, фаза деполяризации заканчивается.

2.Фаза инверсии. Вход Na+ в клетку продолжается, т. к. m - ворота Na+ - каналы еще открыты, поэтому внутри клетки заряд становится положительным, а снаружи – отрицательным. Теперь электрический градиент препятствует входу Na+ в клетку, однако, из-за того, что концентрационный градиент сильнее электрического, Na+ все же проходит в клетку. В тот момент, когда ПД достигает максимального значения, происходит закрытие h – ворот Na+ - каналов (эти ворота чувствительны к величине положительного заряда в клетке) и поступление Na+ в клетку прекращается. Одновременно открываются ворота K+ - каналов. K+ транспортируется из клетки согласно химическому градиенту (на нисходящей фазе инверсии – еще и по электрическому градиенту). Выход положительных зарядов из клетки приводит к уменьшению ее заряда. K+ с небольшой скоростью может выходить из клетки также через неуправляемые K+ - каналы, которые всегда открыты. Все рассмотренные процессы являются регенеративными. Амплитуда ПД складывается из величины ПП и величины фазы инверсии. Фаза инверсии заканчивается, когда электрический потенциал снова становится равным нулю.

3.Фаза реполяризации. Связана с тем, что проницаемость мембраны для K+ еще высока, и он выходит из клетки по градиенту концентрации, несмотря на противодействие электрического градиента (клетка внутри снова имеет отрицательный заряд). Выходом K+ обусловлена вся нисходящая часть пика ПД. Нередко в конце ПД наблюдается замедление реполяризации, кто связано с закрытием значительной части ворот K+ - каналов, а также – с возрастанием противоположно направленного электрического градиента.

Если из внеклеточной среды убрать Na+ или заблокировать Na+ - каналы, то ПД не возникает. Так с помощью местных анестетиков расстраивается механизм управления у ворот Na+ - каналов.


Другое по теме:

Смерть и ее биологический смысл
Течение человеческой жизни, как и жизни всех других существ, от рождения до смерти запрограммировано генетически. Хотя средняя продолжительность жизни в результате успехов медицины за последние сто лет в развитых промышленных странах почт ...

Развитие человека после рождения
Принято выделять грудной возраст (1-й год жизни), раннее детство (от 1 до 3 лет), дошкольный период (от 3 до 7 лет), школьный период (от 7 до 17 лет). В грудном возрасте дети особенно восприимчивы к воздействиям внешней среды. На протяже ...

Создание ступенчато повышающейся физической нагрузки
Нагрузку создавали с помощью программируемого тредбана, начиная со скорости 3,0 м/с, повышая каждые две минуты на 0,5 м/с до скорости 6,5 м/с, на которой испытуемый бежал до состояния полного утомления [11]. ...