Электрическая сигнализация. Формирование потенциала покоя. Законы возбуждения

Электрическая сигнализация основана на выработке электрического заряда и последовательного его распространения.

Разность потенциалов – это разность концентраций электрически заряженных частиц. Это следствие разделения в среде электрически заряженных частиц (Dq – разность потенциалов).

ЭДС обеспечивает движение – к + и наоборот и возникновение электрического тока.

В основе электрической сигнализации лежит изменение Dq и ЭДС:

  • мембранный потенциал покоя (МПП)
  • мембранный потенциал действия (МПД)
  • рецепторный потенциал (РП)
  • пресинаптический и постсинаптический биопотенциалы (ПСП, ПоСП)

Биопотенциал:

1. Носитель информации и субстрат ее передачи

2. Энергия БП используется для синтеза АТФ в клетках

3. Энергия БП используется для транспорта через мембрану:

а) пора б) ионный канал в) ионообменник (интегративный белок с двумя центрами) г) активный первичный транспорт (против градиента концентрации с использованием АТФ) 

4. Энергия БП используется для межклеточных взаимодействий (агрегация и адгезия)

Механизмы, обуславливающие формирование БП:

В целом клетка электронейтральна. Концентрация ионов одинакова, если клетка начинает жить, начитает работать Na/К насос -  связывает  3 Na+ + АТФ внутри, изменяется конформация белка. К измененному белку снаружи присоединяется 2 K+, а 3 Na+ отсоединяется. К+ переходит во внутрь. В итоге 3 внутриклеточных Na+ обмениваются на 2 внеклеточных K+ - электрогенный режим работы насоса. Концентрация калия в клетке высокая, а натрия малая. В клетке К+ 145 ммоль/л, а вне – 5 ммоль/л. Na+ в кл 12 ммоль/л, а вне 145 ммоль/л. Кальция и хлора больше вне клетки.

Калий, начиная выходить из клетки, уменьшает количество положительно заряженных частиц в ней.

Натрий не может пройти через мембрану внутрь клетки через ионные поры, т.к. хорошо ассоциируется с другими веществами. Натрий имеет гидратную оболочку и каналы для него закрыты.

Повышенный выход калия из клетки создает относительное преобладание отрицательного заряда в примембранной области.

Плазматическая мембрана имеет Dq, который является следствием:

1) работы Na-K насоса (повышает выход калия)

2) разная проницаемость для разных ионов (натрия и калия)

3) накопление молекул белка и органических соединений в примембранной области, имеющих отрицательный заряд.

С наружной стороны накапливается К+, а он потом выталкивается концентрационным, а вталкивается электрохимическим градиентом в поры.

ПП – интегральный равновесный потенциал всех ионов.

Равновесный потенциал – это потенциал равновесия (или равенства скоростей) выхода или входа ионов одного вида.

МПП для каждого вида клеток достаточно постоянный. Это связано со строение клеточных мембран (ионных пор, каналов, плотностью расположения насосов).

Ионный канал – это мембранные интегральные белки (ассоциированные белковые субъединицы) для избирательного транспорта через мембрану различных ионов.

В канале имеется 3 зоны:

1) ионная пора – выстлана гидрофильными группами, имеющими положительный или отрицательный заряд и обеспечивающими повышение скорости диффузии.

2) селективный фильтр – отсекает ионы от гидратной оболочки

3) зона ворот – пептидные цепочки, которые вдаются в ионную пору, имеют заряд, могут менять конформационную структуру, открывая или закрывая пору.

Каналы делятся на а) потенциалзависимые б) лигандзависимые.

ЛЗИК – ионные каналы,  в своей структуре сцепленные с рецептором. При образовании комплекса лиганд-рецептор меняется проницаемость канала.

ПЗИК – ионные каналы, которые изменяют проницаемость вследствие изменения ПП мембраны, при взаимодействии

ПЗИК в структуре имеют два типа ворот:

1) кнаружи – активационные ворота (открываются и закрываются быстро)

2) кнутри – инактивационные ворота (закрываются и открываются медленно)

Большинство ПЗИК Na+ в покое закрыты, т.к. закрыты активационные ворота, а инактивационные открыты. К+ ПЗИК имеют 1 тип ворот – инактивационные, в покое часть ПЗИК К+ открыта.

Как только изменяется МПП, инактивационные ворота могут закрываться.

Формирование ПД.

Деполяризация – процесс абсолютного уменьшения отрицательного заряда внутренней стороны плазматической мембраны.

Критическая точка деполяризации (КТД) – величина мембранного потенциала, при которой открываются все Na+-ПЗИК. Произойдет массовый вход положительных зарядов натрия в клетку, отрицательный заряд изменится до нуля, а потом перезарядится на внутренней стороне мембраны на плюс – реверсия заряда. Поток закроются инактивационные ворота натриевых ПЗИК на высоте деполяризации, но медленно. Когда они закроются, то откроются калиевые каналы (у них 1 вид ворот, они действуют при другом пороге, более сильном).

Реполяризация – возврат к электроотрицательности внутренней стороны плазматической мембраны:

1) открыты калиевые каналы

2) работают Na-К каналы

3) закрыты натриевые каналы.

На определенной точке процесс замедляется, т.к. часть каналов калия закрывается – фаза медленной реполяризации.

Фаза гиперполяризации – МП стал больше, чем до деполяризации из-за 1) большего проскока внутрь К+ 2) насос качает по инерции тоже больше, т.к. останавливается не сразу. Причины: инерционность закрывающихся каналов.

Разный ПД в разных клетках обусловлен различным содержанием ПЗИК

Нервные клетки МПП = -80-90 мВ, сердечные -80-90, но Na-K каналов меньше, основную роль играют медленные кальциевые каналы. Фаза реполяризации затянута во времени.

ГМК – нет калиевых каналов. МПП = -45-60 мВ, имеют кальциевые каналы с различных порогом действия.

Возбудимость – способность клетки отвечать на раздражение формирование ПД и специфической реакцией.

1) фаза локального ответа – частичная деполяризация мембраны (вхождение Na+ в клетку). Если нанести раздражитель небольшой, то ответ – сильнее.

Локальная деполяризация – фаза экзальтации.

2) фаза абсолютной рефрактерности – свойство возбудимых тканей не формировать ПД ни при каком по силе раздражителе

3) фаза относительной рефрактерности.

4) фаза медленной реполяризации – раздражение – опять сильный ответ

5) фаза гиперполяризации – возбудимость меньше (субнормальная), стимул должен быть большим.

Функциональная лабильность – оценка возбудимости ткани через максимально возможное количество ПД в единицу времени.

Законы возбуждения:

1) закон силы – сила раздражителя должна быть пороговой или надпороговой (минимальная величина силы, которая вызывает возбуждение). Чем сильнее раздражитель, тем сильнее возбуждение – только для объединений ткани (нервный ствол, мышца, исключение – ГМК).

2) закон времени – длительной действующего раздражителя должна быть достаточной для возникновения возбуждения.

Между силой и временем обратно пропорциональная зависимость в границах между минимальным временем и минимальной силой. Минимальная сила – реобаза – сила, которая вызывает возбуждение и не зависит от длительности. Минимальное время – полезное время. Хронаксия – возбудимость той или иной ткани, время, при котором возникает возбуждение, равно двум реобазам.

Чем больше сила, тем больше ответ до определенного значения.

Факторы, создающие МПП:

1) разность концентраций натрия и калия

2) различная проницаемость для натрия и калия

3) работа Na-К насоса (3 Na+ выводится, 2 К+ возвращается)

ПРЕДМЕТЫ

О НАС

«Dendrit» - портал для студентов медицинских ВУЗов, включающий в себя собрание актуальных учебных материалов (учебники, лекции, методические пособия, фотографии анатомических и гистологических препаратов), которые постоянно обновляются по ходу учебного процесса в ЯГМУ.