Потенциал покоя, его происхождение и ионные механизмы.
О состоянии покоя в возбудимых тканях говорят в том случае, когда на ткань не действует раздражитель из внешней или внутренней среды. При этом наблюдается относительно постоянный уровень метаболизма, нет видимого функционального отправления ткани.
Мембранный потенциал (или потенциал покоя) – это разность потенциалов между наружной и внутренней поверхностью мембраны в состоянии относительного физиологического покоя. Потенциал покоя возникает в результате двух причин:
1) неодинакового распределения ионов по обе стороны мембраны. Внутри клетки находится больше всего ионов К, снаружи его мало. Ионов Na и ионов Cl больше снаружи, чем внутри. Такое распределение ионов называется ионной асимметрией;
2) избирательной проницаемости мембраны для ионов. В состоянии покоя мембрана неодинаково проницаема для различных ионов. Клеточная мембрана проницаема для ионов K, малопроницаема для ионов Na и непроницаема для органических веществ.
За счет этих двух факторов создаются условия для движения ионов. Это движение осуществляется без затрат энергии путем пассивного транспорта – диффузией в результате разности концентрации ионов. Ионы K выходят из клетки и увеличивают положительный заряд на наружной поверхности мембраны, ионы Cl пассивно переходят внутрь клетки, что приводит к увеличению положительного заряда на наружной поверхности клетки. Ионы Na накапливаются на наружной поверхности мембраны и увеличивают ее положительный заряд. Органические соединения остаются внутри клетки. В результате такого движения наружная поверхность мембраны заряжается положительно, а внутренняя – отрицательно. Внутренняя поверхность мембраны может не быть абсолютно отрицательно заряженной, но она всегда заряжена отрицательно по отношению к внешней. Такое состояние клеточной мембраны называется состоянием поляризации. Движение ионов продолжается до тех пор, пока не уравновесится разность потенциалов на мембране, т. е. не наступит электрохимическое равновесие. Момент равновесия зависит от двух сил:
2) силы электростатического взаимодействия.
Значение электрохимического равновесия:
1) поддержание ионной асимметрии;
2) поддержание величины мембранного потенциала на постоянном уровне.
В возникновении мембранного потенциала участвуют сила диффузии (разность концентрации ионов) и сила электростатического взаимодействия, поэтому мембранный потенциал называется концентрационно-электрохимическим.
Для поддержания ионной асимметрии электрохимического равновесия недостаточно. В клетке имеется другой механизм – натрий-калиевый насос. Натрий-калиевый насос – механизм обеспечения активного транспорта ионов. В клеточной мембране имеется система переносчиков, каждый из которых связывает три иона Na, которые находятся внутри клетки, и выводит их наружу. С наружной стороны переносчик связывается с двумя ионами K, находящимися вне клетки, и переносит их в цитоплазму. Энергия берется при расщеплении АТФ. Работа натрий-калиевого насоса обеспечивает:
1) высокую концентрацию ионов К внутри клетки, т. е. постоянную величину потенциала покоя;
2) низкую концентрацию ионов Na внутри клетки, т. е. сохраняет нормальную осмолярность и объем клетки, создает базу для генерации потенциала действия;
3) стабильный концетрационный градиент ионов Na, способствуя транспорту аминокислот и сахаров.
Потенциал действия, его фазы. + 6. Происхождение фаз потенциала действия.
Потенциал действия – это скачкообразное изменение постоянного мембранного потенциала с отрицательной поляризации на положительную и обратно.
При действии порогового или сверхпорогового раздражителя изменяется проницаемость клеточной мембраны для ионов в различной степени. Для ионов Na она повышается в 400–500 раз, и градиент нарастает быстро, для ионов К – в 10–15 раз, и градиент развивается медленно. В результате движение ионов Na происходит внутрь клетки, ионы К двигаются из клетки, что приводит к перезарядке клеточной мембраны. Наружная поверхность мембраны несет отрицательный заряд, внутренняя – положительный.
Потенциал действия — это быстрое колебание мембранного потенциала возникающее при возбуждении мембраны. Фазы: 1) медленная деполяризация (так же локальный ответ) — возникает вследствие увеличение проницаемости мембраны для ионов натрия. Под пороговый стимул недостаточен, чтобы вызвать быструю деполяризацию сразу. Длительность фазы зависит от силы раздражителя. 2) быстрая деполяризация — характеризуется быстрым уменьшением мембранного потенциала и даже перезарядкой мембраны (овершут): внутренняя ее часть на некоторое время становится заряженной положительно, а внешняя отрицательно. Это происходит вследствие лавинообразно по ступающего натрия внутрь клетки. В отличие от локального ответа скорость и величина деполяризации не зависит от силы раздражителя. Продолжительность фазы деполяризации в нервном волокне лягушки составляет около 0.2 — 0.5 мс. 3) реполяризация (продолжительность 0.5-0.8 мс) — мембранный потенциал постепенно восстанавливается и достигает 75 — 85% потенциала покоя. 2 и 3 фазы называются пиком потенциала действия. 4) следовая деполяризация — является продолжением фазы реполяризации и характеризуется более медленным (по сравнению с фазой реполяризации) восстановлением потенциала покоя 5) следовая гиперполяризация — представляет собой временное увеличение мембранного потенциала выше исходного уровня. 4 и 5 фазу называют следовыми
Читайте также: Silk satin что за ткань
6) Мембранный потенциал, его происхождение.
Потенциал покоя (мембранный потенциал) — наличие постоянной разности потенциалов между наружной и внутренней поверхности клеточной мембраны. Амплитуда потенциала покоя в среднем 60-90 мВ. Наружная поверхность мембраны в покое имеет положительный заряд, внутренняя — отрицательный.
В основе происхождения потенциала покоя лежит мембранно-ионная теория, согласно которой биоэлектрические потенциалы обусловлены: 1) ионной асимметрией (неодинаковая концентрация ионов К, Na, Cl, анионов внутри и вне клетки). Ионная асимметрия поддерживается: а) за счет свойств ионов (подвижность и конфигурация) б) за счет свойств мембраны (избирательная проницаемость ионов) в) Na-K-насос, который перемещаться ионы против концентрационного градиента 2) различной селективной (избирательной) проницаемостью поверхности мембраны. Мембрана: а) хорошо проницаема для ионов К+ б) плохо проницаема для ионов Na+ в) совсем не проницаема для анионов A- То есть, потенциал покоя возникает в связи с неравенством ионных концентраций по ту и другую сторону мембраны. В цитоплазме нервных и мышечных клеток по сравнению с внеклеточным пространством содержится: — ионов калия в 30-40 раз больше — ионов натрия в 8-10 раз меньше — ионов хлора в 30-50 раз меньше — в большом количестве содержатся органические анионы А (глютамат, аспартат, белки, АК) Высокая концентрация калия внутри и натрия снаружи обеспечивается КNaнасосом. По мере образования разности потенциалов на мембране диффузия ионов калия будет испытывать затруднения, обусловленное действием электростатических сил. Равенство сил диффузии и электростатического отталкивание, образующееся при этом: сколько ионов проходит через мембрану в одном направлении под воздействием диффузии, столько же их проходит обратно под воздействием отталкивания.
7) Современное представление о строении и функции мембран. Ионные каналы мембран, их классификация. Активный и пассивный транспорт веществ через мембрану.
Цитоплазматическая клеточная мембрана состоит из трех слоев: наружного белкового, среднего бимолекулярного слоя липидов и внутреннего белкового. Толщина мембраны 7.5′-10 нм. Бимолекулярный слой липидов является матриксом мембраны. Липидные молекулы его обоих слоев взаимодействуют с белковыми молекулами. погруженными в них. От 60 до 75% липидов мембраны составляют фосфолипиды. 15- 30% холестерина. Белки представлены в основном гликопротеинами. Различают интегральные белки, пронизывающие всю мембрана и периферические, находящиеся на наружной или внутренней поверхности. Интегральные белки образуют ионные каналы, обеспечивающие обмен определенных ионов между вне- и внутриклеточной жидкостью. Они также являются ферментами, осуществляющими противоградиентный перенос ионов через мембрану. Периферическими белками являются хеморецепторы наружной поверхности мембраны, которые могут взаимодействовать
1. Обеспечивает целостность клетки, как структурной единицы ткани.
2. Осуществляет обмен ионов между цитоплазмой и внеклеточной жидкостью,
3. Обеспечивает активный транспорт ионов и других веществ в клетку и из нее
4. Производит восприятие и переработку информации поступающей к клетке в виде химических и электрических
Читайте также: Изготовление тканей в ревелейшен
Вопрос 11. Мембранный потенциал и его происхождение.
МП, или потенциал покоя, — это разность потенциалов между наружной и внутренней поверхностями мембраны в условиях покоя. В среднем у клеток возбудимых тканей он достигает 50-80 мВ, со знаком «-» внутри клетки. Обусловлен преимущественно ионами калия. Как известно, в клетках возбудимых тканей концентрация ионов калия достигает 150 ммоль/л, в среде — 4-5 ммоль (ионов калия намного больше в клетке, чем в среде). Поэтому по градиенту концентрации калий может выходить из клетки, и это происходит с участием калиевых каналов, часть которых открыта в условиях покоя. В результате из-за того, что мембрана непроницаема для анионов клетки (глутамат, аспартат, органические фосфаты), на внутренней поверхности клетки образуется избыток отрицательно заряженных частиц, а на наружной — избыток положительно заряженных частиц. Возникает разность потенциалов. Чем выше концентрация калия в среде — тем меньше это отношение, тем меньше величина мембранного потенциала.
Однако расчетная величина, как правило, ниже реальной. Например, по расчетам МП должен быть -90 мВ, а реально -70 мВ. Это расхождение обусловлено тем, что ионы натрия и хлора тоже вносят свой вклад в создание МП. В частности, известно, что натрия больше в среде (140 ммоль/л против 14 ммоль/л внутриклеточной). Поэтому натрий может войти в клетку. Но большая часть натриевых каналов в условиях покоя закрыта. Поэтому в клетку входит лишь небольшая часть ионов натрия. Но и этого достаточно, чтобы хотя бы частично компенсировать избыток анионов. Ионы хлора, наоборот, входят в клетку (частично) и вносят отрицательные заряды. В итоге величина мембранного потенциала определяется в основном калием, а также натрием и хлором.
Для того чтобы МП поддерживался на постоянном уровне, необходимо поддержание ионного гетсрогенитета — ионной асимметрии. Для этого, в частности, служит калий-натриевый насос (и хлорный), который восстанавливает ионную асимметрию, особенно после акта возбуждения. Доказательством калиевой природы МП является наличие зависимости: чем выше концентрация калия в среде, тем меньше величина МП. Для дальнейшего изложения важно понятие: деполяризация (уменьшение МП, например, от минус 90 мВ до минус 70 мВ) и гиперполяризация — противоположное явление.
Мембранный потенциал — это разность потенциалов между наружной и внутренней поверхностями элементарной пограничной мембраны клетки
Мембранный потенциал – сила электростатического взаимодействия, которая уравновешивает электрические токи, протекающие через мембрану изнутри кнаружи, снаружи – внутрь.
Современная теория Ходжкина-Хаксли-Катца:
1. В основе возникновения биопотенциала является обмен веществ и энергии между клеткой и окружающей средой
2. Местом возникновения биопотенциала является поверхностная мембрана клетки
3. Непосредственной причиной возникновения биопотенциала является разность концентрации ионов (ионная асимметрия вне и внутри клетки)
4. Поверхностная пограничная мембрана клетки обладает свойством полупроницаемости, которое может меняться при различных состояниях.
2. Потенциал покоя, его происхождение и ионные механизмы. Потенциал действия, его фазы. Происхождение фаз потенциала действия.
Мембранный потенциал покоя (МПП), его природа. МПП — разность потенциалов покоящейся клетки между внутренней и наружной сторонами мембраны. Внутренняя мембрана заряжена «-« относительно наружной. В состоянии покоя мембрана хорошо проницаема для К, менее проницаема для Na, и практически непроницаема для внутриклет белков. Катионы К диффундируют по градиенту концентрации из клетки, а анионы остаются внутри клетки. Появляется разность потенциалов. Анионы хлора, концентрация которых в цитоплазме мала по сравнению с окружающей средой, диффундируют в цитоплазму. РП препядствует выходу катионов К из клетки и при некотором её значении наступает равновесие между ходом и выходом ионов. МП, при котором это произошло – равновесный потенциал. Величина МПП зависит от вида ткани. Уменьшение МПП — деполяризация, увеличение — гиперполяризация, восстановление МПП — реполяризация. Роль: основа для возникновения возбуждения.
Читайте также: Как ухаживать за тканью из натурального шелка
ПД – процесс, сопровожд быстрым колебанием МП мембраны, приводящий к её перезарядке и способный распространяться без затухания. Вследствие изменения проницаемости клеточной мембраны, входа Na в клетку и выхода К из клетки. Пороговый ток — минимальное значение тока необходимого для достижения критического уровня. Критический уровень потенциала — уровень мембранного потенциала при котором начинается генерация ПД. Фазы ПД:
1) Фаза деполяризации – уменьшение заряда клетки до 0 пр действии раздраж. 2) Фаза инверсии – изменение заряда на противоположный. 3) Фаза реполяризации – восстановление заряда клетки под действием выхода К из клетки по градиенту. 1) локальная деполяр.: воздейств раздраж, актив Na каналов, поступление Nа в клетку 2) распрост. деполяризация: при воздействии порогового и сверх раздражителя, смещение МП до критического уровня, повышение натриевой проводимости. 3) овершут – перезарядка мембраны 4) реполяризация – активная работа NaK канала, восстановление заряда 5) следовая деполяризация 6) гиперполяризация
3. Законы раздражения возбудимых тканей. Законы действия постоянного тока на возбудимые ткани. Критерии оценки возбудимости (порог раздражения, хронаксия, лабильность).
Пороговая сила – мин. величина раздражителя, способная вызвать распрост. ПД. Хронаксия — наименьшее время, в течение которого должен действовать ток удвоенной пороговой силы, для возникновения возбуждения. Лабильность — максимальное число импульсов, которое клетка или функциональная структура может передать в единицу времени без искажений.
Закон силы. Чтобы возникло возбуждение, раздражитель должен быть достаточно сильным — пороговым или сверхпороговым. Для целостных образований: Чем сильнее раздражитель, тем сильнее до известных пределов ответная реакция. Для одиночных образований: Закон «все или ничего» Подпороговые раздражители не вызывают возбуждение («ничего»). При пороговых и сверхпороговых воздействиях возникает максимальная ответная реакция («все»), т. е. возбуждение возникает с максимальной амплитудой ПД.
Закон силы-времени. Чем больше по силе раздражитель, тем меньшее время он должен действовать для возникновения возбуждения. Если сила раздражителя будет меньше пороговой величины, то возбуждение не возникнет даже при длительном его воздействии. Наоборот, если время воздействия будет очень коротким, то возбуждение тоже не возникнет даже при воздействии очень большого по силе раздражителя.
Закон крутизны нарастания. Чем выше крутизна нарастания раздражителя во времени, тем больше до известных пределов величина функционального ответа.
Полярный закон раздражения (закон Пфлюгера) При замыкании цепи постоянного электрического тока возбуждение возникает только под катодом, а при размыкании — только под анодом. Прохождение постоянного электрического тока через мембрану вызывает изменение мембранного потенциала покоя. Различают 3 вида физиологического электротона или изменения возбудимости:
Катэлектротон — изменение возбудимости под катодом. В момент замыкания под катодом формируется деполяризация и возбудимость повышается. По мере удаления от катода количество его «-» зарядов, а следовательно и выраженность деполяризации уменьшается. В результате возбудимость уменьшается, но она остается выше, чем в состоянии покоя
Анэлектротон — изменение возбудимости под анодом. В момент замыкания под анодом формируется гиперполяризация и возбудимость снижается. По мере удаления от анода количество его «+» зарядов, а, следовательно, и гиперполяризация уменьшается. В результате возбудимость увеличивается, но она остается ниже, чем в состоянии покоя.
Периэлектротон — обратное изменение возбудимости вне электротонических областей. В зоне прекращения действия катода возбудимость снижается. В зоне прекращения влияний анода она, наоборот, увеличивается
При длительном прохождении постоянного тока через ткань происходит извращение измененной возбудимости. Катодическая депрессия: инактивация Na проницаемости, повышение уровня критической деполяризации, увеличение порога деполяризации, снижение вначале повышенной возбудимости. Анодическая экзальтация: снижение К проницаемости, уровень критической деполяризации снижается, порог деполяризации уменьшается, повышается вначале сниженная возбудимость.
- Свежие записи
- Балкон в многоквартирном доме: является ли он общедомовым имуществом?
- Штраф за остекление балкона в 2022: что это и как избежать наказания
- Штраф за мусор с балкона: сколько заплатить за выбрасывание окурков
- Оформление балконного окна: выбираем шторы из органзы
- Как выбрать идеальные шторы для маленькой кухни с балконом