Сравнительная характеристика потенциала действия и локального ответа
ЛО | ПД |
ЛО возникает в ответ на действие раздражителя подпороговой силы | ПД возникает в ответ на действие раздражителя пороговой силы |
ЛО пропорционален силе подпоpогового раздражителя. ЛО зависит от силы раздражителя до тех пор, пока деполяризация, вызванная этим раздражителем, не достигнет своего критического уровня. В этот момент ЛО перестает быть ЛО, а превращается в ПД. | ПД не зависит от силы раздражителя и подчиняется закону «все или ничего»– если раздражитель подпороговой силы, ПД нет, возникает только ЛО, если раздражитель пороговый, то возникает ПД и дальнейшее увеличение силы раздражителя не изменяет величину ПД, она стандартна для каждой клетки. |
ЛО может суммироваться до тех пор, пока изменения мембранного потенциала не достигнут КУД | ПД не суммируется, потому, что ПД – это максимальный ответ, на который способна клетка. |
ЛО не передается по мембране, потому что при развитии ЛО не происходит пеpезаpядки мембраны (pевеpсии потенциала). | ПД передается по мембране, потому, что при ПД происходит перезарядка мембраны, на короткое время она становится электроположитеьной. Следовательно, возникает разность потенциалов между возбужденным (+) и невозбужденным (-) участками нервного волокна. |
Мы рассмотрели изменение потенциала мембраны во время ЛО и ПД. Если вспомнить о том, что возбудимость клетки (способность к ответу) определяется наличием и величиной мембранного потенциала, то становится ясно, что при его колебаниях изменяется и возбудимость во время развития ЛО и ПД. Действительно, ВОЗБУДИМОСТЬ МЕМБРАНЫ в различные фазы одиночного цикла возбуждения не одинакова.
Рисунок 11 Изменение возбудимости во время ПД
На рисунке 11: а – нормальная возбудимость, б – повышенная возбудимость во время деполяризации, в – абсолютная и относительная рефрактерность, г – повышенная возбудимость во время деполяризации, д – сниженная возбудимость во время гиперполяризации, е – восстановление возбудимости при восста новлении МПП.
В период развития начальной деполяризации возбудимость незначительно повышается. Во время развития полной деполяризации и инверсии заряда (ПД) возбудимость падает до 0. Время, в течение которого мембрана невозбудима, называется периодом АБСОЛЮТНОЙ РЕФРАКТЕРНОСТИ. В это время даже очень сильный раздражитель не может вызвать возбуждение клетки. Рефрактерность обусловлена инактивацией натриевых каналов – при таком состоянии мембраны натриевые каналы не могут быть открыты (рис 12), кроме того, положительный заряд клетки препятствует входу натрия. В фазе восстановления МП возбудимость повышается, но она еще ниже нормального уровня, это период первичной ОТНОСИТЕЛЬНОЙ РЕФРАКТЕРНОСТИ. Во время реполяризации, когда повышается проницаемость мембраны для ионов калия (рис.12) наступает период повышенной (по сравнению с нормальной) возбудимости – период ЭКЗАЛЬТАЦИИ, клетка еще частично деполяризована.
Рисунок 12 Изменение проницаемости для натрия и калия во время ПД
Во время развития гиперполяризации мембрана снова становится менее возбудима, чем в покое. Этот период повторного снижения возбудимости называется периодом вторичной ОТНОСИТЕЛЬНОЙ РЕФРАКТЕРНОСТИ. Возбуждение может возникнуть только в том случае, если сила раздражения значительно превысит пороговую. После этого возбудимость восстанавливается (МПП) и клетка готова к осуществлению следующего цикла возбуждения.
Фазы измененной возбудимости, сопровождающие развитие ПД, определяют возможность ритмической активности клетки. Максимально возможный ритм активности лимитируется длительностью фазы абсолютной рефрактерности и часто обозначается как ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ ЛАБИЛЬНОСТЬ. Чем дольше протекает реполяризация, тем реже способна клетка воспринимать новый возбуждающий импульс, тем ниже функциональная лабильность этой клетки.
У нервных волокон лабильность достигает 1000 импульсов в секунду.
Задумаемся над тем, для чего нужно знать так подробно механизмы возбуждения клеток? Возбудимость тканей может изменяться, поэтому необходимо знать причины изменения возбудимости и результаты изменения, т.е. к чему это может привести. Например, возбудимость гладкомышечных клеток сосудов повышается при накоплении в них ионов кальция (положительный ион), при повышении активности симпатичекой нервной системы. Такое повышение возбудимости приведет к тому, что гладкие мышцы сосудов будут сокращаться в ответ на минимальные дозы сосудосуживающих веществ, например, адреналина, ангиотензина, следовательно, к повышению артериального давления. Возбудимость гладкомышечных элементов сосудов повышается и при накоплении в них ионов натрия, что часто наблюдается при увеличении концентрации гормона надпочечников альдостерона. Повышение возбудимости эндокринных клеток может привести к тому, что в крови увеличится содержание гормонов. Большое значение играет изменение возбудимости клеток миокарда и в нормальной деятельности сердечной мышцы, и в возникновении патологии.
Причиной изменения возбудимости, кроме нарушения внутриклеточной концентрации ионов, могут быть метаболические процессы, связанные, например, с нарушением синтеза АТФ, в этом случае возбудимость может снизиться, т.к. нарушатся процессы реполяризации клеток. Кроме того, ионные каналы это белки, которые чувствительны к действию различных ядов и фармакологических препаратов, следовательно, зная их свойства, можно воздействовать на возбудимость клеток.
studfiles.net
Сравнительная характеристика потенциала действия и локального ответа
ЛО | ПД |
ЛО возникает в ответ на действие раздражителя подпороговой силы | ПД возникает в ответ на действие раздражителя пороговой силы |
ЛО пропорционален силе подпоpогового раздражителя. ЛО зависит от силы раздражителя до тех пор, пока деполяризация, вызванная этим раздражителем, не достигнет своего критического уровня. В этот момент ЛО перестает быть ЛО, а превращается в ПД. | ПД не зависит от силы раздражителя и подчиняется закону «все или ничего»– если раздражитель подпороговой силы, ПД нет, возникает только ЛО, если раздражитель пороговый, то возникает ПД и дальнейшее увеличение силы раздражителя не изменяет величину ПД, она стандартна для каждой клетки. |
ЛО может суммироваться до тех пор, пока изменения мембранного потенциала не достигнут КУД | ПД не суммируется, потому, что ПД – это максимальный ответ, на который способна клетка. |
ЛО не передается по мембране, потому что при развитии ЛО не происходит пеpезаpядки мембраны (pевеpсии потенциала). | ПД передается по мембране, потому, что при ПД происходит перезарядка мембраны, на короткое время она становится электроположитеьной. Следовательно, возникает разность потенциалов между возбужденным (+) и невозбужденным (-) участками нервного волокна. |
Мы рассмотрели изменение потенциала мембраны во время ЛО и ПД. Если вспомнить о том, что возбудимость клетки (способность к ответу) определяется наличием и величиной мембранного потенциала, то становится ясно, что при его колебаниях изменяется и возбудимость во время развития ЛО и ПД. Действительно, ВОЗБУДИМОСТЬ МЕМБРАНЫ в различные фазы одиночного цикла возбуждения не одинакова.
Если принять уровень возбудимости в условиях физиологического покоя за норму, то в ходе развития одиночного цикла возбуждения можно наблюдать ее циклические колебания (рис 11).
Рисунок 11 Изменение возбудимости во время ПД
На рисунке 11: а – нормальная возбудимость, б – повышенная возбудимость во время деполяризации, в – абсолютная и относительная рефрактерность, г – повышенная возбудимость во время деполяризации, д – сниженная возбудимость во время гиперполяризации, е – восстановление возбудимости при восста новлении МПП.
В период развития начальной деполяризации возбудимость незначительно повышается. Во время развития полной деполяризации и инверсии заряда (ПД) возбудимость падает до 0. Время, в течение которого мембрана невозбудима, называется периодом АБСОЛЮТНОЙ РЕФРАКТЕРНОСТИ. В это время даже очень сильный раздражитель не может вызвать возбуждение клетки. Рефрактерность обусловлена инактивацией натриевых каналов – при таком состоянии мембраны натриевые каналы не могут быть открыты (рис 12), кроме того, положительный заряд клетки препятствует входу натрия. В фазе восстановления МП возбудимость повышается, но она еще ниже нормального уровня, это период первичной ОТНОСИТЕЛЬНОЙ РЕФРАКТЕРНОСТИ. Во время реполяризации, когда повышается проницаемость мембраны для ионов калия (рис.12) наступает период повышенной (по сравнению с нормальной) возбудимости – период ЭКЗАЛЬТАЦИИ, клетка еще частично деполяризована.
Рисунок 12 Изменение проницаемости для натрия и калия во время ПД
Во время развития гиперполяризации мембрана снова становится менее возбудима, чем в покое. Этот период повторного снижения возбудимости называется периодом вторичной ОТНОСИТЕЛЬНОЙ РЕФРАКТЕРНОСТИ. Возбуждение может возникнуть только в том случае, если сила раздражения значительно превысит пороговую. После этого возбудимость восстанавливается (МПП) и клетка готова к осуществлению следующего цикла возбуждения.
Фазы измененной возбудимости, сопровождающие развитие ПД, определяют возможность ритмической активности клетки. Максимально возможный ритм активности лимитируется длительностью фазы абсолютной рефрактерности и часто обозначается как ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ ЛАБИЛЬНОСТЬ. Чем дольше протекает реполяризация, тем реже способна клетка воспринимать новый возбуждающий импульс, тем ниже функциональная лабильность этой клетки.
У нервных волокон лабильность достигает 1000 импульсов в секунду.
Задумаемся над тем, для чего нужно знать так подробно механизмы возбуждения клеток? Возбудимость тканей может изменяться, поэтому необходимо знать причины изменения возбудимости и результаты изменения, т.е. к чему это может привести. Например, возбудимость гладкомышечных клеток сосудов повышается при накоплении в них ионов кальция (положительный ион), при повышении активности симпатичекой нервной системы. Такое повышение возбудимости приведет к тому, что гладкие мышцы сосудов будут сокращаться в ответ на минимальные дозы сосудосуживающих веществ, например, адреналина, ангиотензина, следовательно, к повышению артериального давления. Возбудимость гладкомышечных элементов сосудов повышается и при накоплении в них ионов натрия, что часто наблюдается при увеличении концентрации гормона надпочечников альдостерона. Повышение возбудимости эндокринных клеток может привести к тому, что в крови увеличится содержание гормонов. Большое значение играет изменение возбудимости клеток миокарда и в нормальной деятельности сердечной мышцы, и в возникновении патологии.
Причиной изменения возбудимости, кроме нарушения внутриклеточной концентрации ионов, могут быть метаболические процессы, связанные, например, с нарушением синтеза АТФ, в этом случае возбудимость может снизиться, т.к. нарушатся процессы реполяризации клеток. Кроме того, ионные каналы это белки, которые чувствительны к действию различных ядов и фармакологических препаратов, следовательно, зная их свойства, можно воздействовать на возбудимость клеток.
studfiles.net
Сравнительная характеристика потенциала действия и локального ответа
ЛО | ПД |
ЛО возникает в ответ на действие раздражителя подпороговой силы | ПД возникает в ответ на действие раздражителя пороговой силы |
ЛО пропорционален силе подпоpогового раздражителя. ЛО зависит от силы раздражителя до тех пор, пока деполяризация, вызванная этим раздражителем, не достигнет своего критического уровня. В этот момент ЛО перестает быть ЛО, а превращается в ПД. | ПД не зависит от силы раздражителя и подчиняется закону «все или ничего» – если раздражитель подпороговой силы, ПД нет, возникает только ЛО, если раздражитель пороговый, то возникает ПД и дальнейшее увеличение силы раздражителя не изменяет величину ПД, она стандартна для каждой клетки. |
ЛО может суммироваться до тех пор, пока изменения мембранного потенциала не достигнут КУД | ПД не суммируется, потому, что ПД – это максимальный ответ, на который способна клетка. |
ЛО не передается по мембране, потому что при развитии ЛО не происходит пеpезаpядки мембраны (pевеpсии потенциала). | ПД передается по мембране, потому, что при ПД происходит перезарядка мембраны, на короткое время она становится электроположитеьной. Следовательно, возникает разность потенциалов между возбужденным (+) и невозбужденным (-) участками нервного волокна. |
Мы рассмотрели изменение потенциала мембраны во время ЛО и ПД. Если вспомнить о том, что возбудимость клетки (способность к ответу) определяется наличием и величиной мембранного потенциала, то становится ясно, что при его колебаниях изменяется и возбудимость во время развития ЛО и ПД. Действительно, ВОЗБУДИМОСТЬ МЕМБРАНЫ в различные фазы одиночного цикла возбуждения не одинакова.
Если принять уровень возбудимости в условиях физиологического покоя за норму, то в ходе развития одиночного цикла возбуждения можно наблюдать ее циклические колебания (рис 14).
Рисунок 14. Изменение возбудимости во время ПД
В период развития начальной деполяризации возбудимость незначительно повышается. Во время развития полной деполяризации и реверсии заряда (ПД) возбудимость падает до 0. Время, в течение которого мембрана невозбудима, называется периодом АБСОЛЮТНОЙ РЕФРАКТЕРНОСТИ. В это время даже очень сильный раздражитель не может вызвать возбуждение клетки. Рефрактерность обусловлена инактивацией натриевых каналов – при таком состоянии мембраны натриевые каналы не могут быть открыты (рис. 15), кроме того, положительный заряд клетки препятствует входу натрия. В фазе восстановления МП возбудимость повышается, но она еще ниже нормального уровня, это период первичной ОТНОСИТЕЛЬНОЙ РЕФРАКТЕРНОСТИ. Во время реполяризации, когда повышается проницаемость мембраны для ионов калия (рис.14) наступает период повышенной (по сравнению с нормальной) возбудимости – период ЭКЗАЛЬТАЦИИ, клетка еще частично деполяризована.
Рисунок 15. Изменение проницаемости для натрия и калия во время ПД
Во время развития гиперполяризации мембрана снова становится менее возбудима, чем в покое. Этот период повторного снижения возбудимости называется периодом вторичной ОТНОСИТЕЛЬНОЙ РЕФРАКТЕРНОСТИ. Возбуждение может возникнуть только в том случае, если сила раздражения значительно превысит пороговую. После этого возбудимость восстанавливается (МПП) и клетка готова к осуществлению следующего цикла возбуждения.
Фазы изменения возбудимости, сопровождающие развитие ПД, определяют возможность ритмической активности клетки. Максимально возможный ритм активности лимитируется длительностью фазы абсолютной рефрактерности и часто обозначается как ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ ЛАБИЛЬНОСТЬ. Чем дольше протекает реполяризация, тем реже способна клетка воспринимать новый возбуждающий импульс, тем ниже функциональная лабильность этой клетки.
У нервных волокон лабильность достигает 1000 импульсов в секунду.
Задумаемся над тем, для чего нужно знать так подробно механизмы возбуждения клеток? Возбудимость тканей может изменяться, поэтому необходимо знать причины изменения возбудимости и результаты изменения, т.е. к чему это может привести. Например, возбудимостьнервных клеток повышается при накоплении в них ионов кальция (положительный ион), в результате действия медиатора симпатичекой нервной системы – норадреналина. Такое повышение возбудимости приведет к тому, что нейроны будут возбуждаться в ответ на малейшее раздражении. Возбудимость повышается и при накоплении в них ионов натрия. Вместе с тем, зная, что ионы калия из крови будут обязательно доставлены в клетку с помощью Na/К насоса, а повышение концентрации ионов калия в клетке снижает ее возбудимость, можно использовать эти знания для воздействия на структуры ЦНС.
Причиной изменения возбудимости, кроме нарушения внутриклеточной концентрации ионов, могут быть метаболические процессы, связанные, например, с нарушением синтеза АТФ, в этом случае возбудимость может снизиться, т.к. нарушатся процессы реполяризации клеток. Кроме того, ионные каналы это белки, которые чувствительны к действию различных токсинов (ядов),поэтому следует помнить о том, что возбудимость у лиц, злоупотребляющих, например, алкоголем отличается от нормальной
studfiles.net
Сравнительные характеристики локального ответа и потенциала действия.
ХАРАКТЕРИСТИКА | ЛОКАЛЬНЫЙ ОТВЕТ | ПОТЕНЦИАЛ ДЕЙСТВИЯ |
Отношение к раздражителям | Возникает при действии раздражителей, составляю-щих 50 % от порога и до его достижения. | Возникает при действии пороговых и надпороговых раздражителей |
Реализуется в соответствии с Способность к суммации Возбудимость Проводимость Распространяется Проницаемость по отношению к ионам Na+ Проницаемость по отношению к ионам K+ | “законом силы” + повышается повышается с затуханием повышается не меняется | законом “все или ничего” __ меняется неоднозначно меняется неоднозначно без затухания вначале повышается, а затем понижается повышается при реполяризации |
5. В соответствии с современными представлениями механизм генерации ПД связан с изменением ионной проницаемости мембраны. При действии раздражитея на возбудимую клетку изменяется проницаемость мембраны по отношению к иону натрия. В силу того, что Na больше за пределами клетки, возникает входящий натриевый ток. Это, в свою очередь, приводит к понижению исходной разности потенциалов. Если действовал подпороговый раздражитель, колебание мембранного потенциала не достигает критического уровня деполяризации (локальный ответ). Если же раздражитель пороговый или надпороговый, колебание мембранного потенциала достигает критического уровня и, в связи с этим, генерируется высоковольтный пик. Формирование переднего фронта высоковольтного пика связано с еще большей проницаемостью мембраны по отношению к иону Na+ , тогда как заднего фронта – повышение мембранного потенциала по отношению к иону K+. Поскольку ион К является преимущественно внутриклеточным элементом, его ток является выходящим, что приводит в начале к уменьшению сложившейся к этому моменту разности потенциалов, а затем и формированию разности потенциалов, соответствующей исходной величине.
Механизм изменения проницаемости мембраны по отношению к различным ионам связан с наличием в мембране специальных образований, получивших название ионных каналов.
В последние годы показано, что в мембранах возбудимых клеток имеются специфические (селективные) натриевые, калиевые, хлорные и кальциевые каналы, т.е. каналы, избирательно пропускающие только ионы Na+, K+, Cl–, Ca++. Эти каналы обладают воротными механизмами: активационными и инактивационными и являются потенциалзависимыми. Воротный механизм – это белковая молекула, имеющая радикальную группу, которая выступает в просвет канала. Положение такой молекулы по отношению к просвету канала определяет его состояние. Кроме указанного типа каналов, имеются так называемые неспецифические (потенциалнезависимые) каналы, не имеющие воротных механизмов.
В воротном механизме принято различать m – активационные ворота иh – инактивационные (рис.3).
А Б В
m m m
h h h
Рис.3. Схема структуры селективных каналов мембраны.
А – состояние относительного покоя;
Б – состояние возбуждения;
В – состояние инактивации.
Неспецифические каналы не имеют воротных механизмов. В этой связи они всегда проницаемы для всех ионов, а ток через них определяется концентрационными градиентами.
6. Как отмечалось выше, при генерации потенциала действия в возбудимых клетках возбудимость меняется неоднозначно. На рис.3 представлены соотношения между изменениями мембранного потенциала при возбуждении и возбудимостью клетки.
Рис. 4. Соотношение потенциала действия и кривой изменения возбудимости клетки.
studfiles.net
Сравнительные характеристики локального ответа и потенциала действия.
ХАРАКТЕРИСТИКА | ЛОКАЛЬНЫЙ ОТВЕТ | ПОТЕНЦИАЛ ДЕЙСТВИЯ |
Отношение к раздражителям | Возникает при действии раздражителей, составляю-щих 50 % от порога и до его достижения. | Возникает при действии пороговых и надпороговых раздражителей |
Реализуется в соответствии с Способность к суммации Возбудимость Проводимость Распространяется Проницаемость по отношению к ионам Na+ Проницаемость по отношению к ионам K+ | “законом силы” + повышается повышается с затуханием повышается не меняется | законом “все или ничего” __ меняется неоднозначно меняется неоднозначно без затухания вначале повышается, а затем понижается повышается при реполяризации |
5. В соответствии с современными представлениями механизм генерации ПД связан с изменением ионной проницаемости мембраны. При действии раздражитея на возбудимую клетку изменяется проницаемость мембраны по отношению к иону натрия. В силу того, что Na больше за пределами клетки, возникает входящий натриевый ток. Это, в свою очередь, приводит к понижению исходной разности потенциалов. Если действовал подпороговый раздражитель, колебание мембранного потенциала не достигает критического уровня деполяризации (локальный ответ). Если же раздражитель пороговый или надпороговый, колебание мембранного потенциала достигает критического уровня и, в связи с этим, генерируется высоковольтный пик. Формирование переднего фронта высоковольтного пика связано с еще большей проницаемостью мембраны по отношению к иону Na+ , тогда как заднего фронта – повышение мембранного потенциала по отношению к иону K+. Поскольку ион К является преимущественно внутриклеточным элементом, его ток является выходящим, что приводит в начале к уменьшению сложившейся к этому моменту разности потенциалов, а затем и формированию разности потенциалов, соответствующей исходной величине.
Механизм изменения проницаемости мембраны по отношению к различным ионам связан с наличием в мембране специальных образований, получивших название ионных каналов.
В последние годы показано, что в мембранах возбудимых клеток имеются специфические (селективные) натриевые, калиевые, хлорные и кальциевые каналы, т.е. каналы, избирательно пропускающие только ионы Na+, K+, Cl–, Ca++. Эти каналы обладают воротными механизмами: активационными и инактивационными и являются потенциалзависимыми. Воротный механизм – это белковая молекула, имеющая радикальную группу, которая выступает в просвет канала. Положение такой молекулы по отношению к просвету канала определяет его состояние. Кроме указанного типа каналов, имеются так называемые неспецифические (потенциалнезависимые) каналы, не имеющие воротных механизмов.
В воротном механизме принято различать m – активационные ворота иh – инактивационные (рис.3).
А Б В
m m m
h h h
Рис.3. Схема структуры селективных каналов мембраны.
А – состояние относительного покоя;
Б – состояние возбуждения;
В – состояние инактивации.
Неспецифические каналы не имеют воротных механизмов. В этой связи они всегда проницаемы для всех ионов, а ток через них определяется концентрационными градиентами.
6. Как отмечалось выше, при генерации потенциала действия в возбудимых клетках возбудимость меняется неоднозначно. На рис.3 представлены соотношения между изменениями мембранного потенциала при возбуждении и возбудимостью клетки.
Рис. 4. Соотношение потенциала действия и кривой изменения возбудимости клетки.
studfiles.net
Сравнительная характеристика локального потенциала и ПД
⇐ ПредыдущаяСтр 20 из 59Следующая ⇒
| Свойство | Локальный потенциал | Потенциал действия |
| Распространение Зависимость величины от силы стимула | Распространяется на небольшое расстояние (1-2 мм) с затуханием Возрастает с увеличением силы стимула, т.е. подчиняется закону «силы» | Распространяется без затухания на большие расстояния по всей длине нервного волокна Не зависит (подчиняется закону «все или ничего») |
| Явление суммации | Суммируется – возрастает при повторных частых подпороговых раздражениях | Не суммируется |
| Амплитуда | 10-30 мВ | 80-110 мВ |
| Возбудимость ткани при возникновении потенциала | Увеличивается | Уменьшается вплоть до полной невозбудимости (рефрактерность) |
Повышение возбудимости клетки во время локального потенциала объясняется тем, что клеточная мембрана оказывается частично деполяризованной. Если Екр остается на постоянном уровне, то для достижения критического уровня деполяризации во время локального потенциала нужен значительно меньшей силы раздражитель. Амплитуда ПД не зависит от силы раздражения, потому что он возникает вследствие регенеративного процесса. Причина невозбудимости клетки при возникновении ПД рассматривается в разделе 3.7.
Рис. 3.5. Изменения проводимости ионов натрия (gNa) и калия (gK) через мембрану гигантского аксона кальмара (б) во время ПД (в) согласно расчетам
Б. Состояние проницаемости клеточной мембраны можно определить по скорости движения ионов в клетку или из клетки согласно концентрационному градиенту, т. е. по проводимости ионов Na+ и К+ (gNa и gK), но при условии, что влияние электрического градиента на движение ионов исключено или оно постоянное. Последнее условие выполняется с помощью методики фиксации напряжения (voltage-clamp) на постоянном уровне. Изменения проводимости ионов Na+ и К+ представлены на рис. 3.5.
Проницаемость клеточной мембраны для ионов С1– во время развития ПД не изменяется. Естественно, ион С1– в возникновении ПД участия не принимает.
ИЗМЕНЕНИЯ ВОЗБУДИМОСТИ КЛЕТКИ ВО ВРЕМЯ ЕЕ ВОЗБУЖДЕНИЯ. ЛАБИЛЬНОСТЬ
А. Возбудимость клетки во время ее возбуждения быстро и сильно изменяется. Различают несколько фаз изменения возбудимости, каждая из которых строго соответствует определенной фазе ПД и, так же как и фазы ПД, определяется состоянием проницаемости клеточной мембраны для ионов. Схематично эти изменения представлены на рис. 3.6.б.
1. Кратковременное повышение возбудимости в начале развития ПД, когда уже возникла частичная деполяризация клеточной мембраны. Если деполяризация не достигает критической величины, то регистрируется локальный потенциал. В случае, если деполяризация достигает Екр, то развивается ПД. При замедленном развитии начальной деполяризации она оценивается как препотенциал. Возбудимость повышена потому, что клетка частично деполяризована, мембранный потенциал приближается к критическому уровню, поскольку открывается часть потенциалчувствительных быстрых Na-каналов. При этом достаточно небольшого увеличения силы раздражителя, чтобы деполяризация достигла Екр, при которой возникает ПД.
2. Абсолютная рефракторная фаза – это полная невозбудимость клетки (возбудимость равна нулю), она соответствует пику ПД и продолжается 1-2 мс; если ПД более продолжителен, то более продолжительна и абсолютная рефракторная фаза. Клетка в этот период при любой силе раздражения не отвечает. Невозбудимость клетки в фазу деполяризации и инверсии (в первую ее половину – восходящая часть пика ПД) объясняется тем, что потенциалзависимые т-ворота Na-каналов уже открыты и ионы Na+ быстро поступают в клетку по всем каналам. Те ворота Na-каналов, которые еще не успели открыться, открываются под влиянием деполяризации – уменьшения мембранного потенциала. Поэтому дополнительное раздражение клетки относительно движения ионов Na+ в клетку ничего изменить не может.
Рис. 3.6. Фазовые изменения возбудимости клетки (б) во время ПД (а). 1,4 – возбудимость повышена; 2 – абсолютная рефрактерная фаза;
Читайте также:
lektsia.com
Сравнительная характеристика потенциала действия и локального ответа
| ЛО | ПД |
| ЛО возникает в ответ на действие раздражителя подпороговой силы | ПД возникает в ответ на действие раздражителя пороговой силы |
| ЛО пропорционален силе подпоpогового раздражителя. ЛО зависит от силы раздражителя до тех пор, пока деполяризация, вызванная этим раздражителем, не достигнет своего критического уровня. В этот момент ЛО перестает быть ЛО, а превращается в ПД. | ПД не зависит от силы раздражителя и подчиняется закону «все или ничего» – если раздражитель подпороговой силы, ПД нет, возникает только ЛО, если раздражитель пороговый, то возникает ПД и дальнейшее увеличение силы раздражителя не изменяет величину ПД, она стандартна для каждой клетки. |
| ЛО может суммироваться до тех пор, пока изменения мембранного потенциала не достигнут КУД | ПД не суммируется, потому, что ПД – это максимальный ответ, на который способна клетка. |
| ЛО не передается по мембране, потому что при развитии ЛО не происходит пеpезаpядки мембраны (pевеpсии потенциала). | ПД передается по мембране, потому, что при ПД происходит перезарядка мембраны, на короткое время она становится электроположитеьной. Следовательно, возникает разность потенциалов между возбужденным (+) и невозбужденным (-) участками нервного волокна. |
Мы рассмотрели изменение потенциала мембраны во время ЛО и ПД. Если вспомнить о том, что возбудимость клетки (способность к ответу) определяется наличием и величиной мембранного потенциала, то становится ясно, что при его колебаниях изменяется и возбудимость во время развития ЛО и ПД. Действительно, ВОЗБУДИМОСТЬ МЕМБРАНЫ в различные фазы одиночного цикла возбуждения не одинакова.
Если принять уровень возбудимости в условиях физиологического покоя за норму, то в ходе развития одиночного цикла возбуждения можно наблюдать ее циклические колебания (рис 11).
Рисунок 11 Изменение возбудимости во время ПД
На рисунке 11: а – нормальная возбудимость, б – повышенная возбудимость во время деполяризации, в – абсолютная и относительная рефрактерность, г – повышенная возбудимость во время деполяризации, д – сниженная возбудимость во время гиперполяризации, е – восстановление возбудимости при восста новлении МПП.
В период развития начальной деполяризации возбудимость незначительно повышается. Во время развития полной деполяризации и инверсии заряда (ПД) возбудимость падает до 0. Время, в течение которого мембрана невозбудима, называется периодом АБСОЛЮТНОЙ РЕФРАКТЕРНОСТИ. В это время даже очень сильный раздражитель не может вызвать возбуждение клетки. Рефрактерность обусловлена инактивацией натриевых каналов – при таком состоянии мембраны натриевые каналы не могут быть открыты (рис 12), кроме того, положительный заряд клетки препятствует входу натрия. В фазе восстановления МП возбудимость повышается, но она еще ниже нормального уровня, это период первичной ОТНОСИТЕЛЬНОЙ РЕФРАКТЕРНОСТИ. Во время реполяризации, когда повышается проницаемость мембраны для ионов калия (рис.12) наступает период повышенной (по сравнению с нормальной) возбудимости – период ЭКЗАЛЬТАЦИИ, клетка еще частично деполяризована.
Рисунок 12 Изменение проницаемости для натрия и калия во время ПД
Во время развития гиперполяризации мембрана снова становится менее возбудима, чем в покое. Этот период повторного снижения возбудимости называется периодом вторичной ОТНОСИТЕЛЬНОЙ РЕФРАКТЕРНОСТИ. Возбуждение может возникнуть только в том случае, если сила раздражения значительно превысит пороговую. После этого возбудимость восстанавливается (МПП) и клетка готова к осуществлению следующего цикла возбуждения.
Фазы измененной возбудимости, сопровождающие развитие ПД, определяют возможность ритмической активности клетки. Максимально возможный ритм активности лимитируется длительностью фазы абсолютной рефрактерности и часто обозначается как ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ ЛАБИЛЬНОСТЬ. Чем дольше протекает реполяризация, тем реже способна клетка воспринимать новый возбуждающий импульс, тем ниже функциональная лабильность этой клетки.
У нервных волокон лабильность достигает 1000 импульсов в секунду.
Задумаемся над тем, для чего нужно знать так подробно механизмы возбуждения клеток? Возбудимость тканей может изменяться, поэтому необходимо знать причины изменения возбудимости и результаты изменения, т.е. к чему это может привести. Например, возбудимость гладкомышечных клеток сосудов повышается при накоплении в них ионов кальция (положительный ион), при повышении активности симпатичекой нервной системы. Такое повышение возбудимости приведет к тому, что гладкие мышцы сосудов будут сокращаться в ответ на минимальные дозы сосудосуживающих веществ, например, адреналина, ангиотензина, следовательно, к повышению артериального давления. Возбудимость гладкомышечных элементов сосудов повышается и при накоплении в них ионов натрия, что часто наблюдается при увеличении концентрации гормона надпочечников альдостерона. Повышение возбудимости эндокринных клеток может привести к тому, что в крови увеличится содержание гормонов. Большое значение играет изменение возбудимости клеток миокарда и в нормальной деятельности сердечной мышцы, и в возникновении патологии.
Причиной изменения возбудимости, кроме нарушения внутриклеточной концентрации ионов, могут быть метаболические процессы, связанные, например, с нарушением синтеза АТФ, в этом случае возбудимость может снизиться, т.к. нарушатся процессы реполяризации клеток. Кроме того, ионные каналы это белки, которые чувствительны к действию различных ядов и фармакологических препаратов, следовательно, зная их свойства, можно воздействовать на возбудимость клеток.
Ситуационные задачи:
1. Потенциал покоя нейрона составляет -90 мв. Критический уровень деполяризации -60 мв. На мембрану данного нейрона подействовал раздражитель, вызвавший снижение потенциала покоя на 20 мв. Распространится ли это изменение мембранного потенциала на другие участки мембраны? Обоснуйте ответ и проиллюстрируйте его графически.
2. В период отрицательного следового потенциала на мембрану нейрона воздействует раздражитель пороговой силы. Как будет выглядеть ответная реакция нейрона? Дайте обоснованный ответ и проиллюстрируйте его графически.
3. В период пика потенциала действия на мембрану нейрона воздействует раздражитель надпороговой величины. Как будет выглядеть ответная реакция?
4. В тело нейрона с помощью микропипетки вводятся ионы хлора. Каким образом и почему при этом изменится мембранный потенциал и возбудимость клетки?
5. В тело нейрона с помощью микропипетки вводятся ионы калия. Каким образом и почему при этом изменится мембранный потенциал и возбудимость клетки?
6. Как изменится скорость реполяризации нервного волокна после возбуждения, если проводимость мембраны для иона калия снизится? Ответ обоснуйте.
7. Аксон раздражается сверхпороговыми стимулами возрастающей силы. Будет ли при этом возрастать амплитуда потенциала действия? Ответ обоснуйте.
8.Что произойдет с потенциалом покоя возбудимой клетки, если будет заблокирован процесс клеточного дыхания?
Вопросы самоконтроля по теме: ВОЗБУДИМОСТЬ И ВОЗБУЖДЕНИЕ.
1. Что такое возбудимость. Чем возбудимость отличается от раздражимости?
2. Какие ткани относятся к возбудимым?
3. Какие агенты могут служить раздражителями?
4. Как классифицируются раздражители по силе?
5. Что является мерой возбудимости? Как измерить возбудимость?
6. Чему равны концентрации ионов натрия, калия, хлора во вне- и внутриклеточной жидкости?
7. Объясните механизм действия и функциональную роль натрий калиевого насоса.
8. Ионные каналы, их виды и свойства.
9. Что такое мембранный потенциал покоя, его величина, каким образом поддерживается МПП.
10. Объясните, что происходит с клеточной мембраной при деполяризации, реверсии потенциала, реполяризации и гиперполяризации.
11. Что понимают под критическим уровнем деполяризации?
12. Что такое локальный ответ, и в каких случаях он возникает?
13. Что такое потенциал действия, и в каких случаях он возникает?
14. Чем отличается локальный ответ от потенциала действия?
15. Каким образом изменяется возбудимость мембраны во время локального ответа, в различные фазы потенциала действия?
16. Объясните причину абсолютной рефрактерности во время реверсии потенциала?
17. Нарисуйте кривую изменения возбудимости в соответствии с фазами потенциала действия.
ПРОВЕДЕНИЕ ВОЗБУЖДЕНИЯ
cyberpedia.su