Физиология возбуждения. Мембранный потенциал. Потенциал действия

Физиология возбуждения

I. История вопроса 1. Балконный опыт Луиджи Гальвани - профессор анатомии Болонского университета. “Трактат о силах электричества при мышечном движении” (1786 г.) Критика опыта А.Вольта - физик и физиолог. 2. «Опыт без металла» Л. Гальвани 1794 г. 3. «Опыт вторичного сокращения» К. Маттеучи. 1838 г.

Возбудимые ткани Возбуждение – это специфический ответ ткани на действие раздражителя. Возбудимость – это способность к возбуждению.

II. Понятие о раздражителях Раздражитель – это любой внешний фактор, который при определенных внешних условиях может вызвать возбуждение возбудимой структуры (клетки, органа). Все раздражители можно разделить на допороговые и пороговые. Среди пороговых выделяют еще надпороговые, которые в свою очередь делятся на максимальные, субмаксимальные и супермаксимальные.

свет

звук

механ.

нервный импульс

R

химич.

t

С биологической точки зрения, все раздражители делят на адекватные и неадекватные. Адекватные – это такие раздражители, которые при низких величинах способны вызвать возбуждение возбудимых структур, так как те эволюционно к ним приспособлены. Например, квант света для фоторецептора или энергия звуковой волны для фонорецептора. Неадекватные раздражители тоже способны вызвать возбуждение, но только при больших величинах, что может необратимо повредить ткань, которая к нему эволюционно не приспособлена.

III. Виды биопотенциалов Биопотенциалы – общее название всех электрических процессов в живых системах. 1. Потенциал повреждения или демаркационный потенциал означает разность потенциалов между неповрежденной и поврежденной поверхностями возбудимых тканей. 2. Мембранный потенциал, или потенциал покоя (МП, ПП) – это разность потенциалов между наружной и внутренней поверхностями мембраны клетки (мышечного волокна) в условиях покоя. Обычно он составляет 50-90 мВ со знаком минус. 3. Потенциал действия (ПД) – это относительно быстрое изменение мембранного потенциала во время их возбуждения.

4. Рецепторный потенциал – это изменение мембранного потенциала рецепторных клеток во время их возбуждения. 5. Возбуждающий постсинаптический потенциал (ВПСП) и тормозной постсинаптический потенциал (ТПСП) – это изменение мембранного потенциала постсинаптической мембраны при передаче возбуждающего или тормозного воздействия в синапсе. Деполяризация этой мембраны соответствует ВПСП, а гиперполяризация ТПСП. 6. Вызванный потенциал – это потенциал действия нейрона, возникающий в ответ на возбуждение рецептора, несущего информацию к этому нейрону.

7. Электрокардиограмма (ЭКГ), электроэнцефалограмма (ЭЭГ), электромиограмма (ЭМГ) – это отражение суммарной электрической активности соответственно сердца, мозга, скелетных мышц, которая отводится внеклеточным способом при определенном положении отводящих электродов.

Рис. Электрические потенциалы мозга. I. Вызванный ответ в сенсорной коре. Отклонение вверх - электроотрицательный потенциал. II. Типы ритмов электроэнцефалограммы. А - альфа, Б - бета, В - тета, Г - дельта. III. Ответы аксона и дендритов пирамидного нейрона коры больших полушарий.

IV. Строение биологических мембран.

1 и 3 мономолекулярный слой белков 2 - бимолекулярный слой липидов

1

2

Функции белков: ионные каналы, мембранные насосы, рецепторы

3

Функции мембраны: транспортная, барьерная, регуляторная, каталитическая

Транспорт

Активный: против градиента концентрации с затратой энергии. Значение: устанавливаются неравновесные концентрации ионов

Пассивный: по градиенту концентрации, без затраты энергии

Схема строения возбудимых мембран А - гипотетическая структура клеточной мембраны (по И. Даниели, 1950); Б - мозаичная модель клеточной мембраны (по Л. Бергельсону, 1975)

V. Мембранный потенциал

Мембранный потенциал покоя (МП) - разность электрических потенциалов между внутренней и наружной поверхностью мембраны в состоянии покоя (при отсутствии раздражителей), составляет – 70 мВ, его величина достаточна стабильна.

Три механизма участвуют в становлении МП: активный перенос, метаболический перенос и пассивный перенос

1. В состоянии покоя посредством работы механизма активного переноса ионов происходит закачивание ионов калия из окружающей среды в клетку и выкачивание ионов натрия в окружающую среду.

Внешняя среда клетки натрий калий

Внутренняя среда клетки

2. В клетке постоянно синтезируется определенный запас белков, которые дают анионы (отрицательно заряженные частицы).

Соотношение ионов

Клетка

Внешняя среда натрий

145

10 000

калий

100 000

2 000

Анионы белка

107 800

нет

Концентрация натрия снаружи больше в 7-10 раз. Концентрация калия внутри больше в 30-60 раз.

3. Далее к работе подключается механизм пассивного переноса, калий