Меню

Локальный ток движение ионов

Биопотенциал. Ток покоя. Локальный ток. Потенциал действия. Динамика возбудимости в процессе возбуждения.

На нервно-мышечном препарате лягушки в области мышцы делается небольшой разрез. Седалищный нерв проводят так, чтобы он коснулся неповреждённого участка и разрушенного. В момент контакта седалищного нерва с повреждённым участком мышца сокращалась. В данном варианте опыта седалищный нерв выполнял роль проводника, замкнув два разноимённо заряженных участка. Неповреждённая поверхность имеет «+» заряд, а область разреза «-» заряд.

Наличие разности потенциалов «РП» доказывается современными методами с помощью микроэлектродной техники. Если один электрод ввести в цитоплазму клетки, а второй оставить в окружающей среде, то будет регистрироваться РП « для мышцы – 70 мв.». Цитоплазма при этом имеет ( — ) заряд, а окружающая среда ( + ) заряд. Это будет ток покоя.

Разность потенциалов создаётся неравновесной концентрацией ионов в цитоплазме и окружающей среде. В цитоплазме и околоклеточном пространстве находятся потенциалообразующие ионы натрия, калия, хлора. Их концентрация в цитоплазме и окружающей среде различна: натрия и хлора больше в окружающей среде, а калия в цитоплазме. Неравновесную концентрацию ионов поддерживает клеточная мембрана.

Строение клеточной мембраны.

В состав клеточной мембраны входят белки, фосфолипиды и гликопротеиды. Фосфолипиды расположены двухслойно и ориентированы таким образом, что гидрофобные концы молекул находятся внутри бислоя, а гидрофильные направлены в водную фазу.

Фосфолипиды образуют «липидное море» и могут обмениваться местами с помощью латеральной диффузии, а также меняться слоями, совершая «флип-флоп». Фосфолипиды внутреннего слоя несут преимущественно отрицательный заряд.

Белки могут пронизывать мембрану насквозь (интегральные), а также часть белков находится в поверхностном с внешней или внутренней стороны слое фосфолипидов.

Гликопротеиды в виде усиков-рецепторов торчат на поверхности клетки и воспринимают действие раздражителя.

Через мембрану проходят ионоселективные каналы для транспорта ионов. Они выстланы белком, который в силу своей амфотерности придаёт заряд каналу (поре). Пропускная способность канала определяется не только зарядом, но и размером поры. В состоянии покоя каналы очень узкие и в основном могут пропускать ионы калия из-за его малого размера.

В области каналов находится «калиево-натриевый насос». Это фермент АТФаза калием или натрием активируемая. При транспорте этих ионов через канал в мембране активируется АТФ-аза, которая расщепляет АТФ с образованием АДФ и выделением энергии. Эта энергия используется для активного возврата ионов на свои исходные места. При своей работе этот переносчик на три выброшенных иона натрия из цитоплазмы, вводит два иона калия внутрь. За счёт этого на поверхности клетки создаётся «+» заряд по отношению цитоплазмы, которая имеет «-» заряд.

Ток покоя

В покое цитоплазма клетки имеет отрицательный заряд, окружающая среда положительный за счёт неравновесной концентрации ионов. На каждый ион действуют две силы: одна осмотическая (концентрационная), вторая — электростатическая. Обе силы стремятся ввести натрий в клетку, но для него слишком плохая проницаемость мембраны из-за малого размера пор. Ионы хлора не могут войти в клетку из-за электростатического отталкивания. Хорошо транспортируются только ионы калия из клетки по концентрационному градиенту. Поэтому ток покоя в основном является калиевым током. Вышедшие ионы калия забрасываются назад в цитоплазму активным путём за счёт работы калиевого насоса и неравновесная концентрация калия сохраняется.

Локальный ток

Возникает при действии подпороговых раздражителей. При этом проницаемость мембраны для ионов натрия увеличивается незначительно и небольшая часть ионов уходит в цитоплазму. При этом уменьшается ( — ) заряд в цитоплазме и ( + ) в окружающей среде.

dffd

Общая разность потенциалов уменьшается (например, до -65 мв.) Возникает частичная деполяризация, которая на графике выглядит следующим образом ( Рис.7):

После действия раздражителя натриевый насос вернёт ионы натрия в окружающую среду и разность потенциалов восстановится до – 70 мв.

Характеристика локального тока.

1.Возникает при действии подпорогового раздражителя.

  1. По ткани не распространяется.

3 .Возникает на фоне частичной деполяризации.

  1. Подчиняется закону « Силовых отношений».
  2. Способен суммироваться.

Потенциал действия

Возникает при действии пороговых и надпороговых раздражителей. Эти раздражители быстро увеличивают проницаемость мембраны для натрия, который уходит в цитоплазму, создавая частичную деполяризацию (латентный период). Разность потенциалов падает до – 55 мв. (критический уровень деполяризации). В это время проницаемость мембраны для натрия увеличивается 100% и он лавинообразно устремляется в цитоплазму, вызывая полную деполяризацию. На высоте деполяризации возникает реверсия потенциала (+20,+30 мв ).В это время в цитоплазме формируется ( + ) заряд за счёт ионов К+ и ионов натрия вошедших в цитоплазму в период деполяризации. Окружающая клетку среда приобретает заряд (-) за счёт ионов хлора.

Читайте также:  За направление тока принимают направление движения каких заряженных частиц

Далее проницаемость для натрия уменьшается и увеличивается для калия, который выходит из клетки, создавая фазу реполяризации. Разность потенциалов постепенно восстанавливается до исходного значения , но калий продолжает выходить из клетки и возникает фаза гиперполяризации с нарастанием порога деполяризации. Затем усиленной работой калиевого-натриевого насоса ионы возвращаются на свои исходные позиции и мембранный потенциал становится равным исходному (Рис.8)

dfds

Характеристика потенциала действия.

  1. Возникает при действии порогового и надпорогового раздражителя.
  2. По ткани распространяется.
  3. .Возникает на фоне полной деполяризации.
  4. Подчиняется закону « Всё или ничего».

ДИНАМИКА ВОЗБУДИМОСТИ В ПРОЦЕССЕ ВОЗБУЖДЕНИЯ.

В процессе возбуждения меняется возбудимость ткани, т.е. способность к повторной ответной реакции. При действии повторного раздражителя ответ может быть или не быть – всё зависит от состояния ткани. В покое возбудимость ткани равна 100%. Как только подействует раздражитель возбудимость падает до « 0» и возникает абсолютная рефрактерность (абсолютная невозбудимость), которая для мышцы длится 0,005 сек. В это время никакой по силе раздражитель не способен вызвать ответа. После этого возбудимость начинает восстанавливаться и возникает относительная рефрактерность ( 0,01 сек.). В это время ответную реакцию могут вызвать надпороговые раздражители. Сопоставление графиков потенциала действия и графика динамики возбудимости отражены на рисунке 9.

fsdf

Рис.9. Динамика возбудимости в период генерации потенциала действия.

Источник

ЛЕКЦИЯ №4

date image2014-02-09
views image2129

facebook icon vkontakte icon twitter icon odnoklasniki icon

Рис.1. Локальные токи при распространении нервного импульса по волокну.

К Na К

К Na К

Рефрактерность возбуждение покой

Распространение нервного импульса вдоль возбудимого волокна.

Потенциал действия, возникнув в одном участке аксона, вследствие диффузии ионов из этого участка вдоль волокна снижает потенциал покоя в соседнем участке и вызывает здесь тоже развитие потенциала действия. Благодаря этому механизму потенциал действия, возникнув в одном месте, проходит весь аксон и достигает воспринимающей клетки.

В таком качестве потенциал действия называется нервным импульсом.

Рис. 2. Локальные токи при распространении нервного импульса по нервному волокну. ( А – рефрактерность; Б – возбуждение; В – покой).

В аксоплазме, и в окружающем растворе возникают локальные токи: между участками поверхности мембраны с большим потенциалом (положительно заряженным) и участками с меньшим потенциалом (отрицательно заряженным).

Локальные токи образуются как внутри аксона, так и на наружной его поверхности. Они приводят к повышению потенциала внутренней поверхности невозбужденного участка мембраны и к понижению наружного потенциала невозбужденного участка мембраны, оказавшегося возле возбужденной зоны. В зоне, близкой к возбужденному участку мембранный потенциал повышается выше порогового значения, открываются натриевые каналы и дальнейшее повышение мембранного потенциала происходит за счет потока ионов натрия через мембрану. Происходит деполяризация мембраны, развивается потенциал действия и возбуждение передается дальше на другие участки мембраны.

Возбуждение распространяется в одну сторону, где мембрана находится в состоянии покоя, в другую сторону распространяться не может, так как зоны где прошло возбуждение некоторое время остаются рефрактерными.

В миелинизированном нервном волокне натриевые и калиевые ионные каналы расположены в немиелинизированных участках перехватов Равнье, где мембрана аксона контактирует с межклеточной жидкостью.

Вследствие этого нервный импульс перемещается «скачками». Ионы натрия, поступающие внутрь аксона при открытии каналов в одном перехвате, диффундируют вдоль аксона до следующего перехвата.

Диффузия происходит быстро, так между перехватом Ранвье, находящимся в максимуме потенциала действия и соседним перехватом находящимся в состоянии покоя возникает разность потенциалов. Благодаря такому строению миелинизированного волокна скорость проведения импульса в нем равна 30-50 м/сек, это в 5-6 раз больше, чем в немиелинизированных волокнах, где ионные канлы расположены равномерно по всей длине волокна и потенциал действия расространяется плавно.

Читайте также:  По трем сторонам квадрата течет ток

Пороговая величина поляризации, вызывающая нервный импульс, зависит от концентрации ионов кальция. Внутриклеточная концентрация кальция равна 0,3 мкммоль/л, при гипокальциемии она снижается, следовательно снижается пороговая величина возбуждения нервов и могут возникнуть судороги.

Источник

Локальный ток движение ионов

Проводимость мембраны. Ионные токи во время потенциала действия.

Во время потенциала действия происходит кратковременное изменение проницаемости мембраны для ионов, определяющих величину потенциала покоя. Когда речь идет об электрических свойствах мембраны, удобной мерой проницаемости мембраны для иона служит проводимость мембраны g(ion). Проводимость определяется отношением тока I(ion) к движущему потенциалу. При равновесном потенциале для рассматриваемого иона, E(ion) , движущий потенциал и суммарный ток равны нулю; следовательно, E(ion) является референтным потенциалом, и отклонение мембранного потенциала Е от E(ion) составляет ту разность потенциалов, которая создает ток I(ion) Следовательно, проводимость g(ion) описывается уравнением

Проводимость мембраны. Ионные токи во время потенциала действия.

Теперь мы можем продолжить описание ионных токов во время потенциала действия, пользуясь только что введенным понятием проводимости для индивидуальных ионов.

Ионные токи во время потенциала действия.

Потенциал действия. Временной ход потенциала действия. Реполяризация.Рис. 2.5. Временной ход потенциала действия в нейроне; показаны последовательные фазы потенциала действия, описанные в тексте

Потенциал покоя, как было показано в предыдущем разделе, очень близок к уровню равновесного потенциала для ионов калия (K), для которых мембрана в состоянии покоя наиболее проницаема. Если во время потенциала действия внутренняя среда клетки приобретает положительный заряд по отношению к внеклеточной среде, то проводимость мембраны для натрия (Na+) (gNa) должна возрастать, потому что только равновесный потенциал для натрия (Na+) имеет более положительное значение ( + 60 мВ), чем пик потенциала действия. Это заключение подтверждается экспериментальными данными, согласно которым потенциалы действия могут генерироваться только при высокой внеклеточной концентрации натрия (Na+).

При недостатке внеклеточного натрия (Na+) входящий натриевый ток не может нарастать, независимо о г того, в какой мере увеличивается gNa, и, следовательно, не может развиваться деполяризационная фаза потенциала действия. Таким образом, в основе возбуждения лежит повышение проводимости мембраны для натрия (Na+), вызываемое ее деполяризацией до порогового уровня. Однако в данном случае затрагивается также и проводимость мембраны для калия (K). Если повышение проводимости для калия (K) предотвратить некоторыми веществами, например тетраэтиламмонием, мембрана после потенциала действия реполяризуется гораздо медленнее. Это показывает, что повышение проводимости для калия (K) является важным фактором реполяризации мембраны. Итак, потенциал действия обусловлен циклическим процессом поступления натрия (Na+) в клетку и последующего выхода калия (K) из нее.

Источник



Ионные потоки

Потенциал действия (ПД)

Распространяющегося возбуждения

Три стороны процесса

Потенциал действия как нервный импульс

Ниже размещён материал, взятый из учебно-методического пособия автора данного сайта:

Сазонов В.Ф. Понятие и виды торможения в физиологии центральной нервной системы: Учебно-методическое пособие. Ч. 1. Рязань: РГПУ, 2004. 80 с.

Все процессы мембранных изменений, происходящих в ходе распространяющегося возбуждения, достаточно хорошо изучены и описаны в научной и учебной литературе. Но не всегда это описание легко понять, поскольку в данном процессе задействовано слишком много компонентов (с точки зрения обычного студента, а не вундеркинда, конечно).

Для облегчения понимания мы предлагаем рассматривать единый электрохимический процесс распространяющегося динамичного возбуждения с трех сторон, на трех уровнях:

1. Электрические явления – развитие потенциала действия.

2. Химические явления – движение ионных потоков.

3. Структурные явления – поведение ионных каналов.

Потенциал действия – это скачкообразное изменение постоянного мембранного потенциала с отрицательной поляризации на положительную и обратно.

Обычно мембранный потенциал в нейронах ЦНС изменяется от –70 мВ до +30 мВ, а затем вновь возвращается к исходному состоянию, т.е. к –70 мВ. Как видим, понятие потенциала действия характеризуется через электрические явления на мембране.

Читайте также:  Ток напряжение мощность в цепях переменного тока

На электрическом уровне изменения начинаются как смена поляризованного состояния мембраны на деполяризацию. Сначала деполяризация идет в виде локального возбуждающего потенциала. Вплоть до критического уровня деполяризации (примерно –50 мВ) это относительно простое линейное уменьшение электроотрицательности, пропорциональное силе воздействующего раздражителя. А вот потом начинается более крутая самоусиливающаяся деполяризация, она развивается не с постоянной скоростью, а с ускорением. Говоря образно, деполяризация так разгоняется, что перескакивает через нулевую отметку, не заметив этого, и даже переходит в положительную поляризацию. После достижения пика (обычно +30 мВ) начинается обратный процесс – реполяризация, т.е. восстановление отрицательной поляризации мембраны.

Кратко опишем электрические явления во время течения потенциала действия:

Восходящая ветвь графика:

1. потенциал покоя – исходное обычное поляризованное электроотрицательное состояние мембраны (–70 мВ);

2. нарастающий локальный потенциал – пропорциональная раздражителю деполяризация;

3. критический уровень деполяризации (–50 мВ) – резкое ускорение деполяризации (за счет самораскрытия натриевых каналов), с этой точки начинается спайк – высокоамплитудная часть потенциала действия;

4. самоусиливающаяся круто нарастающая деполяризация;

5. переход нулевой отметки (0 мВ) – смена полярности мембраны;

6. «овершут» – положительная поляризация (инверсия, или реверсия, заряда мембраны);

7. пик (+30 мВ) – вершина процесса изменения полярности мембраны, вершина потенциала действия.

Нисходящая ветвь графика:

8. реполяризация – восстановление прежней электроотрицательности мембраны;

9. переход нулевой отметки (0 мВ) – обратная смена полярности мембраны на прежнюю, отрицательную;

10. переход критического уровня деполяризации (–50 мВ) – прекращение фазы относительной рефрактерности (невозбудимости) и возврат возбудимости;

11. следовые процессы (следовая деполяризация или следовая гиперполяризация);

12. восстановление потенциала покоя – норма (–70 мВ).

Итак, сначала – деполяризация, затем – реполяризация. Сначала – утрата электроотрицательности, затем – восстановление электроотрицательности.

Образно можно сказать, что заряженные ионы – это и есть создатели электрических потенциалов в нервных клетках. Для многих людей звучит странно утверждение, что вода не проводит электрический ток. Но на самом деле это так. Сама по себе вода является диэлектриком, а не проводником. В воде электрический ток обеспечивают не электроны, как в металлических проводах, а заряженные ионы: положительные катионы и отрицательные анионы. В живых клетках основную «электрическую работу» выполняют катионы, так как они более подвижны. Электрические токи в клетках – это потоки ионов.

Итак, важно осознать, что все электрические токи, которые идут через мембрану, являются ионными потоками. Привычного нам из физики тока в виде потока электронов в клетках, как в водных системах, просто нет. Ссылки на потоки электронов будут ошибкой.

На химическом уровне мы, описывая распространяющееся возбуждение, должны рассмотреть, как изменяются характеристики ионных потоков, идущих через мембрану. Главное в этом процессе то, что при деполяризации резко усиливается поток ионов натрия внутрь клетки, а затем он внезапно прекращается на спайке потенциала действия. Входящий поток натрия как раз и вызывает деполяризацию, так как ионы натрия приносят с собой положительные заряды в клетку (чем и снижают электроотрицательность). Затем, после спайка, значительно нарастает выходящий наружу поток ионов калия, что вызывает реполяризацию. Ведь калий, как мы неоднократно говорили, выносит с собой из клетки положительные заряды. Отрицательные заряды остаются внутри клетки в большинстве, и за счет этого усиливается электроотрицательность. Это и есть восстановление поляризации за счет выходящего потока ионов калия. Заметим, что выходящий поток ионов калия возникает практически одновременно с появлением натриевого потока, но нарастает медленно и длится в 10 раз дольше. Несмотря на продолжительность калиевого потока самих ионов расходуется немного – всего одна миллионная доля от запаса калия в клетке (0,000001 часть).

Подведем итоги. Восходящая ветвь графика потенциала действия образуется за счет входа в клетку ионов натрия, а нисходящая – за счет выхода из клетки ионов калия.

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Источник