Механизм возникновения биотоков. Мембранный потенциал действия. Волна возбуждения

В момент действия раздражителя происходит быстрое изменение заряда на мембране нервной клетки - потенциал действия и дальнейшее распространение потенциала действия - нервный импульс. Нервный импульс - это функциональная единица нервной системы.

ПД – это электрический процесс, выражающийся в быстром колебании мембранного потенциала вследствие перемещения ионов в клетку и из клетки и способный распространяться без затухания (быстрая смена заряда на мембране).

В составе ПД различают три фазы: 1 фаза – деполяризация, т.е. исчезновение заряда клетки – уменьшение мембранного потенциала до нуля; 2 фаза – инверсия (овершут), изменение заряда клетки на обратный, когда внутренняя сторона мембраны клетки заряжается положительно, а внешняя – отрицательно; 3 фаза – реполяризация, восстановление исходного заряда клетки, когда внутренняя поверхность клеточной мембраны снова заряжается отрицательно, а наружная положительно.

Рассмотрим фазы ПД. (нет единого мнения по поводу трактовки Фаз)

1. Фаза деполяризации. При действии раздражителя происходит возрастание проницаемости мембраны для ионов Nа+. Ионы начинают двигаться от большей концентрации к меньшей – из внеклеточной среды в клетку. Они несут положительный заряд, поэтому происходит снижение заряда на мембране. Первоначально медленно. Когда деполяризация клетки достигает критической величины (Екр –50 мВ), проницаемость мембраны для ионов Nа+ резко возрастает – открываются новые ворота. ПП исчезает, становится равным нулю.

2. Фаза инверсии. После исчезновения ПП вход Nа+ в клетку продолжается – заряд внутри клетки становится положительным, а снаружи отрицательным. Примерно через 0,5-1 мс после начала деполяризации рост ПД прекращается вследствие закрытия ворот Nа-каналов и открытия ворот К-каналов. Ионы К+ начинают двигаться из клетки в межклеточную среду. Заряд начинает возвращаться к исходной величине. Амплитуда ПД складывается из величины ПП и величины фазы инверсии – около 20 мВ.

3. Фаза реполяризации. Ионы К+ продолжают свое движение. Клетка внутри снова имеет отрицательный заряд, а снаружи положительный. Заряд возвращается к исходной величине – ПП.

При возвращении заряда к состоянию покоя наблюдаются следовые потенциалы. 1. Следовая гиперполяризация (повышение заряда выше ПП и возвращение к исходной величине) – следствие сохраняющейся повышенной проницаемости мембраны для ионов К+. 2. Следовая деполяризация (снижение заряда меньше ПП и возвращение к исходной величине) –недостаточно изучен механизм. Возможно связан с кратковременным повышением проницаемости мембраны для ионов Nа+.

Вся совокупность изменений заряда на мембране в момент действия раздражителя называется волной возбуждения. Весь процесс длится около 4-7 мс.