ТЕМА: Мембранные потенциалы. Потенциал покоя и потенциал действия

Электрические явления (токи или потенциалы), которые возникают в клетках, тканях и органах организма называют биопотенциалами.

Биопотенциалы возникают вследствие того, что между наружной и внутренней стороной мембраны клетки, находящейся в состоянии покоя, имеется разность потенциалов. Потенциал, который регистрируется в таком состоянии клетки, называют потенциалом покоя (или мембранным). Он обусловлен тем, что между внутриклеточной и внеклеточной средой существует разность концентрации ионов калия, кальция, натрия, хлора и других. Так, концентрация ионов калия в клетке, во много раз (в 20-40 раз) превосходит их содержание во внеклеточной среде. Концентрация ионов натрия, наоборот, в 10-20 раз ниже во внутриклеточной среде. Ионы хлора, также как и натрия, преимущественно сосредоточены снаружи мембраны клетки, где их в 15-20 раз больше. Такое их неравномерное распределение по ту и другую сторону мембраны обеспечивают ионные насосы. Ионные каналы, имеющиеся в мембране, могут быть открытыми и закрытыми, что зависит от состояния мембраны. Проницаемость ионов разная. Если проницаемость ионов калия принять за 1, то для хлора она составляет – 0,45, а натрия - 0,04. В результате между внутренней средой клетки и наружной ее поверхностью создается разность потенциалов, которая для разных тканей равна от -50 до -100 мВ.

При действии раздражителя происходит изменение состояния мембраны, в ней открываются ионные каналы, сквозь которые в клетку могут поступать положительно заряженные ионы, имеющиеся за ее пределами в избытке. Первоначально ионному току в клетку способствует также трансмембранная разность потенциалов. Такой процесс называется деполяризацией, так как приводит к снижению этой разницы потенциалов. Если раздражитель относительно слабый (подпороговый), ионных каналов открывается немного, поэтому ионный ток незначителен, деполяризация происходит медленно. Такие изменения называют локальной деполяризацией или локальным потенциалом.

Если же действует раздражитель пороговой величины, то деполяризация достигает критического (порогового) уровня. Деполяризация резко ускоряется и происходит даже реверсия (изменение знака потенциала). Далее, находящиеся внутри клетки в избытке ионы калия устремляются наружу, приводя к восстановлению мембранного потенциала. Сначала это происходит относительно быстро (быстрая реполяризация), а потом медленно – медленная реполяризация. Далее выход ионов калия может продолжаться и вызывать гиперполяризацию (увеличение мембранного потенциала). В это время усиливается работа калиево-натриевого насоса, приводящего к восстановлению исходной разницы потенциалов (поляризации). Весь этот процесс от начала и до конца именуется как потенциал действия.

Рис. 2. Потенциал действия и изменения возбудимости.

А. Фазы потенциала действия: 1 – медленная деполяризация, 2 – быстрая деполяризация, 3 – реполяризация, 4 – гиперполяризация, 5 - следовой деполяризационный потенциал, 6 – потенциал покоя.

В. Изменения возбудимости мембраны в разные фазы потенциала действия: 1, 4 – супернормальный период; 2 – фаза абсолютной рефрактерности; 3 – фаза относительной рефрактерности; 5 – субнормальный период.

В клинике используют отведения потенциалов с поверхности тела. Полученные записи отведений соответственно называют – электрокардиограммой (ЭКГ), электроэнцефалограммой (ЭЭГ), электромиограммой (ЭМГ) и другие.

В стоматологической практике изучают электрические свойства твердых тканей зуба, слизистой оболочки полости рта, жевательных мышц. Электромиограмму жевательных мышц используют в хирургической и ортопедической стоматологии, ортодонтии, стоматоневрологии при травмах, воспалительных процессах, аномалиях прикуса, дистрофиях и гипертрофиях жевательных мышц и других заболеваниях.