Фізико-хімічні механізми виникнення потенціалу дії

Потенціал дії – це зрушення мембранного потенціалу, що виникає в тканини при дії порогового і сверхпорогове подразника, що супроводжується перезарядженням клітинної мембрани.
При дії порогового або сверхпороговое подразника змінюється проникність клітинної мембрани для іонів в різному ступені. Для іонів Na вона підвищується в 400-500 разів, і градієнт наростає швидко, для іонів К – в 10-15 разів, і градієнт розвивається повільно. В результаті рух іонів Na відбувається всередину клітини, іони К рухаються з клітки, що призводить до перезарядці клітинної мембрани. Зовнішня поверхня мембрани несе негативний заряд, внутрішня – позитивний.
Компоненти потенціалу дії:
1) локальна відповідь;
2) високовольтний піковий потенціал (спайк);
3) слідові коливання:
а) негативний слідової потенціал;
б) позитивний слідової потенціал.
Локальний відповідь. Поки подразник не досяг на початковому етапі 50-75% від величини порога, проникність клітинної мембрани залишається незмінною і електричний зрушення мембранного потенціалу пояснюється дратівливим агентом. Досягнувши рівня 50-75%, відкриваються активаційні ворота (m-ворота) Na-каналів і виникає локальний відповідь. Іони Na ​​шляхом простої дифузії надходять у клітку без витрат енергії. Досягнувши порогової сили, мембранний потенціал знижується до критичного рівня деполяризації (приблизно 50 мВ). Критичний рівень деполяризації – це та кількість міллівольт, на яке повинен знизитися мембранний потенціал, щоб виник лавиноподібний хід натрію в клітку. Якщо сила подразнення недостатня, то локального відповіді не відбувається.
Високовольтний піковий потенціал (спайк). Пік потенціалу дії є постійним компонентом потенціалу дії. Він складається з двох фаз:
1) висхідної частини – фази деполяризації;
2) низхідної частини – фази реполяризації.
Лавиноподібне надходження іонів натрію в клітину призводить до зміни потенціалу на клітинній мембрані. Чим більше іонів натрію увійде в клітку, тим більшою мірою деполяризуется мембрана, тим більше відкриється активаційних воріт. Поступово заряд з мембрани знімається, а потім виникає з протилежним знаком. Виникнення заряду з протилежним знаком називається інверсією потенціалу мембрани. Рух іонів натрію всередину клітини триває до моменту електрохімічного рівноваги по іону натрію. Амплітуда потенціалу дії не залежить від сили подразника, вона залежить від концентрації іонів натрію і від ступеня проникності мембрани до іонів натрію. Низхідна фаза (фаза реполяризації) повертає заряд мембрани до вихідного знаку. При досягненні електрохімічного рівноваги по іонів натрію відбувається інактивація активаційних воріт, знижується проникність до іонів натрію і збільшується проникність до іонів калію, Na-K-насос вступає в дію і відновлює заряд клітинної мембрани. Повного відновлення мембранного потенціалу не відбувається.
У процесі відновних реакцій на клітинній мембрані реєструються слідові потенціали: позитивний і негативний. Слідові потенціали є непостійними компонентами потенціалу дії. Негативний слідової потенціал – слідова деполяризація в результаті підвищеної проникності мембрани до іонів натрію, що гальмує процес реполяризації. Позитивний слідової потенціал виникає при гіперполяризації клітинної мембрани в процесі відновлення клітинного заряду за рахунок виходу іонів калію і роботи натрій-калієвого насоса.

Посилання на основну публікацію