Що називається потенціалом дії?
Робота органів і тканин нашого організму залежить від багатьох факторів. Деякі клітини (кардіоміоцити і нерви) залежать від передачі нервових імпульсів, що генеруються в спеціальних компонентах клітин або вузлах. В основі нервового імпульсу лежить утворення специфічної хвилі збудження, що носить назву потенціалу дії.
Що це таке?
Потенціалом дії прийнято називати хвилю збудження, що пересувається від клітини до клітини. За рахунок її освіти і проходження через клітинні мембрани відбувається короткочасне зміна їх заряду (в нормі внутрішня сторона мембрани заряджена негативно, а зовнішня - позитивно). Освічена хвиля сприяє зміні властивостей іонних каналів клітини, що призводить до перезарядження мембрани. У той момент, коли потенціал дії проходить через мембрану, відбувається короткочасне зміна її заряду, що призводить до зміни властивостей клітини.
Освіта даної хвилі лежить в основі функціонування нервового волокна, а також системи шляхів проведення серця.
Відео: Потенціал дії кардіоміоцитів
При порушенні його освіти розвиваються багато захворювань, що робить визначення потенціалу дії за необхідне в комплексі лікувально-діагностичних заходів.
Як же утворюється потенціал дії і що для нього характерно?
Історія дослідження
Вивчення виникнення збудження в клітинах і волокнах було розпочато досить давно. Першими його виникнення помітили біологи, які вивчали вплив різних подразників на оголений гомілкової нерв жаби. Ними було помічено, що при впливі на нього концентрованим розчином харчової солі спостерігалося скорочення м`язів.
Надалі дослідження були продовжені неврологами, однак основна наука після фізики, що вивчає потенціал дії - фізіологія. Саме фізіологами було доведено наявність потенціалу дії в клітинах серця і нервах.
У міру поглиблення в вивчення потенціалів було доведено наявність і потенціалу спокою.
З початку 19 століття почали створюватися методи, що дозволяють зафіксувати наявність даних потенціалів і виміряти їх величину. В даний час фіксація і вивчення потенціалів дії проводиться в двох інструментальних дослідженнях - зняття електрокардіограм і електроенцефалограм.
Механізм потенціалу дії
Освіта збудження відбувається за рахунок зміни внутрішньоклітинної концентрації іонів натрію і калію. У нормі в клітині міститься більше калію, ніж натрію. Позаклітинна концентрація іонів натрію значно більше, ніж в цитоплазмі. Зміни, викликані потенціалом дії, сприяють зміні заряду на мембрані, в результаті чого обумовлюється потік іонів натрію всередину клітини. Через це змінюються заряди зовні і всередині клітини (цитоплазма заряджається позитивно, а зовнішнє середовище - негативно.
Це робиться для полегшення проходження хвилі по клітці.
Після того як хвиля була передана через синапс, відбувається зворотне відновлення заряду за рахунок струму всередину клітини негативно заряджених іонів хлору. Відновлюються вихідні рівні заряду зовні і всередині клітини, що призводить до утворення потенціалу спокою.
Відео: 1.4. Мембранний потенціал і нервовий імпульс
Періоди спокою і збудження чергуються. У патологічної клітці все може відбуватися інакше, і освіту ПД там буде підкорятися трохи іншим законам.
фази ПД
Перебіг потенціалу дії можна розділити на кілька фаз.
Перша фаза протікає до освіти критичного рівня деполяризації (проходять потенціалом дії стимулюється повільна розрядка мембрани, яка досягає максимального рівня, зазвичай він становить близько -90 МеВ). Дана фаза носить назву предспайк. Здійснюється за рахунок входу в клітину іонів натрію.
Наступна фаза - піковий потенціал (або спайк), утворює параболу з гострим кутом, де висхідна частина потенціалу означає деполяризацию мембрани (швидка), а спадна частина - реполяризацию.
Третя фаза - негативний слідової потенціал - показує слідову деполяризацию (перехід від піку деполяризації до стану спокою). Обумовлена входом іонів хлору всередину клітини.
На четвертому етапі, фазі позитивного слідового потенціалу, відбувається повернення рівнів заряду мембрани до вихідного.
Дані фази, обумовлені потенціалом дії, суворо слідують одна за одною.
Функції потенціалу дії
Безсумнівно, розвиток потенціалу дії має важливе значення у функціонуванні тих чи інших клітин. В роботі серця порушення належить головна роль. Без нього серце було б просто неактивним органом, але за рахунок поширення хвилі по всіх клітках серця відбувається його скорочення, що сприяє в проштовхуванні крові по судинному руслу, збагачення нею всіх тканин і органів.
Нервова система також не могла б нормально виконувати свою функцію без потенціалу дії. Органи не могли б отримувати сигнали до виконання тієї чи іншої функції, в результаті чого були б просто марними. Крім того, вдосконалення передачі нервового імпульсу в нервових волокнах (Поява мієліну і перехоплень Ранвье) дозволило передавати сигнал за лічені частки секунди, що і зумовило розвиток рефлексів і свідомих рухів.
Крім даних систем органів, потенціал дії утворюється і в багатьох інших клітинах, однак в них він грає роль лише в виконанні кліткою своїх специфічних функцій.
Виникнення потенціалу дії в серці
Основним органом, робота якого заснована на принципі освіти потенціалу дії, є серце. За рахунок існування вузлів освіти імпульсів здійснюється робота даного органу, функція якого полягає в доставці крові до тканин і органів.
Генерація потенціалу дії в серці відбувається в синусовомувузлі. Він знаходиться в місці впадіння порожнистих вен в правому передсерді. Звідти імпульс поширюється по волокнах провідної системи серця - від вузла до атриовентрикулярному з`єднанню. проходячи по пучку Гіса, точніше, по його ніжок, імпульс проходить до правого і лівого шлуночку. В їх товщі розташовані більш дрібні шляху проведення - волокна Пуркіньє, по яких збудження доходить до кожної клітини серця.
Потенціал дії кардіоміоцитів є складовим, тобто залежить від скорочення всіх клітин серцевої тканини. При наявності блоку (рубець після інфаркту) освіту потенціалу дії порушується, що фіксується на електрокардіограмі.
Нервова система
Як же утворюється ПД в нейронах - клітинах нервової системи. Тут все здійснюється дещо простіше.
Зовнішній імпульс сприймається відростками нервових клітин - дендритами, пов`язаними з рецепторами, розташованими як в шкірі, так і у всіх інших тканинах (потенціал спокою і потенціал дії також змінюють один одного). Роздратування провокує утворення потенціалу дії в них, після чого імпульс через тіло нервової клітини йде в її довгий відросток - аксон, а від нього через синапси - до інших клітин. Таким чином, утворена хвиля збудження доходить до головного мозку.
Особливістю нервової системи є наявність двох типів волокон - вкритих мієліном і без нього. Виникнення потенціалу дії і його передача в тих волокнах, де є мієлін, здійснюється значно швидше, ніж в деміелінезірованних.
Даний феномен спостерігається через те, що поширення ПД по міелінізірованним волокнам відбувається за рахунок &ldquo-стрибків&rdquo- - імпульс перескакує ділянки мієліну, що в результаті зменшує його шлях і, відповідно, прискорює поширення.
потенціал спокою
Без розвитку потенціалу спокою не було б і потенціалу дії. Під потенціалом спокою розуміють нормальне, збудженому стані клітини, при якому заряди всередині і поза її мембрани значно відрізняються (тобто зовні мембрана заряджена позитивно, а всередині - негативно). Потенціал спокою показує різницю між зарядами всередині і ззовні клітини. Зазвичай в нормі він становить від -50 до -110 МеВ. У нервових волокнах дана величина зазвичай дорівнює -70 МеВ.
Обумовлений він міграцією іонів хлору всередину клітини і створенням негативного заряду на внутрішній стороні мембрани.
При зміні концентрації внутрішньоклітинних іонів (як було зазначено вище) ПП змінює ПД.
У нормі всі клітини організму знаходяться в збудженому стані, тому зміну потенціалів можна вважати фізіологічно необхідним процесом, так як без них не могли б здійснювати свою діяльність серцево-судинна і нервова системи.
Значимість дослідження потенціалів спокою та дії
Потенціал спокою і потенціал дії дозволяють визначити стан організму, а також окремих органів.
Фіксація потенціалу дії з серця (електрокардіографія) дозволяє визначити його стан, а також функціональну здатність всіх його відділів. Якщо вивчати нормальну ЕКГ, то можна помітити, що всі зубці на ній є прояв потенціалу дії і подальшого потенціалу спокою (відповідно, виникнення даних потенціалів в передсердях відображає зубець Р, а поширення збудження в шлуночках - зубець R).
Що стосовно електроенцефалограми, то на ній виникнення різних хвиль і ритмів (зокрема, альфа і бета-хвиль у здорової людини) також обумовлено виникненням потенціалів дії в нейронах головного мозку.
Дані дослідження дозволяють своєчасно виявити розвиток того чи іншого патологічного процесу і обумовлюють практично до 50 відсотків успішного лікування вихідного захворювання.
