Az MF-változások nemcsak közvetlenül a katódnak és az anódnak az idegrosthoz való felvitelének helyein, hanem azoktól bizonyos távolságban is jelentkeznek, de ezeknek az eltolódásoknak a nagysága az elektródáktól való távolság növekedésével csökken. Az elektródák alatti MF változásait elektrotóniásnak (kat-elektron és an-elektron), az elektródák mögött pedig perielektronikusnak (kat- és an-perieeleectroton) nevezik.
Az anód alatti MF növekedése (passzív hiperpolarizáció) nem jár együtt a membrán ionpermeabilitásának változásával, még nagy alkalmazott áram mellett sem. Ezért, amikor egy egyenáram zárva van, az anód alatt nem történik gerjesztés. Ezzel szemben a katód alatti MF csökkenése (passzív depolarizáció) a Na permeabilitás rövid távú növekedését vonja maga után, ami gerjesztéshez vezet.
A membrán Na-permeabilitásának növekedése a küszöb-stimuláció hatására nem éri el azonnal a maximális értéket. Az első pillanatban a membrán katód alatti depolarizációja a nátrium-permeabilitás enyhe növekedéséhez és kis számú csatorna megnyitásához vezet. Amikor ennek hatására pozitív töltésű Na+-ionok kezdenek bejutni a protoplazmába, a membrán depolarizációja megnő. Ez más Na-csatornák megnyílásához, következésképpen további depolarizációhoz vezet, ami viszont a nátrium-permeabilitás még nagyobb növekedését okozza. Ez a körkörös folyamat, amely az ún. pozitív visszacsatolás, úgynevezett regeneratív depolarizáció. Csak akkor fordul elő, ha az Eo kritikus szintre (Ek) csökken. A nátrium-permeabilitás növekedésének oka a depolarizáció során valószínűleg a Ca++ eltávolítása a nátriumkapuból, amikor elektronegativitás lép fel (vagy csökken az elektropozitivitás) a membrán külső oldalán.
A megnövekedett nátrium-permeabilitás tizedmásodperc után megáll a nátrium-inaktivációs mechanizmusok miatt.
A membrán depolarizációjának sebessége az irritáló áram erősségétől függ. Gyenge erősségnél a depolarizáció lassan fejlődik ki, ezért az AP bekövetkezéséhez az ilyen ingernek hosszú ideig kell tartania.
A küszöb alatti ingereknél fellépő helyi választ, mint például az AP-t, a membrán nátrium-permeabilitásának növekedése okozza. A küszöbinger alatt azonban ez a növekedés nem elég nagy ahhoz, hogy a membrán regeneratív depolarizációját idézze elő. Ezért a depolarizáció fellépését az inaktiváció és a kálium-permeabilitás növekedése állítja meg.
Összefoglalva a fentieket, az irritáló áram katódja alatti ideg- vagy izomrostban kialakuló eseményláncot a következőképpen ábrázolhatjuk: a membrán passzív depolarizációja ---- megnövekedett nátrium permeabilitás --- megnövekedett Na beáramlás a rost --- a membrán aktív depolarizációja -- lokális válasz --- többlet Ec --- regeneratív depolarizáció --- akciós potenciál (AP).
Mi a mechanizmusa a gerjesztés fellépésének az anód alatt nyitás közben? Abban a pillanatban, amikor az áramot bekapcsolják az anód alatt, a membránpotenciál növekszik - hiperpolarizáció történik. Ugyanakkor az Eo és az Ek közötti különbség nő, és ahhoz, hogy az MP kritikus szintre tolható legyen, nagyobb erőre van szükség. Amikor az áramot kikapcsolják (nyitás), az Eo eredeti szintje visszaáll. Úgy tűnik, hogy jelenleg nincsenek feltételek az izgalom előfordulásához. De ez csak akkor igaz, ha az áram nagyon rövid ideig tartott (kevesebb, mint 100 ms). Hosszabb ideig tartó áramterhelés esetén maga a depolarizáció kritikus szintje megváltozik - nő. És végül eljön egy pillanat, amikor az új Ek egyenlővé válik a régi szintű Eo-val. Most, amikor az áramot kikapcsolják, a gerjesztés feltételei felmerülnek, mivel a membránpotenciál egyenlővé válik a depolarizáció új kritikus szintjével. A PD érték nyitáskor mindig nagyobb, mint záráskor.
Egy inger küszöberősségének függése annak időtartamától. Amint már jeleztük, bármely inger küszöbereje bizonyos határokon belül fordítottan arányos az időtartamával. Ez a függőség különösen világos formában nyilvánul meg, ha téglalap alakú egyenáramú sokkot alkalmaznak ingerként. Az ilyen kísérletekben kapott görbét „erő-idő görbének” nevezték. Goorweg, Weiss és Lapik tanulmányozta a század elején. Ennek a görbének a vizsgálatából mindenekelőtt az következik, hogy egy bizonyos minimális érték vagy feszültség alatti áram nem okoz gerjesztést, akármeddig tart is. A gerjesztést okozni képes minimális áramerősséget Lapik reobázisnak nevezi. Azt a legrövidebb időt, amely alatt az irritáló ingernek hatnia kell, hasznos időnek nevezzük. Az áramerősség növelése a minimális stimulációs idő lerövidüléséhez vezet, de nem a végtelenségig. Nagyon rövid ingerek esetén az erő-idő görbe párhuzamossá válik a koordinátatengellyel. Ez azt jelenti, hogy ilyen rövid távú irritációk esetén nem lép fel gerjesztés, bármilyen erős is az irritáció.
A hasznos idő meghatározása gyakorlatilag nehéz, mivel a hasznos idő pontja a görbe párhuzamossá váló szakaszán található. Ezért Lapik két reobázis - a kronaxia - hasznos idejét javasolta használni. Pontja a Goorweg-Weiss görbe legmeredekebb szakaszán található. A kronaximetria mind kísérletileg, mind klinikailag elterjedt a motoros idegrostok károsodásának diagnosztizálására.
Fentebb már jeleztük, hogy a membrán depolarizációja két folyamat beindulásához vezet: az egyik gyors, ami a nátrium permeabilitás növekedéséhez és az AP előfordulásához vezet, a másik pedig a lassú, ami a nátrium permeabilitás inaktiválásához és a gerjesztés végéhez vezet. . Az inger meredek növekedésével a Na-aktivációnak van ideje jelentős értéket elérni, mielőtt a Na-inaktiváció kialakulna. Az áramerősség lassú növekedése esetén az inaktivációs folyamatok kerülnek előtérbe, ami a küszöb növekedéséhez és az AP amplitúdó csökkenéséhez vezet. Minden olyan szer, amely fokozza vagy gyorsítja az inaktivációt, növeli az akkomodáció sebességét.
Az akkomodáció nem csak akkor alakul ki, ha az izgató szöveteket elektromos áram irritálja, hanem mechanikai, termikus és egyéb ingerek alkalmazásakor is. Így egy bottal egy idegre adott gyors ütés gerjeszti annak gerjesztését, de ha ugyanazzal a bottal lassan megnyomjuk az ideget, nem történik gerjesztés. Egy izolált idegrost gyors hűtéssel gerjeszthető, de lassú hűtéssel nem. A béka kiugrik, ha 40 fokos vízbe dobják, de ha ugyanazt a békát hideg vízbe helyezik és lassan melegítik, az állat főzni fog, de nem reagál a hőmérséklet emelkedésére.
A laboratóriumban az alkalmazkodás sebességének mutatója az áramnövekedés azon legkisebb meredeksége, amelynél az inger továbbra is képes AP-t okozni. Ezt a minimális meredekséget nevezzük kritikus meredekségnek. Ezt vagy abszolút mértékegységben (mA/sec), vagy relatív mértékegységben fejezzük ki (a gerjesztésre még képes, fokozatosan növekvő áram küszöberősségének a négyszögletes áramimpulzus reobázisához viszonyított aránya).
 |
4. ábra: Goorweg-Weiss erő-idő görbe. Megnevezések: X - kronaxia, PV - hasznos idő, P - reobázis, 2р - két reobázis ereje
A "mindent vagy semmit" törvény. A stimuláció hatásainak az alkalmazott inger erősségétől való függésének vizsgálatakor az ún "mindent vagy semmit" törvény.
E törvény szerint a küszöbingerek alatt nem okoznak gerjesztést ("semmi"), de küszöbingerek alatt a gerjesztés azonnal maximális értéket ("összes") kap, és az inger további erősítésével már nem növekszik.
Ezt a mintát először Bowditch fedezte fel a szív tanulmányozása során, majd később más izgató szövetekben is megerősítették. A „mindent vagy semmit” törvényt sokáig helytelenül értelmezték az ingerlékeny szövetek reakciójának általános elveként. Feltételezték, hogy a „semmi” a küszöb alatti ingerre adott válasz teljes hiányát jelenti, és a „mindent” az ingerelhető szubsztrát potenciális képességeinek teljes kimerülésének megnyilvánulásának tekintették. További vizsgálatok, különösen a mikroelektródos vizsgálatok kimutatták, hogy ez az álláspont nem igaz. Kiderült, hogy a küszöb alatti erőknél lokális, nem terjedő gerjesztés (lokális válasz) lép fel. Ugyanakkor kiderült, hogy a „minden” sem jellemzi azt a maximumot, amit a PD elérhet. Egy élő sejtben vannak olyan folyamatok, amelyek aktívan leállítják a membrán depolarizációját. Ha a bejövő Na-áramot, amely biztosítja az AP keletkezését, gyengíti az idegrostokra gyakorolt hatás, például gyógyszerek, mérgek, akkor nem engedelmeskedik a „mindent vagy semmit” szabálynak - amplitúdója fokozatosan függ az inger erőssége. Ezért a „mindent vagy semmit” ma már nem tekintik az ingerlhető szubsztrát ingerre adott válaszának univerzális törvényének, hanem csak szabályként, amely az AP előfordulásának jellemzőit jellemzi adott specifikus körülmények között.
Az ingerlékenység fogalma. Az ingerlékenység változásai izgatott állapotban. Az ingerlékenység paraméterei.
Az ingerlékenység egy ideg- vagy izomsejt azon képessége, hogy PD generálásával reagáljon a stimulációra. Az ingerlékenység fő mértéke általában a reobázis. Minél alacsonyabb, annál nagyobb az ingerlékenység, és fordítva. Ez annak a ténynek köszönhető, hogy amint korábban említettük, a gerjesztés előfordulásának fő feltétele az MF (Eo) kritikus depolarizációs szintjének elérése.<= Ек). Поэтому мерилом возбудимости является разница между этими величинами (Ео - Ек). Чем меньше эта разница, тем меньшую силу надо приложить к клетке, чтобы сдвинуть мембранный потенциал до критического уровня, и, следовательно, тем больше возбудимость клетки.
Pflueger azt is kimutatta, hogy az ingerlékenység változó mennyiség. A katód növeli a gerjeszthetőséget, az anód csökkenti. Emlékezzünk vissza, hogy az elektródák alatti ingerlékenység ezen változásait elektrotóniásnak nevezzük. Az orosz tudós, Verigo kimutatta, hogy a szövetet érő egyenáram hosszan tartó expozíciója vagy erős ingerek hatására ezek az elektrotóniás ingerlékenységi változások torzulnak - a katód alatt az ingerlékenység kezdeti növekedését annak csökkenése váltja fel (az ún. katódos depresszió alakul ki), és az anód alatt fokozatosan növekszik a csökkent ingerlékenység . Az egyenáram pólusain bekövetkező ingerlékenység változásának oka az a tény, hogy az Ek értéke az inger hosszan tartó expozíciójával változik. A katód alatt (és a gerjesztés során) az Ek fokozatosan eltávolodik az MP-től és csökken, így eljön az a pillanat, amikor az E0-Ek különbség nagyobb lesz, mint a kezdeti. Ez a szövetek ingerlékenységének csökkenéséhez vezet. Éppen ellenkezőleg, az anód alatt az Ek növekszik, fokozatosan megközelítve az Eo-t. Ebben az esetben az ingerlékenység növekszik, mivel az Eo és Ek közötti kezdeti különbség csökken.
A katód alatti depolarizáció kritikus szintjének változásának oka a nátrium permeabilitás inaktiválása a membrán elhúzódó depolarizációja miatt. Ezzel párhuzamosan a K-ra való permeabilitás is jelentősen megnő, ami ahhoz vezet, hogy a sejtmembrán elveszti az irritáló ingerekre való reagáló képességét. Ugyanezek a membrán változásai állnak az akkomodáció már tárgyalt jelenségének hátterében. Az anód alatt áram hatására az inaktiválási jelenségek csökkennek.
Az ingerlékenység változásai izgatott állapotban. Az AP előfordulását egy ideg- vagy izomrostban az ingerlékenység többfázisú változásai kísérik. Tanulmányozásukhoz egy ideget vagy izmot két rövid elektromos ingernek tesznek ki, amelyek bizonyos időközönként követik egymást. Az elsőt idegesítőnek, a másodikat tesztelésnek nevezik. Az ezekre az irritációkra válaszul fellépő PD-k regisztrálása fontos tények megállapítását tette lehetővé.
 |
5. ábra Az ingerlékenység változásai izgalom során.
Megnevezések: 1- fokozott ingerlékenység helyi reakció során; 2 – abszolút tűzállóság; 3- relatív tűzállóság; 4- szupernormális ingerlékenység nyomdepolarizáció során; 5 – szubnormális ingerlékenység nyomhiperpolarizáció során.
A lokális válasz során az ingerlékenység fokozódik, mivel a membrán depolarizálódik, és csökken az E0 és Ek közötti különbség. Az akciós potenciál csúcsának előfordulási és fejlődési periódusa az ingerlékenység teljes eltűnésének felel meg, amelyet abszolút refrakteritásnak (impresszihetetlenségnek) neveznek. Jelenleg a tesztelési inger nem képes új PD-t előidézni, bármilyen erős is ez az irritáció. Az abszolút refrakteritás időtartama megközelítőleg egybeesik az AP felszálló ágának időtartamával. Gyorsan vezető idegrostokban 0,4-0,7 ms. A szívizom rostjaiban - 250-300 ms. Az abszolút refraktioritást követően megkezdődik a relatív tűzállóság fázisa, amely 4-8 ms-ig tart. Egybeesik az AP repolarizációs fázisával. Ekkor az ingerlékenység fokozatosan visszatér eredeti szintjére. Ebben az időszakban az idegrost képes reagálni az erős stimulációra, de az akciós potenciál amplitúdója élesen csökken.
A Hodgkin-Huxley ionelmélet szerint az abszolút refraktorit először a maximális nátrium-permeabilitás jelenléte okozza, amikor egy új inger nem tud semmit megváltoztatni vagy hozzáadni, majd a nátrium-inaktiváció kialakulása, amely bezárja a Na-csatornákat. Ezt követi a nátrium-inaktiváció csökkenése, melynek eredményeként fokozatosan helyreáll a rost AP-generáló képessége. Ez a relatív tűzállóság állapota.
A relatív refrakter fázist felváltja a fokozott (szupernormális) ingerlékenység fázisa És, amely időben egybeesik a nyomdepolarizáció időszakával. Ebben az időben az Eo és az Ek közötti különbség kisebb, mint az eredeti. A melegvérű állatok motoros idegrostjaiban a szupernormális fázis időtartama 12-30 ms.
A fokozott ingerlékenység időszakát szubnormális fázis váltja fel, amely egybeesik a nyomnyi hiperpolarizációval. Ekkor a membránpotenciál (Eo) és a depolarizáció kritikus szintje (Ek) közötti különbség nő. Ennek a fázisnak az időtartama több tíz vagy több száz ms.
Labibilitás. Megvizsgáltuk az ideg- és izomrostokban egyetlen gerjesztési hullám előfordulásának és terjedésének alapvető mechanizmusait. Egy organizmus létezésének természetes körülményei között azonban nem egyedi, hanem ritmikus akciós potenciálok röpködnek az idegrostokon. Bármely szövetben elhelyezkedő érzékeny idegvégződésekben ritmikus impulzuskisülések keletkeznek és terjednek a belőlük kinyúló afferens idegrostok mentén, még nagyon rövid ideig tartó stimuláció esetén is. Hasonlóképpen, a központi idegrendszerből az efferens idegek mentén impulzusok áramlanak a perifériára a végrehajtó szervek felé. Ha a végrehajtó szerv a vázizmok, akkor bennük az ideg mentén érkező impulzusok ritmusában a gerjesztés felvillanása következik be.
Az impulzuskisülések gyakorisága az ingerelhető szövetekben tág határok között változhat az alkalmazott stimuláció erősségétől, a szövet tulajdonságaitól és állapotától, valamint az egyes gerjesztési aktusok ütemétől függően ritmikus sorozatban. Ennek a sebességnek a jellemzésére megfogalmazták a labilitás fogalmát. A labilitás vagy a funkcionális mobilitás alatt a gerjesztést kísérő elemi reakciók előfordulásának kisebb vagy nagyobb arányát értette. A labilitás mértéke az akciós potenciálok legnagyobb száma, amelyet egy gerjeszthető szubsztrát egységnyi idő alatt képes reprodukálni az alkalmazott stimuláció gyakoriságának megfelelően.
Kezdetben azt feltételezték, hogy az impulzusok közötti minimális intervallumnak egy ritmikus sorozatban meg kell felelnie az abszolút refrakter periódus időtartamának. Pontos vizsgálatok azonban kimutatták, hogy ilyen intervallumú ingerismétlési gyakoriság mellett csak két impulzus keletkezik, a harmadik pedig kiesik a kialakuló depresszió miatt. Ezért az impulzusok közötti intervallumnak valamivel nagyobbnak kell lennie, mint az abszolút tűzálló periódus. A melegvérű állatok motoros idegsejtjeiben a refrakter periódus körülbelül 0,4 msec, a potenciális maximális ritmus pedig 2500/sec, de valójában körülbelül 1000/sec. Hangsúlyozni kell, hogy ez a frekvencia jelentősen meghaladja az ezeken a rostokon fiziológiás körülmények között áthaladó impulzusok frekvenciáját. Ez utóbbi kb 100/sec.
A helyzet az, hogy általában természetes körülmények között a szövet az úgynevezett optimális ritmussal működik. Az impulzusok ilyen ritmusú továbbításához nincs szükség nagy stimulációra. Tanulmányok kimutatták, hogy az ingerlés frekvenciája és az ilyen frekvenciájú idegimpulzusokat kiváltani képes áram reobázisa sajátos összefüggésben van: a reobázis az impulzusok frekvenciájának növekedésével először leesik, majd ismét nő. Idegek számára az optimális 75-150 impulzus/sec, az izmok esetében 20-50 impulzus/sec. Ez a ritmus, másokkal ellentétben, nagyon kitartóan és hosszú ideig reprodukálható izgató képződmények által.
Így most a szöveti ingerlékenység minden fő paraméterét meg tudjuk nevezni, amelyek tulajdonságait jellemzik: reobázis, hasznos idő (kronaxia), kritikus meredekség, labilitás. Az utolsó kivételével mindegyik fordítottan arányos kapcsolatban van az ingerlékenységgel.
A "parabiózis" fogalma. A labilitás változó érték. Változhat az ideg vagy izom állapotától függően, a rájuk eső irritációk erősségétől és időtartamától, a fáradtság mértékétől stb. Első alkalommal vizsgáltam az ideg labilitásának változását, amikor először kémiai, majd elektromos ingereknek van kitéve. Felfedezte egy kémiai anyag (ammónia) hatására megváltozott idegszakasz labilitásának természetes csökkenését, ezt a jelenséget „parabiózisnak” nevezte, és megvizsgálta annak mintázatait. A parabiózis visszafordítható állapot, amely azonban az azt okozó ágens hatásának elmélyülésével visszafordíthatatlanná válhat.
Vvedensky a parabiózist a tartós, ingadozatlan gerjesztés különleges állapotának tekintette, mintha az idegrost egyik szakaszában megfagyott volna. Valójában a parabiotikus hely negatív töltésű. Vvedensky ezt a jelenséget az idegközpontokban a gerjesztés és a gátlás közötti átmenet prototípusának tekintette. Véleménye szerint a parabiózis egy idegsejt túlzott vagy túl gyakori stimuláció általi túlzott gerjesztésének eredménye.
A parabiosis kialakulása három szakaszban történik: kiegyenlítő, paradox és gátló. Kezdetben az akkomodáció csökkenése miatt az alacsony frekvenciájú egyedi áramimpulzusok, feltéve, hogy elég erősek, már nem 1 impulzust adnak, hanem 2, 3 vagy akár 4 impulzust. Ezzel egyidejűleg nő az ingerlékenység küszöbe, és a a gerjesztés maximális ritmusa fokozatosan csökken. Ennek eredményeként az ideg mind az alacsony, mind a magas frekvenciájú impulzusokra azonos kisülési gyakorisággal kezd reagálni, ami a legközelebb áll az ideg optimális ritmusához. Ez a parabiózis kiegyenlítő fázisa. A folyamat fejlődésének következő szakaszában, a stimuláció küszöbintenzitásának tartományában még megmarad az optimálishoz közeli ritmus reprodukciója, és a szövet vagy egyáltalán nem reagál a gyakori impulzusokra, vagy nagyon ritka hullámokkal reagál. a gerjesztéstől. Ez egy paradox szakasz.
Ekkor csökken a rost ritmikus hullámtevékenységre való képessége, csökken az AP amplitúdója is, növekszik az időtartama.Bármilyen külső hatás erősíti az idegrost gátlási állapotát és egyben gátolja önmagát. Ez a parabiózis utolsó, gátló fázisa.
Jelenleg a leírt jelenséget a membránelmélet szemszögéből a nátrium-permeabilitás növelésének mechanizmusának megsértésével és az elhúzódó nátriuminaktiváció megjelenésével magyarázzák. Ennek eredményeként a Na csatornák zárva maradnak, felhalmozódik a sejtben és a membrán külső felülete hosszú ideig megtartja a negatív töltést. Ez megakadályozza az újabb irritációt a tűzálló időszak meghosszabbításával. Amikor egy parabiózis helyéhez közelítünk gyakran egymást követő AP-kkal, az idegimpulzust kísérő inaktivációhoz hozzáadódik a módosító szer okozta nátrium-permeabilitás inaktiválása. Ennek eredményeként az ingerlékenység annyira lecsökken, hogy a következő impulzus vezetése teljesen blokkolva van.
Anyagcsere és energia izgalom közben. Amikor az idegsejtekben és az izomrostokban gerjesztés lép fel, az anyagcsere fokozódik. Ez egyrészt a sejtek membránjában és protoplazmájában fellépő számos biokémiai változásban, másrészt hőtermelésük fokozódásában nyilvánul meg. Megállapították, hogy izgatottság esetén a következők fordulnak elő: az energiadús vegyületek - ATP és kreatin-foszfát (CP) - fokozott lebomlása a sejtekben, fokozott szénhidrátok, fehérjék és lipidek lebontási és szintézise, fokozott oxidációs folyamatok, amelyek kombinációban vezetnek. glikolízissel az ATP és a CP újraszintéziséhez, az acetilkolin és a noradrenalin szintéziséhez és elpusztításához, más mediátorokhoz, az RNS és a fehérjék fokozott szintéziséhez. Mindezek a folyamatok a legkifejezettebbek a membrán állapotának PD utáni helyreállítási időszakában.
Az idegekben és az izmokban a gerjesztés minden hullámát két hőrész felszabadulása kíséri, amelyek közül az elsőt kezdeti, a másodikat pedig késleltetett hőnek nevezik. A kezdeti hőtermelés a gerjesztés pillanatában történik, és a teljes hőtermelés elenyésző részét (2-10%) teszi ki a gerjesztés során. Feltételezzük, hogy ez a hő azokhoz a fizikai-kémiai folyamatokhoz kapcsolódik, amelyek a PD keletkezésének pillanatában alakulnak ki. A késleltetett hőképződés hosszabb időn keresztül, sok percig tart. Azokhoz a kémiai folyamatokhoz kapcsolódik, amelyek a szövetben a gerjesztési hullámot követően mennek végbe, és Ukhtomsky figuratív kifejezésével „a gerjesztés üstökösének metabolikus farkát” alkotják.
Stimuláció végrehajtása. Az idegrostok osztályozása.
Amint egy ideg- vagy izomrost bármely pontján AP lép fel, és ez a terület negatív töltést kap, elektromos áram keletkezik a rost gerjesztett és szomszédos nyugalmi szakaszai között. Ebben az esetben a membrán gerjesztett szakasza egyenáramú katódként hat a szomszédos szakaszokra, depolarizációt okozva és helyi választ generál. Ha a lokális válasz nagysága meghaladja a membrán Ec értékét, PD lép fel. Ennek eredményeként a membrán külső felülete negatív töltésű lesz az új területen. Ily módon a gerjesztő hullám a teljes szál mentén körülbelül 0,5-3 m/sec sebességgel terjed.
A gerjesztés vezetésének törvényei az idegek mentén.
1. A fiziológiai folytonosság törvénye. Vágás, lekötés, valamint minden más olyan hatás, amely megzavarja a membrán integritását (fiziológiai és nem csak anatómiai), nem vezetőképességet eredményez. Ugyanez történik a termikus és kémiai hatásokkal.
2. A kétoldali vezetés törvénye. Ha irritációt alkalmaznak egy idegroston, a gerjesztés mindkét irányban (a membrán felülete mentén - minden irányban) azonos sebességgel terjed. Ezt Babukhin és a hozzá hasonlók tapasztalata bizonyítja.
3. Az izolált vezetés törvénye. Egy idegben az impulzusok az egyes rostok mentén elszigetelten terjednek, vagyis nem jutnak át egyik rostból a másikba. Ez nagyon fontos, mivel biztosítja az impulzus pontos címzését. Ez annak köszönhető, hogy a myelin- és Schwann-hüvelyek, valamint az intercelluláris folyadék elektromos ellenállása sokkal nagyobb, mint az idegrost-membrán ellenállása.
A nem pulpális és pulpális idegrostokban a gerjesztés mechanizmusa és sebessége eltérő. A pép nélküli gerjesztés a teljes membrán mentén folyamatosan kiterjed az egyik gerjesztett területtől a közelben található másikig, amint azt már tárgyaltuk.
A myelin rostokban a gerjesztés csak görcsösen terjed, a mielinhüvellyel borított területeken átugorva (sózó). Az akciós potenciál ezekben a rostokban csak a Ranvier csomópontjainál jelentkezik. Nyugalomban a Ranvier összes csomópontjának gerjeszthető membránjának külső felülete pozitív töltésű. A gerjesztés pillanatában az első elfogás felülete negatív töltésű lesz a szomszédos második elfogáshoz képest. Ez helyi elektromos áram kialakulásához vezet, amely a szálat körülvevő intercelluláris folyadékon, membránon és axoplazmán keresztül áramlik a 2-es elfogástól az 1-ig. A 2-es elfogáson keresztül kilépő áram gerjeszti, ami a membrán feltöltődését idézi elő. Most ez a terület izgathatja a következőt stb.
Az AP interceptuális terület feletti átugrása azért lehetséges, mert az AP amplitúdója 5-6-szor nagyobb, mint a nem csak a következő, hanem 3-5 elfogás gerjesztéséhez szükséges küszöbérték. Ezért a rost mikrokárosodása az interceptor területeken vagy egynél több elfogásnál nem akadályozza meg az idegrost működését mindaddig, amíg a regenerációs jelenségek 3 vagy több szomszédos Schwann-sejtet érintenek.
A gerjesztés egyik intercepcióról a másikra való átviteléhez szükséges idő különböző átmérőjű szálak esetén azonos, és 0,07 ms. Mivel azonban az intersticiális szakaszok hossza eltérő és arányos a rost átmérőjével, a myelinizált idegekben az idegimpulzusok sebessége egyenesen arányos átmérőjükkel.
Az idegrostok osztályozása. Egy egész ideg elektromos válasza az egyes idegrostok PD-jének algebrai összege. Ezért egyrészt az egész ideg elektromos impulzusainak amplitúdója függ az inger erősségétől (ahogy nő, egyre több rost vesz részt), másrészt az ideg teljes akciós potenciálja felosztható. több különálló rezgésbe, aminek oka az impulzusvezetés egyenlőtlen sebessége az egész ideget alkotó különböző rostok mentén.
Jelenleg az idegrostokat általában három fő típusra osztják a gerjesztés sebessége, a különböző cselekvési fázisok időtartama és szerkezete alapján.
Az A típusú rostok alcsoportokra oszthatók (alfa, béta, gamma, delta). Mielinhüvellyel vannak borítva. Vezetési sebességük a legnagyobb - 70-120 m/sec. Ezek a gerincvelő motoros neuronjaiból származó motoros rostok. A fennmaradó A típusú szálak érzékenyek.
A B típusú rostok myelinizáltak, túlnyomórészt preganglionálisak. Vezetési sebesség - 3-18 m/sec.
A C típusú szálak pépmentesek, nagyon kis átmérőjűek (2 mikron). A vezetési sebesség nem haladja meg a 3 m/sec-et. Ezek leggyakrabban a szimpatikus idegrendszer posztganglionális rostjai.
ÁLTALÁNOS ÉLETTAN
KÖZPONTI IDEGRENDSZER
A központi idegrendszer (CNS) fiziológiája az élettan legösszetettebb, de egyben legfelelősebb fejezete, hiszen a magasabb rendű emlősökben és az emberekben az idegrendszer látja el azt a funkciót, hogy a testrészeket összekapcsolja egymással, kapcsolat és integráció egyrészt, másrészt a környezeti tényezők és a szervezet tevékenységének egyes megnyilvánulásai közötti funkciókapcsolatok. A modern tudomány sikerei az idegrendszer teljes komplexitásának megfejtésében a működésének egyetlen mechanizmusának - a reflex - felismerésén alapulnak.
A reflexek a test minden olyan tevékenysége, amely a receptorok irritációjára reagál, és a központi idegrendszer részvételével történik. A reflex ötletét először Descartes fogalmazta meg, és Sechenov, Pavlov és Anokhin fejlesztette ki. Minden reflex az idegrendszer bizonyos szerkezeti képződményeinek aktivitásának köszönhetően valósul meg. Mielőtt azonban elemeznénk a reflexív szerkezeti jellemzőit, meg kell ismerkednünk az idegrendszer funkcionális egységének - az idegsejtnek, a neuronnak - felépítésével és tulajdonságaival.
A neuron felépítése és funkciói. Ramon y Cajal még a múlt században felfedezte, hogy minden idegsejtnek van teste (szóma) és folyamatai, amelyek szerkezeti jellemzőik és működésük szerint dendritekre és axonokra oszlanak. Egy neuronnak mindig csak egy axonja van, de sok dendrit is lehet. 1907-ben Sherrington leírta a neuronok egymás közötti kölcsönhatását, és bevezette a szinapszis fogalmát. Miután Ramon y Cajal kimutatta, hogy a dendritek érzékelik a stimulációt, és az axon impulzusokat küld, kialakult az az elképzelés, hogy a neuron fő funkciója az észlelés. információ feldolgozása és küldése egy másik idegsejtnek vagy egy működő szervnek (izom, mirigy).
A neuronok szerkezete és mérete nagyon eltérő. Átmérőjük 4 mikrontól (agyi szemcsesejtek) 130 mikronig (Betz óriás piramissejtek) terjedhet. A neuronok alakja is változatos.
Az idegsejtek nagyon nagy magvakkal rendelkeznek, amelyek funkcionálisan és szerkezetileg kapcsolódnak a sejtmembránhoz. Egyes neuronok többmagvúak, például a hipotalamusz neuroszekréciós sejtjei vagy az idegsejtek regenerációja során. A korai posztnatális időszakban az idegsejtek osztódhatnak.
A neuron citoplazmájában az ún A Nissl-anyag az endoplazmatikus retikulum riboszómákban gazdag szemcséje. Nagyon sok van a mag körül. A sejtmembrán alatt az endoplazmatikus retikulum ciszternákat képez, amelyek felelősek a membrán alatti K+-koncentráció fenntartásáért. A riboszómák óriási fehérjegyárak. Az idegsejt teljes fehérjéje 3 nap alatt megújul, és még gyorsabban, ha az idegsejt funkciója megnövekszik. Az agranuláris retikulumot a Golgi apparátus képviseli, amely úgy tűnik, belülről veszi körül az egész idegsejtet. Különféle enzimeket tartalmazó lizoszómákat és vezikulumokat tartalmaz mediátor granulátummal. A Golgi-készülék aktívan részt vesz a vezikulák képződésében a mediátorral.
Mind a sejttestben, mind a folyamatokban számos mitokondrium, a sejt energia állomása található. Ezek olyan mozgékony organellumok, amelyek az aktomiozin hatására eljuthatnak oda, ahol a sejtben energiára van szükség a tevékenységéhez.
A szív normál szabályos összehúzódását a szívizomsejtek membránpotenciáljának ciklikus változásai kísérik. Az intracelluláris mikroelektródák használata lehetővé teszi a membránpotenciál változásainak közvetlen meghatározását; amint azt kimutatták, amikor a gerjesztés az egész szívben terjed, amplitúdójuk és fejlődésük idővel változik. A mikroelektródos technológia során vékony üvegkapillárist juttatnak a sejtbe, amely lehetővé teszi a membránpotenciál, vagyis az intracelluláris környezet és az extracelluláris folyadék közötti potenciálkülönbség közvetlen rögzítését hosszú időn keresztül. Mikromanipulátor segítségével a mikroelektródát addig tolják előre, amíg a hegye (általában 1 μm-nél kisebb átmérőjű) át nem halad a sejtmembránon. Abban a pillanatban, amikor a mikroelektróda hegye a sejt külső felületéről befelé halad, hirtelen negatív potenciálkülönbség kerül rögzítésre, figyelembe véve az extracelluláris folyadékban elhelyezett semleges elektródához való viszonyt (3.1. ábra). A mikroelektródos vizsgálatokat általában izolált szívizomrostkötegeken végzik, amelyeket kamrába helyeznek és meleg oxigénes oldattal perfundálnak. Az ilyen készítményekben az akciós potenciálok indukálhatók rövid áramimpulzusok átvezetésével a szál felületén található elektródákon (lásd a 3.1. ábrát). Kiváltott akciós potenciálok hiányában azonban a legtöbb szívizomsejt belseje (kivéve a sinus- és atrioventricularis csomósejteket, amelyekről az alábbiakban külön lesz szó) az extracelluláris térhez képest negatív töltésű (80-90 mV) marad. Ezt a transzmembrán potenciált, amely elektromos gerjesztés hiányában figyelhető meg, nyugalmi potenciálnak nevezzük.
Rizs. 3.1. Nyugalmi potenciál és akciós potenciál a szívsejtekben. Fent egy cella (kör) és két mikroelektróda sematikus ábrázolása látható. A fragmens - mindkét mikroelektród az extracelluláris térben található, és nincs potenciál különbség közöttük; B - egy mikroelektróda hegyét behelyezzük a sejtbe, amely lehetővé teszi a sejt belső tere és az extracelluláris környezet közötti potenciálkülönbség rögzítését; ebben az esetben -90 mV nyugalmi potenciálról van szó; C - az akciós potenciál gyors depolarizációjának fázisa, amely akkor következik be, amikor a sejtet gerjesztik; az akciós potenciál csúcsán a sejt + 30 mV-tal pozitívabbá válik a külső környezethez képest; D - a repolarizáció végső fázisa, közben amelyet a membránpotenciál visszatér a nyugalmi szintre (E töredék) .
Sok más ingerelhető sejthez hasonlóan a szívsejtek nyugalmi potenciálját elsősorban a sejtmembránhoz viszonyított káliumion koncentráció gradiens határozza meg, míg a gyors potenciálváltozás a gerjesztés kezdetekor a nátriumion koncentráció gradiensétől függ. A koncentráció gradiensek ellenkező irányúak. A káliumionok intracelluláris koncentrációja [K+] körülbelül 30-szor magasabb, mint az extracelluláris [K+]o. Például a Purkinje rostokban a [K+]i és [K+]o általában 140-150 mM, illetve 4-5 mM. A nátriumionok intracelluláris koncentrációja, i, ezzel szemben lényegesen alacsonyabb, mint az extracelluláris koncentráció, o; a Purkinje rostokban az i és o 10 mM, illetve 150 mM. Minden akciós potenciál során kis számú nátriumion lép be a sejtbe, és kis számú káliumion lép ki a sejtből. Amint később látni fogjuk, a sejtek normál elektromos aktivitása a Na + és K + ilyen magas gradienseinek meglététől függ, és az ilyen gradiensek hosszú távú fenntartása az aktív iontranszport mechanizmusától, az úgynevezett nátriumpumpától függ. Ez a mechanizmus jól tanulmányozott; Ismeretes, hogy a pumpa egy Mg2+-ATPáz (adenozin-trifoszfatáz), amely a sejtmembránban található, és az ATP (adenozin-trifoszfát) energiáját használja fel a nátriumionok sejten kívülre, a káliumionok sejten belüli mozgatására. Az ionok ilyen mozgása természetesen plusz energiafelhasználással jár, mivel ez természetesen mind a kálium, mind a nátrium esetében gátolt (azaz elektrokémiai potenciáljuk megfelelő gradienseivel szemben). A két irányban (a pumpa hatására) mozgó ionok áramlása azonban látszólag nem egyenlő: minden egyes sejtbe bekerülő káliumion után egynél több nátriumion távozik a sejten kívül. Így a nátriumpumpa biztosítja a pozitív töltés egyértelmű mozgását kifelé, vagy más szóval a generált áram egy bizonyos irányát a sejtmembránon keresztül. A keletkező áram általában nagyon kicsi, de bizonyos körülmények között jelentősen hozzájárulhat a membránpotenciál változásához, amint azt alább ismertetjük.
Nyugalmi potenciál
Rizs. 3.2. A nyugalmi potenciált elősegítő ionok eloszlása.
A tipikus ionkoncentrációk a sejten belül és kívül láthatók. Nyugalomban a sejtmembrán jól áteresztő a K+ ionok számára, de gyengén permeábilis a Na+ ionok számára és impermeábilis a nagy anionok számára (A–). A Cl– permeabilitása is viszonylag alacsony, és a Cl– ionok eloszlását nagy valószínűséggel az átlagos membránpotenciál határozza meg.
Mint már említettük, a nyugalmi potenciál nagyságát elsősorban a káliumionok koncentráció-gradiense határozza meg. Ennek az az oka, hogy nyugalmi állapotban a sejtmembrán viszonylag áteresztő a káliumionok számára, de viszonylag át nem eresztő más ionok, például nátrium, kalcium vagy klór számára. A koncentrációgradiens miatt a káliumionok hajlamosak a membránon keresztül kidiffundálni a sejtből. Az elektroneutralitást nem lehet fenntartani a sejtanionok kifelé irányuló mozgásával, mivel ezek az anionok elsősorban nagy polivalens ionok (gyakran sejtfehérjékhez kötődnek), amelyek számára a sejtmembrán áthatolhatatlan. Ezért a pozitív töltésű káliumionok kifelé mozgása negatív töltés megjelenéséhez vezet a sejten belül (3.2. ábra). Ha a sejtmembrán csak a káliumionok számára lenne áteresztő, akkor az utóbbi addig folytatná a kidiffundálást a sejtből, amíg megfelelő negatív töltés nem halmozódik fel benne, és az elektrosztatikus vonzás megakadályozza a kálium további egyértelmű mozgását kifelé. Ebben az esetben az elektromos tér befelé ható ereje pontosan egyenlő lesz a koncentrációgradienshez tartozó ellentétes (kifelé irányuló) erővel, és a káliumionok már nem mozognak egyértelműen kifelé: e két erő algebrai összege, az úgynevezett elektrokémiai potenciál gradiens, nulla lesz. Azt az intracelluláris potenciált, amelynél a káliumionok teljes passzív áramlása nulla, káliumion-egyensúlyi potenciálnak (EK) nevezzük; értékét a Nernst-egyenlet határozza meg:
Ahol R a gázállandó, T az abszolút hőmérséklet, F a Faraday-állandó, [K+]o és [K+]i az extracelluláris és az intracelluláris koncentrációk (pontosabban a koncentrációarány helyett az ionaktivitási arány). de ez a két arány közel azonos, ha a káliumionok belső és külső aktivitási együtthatói közel állnak egymáshoz). Például a Purkinje-szál EK-értéke 36 °C-on, amikor o 4 mM és [K+]i 150 mM,
EK= RT/F ln(4/150) = -96,6 mV.
A Nernst-egyenletből látható, hogy az EK 61,4 mV-tal változik, akár [K+]o, akár [K+]i, 10-szeres változásával. Ha a sejtmembrán csak a K+-ra lenne áteresztő, a sejt pontosan úgy viselkedne, mint egy káliumelektród, és intracelluláris potenciálja a [K+]i és [K+]o változásaival változna, pontosan összhangban a Nernst-egyenlettel. Valójában a nyugalmi Purkinje-rostok, valamint a pitvarok és a kamrák szívizomrostjainak membránpotenciálja logikailag jól közelíti a Nernst-egyenletet, ha a [K+]o 10 mM felett van. Alacsonyabb [K+]o értékeknél azonban ezeknek a sejteknek a nyugalmi potenciálja kevésbé negatív, mint a kálium egyensúlyi potenciál, és ez az eltérés a [K+]o csökkenésével nő. Például a Purkinje-szálak nyugalmi potenciálja egy 4 mM K+-t tartalmazó oldatban több millivolttal kevésbé negatív, mint a fent becsült Ek. Ennek az az oka, hogy a sejtmembrán nem kizárólagosan permeábilis a K+ számára, amint azt fentebb feltételeztük; A Na+-ionok is behatolnak rajta (bár sokkal rosszabbul). Mivel mind az elektromos, mind a koncentráció gradiens kedvez a Na4 befelé irányuló mozgásának, kismértékű befelé depolarizáló ionáram folyik át a sejtmembránon. Az e Na+ fluxus által okozott depolarizáció elhanyagolható magas [K+]o-nál, és ebből adódóan a kálium nagy membránvezetőképessége, de alacsony [K+]o-nál szignifikánssá válik, mivel ilyen körülmények között a membránon átáramló K+ fluxusok is jelentősen csökkennek.
A Na+ depolarizáló hatását a legkényelmesebben Goldman vagy Hodgkin és Katz „állandó tér” egyenletével jelöljük a K+-ra és Na+-ra egyaránt áteresztő sejt nyugalmi potenciáljára (Vr).
Ahol PNA/PK a nátrium és kálium sejtmembrán-permeabilitási együtthatóinak aránya. Kimutatták, hogy ez az egyenlet meglehetősen pontos számításokat tesz lehetővé a vázizomrostokban és a Purkinje-rostokban (szívizomban) a [K+]o értékek szélesebb tartományában, mint a Nernst-formulával végzett számítások, ha a PNA/PK állandó és körülbelül 1/100. Mivel a [K+]i általában jóval nagyobb, mint i, ebben a permeabilitási együtthatók arányában a nevező második tagja meglehetősen kicsi és elhanyagolható, ami lehetővé teszi az egyenlet következő átírását:
Vagy ha o értéket vesszük 150 mM-nak, akkor
Ebből az egyenletből azonnal kiderül, hogy a nyugalmi potenciál (Vr) csak 1,5 mM-nál szignifikánsan nagyobb [K+]o-nál van közel a kálium egyensúlyi potenciáljához (EK); alacsony [K+]o értéknél a számláló második tagja kezd fontos szerepet játszani. Például 1,5 mM [K+]0 értéknél a Vr 61,4 log (3/1,5) = 61,4 log 2 értékkel, vagyis körülbelül 18 mV-tal kevésbé lesz negatív, mint az EK. Megjegyzendő, hogy az eddigi megbeszéléseket csak a membrán nátrium- és káliumionok relatív permeabilitása tekintetében folytatták le, anélkül, hogy figyelembe vették volna a permeabilitási együtthatók abszolút értékét. Amint a Goldman egyenletből, valamint Hodgkin és Katz egyenletéből következik, a nyugalmi potenciál az ionok permeabilitási arányára érzékeny, és nem magukra a permeabilitási értékekre. Például még ha a Na+-ionok permeabilitása nagyon nagy is lenne, a nyugalmi potenciált főként a K+-ionok koncentráció-gradiense határozná meg mindaddig, amíg a membrán K+-permeabilitása sokkal magasabb marad, mint a Na+-é. Azokat a membráncsatornákat, amelyeken a K+-ionok áthaladnak, és káliumáramokat hoznak létre, amelyek meghatározzák a nyugalmi membránpotenciált, befelé irányuló K-csatornáknak nevezzük. Az ezeken a csatornákon áthaladó káliumáramlás térfogata egyértelműen függ a K+ elektrokémiai hajtóerejének nagyságától és irányától, amely egyenlő (Vm-EK), azaz a membránpotenciál (Vm) és a kálium egyensúlyi potenciálja közötti különbségtől. EK). Ezeket a csatornákat "befelé tartó csatornáknak" nevezik, mert nagy befelé irányuló K+ áramlások áthaladását teszik lehetővé magas és negatív Vm - EK értékekkel, de csak nagyon kis kifelé irányuló K+ áramlásokat engednek meg, ha a hajtóerő nagy és pozitív.
A nyugalmi potenciál szintjének változása a szívritmuszavarok és a vezetési zavarok fő oka, és már láthattuk, hogy bizonyos kóros állapotokban hogyan alakulnak ki ilyen változások. Például a szívbetegség a K+-ionok intracelluláris és/vagy extracelluláris koncentrációjának megváltozásához vezethet, ami viszont a nyugalmi membránpotenciál változását okozza. Más esetekben a sejtmembrán jellemzői úgy változhatnak, hogy a membrán Na+ vagy más ionok (pl. Ca2+) relatív permeabilitása megnő, ami a nyugalmi potenciál változását is okozza, ezeket a lehetőségeket az alábbiakban részletesebben tárgyaljuk.
Akciós potenciál depolarizációs fázisai
A szíven áthaladó elektromos impulzust, amely minden egyes összehúzódási ciklust kivált, akciós potenciálnak nevezzük; egy rövid távú depolarizációs hullámot képvisel, melynek során az egyes sejtekben az intracelluláris potenciál rövid időre pozitívvá válik, majd visszatér eredeti negatív szintjére. A normál szívakciós potenciál változásai az idő múlásával jellegzetes fejlődést mutatnak, amely az egyszerűség kedvéért a következő fázisokra oszlik: 0. fázis - a membrán kezdeti gyors depolarizációja; 1. fázis - gyors, de nem teljes repolarizáció; 2. fázis - „fennsík”, vagy elhúzódó depolarizáció, amely a szívsejtek akciós potenciáljára jellemző; 3. fázis - végső gyors repolarizáció; 4. fázis - diasztolés időszak.
Az akciós potenciál során az intracelluláris potenciál pozitívvá válik, mivel a gerjesztett membrán átmenetileg áteresztőbbé válik a Na+ számára (a K+-hoz képest), így a membránpotenciál egy ideig megközelíti a nátriumionok egyensúlyi potenciálját (ENa) - ENa meghatározható a Nernst-relációt használva; 150, illetve 10 mM extracelluláris és 10 mM intracelluláris Na+-koncentráció esetén:
A megnövekedett Na+ permeabilitás azonban csak rövid ideig tart, így a membránpotenciál nem éri el az ENa-t, és az akciós potenciál lejárta után visszatér a nyugalmi szintre.
A fenti permeabilitás-változások, amelyek az akciós potenciál depolarizációs fázisának kialakulását idézik elő, speciális membráncsatornák, vagyis pórusok megnyílása és záródása miatt következnek be, amelyeken a nátriumionok könnyen áthaladnak. Úgy gondolják, hogy a kapu szabályozza az egyes csatornák nyitását és zárását, amelyek legalább három konformációban létezhetnek - nyitott, zárt és inaktivált. Az egyik kapu, amely az "m" aktiválási változónak felel meg a Hodgkin-Huxley-féle leírásban a nátriumionáramokról a tintahal óriás axonmembránjában, gyorsan elmozdul, és kinyitja a csatornát, amikor a membrán hirtelen depolarizálódik egy inger hatására. A másik kapu, amely a Hodgkin-Huxley leírásban szereplő „h” inaktivációs változónak felel meg, lassabban mozog a depolarizáció során, funkciója a csatorna zárása (3.3. ábra). Mind a kapuk steady-state eloszlása a csatornarendszeren belül, mind az egyik pozícióból a másikba való átmenet sebessége a membránpotenciál szintjétől függ. Ezért az „időfüggő” és a „feszültségfüggő” kifejezéseket a membrán Na+ vezetőképességének leírására használják.
Ha a nyugalmi membrán hirtelen pozitív potenciálra depolarizálódik (például egy feszültségbilincses kísérletben), akkor az aktiválókapu gyorsan megváltoztatja helyzetét, hogy kinyitja a nátriumcsatornákat, majd az inaktiváló kapu lassan bezárja azokat (3.3. ábra). . A "lassú" szó itt azt jelenti, hogy az inaktiválás néhány milliszekundumot vesz igénybe, míg az aktiválás az ezredmásodperc töredéke alatt történik. A kapuk ezekben a pozíciókban maradnak mindaddig, amíg a membránpotenciál újra nem változik, és ahhoz, hogy minden kapu visszatérjen eredeti nyugalmi állapotába, a membránt teljesen újrapolarizálni kell egy magas negatív potenciálszintre. Ha a membrán csak alacsony negatív potenciálig van repolarizálva, akkor néhány inaktivációs kapu zárva marad, és csökken a rendelkezésre álló nátriumcsatornák maximális száma, amelyek a későbbi depolarizáció során megnyílhatnak. (A szívsejtek elektromos aktivitását, amelyekben a nátriumcsatornák teljesen inaktiválódnak, az alábbiakban tárgyaljuk.) A membrán teljes repolarizációja a normál akciós potenciál végén biztosítja, hogy minden kapu visszatér eredeti állapotába, és így készen áll a következő cselekvésre. lehetséges.
Rizs. 3.3. Membráncsatornák sematikus ábrázolása a befelé irányuló ionáramlásokhoz nyugalmi potenciálon, valamint aktiválás és inaktiváció során.
A bal oldalon a csatornaállapotok sorozata látható -90 mV normál nyugalmi potenciál mellett. Nyugalmi állapotban mind a Na+ csatorna (h), mind a lassú Ca2+/Na+ csatorna (f) inaktivációs kapuja nyitva van. A sejt gerjesztésekor az aktiválás során megnyílik a Na+ csatorna t-kapuja, és a bejövő Na+ ionok depolarizálják a sejtet, ami az akciós potenciál növekedéséhez vezet (grafikon lent). A h-kapu ekkor bezárul, így inaktiválja a Na+ vezetést. Az akciós potenciál emelkedésével a membránpotenciál meghaladja a lassú csatornapotenciál pozitívabb küszöbét; aktivációs kapujuk (d) kinyílik és a Ca2+ és Na+ ionok bejutnak a sejtbe, ami az akciós potenciál plató fázisának kialakulását idézi elő. A Ca2+/Na+ csatornákat inaktiváló f kapu sokkal lassabban zár, mint a Na csatornákat inaktiváló h kapu. A központi fragmentum a csatorna viselkedését mutatja, amikor a nyugalmi potenciál -60 mV alá csökken. A legtöbb Na-csatorna inaktiváló kapu zárva marad mindaddig, amíg a membrán depolarizálódik; A sejt stimulálásakor fellépő Na+ áramlás túl kicsi ahhoz, hogy akciós potenciál kialakulását idézze elő. A lassú csatornák inaktivációs kapuja (f) azonban nem zár be, és amint a jobb oldali töredéken látható, ha a cella kellően izgatott ahhoz, hogy a lassú csatornákat kinyissa, és a lassan bejövő ionáramlások áthaladjanak, a válaszként akciós potenciál lehetséges.
Rizs. 3.4. A szívsejtek gerjesztésének küszöbpotenciálja.
A bal oldalon a -90 mV nyugalmi potenciálszinten fellépő akciós potenciál látható; ez akkor fordul elő, ha a sejtet egy bejövő impulzus vagy valamilyen küszöb alatti inger gerjeszti, amely gyorsan csökkenti a membránpotenciált a -65 mV küszöbszint alá. A jobb oldalon két küszöb alatti és küszöbinger hatása látható. A küszöb alatti ingerek (a és b) nem csökkentik a membránpotenciált a küszöbszintre; ezért akciós potenciál nem lép fel. A küszöbinger (c) pontosan arra a küszöbszintre csökkenti a membránpotenciált, amelynél akciós potenciál lép fel.
Az akciós potenciál fellépésekor bekövetkező gyors depolarizációt a nyitott nátriumcsatornákon keresztül a sejtbe belépő nátriumionok erőteljes beáramlása okozza (amely megfelel elektrokémiai potenciálgradiensüknek). Mindenekelőtt azonban a nátriumcsatornákat hatékonyan meg kell nyitni, ami megköveteli a membrán kellően nagy területének gyors depolarizációját a szükséges szintre, amelyet küszöbpotenciálnak neveznek (3.4. ábra). Kísérletileg ez úgy érhető el, hogy külső forrásból áramot vezetünk át a membránon, és extracelluláris vagy intracelluláris stimuláló elektródát használunk. Természetes körülmények között ugyanezt a célt szolgálják a membránon közvetlenül a terjedő akciós potenciál előtt átfolyó helyi áramok. A küszöbpotenciálnál elegendő számú nátriumcsatorna van nyitva, amely biztosítja a bejövő nátriumáram szükséges amplitúdóját, és ennek következtében a membrán további depolarizációját; viszont a depolarizáció több csatorna megnyílását okozza, ami a bejövő ionok áramlásának növekedését eredményezi, így a depolarizációs folyamat regeneratívvá válik. A regeneratív depolarizáció (vagy akciós potenciál emelkedés) sebessége a bejövő nátriumáram erősségétől függ, amelyet viszont olyan tényezők határoznak meg, mint a Na + elektrokémiai potenciálgradiens nagysága és a rendelkezésre álló (vagy nem inaktivált) nátrium csatornák. A Purkinje-szálakban a maximális depolarizáció sebessége az akciós potenciál kialakulása során, amelyet dV/dtmax vagy Vmax-ként jelölünk, körülbelül eléri az 500 V/s-ot, és ha ezt a sebességet a depolarizációs fázisban -90 mV-tól +30 mV-ig tartjuk. , akkor a potenciálváltozás 120 mV lenne körülbelül 0,25 ms. A működő kamrai szívizom rostjainak maximális depolarizációs sebessége körülbelül 200 V/s, a pitvari izomrostoké 100-200 V/s. (Az akciós potenciál depolarizációs fázisa a sinus és az atrioventrikuláris csomópontok sejtjeiben jelentősen eltér az imént leírtaktól, és erről külön lesz szó; lásd alább.)
Az ilyen magas emelkedési ütemű akciós potenciálok (gyakran „gyors válaszoknak” nevezik) gyorsan terjednek a szívben. Az akciós potenciál terjedési sebességét (valamint a Vmax-ot) az azonos membránpermeabilitással és axiális ellenállás-jellemzőkkel rendelkező cellákban elsősorban az akciós potenciál emelkedési fázisában folyó befelé irányuló áram amplitúdója határozza meg. Ennek az az oka, hogy az akciós potenciál előtt közvetlenül a cellákon áthaladó lokális áramok nagyobb erejűek, gyorsabb potenciálemelkedés mellett, így ezekben a cellákban a membránpotenciál korábban éri el a küszöbszintet, mint a kisebb áramok esetén. nagyságrendű (lásd 3.4. ábra) . Természetesen ezek a lokális áramok a terjedő akciós potenciál elhaladása után azonnal átfolynak a sejtmembránon, de már nem képesek gerjeszteni a membránt annak tűzállósága miatt.
Rizs. 3.5. Normál akciós potenciálok és ingerek által kiváltott válaszok a repolarizáció különböző szakaszaiban.
A repolarizáció során kiváltott válaszok amplitúdója és sebességének növekedése a membránpotenciál szintjétől függ, amelyen ezek előfordulnak. A legkorábbi válaszok (a és b) olyan alacsony szinten jelentkeznek, hogy túl gyengék és nem tudnak terjedni (fokozatos vagy lokális válaszok). A "c" válasz a terjedő akciós potenciálok közül a legkorábbi, de terjedése lassú a sebesség enyhe növekedése és az alacsony amplitúdó miatt. A „d” válasz közvetlenül a teljes repolarizáció előtt jelenik meg, növekedési sebessége és amplitúdója nagyobb, mint a „c” válaszé, mivel magasabb membránpotenciálnál jelentkezik; terjedési sebessége azonban a normálnál lassabb lesz. A „d” válasz a teljes repolarizáció után figyelhető meg, ezért amplitúdója és depolarizációs sebessége normális; ezért gyorsan terjed. PP - nyugalmi potenciál.
A szívsejtek gerjesztése utáni hosszú refrakter periódus az akciós potenciál hosszú időtartamának és a nátriumcsatorna kapuzó mechanizmusának feszültségfüggésének köszönhető. Az akciós potenciál emelkedési fázisát több száz és több száz milliszekundumos periódus követi, amely alatt ismétlődő ingerre nincs regeneratív válasz (3.5. ábra). Ez az úgynevezett abszolút, vagy hatékony, tűzálló időszak; általában átíveli az akciós potenciál platóját (2. fázis). A fent leírtak szerint a nátriumcsatornák inaktiválódnak és zárva maradnak a tartós depolarizáció során. Az akciós potenciál repolarizációja során (3. fázis) az inaktiváció fokozatosan megszűnik, így a reaktiválódni képes csatornák aránya folyamatosan növekszik. Ezért a repolarizáció kezdetén az inger csak kis mennyiségű nátriumion-beáramlást válthat ki, de az ilyen beáramlás növekedni fog, ahogy az akciós potenciál tovább polarizálódik. Ha a nátriumcsatornák egy része nem gerjeszthető, a kiváltott befelé irányuló Na+ áramlás regeneratív depolarizációhoz és ezáltal akciós potenciálhoz vezethet. A depolarizáció sebessége, így az akciós potenciálok terjedési sebessége azonban jelentősen lecsökken (lásd 3.5. ábra), és csak a teljes repolarizáció után normalizálódik. Relatív refrakter periódusnak nevezzük azt az időt, amely alatt az ismétlődő inger ilyen „fokozatos” akciós potenciálokat képes előidézni. Az inaktiváció kiküszöbölésének feszültségfüggését Weidmann vizsgálta, aki megállapította, hogy az akciós potenciál növekedési sebessége és a potenciál kiváltásának lehetséges szintje S-alakú összefüggésben van, más néven membrán reaktivitási görbe.
A relatív refrakter periódus alatt kiváltott akciós potenciálok alacsony növekedési üteme lassú terjedésüket okozza; Az ilyen akciós potenciálok számos vezetési zavart okozhatnak, például késleltetést, csillapítást és blokkolást, sőt gerjesztési keringést is okozhatnak. Ezeket a jelenségeket a fejezet későbbi részében tárgyaljuk.
A normál szívsejtekben az akciós potenciál gyors növekedéséért felelős bejövő nátriumáramot egy második bejövő áram követi, amely kisebb és lassabb, mint a nátriumáram, amelyet elsősorban kalciumionok hordoznak. Ezt az áramot általában "lassú befelé irányuló áramnak" nevezik (bár ez csak a gyors nátriumáramhoz képest ilyen; más fontos változások, például a repolarizáció során észleltek, valószínűleg lassabbak); olyan csatornákon folyik keresztül, amelyeket idő- és feszültségfüggő vezetőképességi jellemzőik miatt „lassú csatornáknak” neveztek (lásd 3.3. ábra). Ennek a vezetőképességnek az aktiválási küszöbe (azaz amikor a d aktiválókapu nyitni kezd) -30 és -40 mV között van (hasonlítsd össze: -60 és -70 mV a nátrium vezetőképességével). A gyors nátriumáram okozta regeneratív depolarizáció általában a lassú bejövő áram vezetését aktiválja, így az akciós potenciál későbbi emelkedése során mindkét típusú csatornán áram folyik át. A Ca2+ áram azonban jóval kisebb, mint a maximális gyors Na+ áram, így az akciós potenciálhoz való hozzájárulása igen csekély, amíg a gyors Na+ áram kellőképpen inaktiválódik (vagyis a potenciál kezdeti gyors emelkedése után). Mivel a lassan bejövő áramot csak nagyon lassan lehet inaktiválni, ez elsősorban az akciós potenciál platófázisához járul hozzá. Így a plató szintje a depolarizáció felé tolódik el, amikor a Ca2+ elektrokémiai potenciálgradiense a [Ca2+]0 koncentrációjának növekedésével növekszik; a [Ca2+]0 csökkenése a platószint ellenkező irányú eltolódását okozza. Bizonyos esetekben azonban a kalciumáram is hozzájárulhat az akciós potenciál növekedési fázisához. Például a béka kamrai szívizomrostokban az akciós potenciál növekedési görbéje néha 0 mV körüli hajlítást mutat azon a ponton, ahol a kezdeti gyors depolarizáció lassabb depolarizációnak ad helyet, amely az akciós potenciál túllépéséig folytatódik. Kimutatták, hogy a lassabb depolarizáció mértéke és a túllövés mértéke növekszik a [Ca2+]0 növekedésével.
A membránpotenciáltól és időtől való eltérő függésük mellett ez a két vezetőképesség-típus farmakológiai jellemzőiben is különbözik. Így a gyors Na+-csatornákon áthaladó áramot a tetrodotoxin (TTX) csökkenti, míg a lassú Ca2+-áramot a TTX nem befolyásolja, hanem a katekolaminok fokozzák és a mangánionok gátolják, valamint egyes gyógyszerek, mint a verapamil és a D- 600. Nagyon valószínűnek tűnik (legalábbis a béka szívében), hogy az egyes szívverésekhez hozzájáruló fehérjék aktiválásához szükséges kalcium nagy része az akciós potenciál során a lassú befelé irányuló áramcsatornán keresztül jut be a sejtbe. Emlősökben a szívsejtek számára elérhető további Ca2+ forrás a szarkoplazmatikus retikulumban lévő tartalék.
Akciós potenciál repolarizációs fázisai
A Purkinje rostokban és a kamrai szívizom egyes rostjaiban rögzített akciós potenciálok rövid, gyors repolarizációs fázissal (1. fázis) rendelkeznek, közvetlenül a felemelkedési fázist követően (lásd 3.1. ábra). Ebben a fázisban a membránpotenciál átmenetileg visszatér a nulla közelébe, innentől kezdődik az akciós potenciál platófázisa, így e két fázis között időnként egyértelmű kanyar mutatkozik a görbében. Kimutatták (Purkinje-szálakban), hogy a gyors repolarizáció az áramkiáramlás átmeneti kitörésének köszönhető. Az akciós potenciál emelkedése során ez a kifelé irányuló áram pozitív potenciálra történő depolarizációval aktiválódik, majd az időfüggő folyamat és a repolarizáció is inaktiválja. Bár korábban azt hitték, hogy ezt a kimenő áramot elsősorban klórionok szállítják, ma már valószínűbbnek tűnik, hogy főként káliumionok és csak részben klórionok szállították.
Az akciós potenciál platófázisában, amely több száz ezredmásodpercig is eltarthat, a membrán repolarizációja sokkal lassabb, mivel a kimenő membránáram teljes mennyisége kicsi; a nátrium- és kalciumcsatornák nem teljes inaktiválásával fenntartott befelé irányuló áramokat megközelítőleg kiegyenlítik a kifelé irányuló membránáramok. Ezek közül legalább az egyik nagy valószínűséggel egy káliumáram, amely áthalad a csatornák kapuin, amelyek vezetőképessége időtől és potenciáltól függ. Vezetőképességük aktiválódása (csak lassú) a membránpotenciál plató szintjén figyelhető meg. A kimenő (repolarizáló) membránáramhoz ezen a potenciálszinten kis mértékben hozzájárul a kloridionok befelé irányuló mozgása, valamint a teljes kimenő Na+ áramot előállító Na-K pumpa aktivitása. Ahogy a teljes transzmembrán áram a platópotenciál szintjén (azaz a befelé és kifelé irányuló áramok összes komponensének algebrai összege) egyre kifelé halad, a membránpotenciál gyorsabban tolódik el negatív irányba, és az akciós potenciál végső gyors repolarizációs fázisa. elkezdődik. Ez a végső repolarizáció a gyors depolarizáció kezdeti fázisához hasonlóan regeneratív, de a felfutó fázistól eltérően valószínűleg elsősorban a potenciáltól, nem pedig az időtől függő vezetőképesség-változásokat von maga után, és ezért tükrözi a kimenő ionáram által a szükséges vezetőképesség biztosítására fordított időt. a membránról.
Spontán diasztolés depolarizáció és automatizmus
A pitvarok és a kamrák működő szívizom normál sejtjeinek membránpotenciálja a nyugalmi potenciál szintjén állandó marad a diasztolé során (lásd 3.1. ábra): ha ezeket a sejteket nem gerjeszti terjedő impulzus, akkor a bennük lévő nyugalmi potenciál határozatlan ideig fenntartják. Más típusú szívrostokban, például a pitvarok speciális rostjaiban vagy a kamrai vezetési rendszer Purkinje-rostjaiban a membránpotenciál nem állandó a diasztolé alatt, és fokozatosan a depolarizáció felé változik. Ha egy ilyen szál nem gerjesztődik terjedő impulzussal, mielőtt a membránpotenciál elérné a küszöbértéket, akkor spontán akciós potenciál keletkezhet benne (3.6. ábra). A diasztolés során a membránpotenciál változását spontán diasztolés depolarizációnak vagy fázis 4 depolarizációnak nevezik. Ez a mechanizmus az akciós potenciálok fellépését okozva az automatizmus alapjául szolgál. Az automatizmus a sinuscsomó sejtjeinek, a mitrális és tricuspidalis billentyűk izomrostjainak, a pitvarok egyes részeinek, az AV-csomó disztális részének, valamint a His-Purkinje rendszer szöveteinek normális tulajdonsága. Egészséges szívben a szinuszcsomó-sejtek automatizmusa miatt az impulzusgenerálás sebessége elég magas ahhoz, hogy a terjedő impulzusok gerjeszthessenek más potenciálisan automatikus sejteket, mielőtt azok spontán depolarizálódnának egy küszöbértékre. Ebben az esetben más sejtek potenciális automatikus aktivitása általában elnyomódik, bár számos fiziológiás és kóros állapotban megnyilvánulhat (lásd alább).
Rizs. 3.6. A Purkinje rostok spontán diasztolés depolarizációja és automatizmusa kutyában.
A - Purkinje rost spontán gerjesztése -85 mV maximális diasztolés potenciálnál. A diasztolés depolarizáció az áram ins vagy a pacemaker áram idejének csökkenésének következménye (lásd a szöveget). B - automatikus aktivitás, amely akkor következik be, amikor a membránpotenciál csökken; nátrium-mentes oldattal perfundált Purkinje-szálban, de hasonló aktivitás figyelhető meg normál Tyrode-oldatban is, amely ^Vv+ ionokat tartalmaz. B1 fragmens: ha a szálat (nyíl) a -60 mV-os nyugalmi potenciálszintről -45 mV-ra depolarizálják hosszú áramimpulzus átvezetésével a mikroelektródán, három spontán akciós potenciál keletkezik. B2 fragmens: nagyobb impulzusamplitúdó esetén a membránpotenciál -40 mV-ra csökken, ami fenntartja a ritmikus aktivitást. B3 fragmens: a megnövekedett áramimpulzus -30 mV-ra csökkenti a membránpotenciált, aminek következtében a ritmikus aktivitás megtartása nagyobb gyakorisággal történik. Az ilyen ritmikus aktivitás, amely -60 mV-nál kevésbé negatív potenciálon jelentkezik, valószínűleg más pacemakeráramtól függ, mint az A fragmenten jelzett aktivitás.
A spontán diasztolés depolarizáció a bejövő és kimenő membránáramok közötti egyensúly fokozatos megváltozásának következménye a teljes bejövő (depolarizáló) áram javára. Purkinje rostokban és ganglionsejtekben a pacemaker áramának voltage clamp módszerrel történő vizsgálatakor kimutatták a portálrendszer jellemzőinek függését mind a potenciáltól, mind az időtől. A kezdeti tanulmányok alapján, hogy mekkora potenciálszinten a pacemaker-áram megfordítja az irányát, azt feltételezték, hogy a K+-ionok által szállított kifelé irányuló pacemaker-áram fokozatosan eltérül, lehetővé téve a befelé irányuló háttéráram depolarizálódását a sejtmembránban. Az újabb kísérletek eredményeinek értelmezése szerint azonban a normál pacemakeráram túlnyomórészt Na + ionok által hordozott befelé irányuló áram, amely idővel növekszik, ezáltal fokozatos diasztolés depolarizációt okoz. Amikor a depolarizáció eléri a küszöbpotenciál szintet, impulzus lép fel, amely után a pacemaker vezetőképessége a membrán depolarizációja során inaktiválódik, és csak az akciós potenciál repolarizációja után aktiválható újra. Nyilvánvaló, hogy a spontán gerjesztés gyakoriságát az az idő határozza meg, amely alatt a diasztolés depolarizáció a membránpotenciált a küszöbszintre változtatja; ezért a küszöbpotenciál vagy a diasztolés depolarizáció sebességének változásai, például a Purkinje rostokban az adrenalin hatására, befolyásolhatják az automatikus aktivitás gyakoriságát.
Késleltetett utódepolarizáció és tartós ritmikus aktivitást váltott ki
Az automatizmus mellett van egy másik mechanizmus is, amely biztosítja az impulzusok ritmikus generálását a normál szívsejtekben. A gerjesztés beindulási mechanizmusa a késleltetett posztdepolarizációtól függ, ezért a segítségével ritmikusan fellépő spontán impulzusokat trigger akciós potenciáloknak nevezzük. Ahogy fentebb megjegyeztük, az automatikus tevékenységet minden impulzus spontán generálása jellemzi. Ezért, ha egy automata sejtet nem gerjeszt egy terjedő impulzus, akkor nem marad nyugalomban, hanem spontán diasztolés depolarizáción megy keresztül, amíg akciós potenciál fel nem lép. Ez összhangban van az „automatikus” jelző használatával, amelynek jelentése úgy értelmezhető, hogy „az önálló mozgás képessége”. Ezzel szemben, ha a trigger aktivitású szálat nem gerjeszti a terjedő impulzus, akkor néma marad. Mivel a trigger impulzus olyan impulzus, amely egy másik impulzus után (és annak eredményeként) jelentkezik, a triggeraktivitás nem mehet végbe mindaddig, amíg a szálat legalább egy terjedő impulzus gerjeszti. A kiváltott tevékenység a ritmikus tevékenység olyan formája, amelyben minden impulzus az előző impulzus eredményeként keletkezik, kivéve természetesen az első (ingerlő) akciós potenciált, amelyet ingernek kell kiváltania.
Rizs. 3.7. Utándepolarizáció és kiváltó aktivitás a sinus coronaria pitvari rostjában kutyában.
A-töredék: a szál egyszeri stimulálása egy akciós potenciál kialakulását okozza, amit egy utóhiperpolarizáció (vastag nyíl), majd egy késleltetett utódepolarizáció (nyitott nyíl) követ. B töredék: felvétel egy másik cellából; az első akciós potenciált (balra) külső inger váltja ki, de az ezt követő késleltetett utódepolarizáció (fekete nyíl) eléri a küszöbpotenciált, és létrehozza az első spontán akciós potenciált, amelyet további spontán akciós potenciálok követnek; A spontán impulzusok kiváltó impulzusok, tehát úgynevezett trigger-aktivitást képviselnek.
A trigger impulzusokat a késleltetett utódepolarizáció okozza, amelynek amplitúdója elég nagy ahhoz, hogy a membránpotenciált a küszöbértékre hozza. A késleltetett utódepolarizáció egy átmeneti depolarizáció, amely az akciós potenciál lejárta után figyelhető meg, de ebből a potenciálból adódik. Normális esetben késleltetett utódepolarizációt észleltek a mitrális billentyű pitvari sejtjeiben, a sinus coronaria sejtjeiben és a pectineus izmok pitvari rostjaiban. Amint az ábra 3.7, a késleltetett utódepolarizációt gyakran előzi meg utóhiperpolarizáció: az akciós potenciált követő membránpotenciál rövid időre negatívabbá válik, mint közvetlenül az akciós potenciál fellépése előtt. Amint ez az utóhiperpolarizáció lecseng, a membránpotenciál átmenetileg pozitívabbá válik, mint közvetlenül az akciós potenciál fellépése előtt. Az ilyen utódepolarizáció változásainak rövid időtartama egyértelműen megkülönbözteti a normál spontán diasztolés (pacemaker) depolarizációtól, amelyben a membránpotenciál monoton módon változik a következő akciós potenciál megjelenéséig.
A késleltetett utódepolarizáció általában küszöb alatti, de bizonyos körülmények között meghaladhatja a küszöbpotenciált; ha ez megtörténik, az utódepolarizáció miatt spontán akciós potenciál lép fel. A fent említett pitvari rostokban a katekolaminok növelik az utódepolarizáció amplitúdóját, ami egy küszöbpotenciálszintet eredményez. A küszöb alatti utódepolarizáció amplitúdója is nagyon érzékeny az akciós potenciál előfordulási gyakoriságára. A stimulációs frekvencia növelése növeli az utódepolarizáció amplitúdóját (3.8. ábra), és fordítva, frekvenciájának csökkentése az amplitúdó csökkenéséhez vezet. Ezen túlmenően, ha a stimuláció során egy idő előtti akciós potenciál állandó frekvencián lép fel, akkor az ezt követő utódepolarizáció nagyobb amplitúdójú, mint a szabályos akciós potenciál után megfigyelhető. Sőt, minél korábban jelentkezik a fő ciklus során az idő előtti akciós potenciál, annál nagyobb az idő előtti utódepolarizáció amplitúdója. Tartós stimuláció elég magas gyakorisága esetén vagy kellően korai ingerlés után az utódepolarizáció elérheti a küszöbértéket, és nem stimulált akciós potenciált eredményezhet. Az első spontán impulzus a főciklus időtartamához képest rövidebb időintervallum után figyelhető meg, mivel az utódepolarizáció, amely miatt keletkezett, nem sokkal az előző akciós potenciál repolarizációja után kezdődik. Következésképpen a spontán impulzus újabb utódepolarizációt okoz, amely szintén eléri a küszöbszintet, és egy második spontán impulzus megjelenését idézi elő (lásd 3.8. ábra). Ez az utolsó impulzus okozza a következő utódepolarizációt, amely elindítja a harmadik spontán impulzust, és így tovább a triggeraktivitás időtartama alatt. A kiváltott aktivitás spontán megszűnhet, és ha ez megtörténik, az utolsó nem stimulált impulzust általában egy vagy több küszöb alatti utódepolarizáció követi.
Rizs. 3.8. Trigger aktivitás indukálása a mitrális billentyű pitvari rostjában majomban.
Mindegyik töredék az akciós potenciáloknak csak az alsó részét mutatja. Az I. és II. fragmensben -30 mV, a III. fragmensben -20 mV szinten vízszintes vonalakat húzunk. IA és 1B fragmentum: a fő stimulációs ciklus időtartamának csökkenéséből eredő triggeraktivitás. IA: a stimulációs ciklus időtartama 3400 ms; és minden akciós potenciált egy küszöb alatti késleltetett utódepolarizáció követ. Az IB fragmens kezdetén a stimulációs ciklus időtartama 1700 ms-ra csökken; Az első 4 stimuláció által kiváltott akciós potenciál mindegyikét követően észrevehető fokozatos növekedés tapasztalható az utódepolarizáció amplitúdójában. Az utolsó kiváltott akciós potenciált spontán akciós potenciál, majd tartós ritmikus aktivitás követi, melynek gyakorisága nagyobb, mint a stimuláció során. IIA és IIB: ritmikus aktivitás fellépése egyetlen kiváltott impulzus hatására. IIA: Egy pihenőidő után egyetlen kiváltott akciós potenciált (nyíl) egy küszöb alatti utódepolarizáció követ. IIB: kissé eltérő körülmények között - egyetlen kiváltott akciós potenciál után (nyíl) tartós ritmikus aktivitás figyelhető meg. IIIA és IIIB: az idő előtti stimuláció miatti triggeraktivitás fellépése. IIIA: Az utódepolarizáció repolarizációs fázisa során korai impulzus (nyíl) keletkezik, és az ezt követő utódepolarizáció amplitúdója megnő. IIIB: Az idő előtti impulzust (nagy nyíl) egy utódepolarizáció követi, amely eléri a küszöbértéket (kis nyíl), és trigger impulzusok sorozatának megjelenéséhez vezet.
Az utódepolarizációk előfordulásáért felelős áramok ionos természete, valamint az utódepolarizációk amplitúdóját a stimulációs ciklus időtartamának változásával megváltoztató mechanizmus nem ismert. Az utódepolarizáció amplitúdója csökkenthető olyan gyógyszerekkel, amelyek csökkenthetik a lassú Na+, Ca2+ csatornákon átfolyó befelé irányuló áramot. Ezek a gyógyszerek megakadályozhatják a trigger aktivitás kialakulását is. Feltételezik azonban, hogy a lassú befelé irányuló áram közvetlenül nem vesz részt az utódepolarizációk megindításában; Úgy tartják, hogy a lassú csatornákon (és esetleg más módon) a sejtbe bejutó kalciumionok némelyiküknél késleltetett bejövő áram megjelenését idézik elő, ami utódepolarizációt okoz.
DEPOLARIZÁCIÓ DEPOLARIZÁCIÓ
membránok, csökkentve a potenciálkülönbséget a fiziol állapotában. nyugvó sejt a citoplazmája és az extracelluláris folyadék közé, azaz a nyugalmi potenciál csökkenése. Passzív D. akkor fordul elő, amikor gyenge elektromos áram halad át a membránon. áram a kimenő irányban (anód - belül, katód - kívül), ami nem okoz változást a membrán ionáteresztő képességében. Aktív D. akkor alakul ki, amikor a membrán Na+ ionok permeabilitása növekszik, vagy ha K+ ionokra csökken. Ha akciós potenciál jelentkezik, az aktív D., amely a membrán nátrium-permeabilitásának átmeneti növekedésével jár együtt, regeneráló jelleget kap: a D. növeli a nátrium-permeabilitást, ami viszont a D. növekedéséhez vezet, stb. Hosszú távú A membrán D. a nátriumcsatornák inaktiválásához és a kálium-permeabilitás növekedéséhez vezet, ami a sejt (rost) ingerlékenységének csökkenését vagy teljes eltűnését eredményezi.
.(Forrás: „Biológiai enciklopédikus szótár”. M. S. Gilyarov főszerkesztő; Szerkesztőbizottság: A. A. Babaev, G. G. Vinberg, G. A. Zavarzin és mások - 2. kiadás, javítva - M.: Sov. Encyclopedia, 1986.)
Nézze meg, mi a „DEPOLARIZÁCIÓ” más szótárakban:
- (latin de negatív részből., és polarisatio polarizáció). Az egyik irányba oszcilláló fénysugár kristályának olyan változása, hogy a sugár visszaverődik. Az orosz nyelvben szereplő idegen szavak szótára. Chudinov A.N., 1910…… Orosz nyelv idegen szavak szótára
- [de], depolarizáció, nőies. (francia depolarizáció) (fizikai). Pusztulás, a polarizáció gyengülése. Ushakov magyarázó szótára. D.N. Ushakov. 1935 1940… Ushakov magyarázó szótára
A kristálykémiában a kationok és anionok közötti kölcsönhatás egyfajta, átmenet a polarizáció és az ellenpolarizáció között. Földtani Szótár: 2 kötetben. M.: Nedra. Szerkesztette: K. N. Paffengoltz és társai 1978... Földtani enciklopédia
depolarizáció- és f. depolarizáció f. A polarizáció megsemmisülése vagy gyengülése (galvanikus cella). SIS 1954. Lex. Ush. 1934: depolarizáció... Az orosz nyelv gallicizmusainak történeti szótára
depolarizáció- Csökkentett elektróda polarizáció. [GOST 5272 68] Témák: fémkorrózió... Műszaki fordítói útmutató
Depolarizáció- – az elektróda polarizációjának csökkentése. [GOST 5272 68] Kifejezések címsora: Korrózióvédelem Az enciklopédia címsorai: Csiszolóberendezések, Csiszolóanyagok, Utak, Autóipari berendezések ... Építőanyagok kifejezések, definíciók és magyarázatok enciklopédiája
DEPOLARIZÁCIÓ- az elektródák csökkentése vagy eltávolítása (lásd (4)) a vegyi művelet során. áramforrások és az elektrolízis során az elektrolitba vagy az elektródák összetételébe bevitt anyagok depolarizátorainak hatása alatt. Az oxidálószereket és anódokat katóddepolarizátorként használják... ... Nagy Politechnikai Enciklopédia
Depolarizáció- 16. Depolarizáció A dielektrikum maradék polarizációjának kiküszöbölésének folyamata Forrás: GOST 21515 76: Dielektrikum anyagok. Kifejezések és meghatározások eredeti dokumentum 77. Depolarizáció ... A normatív és műszaki dokumentáció kifejezéseinek szótár-referenciája
Depolarizáció Depolarizáció. Az elektródák polarizációjának csökkentése. (Forrás: „Fémek és ötvözetek. Directory.” Szerkesztette: Yu.P. Solntsev; NPO Professional, NPO Mir and Family; St. Petersburg, 2003) ... Kohászati szakkifejezések szótára
depolarizáció- depoliarizacija statusas T sritis chemija apibrėžtis Elektrodo poliarizacijos sumažėjimas. atitikmenys: engl. depolarizáció rus. depolarizáció... Chemijos terminų aiškinamasis žodynas
Könyvek
- Diffrakciós élhullámok elmélete az elektrodinamikában. Bevezetés a diffrakció fizikai elméletébe, Ufimcev Petr Yakovlevich. A könyv az elektromágneses hullámok diffrakcióját vizsgálja a hullámhosszhoz képest nagy testeken. Hozzávetőleges és szigorú kutatási módszereket dolgoznak ki. Az eredmények rávilágítanak...
A szíven áthaladó elektromos impulzust, amely minden egyes összehúzódási ciklust kivált, akciós potenciálnak nevezzük; egy rövid távú depolarizációs hullámot képvisel, melynek során az egyes sejtekben az intracelluláris potenciál rövid időre pozitívvá válik, majd visszatér eredeti negatív szintjére. A normál szívakciós potenciál változásai az idő múlásával jellegzetes fejlődést mutatnak, amely az egyszerűség kedvéért a következő fázisokra oszlik: 0. fázis - a membrán kezdeti gyors depolarizációja; 1. fázis - gyors, de nem teljes repolarizáció; 2. fázis - „fennsík”, vagy elhúzódó depolarizáció, amely a szívsejtek akciós potenciáljára jellemző; 3. fázis - végső gyors repolarizáció; 4. fázis - diasztolés időszak.
Az akciós potenciál során az intracelluláris potenciál pozitívvá válik, mivel a gerjesztett membrán átmenetileg áteresztőbbé válik a Na + számára (a K +-hoz képest) , ezért a membránpotenciál egy ideig megközelíti a nátriumionok egyensúlyi potenciálját (E Na) - E Na a Nernst-arány segítségével határozható meg; extracelluláris és intracelluláris Na + 150 és 10 mM koncentrációknál ez lesz:
A megnövekedett Na + permeabilitás azonban csak rövid ideig marad fenn, így a membránpotenciál nem éri el az E Na-t, és az akciós potenciál lejárta után visszatér a nyugalmi szintre.
A fenti permeabilitás-változások, amelyek az akciós potenciál depolarizációs fázisának kialakulását idézik elő, speciális membráncsatornák, vagyis pórusok megnyílása és záródása miatt következnek be, amelyeken a nátriumionok könnyen áthaladnak. Úgy gondolják, hogy a kapu szabályozza az egyes csatornák nyitását és zárását, amelyek legalább három konformációban létezhetnek - nyitott, zárt és inaktivált. Egy kapu az aktiválási változónak m A Hodgkin-Huxley-féle leírásban a nátriumionáramok a tintahal óriás axonjának membránjában gyorsan elmozdulnak, és megnyitnak egy csatornát, amikor a membrán hirtelen depolarizálódik egy inger hatására. Az inaktiválási változónak megfelelő egyéb kapuk " h"A Hodgkin-Huxley leírásban a depolarizáció során lassabban mozognak, funkciójuk a csatorna lezárása (3.3. ábra). Mind a kapuk steady-state eloszlása a csatornarendszeren belül, mind az egyik pozícióból a másikba való átmenet sebessége a membránpotenciál szintjétől függ. Ezért az „időfüggő” és a „feszültségfüggő” kifejezéseket a membrán Na + vezetőképességének leírására használják.
Ha a nyugalmi membrán hirtelen pozitív potenciálra depolarizálódik (például egy feszültségbilincses kísérletben), akkor az aktiválókapu gyorsan megváltoztatja helyzetét, hogy kinyitja a nátriumcsatornákat, majd az inaktiváló kapu lassan bezárja azokat (3.3. ábra). . A "lassú" szó itt azt jelenti, hogy az inaktiválás néhány milliszekundumot vesz igénybe, míg az aktiválás az ezredmásodperc töredéke alatt történik. A kapuk ezekben a pozíciókban maradnak mindaddig, amíg a membránpotenciál újra nem változik, és ahhoz, hogy minden kapu visszatérjen eredeti nyugalmi állapotába, a membránt teljesen újrapolarizálni kell egy magas negatív potenciálszintre. Ha a membrán csak alacsony negatív potenciálig van repolarizálva, akkor néhány inaktivációs kapu zárva marad, és csökken a rendelkezésre álló nátriumcsatornák maximális száma, amelyek a későbbi depolarizáció során megnyílhatnak. (A szívsejtek elektromos aktivitását, amelyekben a nátriumcsatornák teljesen inaktiválódnak, az alábbiakban tárgyaljuk.) A membrán teljes repolarizációja a normál akciós potenciál végén biztosítja, hogy minden kapu visszatér eredeti állapotába, és így készen áll a következő cselekvésre. lehetséges.
Rizs. 3.3. Membráncsatornák sematikus ábrázolása a befelé irányuló ionáramlásokhoz nyugalmi potenciálon, valamint aktiválás és inaktiváció során.
A bal oldalon a csatornaállapotok sorozata látható -90 mV normál nyugalmi potenciál mellett. Nyugalmi állapotban mind a Na + csatorna (h), mind a lassú Ca 2+ /Na + csatorna (f) inaktiváló kapuja nyitva van. A sejt gerjesztésekor történő aktiválás során a Na + csatorna t-kapuja kinyílik, és a bejövő Na + ionok depolarizálják a sejtet, ami az akciós potenciál növekedéséhez vezet (grafikon lent). A h-kapu ekkor bezárul, így inaktiválja a Na+ vezetést. Az akciós potenciál emelkedésével a membránpotenciál meghaladja a lassú csatornapotenciál pozitívabb küszöbét; aktivációs kapujuk (d) kinyílik és a Ca 2+ és Na + ionok bejutnak a sejtbe, ami az akciós potenciál platófázisának kialakulását idézi elő. A Ca 2+ /Na + csatornákat inaktiváló f kapu sokkal lassabban zár, mint a Na csatornákat inaktiváló h kapu. A központi fragmentum a csatorna viselkedését mutatja, amikor a nyugalmi potenciál -60 mV alá csökken. A legtöbb Na-csatorna inaktiváló kapu zárva marad mindaddig, amíg a membrán depolarizálódik; A sejt stimulálásakor fellépő Na+ áramlás túl kicsi ahhoz, hogy akciós potenciál kialakulását idézze elő. A lassú csatornák inaktivációs kapuja (f) azonban nem zár be, és amint a jobb oldali töredéken látható, ha a cella kellően izgatott ahhoz, hogy a lassú csatornákat kinyissa, és a lassan bejövő ionáramlások áthaladjanak, a válaszként akciós potenciál lehetséges.
Rizs. 3.4. A szívsejtek gerjesztésének küszöbpotenciálja.
A bal oldalon a -90 mV nyugalmi potenciálszinten fellépő akciós potenciál látható; ez akkor fordul elő, ha a sejtet egy bejövő impulzus vagy valamilyen küszöb alatti inger gerjeszti, amely gyorsan csökkenti a membránpotenciált a -65 mV küszöbszint alá. A jobb oldalon két küszöb alatti és küszöbinger hatása látható. A küszöb alatti ingerek (a és b) nem csökkentik a membránpotenciált a küszöbszintre; ezért akciós potenciál nem lép fel. A küszöbinger (c) pontosan arra a küszöbszintre csökkenti a membránpotenciált, amelynél akciós potenciál lép fel.
Az akciós potenciál fellépésekor bekövetkező gyors depolarizációt a nyitott nátriumcsatornákon keresztül a sejtbe belépő nátriumionok erőteljes beáramlása okozza (amely megfelel elektrokémiai potenciálgradiensüknek). Mindenekelőtt azonban a nátriumcsatornákat hatékonyan meg kell nyitni, ami megköveteli a membrán kellően nagy területének gyors depolarizációját a szükséges szintre, amelyet küszöbpotenciálnak neveznek (3.4. ábra). Kísérletileg ez úgy érhető el, hogy külső forrásból áramot vezetünk át a membránon, és extracelluláris vagy intracelluláris stimuláló elektródát használunk. Természetes körülmények között ugyanezt a célt szolgálják a membránon közvetlenül a terjedő akciós potenciál előtt átfolyó helyi áramok. A küszöbpotenciálnál elegendő számú nátriumcsatorna van nyitva, amely biztosítja a bejövő nátriumáram szükséges amplitúdóját, és ennek következtében a membrán további depolarizációját; viszont a depolarizáció több csatorna megnyílását okozza, ami a bejövő ionok áramlásának növekedését eredményezi, így a depolarizációs folyamat regeneratívvá válik. A regeneratív depolarizáció (vagy akciós potenciál emelkedés) sebessége a bejövő nátriumáram erősségétől függ, amelyet viszont olyan tényezők határoznak meg, mint a Na + elektrokémiai potenciálgradiens nagysága és a rendelkezésre álló (vagy nem inaktivált) nátrium csatornák. A Purkinje szálakban a maximális depolarizáció sebessége az akciós potenciál kialakulása során, amelyet dV/dt max vagy V max jelöléssel jelölünk, eléri az 500 V/s-ot, és ha ezt a sebességet a depolarizációs fázis során -90 mV és + között tartjuk. 30 mV, akkor a 120 mV-os potenciál változása körülbelül 0,25 ms-ot vesz igénybe. A működő kamrai szívizom rostjainak maximális depolarizációs sebessége körülbelül 200 V/s, a pitvari izomrostoké 100-200 V/s. (Az akciós potenciál depolarizációs fázisa a sinus és az atrioventrikuláris csomópontok sejtjeiben jelentősen eltér az imént leírtaktól, és erről külön lesz szó; lásd alább.)
Az ilyen magas emelkedési ütemű akciós potenciálok (gyakran „gyors válaszoknak” nevezik) gyorsan terjednek a szívben. Az akciós potenciál terjedési sebességét (valamint a Vmax-ot) az azonos membránpermeabilitással és axiális ellenállás-jellemzőkkel rendelkező cellákban elsősorban az akciós potenciál emelkedési fázisában folyó befelé irányuló áram amplitúdója határozza meg. Ennek az az oka, hogy az akciós potenciál előtt közvetlenül a cellákon áthaladó lokális áramok nagyobb erejűek, gyorsabb potenciálemelkedés mellett, így ezekben a cellákban a membránpotenciál korábban éri el a küszöbszintet, mint a kisebb áramok esetén. nagyságrendű (lásd 3.4. ábra) . Természetesen ezek a lokális áramok a terjedő akciós potenciál elhaladása után azonnal átfolynak a sejtmembránon, de már nem képesek gerjeszteni a membránt annak tűzállósága miatt.
Rizs. 3.5. Normál akciós potenciálok és ingerek által kiváltott válaszok a repolarizáció különböző szakaszaiban.
A repolarizáció során kiváltott válaszok amplitúdója és sebességének növekedése a membránpotenciál szintjétől függ, amelyen ezek előfordulnak. A legkorábbi válaszok (a és b) olyan alacsony szinten jelentkeznek, hogy túl gyengék és nem tudnak terjedni (fokozatos vagy lokális válaszok). A "c" válasz a terjedő akciós potenciálok közül a legkorábbi, de terjedése lassú a sebesség enyhe növekedése és az alacsony amplitúdó miatt. A „d” válasz közvetlenül a teljes repolarizáció előtt jelenik meg, növekedési sebessége és amplitúdója nagyobb, mint a „c” válaszé, mivel magasabb membránpotenciálnál jelentkezik; terjedési sebessége azonban a normálnál lassabb lesz. A „d” válasz a teljes repolarizáció után figyelhető meg, ezért amplitúdója és depolarizációs sebessége normális; ezért gyorsan terjed. PP - nyugalmi potenciál.
A szívsejtek gerjesztése utáni hosszú refrakter periódus az akciós potenciál hosszú időtartamának és a nátriumcsatorna kapuzó mechanizmusának feszültségfüggésének köszönhető. Az akciós potenciál emelkedési fázisát több száz és több száz milliszekundumos periódus követi, amely alatt ismétlődő ingerre nincs regeneratív válasz (3.5. ábra). Ez az úgynevezett abszolút, vagy hatékony, tűzálló időszak; általában átíveli az akciós potenciál platóját (2. fázis). A fent leírtak szerint a nátriumcsatornák inaktiválódnak és zárva maradnak a tartós depolarizáció során. Az akciós potenciál repolarizációja során (3. fázis) az inaktiváció fokozatosan megszűnik, így a reaktiválódni képes csatornák aránya folyamatosan növekszik. Ezért a repolarizáció kezdetén az inger csak kis mennyiségű nátriumion-beáramlást válthat ki, de az ilyen beáramlás növekedni fog, ahogy az akciós potenciál tovább polarizálódik. Ha a nátrium csatornák egy része gerjeszthetetlen marad, akkor a kiváltott befelé irányuló Na+ áramlás regeneratív depolarizációhoz és ezáltal akciós potenciálhoz vezethet. A depolarizáció sebessége, így az akciós potenciálok terjedési sebessége azonban jelentősen lecsökken (lásd 3.5. ábra), és csak a teljes repolarizáció után normalizálódik. Relatív refrakter periódusnak nevezzük azt az időt, amely alatt az ismétlődő inger ilyen „fokozatos” akciós potenciálokat képes előidézni. Az inaktiváció kiküszöbölésének feszültségfüggését Weidmann vizsgálta, aki megállapította, hogy az akciós potenciál növekedési sebessége és a potenciál kiváltásának lehetséges szintje S-alakú összefüggésben van, más néven membrán reaktivitási görbe.
A relatív refrakter periódus alatt kiváltott akciós potenciálok alacsony növekedési üteme lassú terjedésüket okozza; Az ilyen akciós potenciálok számos vezetési zavart okozhatnak, például késleltetést, csillapítást és blokkolást, sőt gerjesztési keringést is okozhatnak. Ezeket a jelenségeket a fejezet későbbi részében tárgyaljuk.
A normál szívsejtekben az akciós potenciál gyors növekedéséért felelős bejövő nátriumáramot egy második bejövő áram követi, amely kisebb és lassabb, mint a nátriumáram, amelyet elsősorban kalciumionok hordoznak. Ezt az áramot általában "lassú befelé irányuló áramnak" nevezik (bár ez csak a gyors nátriumáramhoz képest ilyen; más fontos változások, például a repolarizáció során észleltek, valószínűleg lassabbak); olyan csatornákon folyik keresztül, amelyeket idő- és feszültségfüggő vezetőképességi jellemzőik miatt „lassú csatornáknak” neveztek (lásd 3.3. ábra). Ennek a vezetőképességnek az aktiválási küszöbe (azaz amikor a d aktiválókapu nyitni kezd) -30 és -40 mV között van (hasonlítsd össze: -60 és -70 mV a nátrium vezetőképességével). A gyors nátriumáram okozta regeneratív depolarizáció általában a lassú bejövő áram vezetését aktiválja, így az akciós potenciál későbbi emelkedése során mindkét típusú csatornán áram folyik át. A Ca 2+ áram azonban jóval kisebb, mint a maximális gyors Na + áram, így az akciós potenciálhoz való hozzájárulása igen csekély, amíg a gyors Na + áram kellőképpen inaktiválódik (azaz a potenciál kezdeti gyors emelkedése után). Mivel a lassan bejövő áramot csak nagyon lassan lehet inaktiválni, ez elsősorban az akciós potenciál platófázisához járul hozzá. Így a plató szintje a depolarizáció felé tolódik el, amikor a Ca 2+ elektrokémiai potenciálgradiense a [Ca 2+ ] 0 koncentrációjának növekedésével nő; a [Ca 2+ ] 0 csökkenése a platószint ellenkező irányú eltolódását okozza. Bizonyos esetekben azonban a kalciumáram is hozzájárulhat az akciós potenciál növekedési fázisához. Például a béka kamrai szívizomrostokban az akciós potenciál növekedési görbéje néha 0 mV körüli hajlítást mutat azon a ponton, ahol a kezdeti gyors depolarizáció lassabb depolarizációnak ad helyet, amely az akciós potenciál túllépéséig folytatódik. Kimutatták, hogy a lassabb depolarizáció sebessége és a túllövés mértéke a [Ca 2+ ] 0 növekedésével növekszik.
A membránpotenciáltól és időtől való eltérő függésük mellett ez a két vezetőképesség-típus farmakológiai jellemzőiben is különbözik. Így a gyors Na + csatornákon áthaladó áramot a tetrodotoxin (TTX) csökkenti, míg a lassú Ca 2+ áramot a TTX nem befolyásolja, hanem a katekolaminok fokozzák és a mangán ionok gátolják, valamint egyes gyógyszerek, mint a verapamil, ill. D-600. Nagyon valószínűnek tűnik (legalábbis a béka szívében), hogy az egyes szívverésekhez hozzájáruló fehérjék aktiválásához szükséges kalcium nagy része az akciós potenciál során a lassú befelé irányuló áramcsatornán keresztül jut be a sejtbe. Emlősökben a szívsejtek számára elérhető további Ca 2+ forrás a szarkoplazmatikus retikulumban lévő tartalékai.
A mágneses tér nagyságának eltolódása a gerjesztés során az ionpermeabilitás változásával jár.
Ha nyugalmi állapotban a membrán K+-ionok permeabilitása nagyobb, mint a Na+-ionoké, akkor inger hatására a Na+-ionok permeabilitása megnő, és végső soron 20-szorosa lesz a K+-ionok permeabilitásának. A külső oldatból a citoplazmába áramló Na+ ionok többlet hatására a kifelé irányuló káliumáramhoz képest a membrán feltöltődik.
A membrán permeabilitás növekedése a Na+ ionoknál csak nagyon rövid ideig tart, majd csökken, a K+ ionoknál pedig nő. A nátrium permeabilitás csökkenését ún nátrium inaktiválása . A citoplazmából a K+-ionok növekvő áramlása és a nátrium-inaktiváció a membrán repolarizációjához (repolarizációs fázis) vezet (4. ábra).
Rizs. 4. A tintahal óriás axonjának nátrium (gNa) és kálium (gk) membránpermeabilitásának változásának időbeli lefutása az akciós potenciál keletkezése során (V).
Meg kell jegyezni, hogy a Ca++ ionok vezető szerepet játszanak az AP felszálló fázisának kialakulásában rákfélékben és gerincesek simaizomzatában. A szívizomsejtekben az akciós potenciál kezdeti emelkedése a Na+ membránpermeabilitás növekedésével, az AP plató pedig a Ca++ ionok permeabilitásának növekedésével jár (5. ábra).
5. ábra. A kutya szívizom izomrostjainak akciós potenciálja
Ion csatornák.
A sejtmembrán Na+ és K+ ionok permeabilitásának változása gerjesztéskor a Na – és K – csatornák aktiválódásával és inaktiválásával jár, amelyeknek két fontos tulajdonsága van:
1. Szelektív permeabilitás (szelektivitás) bizonyos ionokkal kapcsolatban;
2. Elektromos irányíthatóság, i.e. függés a membrán elektromos mezőjétől.
A csatornák nyitásának és zárásának folyamata valószínűségi jellegű. A membránpotenciál változása csak a nyitott csatornák átlagos számát határozza meg. Az ioncsatornákat fehérje makromolekulák képezik, amelyek behatolnak a membrán lipid kettős rétegébe.
A csatornák funkcionális szerveződésére vonatkozó adatok a membránokban előforduló elektromos jelenségek, valamint a különböző vegyi anyagok csatornákra gyakorolt hatásának vizsgálatán alapulnak, mint például a toxinok, enzimek és gyógyszerek.
Az ideg- és izomsejtek elektromosan gerjeszthető ioncsatornáinak szelektivitása a nátrium-, kálium-, kalcium- és klórionokhoz viszonyítva nem abszolút: a csatorna neve, például nátrium, csak azt az iont jelzi, amelyre ez a csatorna a leginkább áteresztő. .
Az ionvezetőképességek generált potenciáltól való függőségének számszerűsítésére a „potenciálleszorító módszert” alkalmazzák. A módszer lényege a membránpotenciál erőltetett fenntartása bármely adott szinten. Ebből a célból a membránba egyenlő nagyságú, de az ionárammal ellentétes előjelű áramot vezetnek, és ezt az áramot különböző potenciálokon mérve nyomon követhető a potenciál függése a membrán ionvezetőképességétől. Ebben az esetben bizonyos csatornák speciális blokkolóit alkalmazzák annak érdekében, hogy a szükséges komponenst elkülönítsék a teljes ionáramtól.
A 6. ábra az idegrost-membrán nátrium (gNa) és kálium (gK) permeabilitásának változásait mutatja a rögzített depolarizáció során.
Rizs. 6. Változás fix depolarizációval
Megállapítást nyert, hogy a depolarizáció a nátrium konduktancia (gNa) gyors növekedésével jár, amely ezredmásodpercek töredéke alatt eléri a maximumot, majd lassan csökken. A nátriumáram csökkenése és megszűnése egy olyan AP hátterében következik be, amely még nem fejeződött be.
A depolarizáció befejezése után a nátriumcsatornák újranyitási képessége fokozatosan, tíz ezredmásodperc alatt áll helyre.
A sejtmembrán Na+ és K+ permeabilitásának növekedését a szelektív, elektromosan vezérelt csatornák kapumechanizmusának állapota határozza meg. Egyes sejtekben, különösen a szívizomsejtekben, a simaizomrostokban a kapuzott Ca ++ csatornák fontos szerepet játszanak az AP előfordulásában. A Na – csatornák kapumechanizmusa a sejtmembrán külső és belső oldalán, a K – csatornák kapumechanizmusa belül található (K+ kimozdul a sejtből).
A Na+-csatornák külső és belső tágulási ("torkolat") és rövid szűkített résszel (szelektív szűrő) rendelkeznek a kationok méretük és tulajdonságaik szerinti kiválasztásához. A belső végének tartományában a nátriumcsatorna kétféle „kapuval” van felszerelve - gyors aktiválással (m - „kapu”) és lassú inaktiválással (h - „kapu”).
Rizs. 7. Egy elektromosan gerjeszthető nátriumcsatorna sematikus ábrázolása.
Az (1) csatornát a 2-es fehérje makromolekulája alkotja, amelynek szűkített része egy „szelektív szűrőnek” felel meg. A csatorna aktiváló (gp) és inaktivációs (h) „kapukkal” rendelkezik, amelyeket a membrán elektromos tere vezérel. A nyugalmi potenciálnál (a) a legvalószínűbb helyzet az aktiváló kapu esetében „zárt”, az inaktiváló kapu esetében a „nyitott” helyzet. A membrán depolarizációja (b) a gp-"kapu" gyors nyitásához és a p-"kapu" lassú zárásához vezet, ezért a depolarizáció kezdeti pillanatában mindkét "kapu" pár nyitva van és ionok koncentrációjuknak és elektromos gradiensüknek megfelelően mozoghatnak a csatornán. Folyamatos depolarizációval (it) az aktiválási „kapu” bezárul, és a kapacitás inaktivált állapotba kerül.
Nyugalmi körülmények között az aktiváló m-kapu zárva, az inaktivációs h-kapu túlnyomórészt (kb. 80%-ban) nyitva van; A kálium aktiváló kapu is zárva van, nincs inaktiváló kapu a K+ számára.
Amikor a sejtdepolarizáció elér egy kritikus értéket (Ecr, depolarizáció kritikus szintje – CLD), ami általában –50 mV, a membrán Na+-áteresztő képessége meredeken megnő: a Na– csatornák nagyszámú feszültségfüggő m– kapuja nyílik meg. és a Na+ lavinában rohan be a sejtbe. Akár 6000 ion halad át egy nyitott nátriumcsatornán 1 ms alatt. A sejtbe jutó intenzív Na+ áram hatására a depolarizáció nagyon gyorsan megtörténik. A sejtmembrán kifejlődő depolarizációja további permeabilitásának és természetesen Na+ vezetőképességének növekedését okozza: egyre több aktivációs m – Na+ csatornák kapuja nyílik meg, ami a sejtbe jutó Na+ áramot regenerációs folyamat jellegét kölcsönzi. Ennek eredményeként a PP eltűnik, és egyenlővé válik nullával. A depolarizációs fázis itt véget ér.
Az AP második fázisában (inverziós fázis) a membrán feltöltődik: a sejten belüli töltés pozitív, kívül pedig negatívvá válik. A Na+ - csatornák m – aktivációs kapui még mindig nyitva vannak, és egy ideig (ezredmásodperc töredékein) a Na+ továbbra is bejut a sejtbe, amit az AP folyamatos növekedése bizonyít. Az AP növekedésének leállása a nátrium-inaktivációs h-kapu bezáródása és a K-csatorna kapujának megnyílása következtében következik be, azaz. a K+ permeabilitásának növekedése és a sejtből való kilépésének meredek növekedése miatt.
Rizs. 8 A nátrium- és káliumcsatornák állapota az akciós potenciálok különböző fázisaiban (diagram) Magyarázat a szövegben.
8. ábra A nátriumcsatorna állapota az akciós potenciál különböző fázisaiban.
a) nyugalmi állapotban az aktiváló m - „kapu” zárva, az inaktiváló h- „kapu” nyitva van.
b) a membrán depolarizációja az aktivációs „kapu” gyors nyitásával és az inaktivációs „kapu” lassú zárásával jár.
c) elhúzódó depolarizáció esetén az inaktivációs csatornák bezáródnak (inaktivációs állapot).
d) a depolarizáció vége után a h - „kapu” lassan kinyílik, és az m - „kapu” gyorsan bezárul, a csatorna visszatér eredeti állapotába.
A gNa kezdeti emelkedése az m - „kapu” kinyílásával (aktivációs folyamat), a gNa későbbi csökkenése a membrán folyamatban lévő depolarizációja során a zárással jár.
h – „kapu” (inaktiválási folyamat).
Így az AP felszálló fázisa a nátrium-permeabilitás növekedésével jár, ami viszont növeli a kezdeti depolarizációt. Ez új nátriumcsatornák megnyitásával és a gNa növekedésével jár együtt. A növekvő depolarizáció pedig a gNa további növekedését okozza. Sematikusan ez a következőképpen ábrázolható:
Stimulus membrán depolarizáció
Bejövő Boost
nátrium permeabilitási áram.
Ezt a körkörös folyamatot nevezik regeneratív (azaz önmegújuló) depolarizációnak.
Elméletileg a regeneratív depolarizációnak a sejt belső potenciáljának a Na+ ionok egyensúlyi potenciáljának értékére való növekedését kell eredményeznie. Az akciós potenciál csúcsa (túllövés) azonban soha nem éri el az ENa értéket, mivel a depolarizáció hatására a káliumcsatornák lassú aktiválódása és a gK növekedése indul meg, ami repolarizációhoz, sőt átmeneti hiperpolarizációhoz vezet.
A repolarizáció hatására a nátriuminaktiváció lassan megszűnik, kinyílik az inaktivációs kapu, és a nátriumcsatornák visszaállnak eredeti állapotukba.
A nátriumcsatornák specifikus blokkolója a tetrodotoxin - a kutyahal (pufferfish) mérge. Radioaktív tetrodotoxin segítségével kiszámítottuk a membrán nátriumcsatornáinak sűrűségét. Különböző sejtekben a membrán négyzetmikrométerénként tíz és tízezer nátriumcsatorna között változik.
A káliumcsatornák szelektivitása nagyobb, mint a nátriumcsatornáké: gyakorlatilag áthatolhatatlanok a Na+ számára. Szelektív szűrőjük átmérője körülbelül 0,3 nm. A káliumcsatornák aktiválását lassabb kinetika jellemzi, mint a nátriumcsatornák aktiválódását. A káliumcsatorna-blokkolók szerves kationok - tetraetil-ammónium és aminopiridinek.
A kalciumcsatorna-blokkolók, amelyeket szintén az aktiválási folyamatok lassú kinetikája jellemez, néhány szerves vegyület, például a verapamil és a nifedipin. Klinikailag a simaizmok fokozott elektromos aktivitásának elnyomására használják.
Az impulzustevékenység során az óriási tintahal axonjának membránjának minden négyzetmikronján keresztül 20 000 Na+ ion kerül a protoplazmába és ugyanennyi K+ ion távozik a rostból.
Amikor a Na+ ionok intracelluláris koncentrációját gerjesztjük és növeljük, a Na-, K- pumpa aktiválódik. A szivattyú működésének köszönhetően a gerjesztés során megbomlott ionkoncentrációk egyenlőtlensége teljesen helyreáll. A citoplazmából a Na+ aktív iontranszporttal történő eltávolításának sebessége viszonylag alacsony, 200-szor kisebb, mint ezen ionok membránon keresztüli mozgásának sebessége a koncentrációgradiens mentén.
