Регистрация потенциала покоя

Мембранный потенциал покоя

Kогда клетка находится [Б30] в состоянии физиологического покоя, ее внутренний потенциал, отрицателен по отношению к наружному, условно принимаемому за нуль[Б31]. Этот потенциал называют потенциалом покоя (мембранным потенциалом покоя, трансмембранным потенциалом покоя).

Довольно часто термин «мембранный потенциал» используют как синоним термина «потенциал покоя»[Б32]. На наш взгляд, это недопустимо, поскольку термин «мембранный потенциал» просто необходим для обозначения любого значения трансмембранной разницы потенциала, наблюдаемое как в состоянии покоя клетки, так и при возбуждении, в любое время и в любом состоянии[Б33].

Как можно обнаружить мембранный потенциал покоя?

Двумя способами:

1. методом повреждения

и

2. методом внутриклеточного отведения (рис.).

Рис.. Методы регистрации мембранного потенциала покоя: слева – метод повреждения, справа – метод внутриклеточного отведения[Б34].

Студенты на этот вопрос часто отвечают так: методами внутриклеточного и внеклеточного отведения. Типичная ошибка! Методом внеклеточного отведения можно зарегистрировать возбуждение участка мембраны, сравнив его потенциал с потенциалом мембраны в состоянии покоя, но не потенциал покоя. Но об этом позже.

Метод повреждения чаще используется при регистрации потенциала покоя на макропрепарате – мышце, нерве (рис.).

Рис.. Схема регистрации мембранного потенциала покоя методом повреждения на макропрепарате.

Впервые таким способом регистрировали потенциал покоя в середине XIX века Дюбуа-Реймон (на срезе нерва[Б35]) и Маттеучи (на срезе мышцы). Этот же метод лежит в основе второго опыта Гальвани[Б36], в этом случае мышечно-нервный препарат выполняет роль регистрирующего прибора.

Методом повреждения достаточно точно измерить потенциал покоя невозможно.

Чтобы измерить потенциал покоя и тем более проследить его изменения, вызываемые каким-либо воздействием на клетку, применяют технику внутриклеточных микроэлектродов (рис.).

Рис.. Схема измерения потенциала покоя клетки с помощью внутриклеточного электрода.

К – объект исследования – клетка, М – микроэлектрод, И – индифферентный электрод, Р – регистрирующее устройство. Момент прокола на кривой «разность потенциалов – время» показан стрелкой.

Микроэлектрод представляет собой микропипетку, т.е. тонкий капилляр, вытянутый из стеклянной трубочки. Диаметр его кончика около 0,5 мкм[Б37]. Микропипетку заполняют солевым раствором (обычно 3 М KС1), погружают в него металлический электрод (хлорированную серебряную проволочку) и соединяют с электроизмерительным прибором[Б38], снабженным усилителем постоянного тока[Б39].

Микроэлектрод устанавливают над исследуемым объектом, например скелетной мышцей, а затем при помощи микроманипулятора - прибора, снабженного микрометрическими винтами, вводят внутрь клетки[Б40]. При удачном введении микроэлектрода мембрана плотно охватывает его кончик и клетка сохраняет способность функционировать в течение нескольких часов, не проявляя признаков повреждения[Б41].

Микроэлектрод является активным (референтным). Электрод сравнения (индифферентный) обычных размеров погружают в нормальный солевой раствор, в котором находится исследуемая ткань[Б42].

До прокола мембраны микроэлектродом разность потенциалов между активным и индифферентным электродом равна нулю (рис. и рис. А). Kак только микроэлектрод прокалывает поверхностную мембрану клетки, регистрируется разность потенциалов между поверхностью и содержимым клетки, равная потенциалу покоя клетки[Б43]. На рис. показано, что продвижение микроэлектрода внутри протоплазмы (рис. B, C, D) или изменение положения электрода внутри клетки (рис. E) на показаниях вольтметра не сказываются[Б44]. После прокола (рис. F) микроэлектродом мембраны на противоположной стенке клетки от входа в клетку электрода разность потенциалов вновь не регистрируется. Это свидетельствует о том, что разница потенциал действительно определяется между цитоплазмой и окружающим клетку наружным раствором[Б45].

[Б46]...

[Б47] Рис.. Результаты измерения разности потенциала микроэлектродным методом при разном расположении активного электрода.

У различных клеток мембранный потенциал покоя варьирует от –50 до –90 мВ[Б48].