Потенциал действия

Нервная система животных состоит из волокон, которые протянуты через все тело и собраны в пучки, подобные позвоночному столбу, а затем достигают мозга. Отдельная нервная клетка (нейрон) состоит из клеточного тела и одного длинного выроста – аксона. Аксоны, контролирующие движения пальцев протянулись на всю длину руки, тогда как тело клетки расположено в спинном мозге. Электрические сигналы, распространяющиеся вдоль аксонов, несут сенсорную информацию мозгу или моторные функции от мозга к различным частям тела.

В процессе переноса информации от мозга и обратно аксоны получают стимулы от других аксонов только через окончания (синапсы). Однако нервную клетку можно привести в возбужденное состояние и в любой точке на протяжении аксона электрическим, химическим или механическим способом.

Состояние покоя

+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +

- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

-70 мВ

- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +

Приложен стимул

+ + + + + + + + + + + - - + + + + + + + + + + + + +

- - - - - - - - - - - + + - - - - - - - - - - - - -

- - - - - - - - - - - + + - - - - - - - - - - - - -

+ + + + + + + + + + + - - + + + + + + + + + + + + +

Распространение потенциала действия

+ + + + + - - - - - - - - - - - - - - - - + + + + +

- - - - - + + + + + + + + + + + + + + + + - - - - -

- - - - - + + + + + + + + + + + + + + + + - - - - -

+ + + + + - - - - - - - - - - - - - - - - + + + + +

Полная деполяризация участка

- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +

+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +

- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

Началась реполяризация

- - - - - - - - - - + + + + - - - - - - - - - - - -

+ + + + + + + + + + - - - - + + + + + + + + + + + +

+ + + + + + + + + + - - - - + + + + + + + + + + + +

- - - - - - - - - - + + + + - - - - - - - - - - - -

Эффект действия раздражителя проявляется во внезапном увеличении проницаемости мембраны для ионов Na⁺ (≈ в 5000 раз). Поток ионов Na⁺ из межклеточного пространства перекрывает отрицательный потенциал клетки и разрушает локальный положительный потенциал. Этот положительный потенциал, который возникает в доли секунды и вырастает до +40 мВ, называется потенциалом действия.

Происходит перемена мембранного потенциала – полная деполяризация участка. Почти сразу же после этого мембрана приходит в исходное состояние с низкой проницаемостью для ионов натрия. Одновременно происходит резкое увеличение проницаемости мембраны для ионов калия. Это дает возможность большому количеству ионов калия быстро продиффундировать из клетки, что приводит к понижению потенциала клетки до отрицательных значений. «Ворота» для К⁺ остаются открытыми в течение всего процесса деполяризации, следовательно потенциал клетки падает ниже потенциала покоя. В конце концов активный перенос становится достаточно эффективным и приводит клетку в исходное состояние за ≈ 10 мс. Клетка готова «зажечься» снова до тех пор, пока не завершится процесс восстановления.

Роль активного переноса в процессе восстановления не ясна: клетка может последовательно «зажечься» несколько раз даже при отсутствии механизма активного переноса.

Потенциал действия функционирует по принципу «все или ничего», т.е. процесс происходит либо до конца, либо вообще не начинается. Если стимул имеет величину, достаточную для запуска потенциала действия, то потенциал имеет одинаковую амплитуду и форму независимо от типа, величины и продолжительности действия стимула.

Скорость, с которой потенциал действия распространяется вдоль нервного волокна, зависит от диаметра волокна и от того, покрыт ли аксон слоем миелина (структуры из липопротеидов). У небольших волокон без миелина скорость меньше 0,5 м/с, для больших волокон, покрытых миелином, скорость больше 130 м/с. Нервные импульсы не распространяются подобно обычным электрическим сигналам. Распространение нервного импульса – сложный электрохимический процесс, детали которого еще не изучены.