III. Анализ активных потенциал-зависимых ионных токов, вызывающих ПД

Активный ответ мембраны – это изменение ее ионной проводимости в ответ на действие электрического поля определенной полярности, - деполяризующей мембрану. Если деполяризация мембраны достигает определенной, т.н. пороговой величины, то на мембране открываются новые ионные каналы,- потенциалзависимые натриевые и калиевые каналы, пропускающие два новых ионных тока, которых не было в покое – активный натриевый и калиевый ток. В терминах эквивалентной электрической схемы мембраны появление таких токов есть результат появления в цепи мембраны двух новых проводимостей gNa_актив и gК_актив.

В данной модели воспроизведены процессы генерации Na и К токов и развитие ПД на мембране гигантского аксона кальмара. Как известно, этот объект был впервые исследован Ходжкиным и Хаксли, измерившими не только потенциал действия, но и «ток действия» текущий через мембрану аксона во время ПД используя метод фиксации потенциала на мембарне.

Метод фиксации потенциала на мембране –Voltage clamp. В опытах Ходжкина и Хаксли на гигантском аксоне кальмара была использована электронная схема с обратной связью, позволявшая с помощью одного электрода отслеживать малейшие изменения мембранного потенциала в ответ на раздражение аксона сверхпороговыми стимулами и корректировавшая эти изменения путем пропускания через мембрану тока, тождественного тому, который и вызвал сдвиги МП. Благодаря подключению к мембране электронной измерительной системы с обратной связью, – voltage clamp – становится возможным, регистрируя минимальные изменения потенциала на мембране, возникающие благодаря поялению новых токов, мгновенно компенсировать эти токи и последующие сдвиги МП, посылая в клетку, через цепь обратной связи, токи, равные по величине и противоположные по направлению ионным токам, возникающим при генерации ПД. Таким образом – в опытах Ходжкина и Хаксли,(1956) с помощью метода фиксации потенциала был зарегистрирован «ток действия» возникавший на мембране при генерации ПД. ПД возникал в ответ на деполяризацию мембраны прямоугольным толчком тока, который сдвигал ПП аксона и фиксировал потенциал на этом уровне. Проводилась деполяризация мембраны от -65мВ до -55, -45, -35мВ и т.д – вплоть до +35мВ. При этом деполяризация мембраны фиксировалась на соответствующем уровне, а в цепи обратной связи регистрировались токи, текущие через мембрану во время такой деполяризаци.

Была исследована потенциал-зависимость амплитуды и временного хода Na⁺ и К⁺ токов, образующих «ток действия». Полученные данные были использованы Ходжкиным и Хаксли для построения семейства кривых натриевой и калиевой проводимостей (G_Na и G_K) - при разных уровнях деполяризации мембраны и в разные моменты от момента начала деполяризации_. Используя кривые изменений g_Na gK, Ходжкин и Хаксли подобрали уравнения, которые бы с помощью соответствующие коэффициентов математически описывали проводимости – g_{N a} и g_K, как функции потенциала на мембране Vм и времени t. Так была создана математическая модель изменений натриевой и калиевой проводимостей при генерации ПД. Зная, как себя ведет проводимость по натрию. и калию (как функция изменений потенциала на мембране (Vм) и времени (t)), этим ученым удалось предсказать СВОЙСТВА натриевых и калиевых каналов.

В нашей модели также заложены параметры активных ионных токов (их потенциало- и время зависимость), полученные при их регистрации методом фикcации потенциала на мембране (voltage clamp) при генерации ПД.

Цель данной части работы – рассмотреть свойства «тока действия»: его ионную природу, порог активации, особенности временного хода, особенности взаимодействия токов формирующих ток действия.