Потенциал действия, механизм его возникновения

Потенциал действия – это сдвиг мембранного потенциала, возникающий в ткани придействии порогового и сверхпорогового раздражителя, что сопровождается перезарядкойклеточной мембраны.При действии порогового или сверхпорогового раздражителя изменяется проницаемость клеточной мембраны для ионов в различной степени. Для ионов Na она повышается в400–500 раз, и градиент нарастает быстро, для ионов К – в 10–15 раз, и градиент развиваетсямедленно. В результате движение ионов Na происходит внутрь клетки, ионы К двигаются изклетки, что приводит к перезарядке клеточной мембраны. Наружная поверхность мембранынесет отрицательный заряд, внутренняя – положительный.

Компоненты потенциала действия:

1) локальный ответ;

2) высоковольтный пиковый потенциал (спайк);

3) следовые колебания:

а) отрицательный следовой потенциал;

б) положительный следовой потенциал.

Локальный ответ. Пока раздражитель не достиг на начальном этапе 50–75 % от величины порога, проницаемость клеточной мембраны остается неизменной и электрическийсдвиг мембранного потенциала объясняется раздражающим агентом. Достигнув уровня 50–75 %, открываются активационные ворота (m -ворота) Na-каналов и возникает локальныйответ. Ионы Na путем простой диффузии поступают в клетку без затрат энергии. Достигнувпороговой силы, мембранный потенциал снижается до критического уровня деполяризации(примерно 50 мВ). Критический уровень деполяризации – это то количество милливольт,на которое должен снизиться мембранный потенциал, чтобы возник лавинообразный ходнатрия в клетку. Если сила раздражения недостаточна, то локального ответа не происходит.

Высоковольтный пиковый потенциал (спайк). Пик потенциала действия являетсяпостоянным компонентом потенциала действия. Он состоит из двух фаз:

1) восходящей части – фазы деполяризации;

2) нисходящей части – фазы реполяризации.

Лавинообразное поступление ионов натрия в клетку приводит к изменению потенциала на клеточной мембране. Чем больше ионов натрия войдет в клетку, тем в большей степени деполяризуется мембрана, тем больше откроется активационных ворот. Постепеннозаряд с мембраны снимается, а потом возникает с противоположным знаком. Возникновение заряда с противоположным знаком называется инверсией потенциала мембраны. Движение ионов натрия внутрь клетки продолжается до момента электрохимического равновесия по иону натрия. Амплитуда потенциала действия не зависит от силы раздражителя,она зависит от концентрации ионов натрия и от степени проницаемости мембраны к ионамнатрия. Нисходящая фаза (фаза реполяризации) возвращает заряд мембраны к исходномузнаку. При достижении электрохимического равновесия по ионам натрия происходит инактивация активационных ворот, снижается проницаемость к ионам натрия и возрастает проницаемость к ионам калия, Na-K-насос вступает в действие и восстанавливает заряд клеточной мембраны. Полного восстановления мембранного потенциала не происходит.

В процессе восстановительных реакций на клеточной мембране регистрируются следовые потенциалы: положительный и отрицательный. Следовые потенциалы являютсянепостоянными компонентами потенциала действия. Отрицательный следовой потенциал– следовая деполяризация в результате повышенной проницаемости мембраны к ионамнатрия, что тормозит процесс реполяризации. Положительный следовой потенциал возникает при гиперполяризации клеточной мембраны в процессе восстановления клеточногозаряда за счет выхода ионов калия и работы натрий-калиевого насоса.