Цитоплазма нервових і м'язових клітин містить в 30-50 разів більше іонів К +, в 8-10 разів менше іонів Na + і в 50 разів менше іонів Cl-, ніж позаклітинна рідина. Отже, в станів спокою існує асиметрія концентрації іонів всередині клітини і в навколишньому її середовищі.
У стані фізіологічного спокою мембрана нервових волокон в 25 разів більш проникна для іонів калію, ніж для іонів натрію.
Поляризація мембрани при відкритих калієвих каналах і наявності трансмембранного градієнта концентрацій калію, пояснюється насамперед витоком внутрішньоклітинного калію в навколишнє клітку середовище. Вихід позитивно заряджених іонів калію призводить до появи позитивного заряду на зовнішній поверхні мембрани. Органічні аніони - великомолекулярних з'єднання, які несуть негативний заряд, і для яких мембрана клітини непроникна, надають в цих умовах внутрішньої поверхні мембрани негативний заряд.
У стані спокою спостерігаються невеликі потоки іонів калію і натрію (калію більше, ніж натрію) через мембрану по їх концентраційному градієнту, що в кінцевому підсумку повинно було б привести до вирівнювання концентрації цих іонів всередині клітини і в навколишньому її середовищі. Але в живих клітинах цього не відбувається, так як в клітинній мембрані існує особливий молекулярний механізм, який отримав назву натрій-калієвого насоса. Він забезпечує виведення з цитоплазми клітини іонів натрію та введення в цитоплазму іонів калію. Іонний насос переміщує іони проти їх концентраційного градієнта, отже, він працює з витратою енергії.
Таким чином, виникнення і підтримку мембранного потенціалу спокою обумовлено виборчою проникністю мембрани клітини і роботою натрій-калієвого насоса. Мембранний потенціал спокою створює електричне поле. Електричне поле мембранного потенціалу спокою забезпечує закритий стан активаційних «воріт» натрієвих каналів і відкритий стан інактіваціонних «воріт».
Реєстрація електричних потенціалів в нервовому і м'язовому волокні або в нервовій клітині показала, що при порушенні відбувається зміна МПП, виникає потенціал дії. Під впливом подразника порогової або сверхпороговой величини проникність мембрани клітини для іонів натрію зростає. Іони натрію спрямовуються всередину клітини, що призводить до зменшення величини мембранного потенціалу спокою - деполяризація мембрани. На початку деполяризация розвивається повільно. При зменшенні МПП до критичного рівня деполяризації проникність мембрани для іонів натрію збільшується в 500 разів і перевищує проніцаемость для іонів калію в 20 разів. В результаті проникнення іонів натрію в цитоплазму і їх взаємодії з аніонами різниця потенціалів на мембрані зникає, а потім відбувається перезарядка клітинної мембрани (інверсія заряду) - внутрішня поверхня мембрани заряджається позитивно по відношенню до її зовнішньої. Цей потенціал перевищення досягає величини 30-50 мВ, після чого закриваються швидкі натрієві канали - відбувається інактивація натрієвої проникності і відкриваються калієві канали. Починається процес відновлення вихідного рівня мембранного потенціалу спокою - реполяризация мембрани.
Потенціал дії може бути зареєстрований двома способами:
1) позаклітинним - за допомогою електродів, прикладених до зовнішньої поверхні клітини;
2) внутрішньоклітинним - за допомогою електродів, один з яких введений всередину клітини, а інший розташований на її поверхні.
При...
