Funcționarea organelor și țesuturilor corpului nostru depinde de mulți factori. Unele celule (cardiomiocite și nervi) depind de transmiterea impulsurilor nervoase generate în componente sau noduri celulare speciale. Baza impulsului nervos este formarea unei unde specifice de excitație, numită potențial de acțiune.
Ce este asta?
Un potențial de acțiune este numit în mod obișnuit un val de excitație care se deplasează de la celulă la celulă. Datorită formării sale și trecerii prin membranele celulare, are loc o modificare pe termen scurt a sarcinii lor (în mod normal, partea interioară a membranei este încărcată negativ, iar partea exterioară este încărcată pozitiv). Unda generată contribuie la modificarea proprietăților canalelor ionice ale celulei, ceea ce duce la reîncărcarea membranei. În momentul în care potențialul de acțiune trece prin membrană, are loc o modificare pe termen scurt a sarcinii acesteia, ceea ce duce la o modificare a proprietăților celulei.
Formarea acestui val stă la baza funcționării fibrei nervoase, precum și a sistemului de căi ale inimii.
Când formarea lui este perturbată, se dezvoltă multe boli, ceea ce face necesară determinarea potențialului de acțiune înun complex de măsuri de diagnostic și tratament.
Cum se formează un potențial de acțiune și ce este caracteristic acestuia?
Istoricul cercetării
Studiul apariției excitației în celule și fibre a început cu destul de mult timp în urmă. Primii care au observat apariția acesteia au fost biologii care au studiat efectele diverșilor stimuli asupra nervului tibial expus al broaștei. Ei au observat că atunci când sunt expuși la o soluție concentrată de sare de masă, s-a observat o contracție musculară.
În viitor, cercetările au fost continuate de către neurologi, dar principala știință după fizică care studiază potențialul de acțiune este fiziologia. Fiziologii au fost cei care au demonstrat existența unui potențial de acțiune în celulele și nervii inimii.
Pe măsură ce am aprofundat în studiul potențialelor, s-a dovedit și prezența potențialului de repaus.
De la începutul secolului al XIX-lea au început să fie create metode pentru a detecta prezența acestor potențiale și a măsura amploarea lor. În prezent, fixarea și studiul potențialelor de acțiune se realizează în două studii instrumentale - îndepărtarea electrocardiogramelor și electroencefalogramelor.
Mecanismul potențial de acțiune
Formarea excitației are loc din cauza modificărilor concentrației intracelulare a ionilor de sodiu și potasiu. În mod normal, celula conține mai mult potasiu decât sodiu. Concentrația extracelulară a ionilor de sodiu este mult mai mare decât în citoplasmă. Modificările cauzate de potențialul de acțiune contribuie la o modificare a încărcăturii de pe membrană, ducând la fluxul de ioni de sodiu în celulă. Din cauza astasarcinile din exteriorul și din interiorul celulei se modifică (citoplasma este încărcată pozitiv, iar mediul extern este încărcat negativ.
Acest lucru se face pentru a facilita trecerea undei prin celulă.
După ce unda a fost transmisă prin sinapsă, sarcina este inversată datorită curentului din interiorul celulei al ionilor de clorură încărcați negativ. Nivelurile inițiale de încărcare în exterior și în interiorul celulei sunt restabilite, ceea ce duce la formarea unui potențial de repaus.
Alternează perioadele de odihnă și emoție. Într-o celulă patologică, totul se poate întâmpla diferit, iar formarea AP acolo se va supune unor legi oarecum diferite.
faze PD
Cursul unui potențial de acțiune poate fi împărțit în mai multe faze.
Prima fază continuă până când se formează un nivel critic de depolarizare (un potențial de acțiune trecătoare stimulează o descărcare lentă a membranei, care atinge un nivel maxim, de obicei în jur de -90 meV). Această fază se numește prespike. Se realizează datorită pătrunderii ionilor de sodiu în celulă.
Faza următoare, potențialul de vârf (sau vârful), formează o parabolă cu unghi ascuțit, unde partea ascendentă a potențialului înseamnă depolarizare membranară (rapidă), iar partea descendentă înseamnă repolarizare.
A treia fază - potențial de urme negative - arată depolarizarea urmei (tranziția de la vârful depolarizării la starea de repaus). Cauzat de intrarea ionilor de clorură în celulă.
La a patra etapă, faza pozitivăUrme potențiale, nivelurile de încărcare ale membranei revin la original.
Aceste faze determinate de potențialul de acțiune urmează strict una după alta.
Funcții potențiale de acțiune
Fără îndoială, dezvoltarea potențialului de acțiune este importantă în funcționarea anumitor celule. Excitația joacă un rol major în activitatea inimii. Fără el, inima ar fi pur și simplu un organ inactiv, dar datorită propagării undei prin toate celulele inimii, se contractă, ceea ce ajută la împingerea sângelui prin patul vascular, îmbogățind toate țesuturile și organele cu el.
De asemenea, sistemul nervos nu și-ar putea îndeplini în mod normal funcția fără un potențial de acțiune. Organele nu puteau primi semnale pentru a îndeplini o anumită funcție, drept urmare pur și simplu ar fi inutile. În plus, îmbunătățirea transmiterii unui impuls nervos în fibrele nervoase (apariția mielinei și interceptările lui Ranvier) a făcut posibilă transmiterea unui semnal în câteva fracțiuni de secundă, ceea ce a condus la dezvoltarea reflexelor și a conștientului. mișcări.
Pe lângă aceste sisteme de organe, potențialul de acțiune se formează și în multe alte celule, dar în ele joacă un rol doar în îndeplinirea funcțiilor specifice celulei.
Creșterea potențialului de acțiune în inimă
Organul principal a cărui activitate se bazează pe principiul formării potențialului de acțiune este inima. Datorită existenței nodurilor pentru formarea impulsurilor, se realizează munca acestui organ, a cărui funcție este de a furniza sânge în țesuturi șiautorități.
Potențialul de acțiune din inimă este generat la nivelul nodului sinusal. Este situat la confluența venei cave în atriul drept. De acolo, impulsul se propagă de-a lungul fibrelor sistemului de conducere al inimii - de la nod la joncțiunea atrioventriculară. Trecând de-a lungul mănunchiului lui His, mai precis, de-a lungul picioarelor sale, impulsul trece către ventriculii drept și stâng. În grosimea lor se află căi mai mici - fibre Purkinje, prin care excitația ajunge la fiecare celulă a inimii.
Potențialul de acțiune al cardiomiocitelor este compus, adică. depinde de contracția tuturor celulelor țesutului cardiac. În prezența unui bloc (o cicatrice după un atac de cord), este perturbată formarea unui potențial de acțiune, care este înregistrat pe electrocardiogramă.
Sistemul nervos
Cum se formează PD în neuroni - celulele sistemului nervos. Totul se face puțin mai ușor aici.
Impulsul extern este perceput prin excrescențe ale celulelor nervoase - dendrite asociate cu receptori localizați atât în piele, cât și în toate celel alte țesuturi (potențialul de repaus și potențialul de acțiune se înlocuiesc și ele). Iritația provoacă formarea unui potențial de acțiune în ele, după care impulsul trece prin corpul celulei nervoase către procesul său lung - axon, iar de la acesta prin sinapse către alte celule. Astfel, valul de excitație generat ajunge la creier.
O caracteristică a sistemului nervos este prezența a două tipuri de fibre - acoperite cu mielină și fără ea. Apariția unui potențial de acțiune și transmiterea acestuia în acele fibre în care există mielină,desfășurat mult mai rapid decât în demielinizați.
Acest fenomen se observă datorită faptului că propagarea AP de-a lungul fibrelor mielinice are loc din cauza „sărituri” - impulsul sare peste secțiunile de mielină, care, ca urmare, își reduce calea și, în consecință, accelerează propagarea acestuia.
Potențial de odihnă
Fără dezvoltarea potențialului de odihnă, nu ar exista potențial de acțiune. Potențialul de repaus este înțeles ca starea normală, neexcitată a celulei, în care sarcinile din interiorul și din exteriorul membranei sale sunt semnificativ diferite (adică membrana este încărcată pozitiv în exterior și încărcată negativ în interior). Potențialul de repaus arată diferența dintre sarcinile din interiorul și din exteriorul celulei. În mod normal, variază de la -50 la -110 meV. În fibrele nervoase, această valoare este de obicei -70 meV.
Se datorează migrării ionilor de clorură în celulă și creării unei sarcini negative în interiorul membranei.
La modificarea concentrației ionilor intracelulari (așa cum sa menționat mai sus), PP înlocuiește PD.
În mod normal, toate celulele corpului se află într-o stare neexcitată, astfel încât schimbarea potențialelor poate fi considerată un proces necesar din punct de vedere fiziologic, deoarece fără ele sistemele cardiovascular și nervos nu și-ar putea desfășura activitățile.
Semnificația cercetării privind potențialele de odihnă și de acțiune
Potențialul de odihnă și potențialul de acțiune vă permit să determinați starea corpului, precum și a organelor individuale.
Fixarea potențialului de acțiune din inimă (electrocardiografia) permitedetermina starea acestuia, precum și capacitatea funcțională a tuturor departamentelor sale. Dacă studiați un ECG normal, puteți vedea că toți dinții de pe acesta sunt o manifestare a potențialului de acțiune și a potențialului de repaus ulterior (respectiv, apariția acestor potențiale în atrii afișează unda P și răspândirea excitației în ventriculii - unda R).
În ceea ce privește electroencefalogramă, apariția diferitelor unde și ritmuri pe aceasta (în special unde alfa și beta la o persoană sănătoasă) se datorează și apariției potențialelor de acțiune în neuronii creierului.
Aceste studii permit detectarea în timp util a dezvoltării unui anumit proces patologic și determină aproape 50 la sută din tratamentul cu succes al bolii inițiale.
