Возбудимые ткани, такие как нервная и мышечная, обладают способностью генерировать и проводить электрические сигналы в ответ на раздражение. Эти электрические явления лежат в основе их функционирования и обеспечивают передачу информации и сокращение. Вот основные виды электрических явлений, наблюдаемых в возбудимых тканях:
1. Потенциал покоя (Resting Membrane Potential — RMP):
- Описание: Разность электрических потенциалов между внутренней и внешней сторонами клеточной мембраны в состоянии покоя (отсутствие возбуждения). Обычно он отрицателен внутри клетки относительно внешней среды. Причина: Неравномерное распределение ионов (главным образом, Na+, K+, Cl-) по обе стороны мембраны и различная проницаемость мембраны для этих ионов.
- Высокая концентрация K+ внутри клетки и Na+ снаружи. Мембрана более проницаема для K+, чем для Na+. Работа Na+/K+-АТФазы (насоса), поддерживающего концентрационные градиенты.
Значение: Поддержание готовности клетки к возбуждению.
2. Локальный ответ (Local Response):
- Описание: Небольшое изменение мембранного потенциала в ответ на подпороговый стимул (стимул недостаточной силы для генерации потенциала действия). Характеристики:
- Амплитуда пропорциональна силе стимула. Распространяется на небольшое расстояние от места стимуляции (локально). Не подчиняется закону “все или ничего”. Суммируется (пространственная и временная суммация).
Механизм: Небольшие изменения ионной проницаемости мембраны, не достигающие порогового уровня. Значение: Суммирование локальных ответов может привести к достижению порога и генерации потенциала действия.
3. Потенциал Действия (Action Potential — AP):
- Описание: Кратковременное и быстрое изменение мембранного потенциала, распространяющееся по всей длине возбудимой клетки. Это основной механизм передачи информации в нервной и мышечной тканях. Фазы потенциала действия:
- Деполяризация: Быстрое увеличение мембранного потенциала в положительную сторону, обусловленное открытием потенциал-зависимых натриевых каналов и входом Na+ внутрь клетки. Реполяризация: Возвращение мембранного потенциала к исходному уровню, обусловленное закрытием натриевых каналов и открытием потенциал-зависимых калиевых каналов, приводящим к выходу K+ из клетки. Гиперполяризация (послепотенциал): Кратковременное снижение мембранного потенциала ниже уровня потенциала покоя из-за повышенной проницаемости для K+ и продолжающегося выхода K+ из клетки.
Свойства потенциала действия:
- Закон “все или ничего”: Потенциал действия генерируется только при достижении порогового уровня деполяризации и имеет постоянную амплитуду, независимо от силы стимула (если стимул превышает пороговый уровень). Распространение без затухания: Потенциал действия распространяется по мембране без уменьшения амплитуды. Рефрактерность: Период времени после генерации потенциала действия, в течение которого клетка не может быть повторно возбуждена (абсолютная рефрактерность) или требует более сильного стимула (относительная рефрактерность).
Значение: Передача информации на большие расстояния, обеспечение сокращения мышц.
4. Местные токи (Local Currents):
- Описание: Токи, возникающие между деполяризованной и поляризованной областями мембраны во время распространения потенциала действия. Механизм: Ионы Na+, входящие в клетку во время деполяризации, распространяются внутри клетки и деполяризуют соседние участки мембраны, вызывая открытие новых натриевых каналов и распространение возбуждения. Значение: Обеспечение распространения потенциала действия по мембране.
5. Электротонические потенциалы:
- Описание: Пассивное распространение изменений мембранного потенциала (деполяризации или гиперполяризации) от места стимуляции. В отличие от потенциала действия, они не требуют открытия потенциал-зависимых ионных каналов. Характеристики:
- Затухают с расстоянием. Амплитуда зависит от силы стимула. Не подчиняются закону “все или ничего”.
Механизм: Пассивное распространение ионов по клетке, изменяющее заряд мембраны. Значение: Важны для интеграции сигналов в дендритах нейронов.
6. Синаптические потенциалы (Synaptic Potentials):
- Описание: Изменения мембранного потенциала постсинаптической клетки в ответ на высвобождение нейромедиатора из пресинаптической клетки. Виды:
- Возбуждающий постсинаптический потенциал (EPSP): Деполяризация постсинаптической мембраны, увеличивающая вероятность генерации потенциала действия. Тормозный постсинаптический потенциал (IPSP): Гиперполяризация постсинаптической мембраны, уменьшающая вероятность генерации потенциала действия.
Механизм: Связывание нейромедиатора с рецепторами на постсинаптической мембране, что приводит к открытию ионных каналов и изменению мембранного потенциала. Значение: Передача информации между нервными клетками.
7. Электрические явления в мышцах:
- Потенциал действия мышечного волокна: Аналогичен потенциалу действия нервного волокна, но имеет некоторые отличия по длительности и скорости распространения. Потенциал концевой пластинки (End-Plate Potential — EPP): Деполяризация мышечной мембраны в области нервно-мышечного синапса в ответ на высвобождение ацетилхолина. EPP всегда вызывает потенциал действия в мышечном волокне.
Понимание этих электрических явлений необходимо для изучения функционирования нервной и мышечной систем, а также для диагностики и лечения различных заболеваний, связанных с нарушением электрической активности возбудимых тканей.
