Fungovanie orgánov a tkanív nášho tela závisí od mnohých faktorov. Niektoré bunky (kardiomyocyty a nervy) závisia od prenosu nervových impulzov generovaných v špeciálnych bunkových komponentoch alebo uzloch. Základom nervového impulzu je vytvorenie špecifickej vlny excitácie, nazývanej akčný potenciál.
Čo je toto?
Akčný potenciál sa bežne nazýva vlna excitácie pohybujúca sa z bunky do bunky. V dôsledku jej vzniku a prechodu cez bunkové membrány dochádza ku krátkodobej zmene ich náboja (normálne je vnútorná strana membrány nabitá záporne a vonkajšia kladne). Vygenerovaná vlna prispieva k zmene vlastností iónových kanálov bunky, čo vedie k opätovnému nabitiu membrány. V momente, keď akčný potenciál prechádza cez membránu, dochádza ku krátkodobej zmene jej náboja, čo vedie k zmene vlastností článku.
Tvorba tejto vlny je základom fungovania nervového vlákna, ako aj systému dráh srdca.
Keď je jeho tvorba narušená, dochádza k rozvoju mnohých chorôb, čo si vyžaduje stanovenie akčného potenciálu vkomplex diagnostických a liečebných opatrení.
Ako vzniká akčný potenciál a čo je preň charakteristické?
História výskumu
Štúdium výskytu excitácie v bunkách a vláknach sa začalo už veľmi dávno. Ako prví si jeho výskyt všimli biológovia, ktorí skúmali účinky rôznych podnetov na obnažený tibiálny nerv žaby. Všimli si, že pri vystavení koncentrovanému roztoku kuchynskej soli bolo pozorované sťahovanie svalov.
V budúcnosti vo výskume pokračovali neurológovia, ale hlavnou vedou po fyzike, ktorá študuje akčný potenciál, je fyziológia. Boli to fyziológovia, ktorí dokázali existenciu akčného potenciálu v srdcových bunkách a nervoch.
Keď sme sa hlbšie zaoberali štúdiom potenciálov, dokázala sa aj prítomnosť pokojového potenciálu.
Od začiatku 19. storočia sa začali vytvárať metódy na zisťovanie prítomnosti týchto potenciálov a meranie ich veľkosti. V súčasnosti sa fixácia a štúdium akčných potenciálov vykonáva v dvoch inštrumentálnych štúdiách - odstránení elektrokardiogramov a elektroencefalogramov.
Mechanizmus akčného potenciálu
Tvorba excitácie nastáva v dôsledku zmien intracelulárnej koncentrácie iónov sodíka a draslíka. Normálne bunka obsahuje viac draslíka ako sodíka. Extracelulárna koncentrácia sodíkových iónov je oveľa vyššia ako v cytoplazme. Zmeny spôsobené akčným potenciálom prispievajú k zmene náboja na membráne, čo vedie k toku iónov sodíka do bunky. Kvôli tomunáboje mimo a vnútri bunky sa menia (cytoplazma je nabitá kladne a vonkajšie prostredie záporne.
To sa robí, aby sa uľahčil prechod vlny cez bunku.
Po prenose vlny cez synapsiu sa náboj obráti v dôsledku prúdu záporne nabitých chloridových iónov vo vnútri bunky. Počiatočné úrovne náboja vonku a vo vnútri bunky sa obnovia, čo vedie k vytvoreniu pokojového potenciálu.
Striedajú sa obdobia oddychu a vzrušenia. V patologickej bunke sa všetko môže stať inak a vznik AP sa tam bude riadiť trochu inými zákonmi.
Fázy PD
Priebeh akčného potenciálu možno rozdeliť do niekoľkých fáz.
Prvá fáza prebieha, kým sa nevytvorí kritická úroveň depolarizácie (prechádzajúci akčný potenciál stimuluje pomalé vybíjanie membrány, ktoré dosiahne maximálnu úroveň, zvyčajne okolo -90 meV). Táto fáza sa nazýva prespike. Vykonáva sa v dôsledku vstupu sodíkových iónov do bunky.
Ďalšia fáza, vrcholový potenciál (alebo vrchol), tvorí parabolu s ostrým uhlom, kde vzostupná časť potenciálu znamená depolarizáciu membrány (rýchlu) a zostupná časť znamená repolarizáciu.
Tretia fáza - negatívny stopový potenciál - vykazuje stopovú depolarizáciu (prechod z vrcholu depolarizácie do stavu pokoja). Spôsobené vstupom chloridových iónov do bunky.
V štvrtej fáze, vo fáze pozitívnehostopový potenciál, úrovne náboja membrány sa vrátia na pôvodné.
Tieto fázy určené akčným potenciálom nasledujú presne jedna po druhej.
Funkcie akčného potenciálu
Pri fungovaní niektorých buniek je nepochybne dôležitý rozvoj akčného potenciálu. Vzrušenie hrá hlavnú úlohu v práci srdca. Bez neho by srdce bolo jednoducho neaktívnym orgánom, ale v dôsledku šírenia vlny všetkými bunkami srdca sa sťahuje, čo pomáha pretláčať krv cez cievne riečisko a obohacuje ňou všetky tkanivá a orgány.
Nervový systém by tiež nemohol normálne vykonávať svoju funkciu bez akčného potenciálu. Orgány nemohli prijímať signály na vykonávanie určitej funkcie, v dôsledku čoho by boli jednoducho zbytočné. Okrem toho zlepšenie prenosu nervového impulzu v nervových vláknach (výskyt myelínu a ranvierových záchytov) umožnilo preniesť signál v priebehu zlomkov sekundy, čo viedlo k rozvoju reflexov a vedomia. pohyby.
Akčný potenciál sa okrem týchto orgánových systémov vytvára aj v mnohých iných bunkách, v ktorých však zohráva úlohu len pri plnení špecifických funkcií bunky.
Vzostup akčného potenciálu v srdci
Hlavným orgánom, ktorého práca je založená na princípe tvorby akčného potenciálu, je srdce. Vzhľadom na existenciu uzlov na tvorbu impulzov sa vykonáva práca tohto orgánu, ktorého funkciou je dodávať krv do tkanív aorgány.
Akčný potenciál v srdci sa generuje v sínusovom uzle. Nachádza sa na sútoku dutej žily v pravej predsieni. Odtiaľ sa impulz šíri po vláknach vodivého systému srdca - od uzla po atrioventrikulárne spojenie. Prechádzajúc pozdĺž jeho zväzku, presnejšie, pozdĺž jeho nôh, impulz prechádza do pravej a ľavej komory. V ich hrúbke sú menšie dráhy - Purkyňove vlákna, cez ktoré sa vzruch dostane do každej bunky srdca.
Akčný potenciál kardiomyocytov je zložený, t.j. závisí od kontrakcie všetkých buniek srdcového tkaniva. V prítomnosti bloku (jazva po infarkte) je narušená tvorba akčného potenciálu, čo je zaznamenané na elektrokardiograme.
Nervový systém
Ako vzniká PD v neurónoch – bunkách nervového systému. Všetko sa tu robí o niečo jednoduchšie.
Vonkajší impulz je vnímaný výrastkami nervových buniek - dendritov spojenými s receptormi umiestnenými tak v koži, ako aj vo všetkých ostatných tkanivách (kľudový potenciál a akčný potenciál sa tiež navzájom nahrádzajú). Podráždenie v nich vyvoláva vznik akčného potenciálu, po ktorom impulz prechádza telom nervovej bunky k jej dlhému procesu - axónu a z neho cez synapsie do ďalších buniek. Takto generovaná vlna vzrušenia dosiahne mozog.
Črtou nervového systému je prítomnosť dvoch typov vlákien - pokrytých myelínom a bez neho. Výskyt akčného potenciálu a jeho prenos v tých vláknach, kde je myelín,prebieha oveľa rýchlejšie ako pri demyelinizácii.
Tento jav sa pozoruje v dôsledku skutočnosti, že k šíreniu AP pozdĺž myelinizovaných vlákien dochádza v dôsledku „skokov“- impulz preskočí cez myelínové úseky, čo v dôsledku toho znižuje jeho dráhu, a teda zrýchľuje jeho šírenie.
Oddychový potenciál
Bez rozvoja pokojového potenciálu by neexistoval žiadny akčný potenciál. Pokojový potenciál sa chápe ako normálny, nevybudený stav bunky, v ktorom sú náboje vo vnútri a mimo jej membrány výrazne odlišné (to znamená, že membrána je kladne nabitá vonku a záporne vo vnútri). Pokojový potenciál ukazuje rozdiel medzi nábojmi vo vnútri a mimo bunky. Normálne sa pohybuje od -50 do -110 meV. V nervových vláknach je táto hodnota zvyčajne -70 meV.
Je to spôsobené migráciou chloridových iónov do bunky a vytvorením negatívneho náboja vo vnútri membrány.
Pri zmene koncentrácie intracelulárnych iónov (ako je uvedené vyššie) PP nahrádza PD.
Za normálnych okolností sú všetky bunky tela v nevzrušenom stave, takže zmenu potenciálov možno považovať za fyziologicky nevyhnutný proces, pretože bez nich by kardiovaskulárny a nervový systém nemohol vykonávať svoju činnosť.
Význam výskumu pokojového a akčného potenciálu
Kľudový potenciál a akčný potenciál umožňujú určiť stav tela, ako aj jednotlivých orgánov.
Fixácia akčného potenciálu zo srdca (elektrokardiografia) umožňujeurčiť jeho stav, ako aj funkčnú spôsobilosť všetkých jeho oddelení. Ak si preštudujete normálne EKG, môžete vidieť, že všetky zuby na ňom sú prejavom akčného potenciálu a následného pokojového potenciálu (resp. výskyt týchto potenciálov v predsieňach zobrazuje P vlnu, a šírenie vzruchu v komory - vlna R).
Pokiaľ ide o elektroencefalogram, výskyt rôznych vĺn a rytmov na ňom (najmä alfa a beta vlny u zdravého človeka) je spôsobený aj výskytom akčných potenciálov v mozgových neurónoch.
Tieto štúdie umožňujú včas odhaliť vývoj konkrétneho patologického procesu a určujú takmer 50 percent úspešnej liečby pôvodného ochorenia.
