Сдам Сам

ПОЛЕЗНОЕ


КАТЕГОРИИ







Раздражимость и возбудимость клетки. Биоэлектрические явления в состоянии покоя и деятельности клетки.





Значение биоэлектрических явлений в процессах передачи информации в организме.

Раздражимостью называется способность живых клеток, тканей или целого организма отвечать на внешние воздействия изменением своей структуры, а также возникновением, усилением или ослаблением своей деятельности. Эти внешние воздействия называют раздражителями, ответные реакции на них клеток, тканей и всего организма - биологическими реакциями. Сам процесс воздействия раздражителя называется раздражением.

Но своей природе раздражители могут быть химическими, электрическими, механическими, температурными, радиационными, световыми, биологическими и др. По своему биологическому значению для каждой клетки все раздражители делятся на адекватные и неадекватные. Адекватными называются те раздражители, которые при минимальной силе раздражения вызывают возбуждение в данном виде клеток, выработавших в процессе эволюции специальную способность реагировать на эти раздражители. Чувствительность клетки к адекватным раздражителям очень велика. Все остальные раздражители называют неадекватными.

В той или иной степени способны отвечать на раздражение все живые клетки и ткани. Однако нервная, мышечная и железистая ткань в отличие от других способны осуществлять быстрые реакции на раздражения. Эти ткани получили название возбудимых тканей. К возбудимым клеткам относят и специализированные рецепторные клетки, например, палочки и колбочки сетчатки глаза.

Способность нервных, мышечных и железистых клеток и тканей, а также рецепторных клеток быстро отвечать на раздражение изменениями своих физиологических свойств и возникновением возбуждения называется возбудимостью. Возбуждение - это волнообразный процесс, который проявляется в специфической ответной реакции ткани (мышечная - сокращается, железистая - выделяет секрет, нервная - генерирует электрический импульс) и неспецифической (изменение t, обмена веществ и др.)- Обязательным признаком возбуждения является изменение электрического заряда наружной оболочки или мембраны клетки.



Минимальная сила раздражителя, необходимая для возникновения минимальной ответной реакции клетки и ткани, называется порогом раздражения. Он измеряется в различных физических величинах, которыми характеризуется величина раздражителя (в градусах, килограммах, децибеллах и т.д.). Минимальная сила раздражения, необходимая для возникновения возбуждения клетки и генерации потенциала действия, называется порогом возбуждения. Порог возбуждения измеряется в миллиВольтах.

Любая живая клетка покрыта полупроницаемой мембраной, через которую осуществляется пассивный и активный избирательный перенос положительно и отрицательно заряженных ионов. Благодаря этому переносу между наружной и внутренней поверхностью мембраны клетки существует электрическая разность потенциалов - мембранный потенциал. Существует три отличающихся друг от друга проявления мембранного потенциала - мембранный потенциал покоя, местный потенциал и потенциал действия.

Если на клетку не действуют внешние раздражители, то мембранный потенциал долго сохраняется постоянным. Мембранный потенциал такой покоящейся клетки называется мембранным потенциалом покоя. Для внутренней среды клетки потенциал покоя всегда отрицателен и равен для нервной и поперечно-полосатой мышечной ткани от -50 до -100 мВ, для эпителиальной и гладкомышечной ткани от -20 до -30 мВ.

Причиной возникновения потенциала покоя является разная концентрация катионов и анионов снаружи и внутри клетки и избирательная проницаемость для них клеточной мембраны. Цитоплазма покоящейся нервной и мышечной клетки содержит примерно в 20-100 раз больше катионов калия, в 5-15 раз меньше катионов натрия и в 20-100 раз меньше анионов хлора, чем внеклеточная жидкость.

В мембране клетки имеются специфические натриевые, калиевые, хлорные и кальциевые каналы, которые избирательно пропускают, соответственно, только Na+, K+, Cl- и Са2+. Эти каналы обладают воротным механизмом и могут быть открытыми или закрытыми.

В состоянии покоя практически все натриевые каналы мембраны клетки закрыты, а большинство калиевых - открыто. Всякий раз, когда ионы калия наталкиваются на открытый канал, они диффундируют через мембрану. Поскольку внутри клетки ионов К+ гораздо больше, то их выходит из клетки гораздо больше, что увеличивает положительный заряд наружной поверхности мембраны. Этот выходящий поток К+ должен был бы вскоре выровнять осмотическое давление (или концентрацию) этого иона, но этому препятствует электрическая сила отталкивания положительных ионов К+ от положительно заряженной наружной поверхности мембраны. Ионы К+ будут выходить из клетки до тех пор, пока сила электрического отталкивания не станет равной силе осмотического давления K+. При таком уровне потенциала мембраны уравновесится выход и вход ионов К+ через мембрану клетки.

Поскольку в состоянии покоя почти все натриевые каналы мембран закрыты, то ионы Na+ поступают в клетку в незначительном количестве и поэтому не могут возместить потерю положительного заряда внутренней среды клетки, вызванную выходом ионов К+. Избыток ионов Na+ на наружной поверхности мембраны совместно с выходящими из клетки ионами К+ создают положительный потенциал снаружи мембраны покоящейся клетки.

В состоянии покоя мембрана нервных клеток проницаема несколько хуже, а мышечных клеток проницаемость несколько лучше для анионов Сl- , чем для катионов К+ Анионы Сl-, которых больше вне клетки, диффундируют внутрь клетки и несут с собой отрицательный заряд. Уравниванию концентраций ионов Cl- препятствует сила электрического отталкивания одноименных зарядов.

Мембрана клетки практически непроницаема для крупных органических анионов, в частности молекул белков, анионов органических кислот. Поэтому они остаются внутри клетки и совместно с поступающими внутрь клетки ионами Cl- обеспечивают отрицательный потенциал на внутренней поверхности мембраны покоящейся клетки.

При действии на клетку различных раздражителей по силе примерно в 1,5-2 раза меньше порога раздражения мембранный потенциал покоя начинает уменьшаться, т.е. происходит деполяризация мембраны клетки. С увеличением силы раздражения деполяризация мембраны нарастает. Однако, если сила раздражения не достигла порога, то прекращение раздражения приводит к быстрому восстановлению потенциала покоя. В мышечной и нервной тканях при пороговом раздражении уменьшение потенциала мембраны ограничено небольшим участком в месте нанесения раздражения и получило наз­вание местного потенциала или локального ответа.

При достижении раздражения пороговой силы возникает быстрое кратковременное изменение величины и полярности заряда мембраны клетки, которое получило название потенциала действия (применя­ются также тещины "волна возбуждения", для нервных клеток -"нервный импульс"). Потенциалы действия всегда возникают при де­поляризации мембраны нервной и поперечно-полосатой мышечной кле­тки примерно до -50 мВ.

Причиной возникновения местного потенциала, а затем и по­тенциала действия является раскрытие натриевых каналов и поступ­ление ионов Na+ внутрь клетки. При нарастании силы раздражения до пороговой этот процесс идет медленно и возникает местный по­тенциал. При достижении критического уровня деполяризации мемб­раны (примерно -50 мВ) проницаемость натриевых каналов мембраны лавинообразно возрастает. Ионы Na+ поступают внутрь клетки, что приводит не только к быстрой нейтрализации отрицательного заряда у внутренней поверхности мембраны, но и к возникновению положи­тельного заряда (инверсия потенциала).

Как только количество ионов Na+ снаружи и внутри клетки сравняется, направленный ток в клетку /^прекращается и инвер­сия заканчивается при величине примерно 430-40 мВ (рис. I).

Рис. I. Развитие потенциала действия в нерве:

УШ - уровень потенциала покоя;

МП - местный потенциал;

КУД -критический уровень деполяриза­ции мембраны;

ПД - потенциал действия;

КУД И - величина инверсии (овершут)

СДП - следовой деполяризационный потенциал;

СГП-следовой гиперполяризационный потенциал.

СГП

К этому моменту резко увеличивается проницаемость мембраны для ионов К+ которые в большом количестве выходят из клетки. В ре­зультате у внутренней поверхности мембраны вновь создается отри­цательный заряд, а на наружной поверхности - положительный, т.е. происходит реполяризация мембраны. Быстрые изменения величины и полярности заряда мембраны получили название пика потенциала дей­ствия. Вслед за пиком потенциала действия наблюдаются деполяризационный и гиперполяризационный следовые потенциалы, обусловлен­ные инерционностью процессов движения ионов Na+ и К+ через клеточ­ную мембрану. Длительность потенциала действия составляет около I мс в нервах, 10 мс в скелетной мышце и более 200 мс в миокарде сердца.

Поддержание разности концентраций ионов Na+ и К+ между цито­плазмой клетки и внеклеточной жидкости в состоянии покоя и вос­становление этой разницы после раздражения клетки обеспечивается работой так называемого натрий-калиевого насоса мембраны. Натрий-калиевый насос осуществляет активный перенос ионов против градиентов их концентраций, непрерывно откачивая Na+ из клетки в об­мен на К+. Насос работает за счет энергии АТФ, в расщеплении ко­торой участвует фермент - мембранная Na, К АТФаза. Для работы насоса необходимо наличие в клетке ионов У Na+, а во внеклеточной жидкости - ионов К+.

Распространение потенциала действия по ткани, в особенности нервного импульса по нервам, является самым быстрым и точно ад­ресованным способом передачи информации в организме. Скорость передачи нервного импульса в быстропроводящих волокнах двигате­льных нервов (тип Аα) достигает 120 м/с. Другие способы передачи информации гораздо медлительнее: гуморальный не превышает 0,5 м/с (скорость тока крови в аорте), аксонный транспорт веществ от тела нейрона к окончаниям аксона не превышает 40 см в сутки.

Передача информации в организме путем проведения потенциа­лов действия осуществляется по мембране нервного волокна. При на­несении раздражения достаточной силы на нервное волокно в точке раздражения возникает зона возбуждения (рис. 2). Эта зона имеет на внутренней поверхности мембраны положительный заряд, а на наружной -отрицательный. Соседние невозбужден­ные участки мембраны нервного волок­на имеют обратное соотношение поляр­ности зарядов. Между возбужденным и невозбужденными участками мембраны возникают электрические токи. Они получили название местных токов.

Эти токи раздражают соседние невозбужденные участки мембраны. В результате в них изменяется проницаемость ионных каналов, развивается деполяризация и возникает потенциал действия. Эти участки становятся возбужденными. Процесс повторяется и таким образом происходит распространение нервного импульса по нерву в обе стороны от первоначального места нанесения раздражения. Таков механизм проведения возбуждения по безмякотному нервному волокну, в котором оно проводится с небольшой скоростью, постепенно ослабевая.

В мякотных нервных волокнах потенциалы действия возникают только в перехватах Ранвье, где нет миелиновой оболочки, являющейся электрическим изолятором. В результате возбуждение в мякотном нервном волокне передается скачками, от одного перехвата Ранвье к другому. Скорость передачи возбуждения в нем выше, чем в безмякотном волокне, и передается оно практически без ослабления.

 









Что способствует осуществлению желаний? Стопроцентная, непоколебимая уверенность в своем...

ЧТО ТАКОЕ УВЕРЕННОЕ ПОВЕДЕНИЕ В МЕЖЛИЧНОСТНЫХ ОТНОШЕНИЯХ? Исторически существует три основных модели различий, существующих между...

ЧТО И КАК ПИСАЛИ О МОДЕ В ЖУРНАЛАХ НАЧАЛА XX ВЕКА Первый номер журнала «Аполлон» за 1909 г. начинался, по сути, с программного заявления редакции журнала...

Конфликты в семейной жизни. Как это изменить? Редкий брак и взаимоотношения существуют без конфликтов и напряженности. Через это проходят все...





Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте:


©2015- 2021 zdamsam.ru Размещенные материалы защищены законодательством РФ.