Všetky nervové aktivity úspešne fungujú vďaka striedaniu fáz pokoja a excitability. Poruchy v polarizačnom systéme narúšajú elektrickú vodivosť vlákien. Ale okrem nervových vlákien existujú aj iné excitabilné tkanivá - endokrinné a svalové.
Zvážime však vlastnosti vodivých tkanív a na príklade procesu excitácie organických buniek si povieme o význame kritickej úrovne depolarizácie. Fyziológia nervovej aktivity úzko súvisí s indikátormi elektrického náboja vo vnútri a mimo nervovej bunky.
Ak je jedna elektróda pripojená k vonkajšiemu obalu axónu a druhá k jeho vnútornej časti, potom existuje potenciálny rozdiel. Elektrická aktivita nervových dráh je založená na tomto rozdiele.
Čo je to pokojový potenciál a akčný potenciál?
Všetky bunky nervového systému sú polarizované, to znamená, že majú odlišný elektrický náboj vo vnútri a mimo špeciálnej membrány. Nervová bunka je vždyjeho lipoproteínová membrána, ktorá má funkciu bioelektrického izolantu. Vďaka membránam sa v bunke vytvára pokojový potenciál, ktorý je nevyhnutný pre následnú aktiváciu.
Kľudový potenciál je udržiavaný prenosom iónov. Uvoľňovanie draselných iónov a vstup chlóru zvyšujú kľudový potenciál membrány.
Akčný potenciál sa kumuluje vo fáze depolarizácie, teda vzostupu elektrického náboja.
Fázy akčného potenciálu. Fyziológia
Takže depolarizácia vo fyziológii znamená zníženie membránového potenciálu. Depolarizácia je základom pre vznik excitability, teda akčného potenciálu pre nervovú bunku. Keď sa dosiahne kritická úroveň depolarizácie, žiadny, dokonca ani silný stimul, nie je schopný vyvolať reakcie v nervových bunkách. Zároveň je vo vnútri axónu veľa sodíka.
Hneď po tomto štádiu nasleduje fáza relatívnej excitability. Odpoveď je už možná, ale len na silný stimulačný signál. Relatívna excitabilita pomaly prechádza do fázy ex altácie. Čo je povýšenie? Toto je vrchol dráždivosti tkaniva.
Po celý tento čas sú sodíkové aktivačné kanály zatvorené. A k ich otvoreniu dôjde až pri vybití nervového vlákna. Repolarizácia je potrebná na obnovenie záporného náboja vo vnútri vlákna.
Čo znamená kritická úroveň depolarizácie (CDL)?
Takže excitabilita je vo fyziológiischopnosť bunky alebo tkaniva reagovať na podnet a generovať nejaký druh impulzu. Ako sme zistili, bunky potrebujú na svoju činnosť určitý náboj – polarizáciu. Zvýšenie poplatku z mínusu na plus sa nazýva depolarizácia.
Po depolarizácii vždy dôjde k repolarizácii. Náboj vo vnútri po excitačnej fáze musí byť opäť záporný, aby sa bunka mohla pripraviť na ďalšiu reakciu.
Keď sú hodnoty voltmetra pevne stanovené na 80, toto je pokojová fáza. Nastáva po ukončení repolarizácie a ak zariadenie ukazuje kladnú hodnotu (väčšiu ako 0), potom sa fáza reverznej repolarizácie blíži k maximálnej úrovni - kritickej úrovni depolarizácie.
Ako sa prenášajú impulzy z nervových buniek do svalov?
Elektrické impulzy, ktoré vznikli pri excitácii membrány, sa prenášajú pozdĺž nervových vlákien vysokou rýchlosťou. Rýchlosť signálu sa vysvetľuje štruktúrou axónu. Axón je čiastočne obalený puzdrom. A medzi myelinizovanými oblasťami sú uzly Ranviera.
Vďaka tomuto usporiadaniu nervového vlákna sa strieda kladný náboj s negatívnym a depolarizačný prúd sa šíri takmer súčasne po celej dĺžke axónu. Signál kontrakcie dosiahne sval v zlomku sekundy. Takýto indikátor, ako je kritická úroveň depolarizácie membrány, znamená značku, pri ktorej je dosiahnutý maximálny akčný potenciál. Po svalovej kontrakcii začína repolarizácia pozdĺž celého axónu.
Čo sa dejepočas depolarizácie?
Čo znamená taký indikátor ako kritická úroveň depolarizácie? Vo fyziológii to znamená, že nervové bunky sú už pripravené na prácu. Správna činnosť celého orgánu závisí od normálnej, včasnej zmeny fáz akčného potenciálu.
Kritická úroveň (CLL) je približne 40–50 Mv. V tomto čase sa elektrické pole okolo membrány znižuje. Stupeň polarizácie priamo závisí od toho, koľko sodíkových kanálov bunky je otvorených. Bunka v tomto čase ešte nie je pripravená na reakciu, ale zbiera elektrický potenciál. Toto obdobie sa nazýva absolútna refraktérnosť. Fáza trvá iba 0,004 s v nervových bunkách a v kardiomyocytoch - 0,004 s.
Po prekonaní kritickej úrovne depolarizácie nastupuje superexcitabilita. Nervové bunky dokážu reagovať aj na pôsobenie podprahového podnetu, teda relatívne slabé pôsobenie prostredia.
Funkcie sodíkových a draslíkových kanálov
Dôležitým účastníkom procesov depolarizácie a repolarizácie je teda proteínový iónový kanál. Poďme zistiť, čo tento pojem znamená. Iónové kanály sú proteínové makromolekuly umiestnené vo vnútri plazmatickej membrány. Keď sú otvorené, môžu cez ne prechádzať anorganické ióny. Proteínové kanály majú filter. Len sodík prechádza cez sodíkový kanál, iba tento prvok prechádza cez draslíkový kanál.
Tieto elektricky ovládané kanály majú dve brány: jedna je aktivačná, má schopnosť prepúšťať ióny, druháinaktivácia. V čase, keď je pokojový membránový potenciál -90 mV, je brána zatvorená, ale keď začína depolarizácia, sodíkové kanály sa pomaly otvárajú. Zvýšenie potenciálu vedie k prudkému uzavretiu potrubných ventilov.
Faktorom, ktorý ovplyvňuje aktiváciu kanálov, je excitabilita bunkovej membrány. Pod vplyvom elektrickej excitability sa spúšťajú 2 typy iónových receptorov:
- spúšťa činnosť ligandových receptorov – pre chemodependentné kanály;
- Elektrický signál aplikovaný na elektricky ovládané kanály.
Keď sa dosiahne kritická úroveň depolarizácie bunkovej membrány, receptory vydajú signál, že všetky sodíkové kanály musia byť uzavreté a draslíkové kanály sa začnú otvárať.
Pumpa na sodík a draslík
Procesy prenosu excitačného impulzu všade prebiehajú v dôsledku elektrickej polarizácie, ktorá sa uskutočňuje v dôsledku pohybu iónov sodíka a draslíka. Pohyb prvkov prebieha na základe princípu aktívneho transportu iónov - 3 Na+ dovnútra a 2 K+ von. Tento výmenný mechanizmus sa nazýva sodíkovo-draslíková pumpa.
Depolarizácia kardiomyocytov. Fázy tlkotu srdca
Cykly srdcových kontrakcií sú tiež spojené s elektrickou depolarizáciou prevodových ciest. Signál kontrakcie vždy pochádza z SA buniek umiestnených v pravej predsieni a šíri sa pozdĺž Hissových dráh do Torelovho a Bachmannovho zväzku do ľavej predsiene. Pravý a ľavý výbežok zväzku Hiss prenášajú signál do srdcových komôr.
Nervové bunky sa rýchlejšie depolarizujú a prenášajú signál vďaka prítomnosti myelínového obalu, ale postupne sa depolarizuje aj svalové tkanivo. To znamená, že ich náboj sa mení z negatívneho na pozitívny. Táto fáza srdcového cyklu sa nazýva diastola. Všetky bunky sú tu prepojené a pôsobia ako jeden komplex, keďže práca srdca musí byť čo najviac koordinovaná.
Keď nastane kritická úroveň depolarizácie stien pravej a ľavej komory, dôjde k uvoľneniu energie – k sťahu srdca. Všetky bunky sa potom repolarizujú a pripravia sa na ďalšiu kontrakciu.
Depresia Verigo
V roku 1889 bol opísaný fenomén vo fyziológii, ktorý sa nazýva Verigoova katolícka depresia. Kritická úroveň depolarizácie je úroveň depolarizácie, pri ktorej sú už všetky sodíkové kanály inaktivované a namiesto nich fungujú draslíkové kanály. Ak sa stupeň prúdu zvýši ešte viac, potom sa excitabilita nervového vlákna výrazne zníži. A kritická úroveň depolarizácie pri pôsobení stimulov zmizne z rozsahu.
Počas Verigovej depresie sa rýchlosť excitácie znižuje a nakoniec úplne ustúpi. Bunka sa začne prispôsobovať zmenou funkčných prvkov.
Adaptačný mechanizmus
Stáva sa, že za určitých podmienok sa depolarizačný prúd dlhší čas neprepne. To je charakteristické pre senzorické vlákna. Postupné dlhodobé zvyšovanie takéhoto prúdu nad normu 50 mV vedie k zvýšeniu frekvencie elektronických impulzov.
V reakcii na takéto signály savodivosť draselnej membrány. Aktivujú sa pomalšie kanály. V dôsledku toho vzniká schopnosť nervového tkaniva opakovať reakcie. Toto sa nazýva adaptácia nervových vlákien.
Pri adaptácii sa namiesto veľkého počtu krátkych signálov začnú bunky hromadiť a vydávať jediný silný potenciál. A intervaly medzi dvoma reakciami sa zväčšujú.
