5. Ионные основы возникновения потенциала покоя

Потенциал покоя (ПП), мембранный потенциал - разность потенциалов, существующая у живых клеток в состоянии физиологического покоя между их цитоплазмой и внеклеточной жидкостью.

В основе потенциала покоя лежит неравномерное распределение различных ионов (прежде всего К⁺) между вне- и внутриклеточным пространством, создаваемое непрерывной работой Na⁺/K⁺ - АТФ-азы. Закачивая в клетку ионы К⁺ и удаляя из клетки ионы Na⁺ (в соотношении 3К⁺/Na⁺), она создает мощнейший химический градиент этих ионов (10-15 раз) между вне- и внутриклеточным пространствами. Сам по себе этот градиент не приводит к возникновению существенного заряда на мембране, т.к. заряд переносимых ионов одинаков, а электрогенность самой АТФ-азы невелика. Однако возникающий градиент концентрации калия столь велик, что диффузия этого иона из клетки становится достаточно значимой, кроме того, часть его «стравливается» через неспособные к инактивации К⁺ -каналы. Вынос дополнительного, положительного заряда наружу приводит к тому, что наружная сторона плазматической мембраны заряжается положительно относительно своей внутренней стороны, т.е. возникает потенциал. Поле, создаваемое избытком положительных ионов снаружи клетки, формирует электрический градиент, который препятствует неограниченному выходу ионов К⁺ из клетки. Таким образом, возникает динамическое равновесие, способствующее непрерывному поддержанию определенной величины потенциала покоя.

Любая живая клетка поддерживает на мембране определенной величины потенциал. Его величина колеблется в значительных пределах, у нервных и мышечных клеток его величина составляет обычно 60 - 90 мВ, у других тканей не превышает 10 мВ. Различные внешние воздействия, способные изменить ионную проницаемость мембраны (то есть повлиять на воротный механизм канала), вызывают изменения величины ПП. Его уменьшение называется деполяризацией, а увеличение - гиперполяризацией мембраны. Для большинства тканей изменение потенциала происходит плавно - электротонически и соответствует изменению силы и времени действия внешнего раздражителя.

Однако в некоторых тканях (нервной, мышечной, железистой) под действием раздражителя происходит быстрое, активное изменение потенциала покоя - потенциал действия. Потенциал действия лежит в основе процесса возбуждения.

Возбуждение - в физиологии активный физиологический процесс, которым некоторые живые клетки (нервные, мышечные, железистые) отвечают на внешнее воздействие. В естественных условиях возникновению возбуждения предшествуют процессы, протекающие на плазматической мембране клетки и преобразующие внешнее раздражение в электрический импульс.

Протекание процесса возбуждения связано с развитием в клетках сложных структурных и биохимических изменений, приводящих к нарушению ионного равновесия (потенциала покоя) между цитоплазмой и средой, окружающей клетку. Такое изменение получило название потенциал действия.

Потенциал действия (ПД) - быстрое колебание мембранного потенциала, возникающее при возбуждении нервных, мышечных, некоторых железистых и растительных клеток; электрический сигнал, обеспечивающий быструю передачу информации в организме.