Testünk szerveinek és szöveteinek működése számos tényezőtől függ. Egyes sejtek (kardiomiociták és idegek) a speciális sejtkomponensekben vagy csomópontokban generált idegimpulzusok átvitelétől függenek. Az idegimpulzus alapja egy speciális gerjesztési hullám, az úgynevezett akciós potenciál kialakulása.
Mi ez?
Az akciós potenciált általában sejtről sejtre mozgó gerjesztési hullámnak nevezik. Kialakulása és a sejtmembránokon való áthaladás következtében rövid távú töltésváltozás következik be (általában a membrán belső oldala negatívan, a külső oldala pozitívan töltődik). A keletkezett hullám hozzájárul a sejt ioncsatornáinak tulajdonságainak megváltozásához, ami a membrán feltöltődéséhez vezet. Abban a pillanatban, amikor az akciós potenciál áthalad a membránon, annak töltése rövid távon megváltozik, ami a sejt tulajdonságainak megváltozásához vezet.
Ennek a hullámnak a kialakulása alapozza meg az idegrost működését, valamint a szív pályarendszerét.
Képződésének megzavarása esetén számos betegség alakul ki, ami szükségessé teszi az akciós potenciál meghatározásátdiagnosztikai és kezelési intézkedések komplexuma.
Hogyan alakul ki az akciós potenciál és mi jellemző rá?
Kutatási előzmények
A gerjesztés sejtekben és rostokban való előfordulásának vizsgálatát elég régen kezdték el. Elsőként biológusok vették észre az előfordulását, akik különféle ingerek hatását vizsgálták a béka szabadon lévő sípcsont idegére. Észrevették, hogy koncentrált konyhasó-oldat hatásának kitéve izomösszehúzódást figyeltek meg.
A jövőben a kutatást neurológusok folytatták, de a fizika után az akciós potenciált vizsgáló fő tudomány a fiziológia. Fiziológusok bizonyították be akciós potenciál létezését a szívsejtekben és az idegekben.
Ahogy a potenciálok tanulmányozásába mélyedtünk, a nyugalmi potenciál jelenléte is bebizonyosodott.
A 19. század elejétől elkezdtek olyan módszereket kidolgozni, amelyek ezen potenciálok jelenlétének kimutatására és nagyságuk mérésére szolgálnak. Jelenleg az akciós potenciálok rögzítését és tanulmányozását két műszeres vizsgálatban végzik - az elektrokardiogramok és az elektroencefalogramok eltávolításával.
Akciós potenciál mechanizmus
A gerjesztés a nátrium- és káliumionok intracelluláris koncentrációjának változása miatt következik be. Normális esetben a sejt több káliumot tartalmaz, mint nátriumot. A nátriumionok extracelluláris koncentrációja sokkal magasabb, mint a citoplazmában. Az akciós potenciál okozta változások hozzájárulnak a membrán töltésének megváltozásához, ami nátriumionok beáramlását eredményezi a sejtbe. Emiatta töltések a sejten kívül és belül megváltoznak (a citoplazma pozitív, a külső környezet negatívan töltődik.
Ez azért történik, hogy megkönnyítse a hullám áthaladását a cellán.
Miután a hullám áthaladt a szinapszison, a töltés megfordul a negatív töltésű kloridionok cellán belüli árama miatt. A kezdeti töltésszintek a sejten kívül és belül helyreállnak, ami nyugalmi potenciál kialakulásához vezet.
A pihenés és az izgalom időszakai váltják egymást. Egy kóros sejtben minden másképp történhet, és ott az AP kialakulása némileg más törvényeknek fog megfelelni.
PD fázisok
Egy akciós potenciál lefutása több fázisra osztható.
Az első fázis a depolarizáció kritikus szintjéig tart (egy múló akciós potenciál serkenti a membrán lassú kisülését, ami eléri a maximális szintet, általában -90 meV körül). Ezt a fázist prespike-nek nevezik. Ez a nátriumionok sejtbe való bejutása miatt történik.
A következő fázis, a csúcspotenciál (vagy tüske) hegyesszögű parabolát alkot, ahol a potenciál felszálló része membrándepolarizációt (gyors), a leszálló rész pedig repolarizációt jelent.
A harmadik fázis – negatív nyompotenciál – nyomdepolarizációt mutat (átmenet a depolarizáció csúcsáról a nyugalmi állapotba). A kloridionok sejtbe jutása okozza.
A negyedik szakaszban, a pozitív fázisbannyompotenciál, a membrán töltésszintje visszatér az eredeti értékre.
Ezek az akciós potenciál által meghatározott fázisok szigorúan egymás után következnek.
Akciós potenciál függvények
Kétségtelen, hogy bizonyos sejtek működésében fontos az akciós potenciál fejlesztése. A gerjesztés nagy szerepet játszik a szív munkájában. Enélkül a szív egyszerűen inaktív szerv lenne, de a hullámnak a szív összes sejtjén keresztül történő terjedése miatt összehúzódik, ami segít átnyomni a vért az érágyon, dúsítva vele minden szövetet és szervet.
Az idegrendszer sem tudta normálisan ellátni funkcióját akciós potenciál nélkül. A szervek nem tudtak jeleket fogadni egy adott funkció végrehajtásához, aminek következtében egyszerűen használhatatlanok lennének. Ezenkívül az idegi impulzus átvitelének javulása az idegrostokban (a mielin megjelenése és a Ranvier elfogott részei) lehetővé tette a jel továbbítását a másodperc töredéke alatt, ami a reflexek és a tudatosság kialakulásához vezetett. mozgások.
Ezeken a szervrendszereken kívül sok más sejtben is kialakul az akciós potenciál, de ezekben csak a sejt sajátos funkcióinak ellátásában játszik szerepet.
Akciós potenciál emelkedése a szívben
A szív a fő szerv, amelynek működése az akciós potenciál kialakulásának elvén alapul. Az impulzusképző csomópontok megléte miatt ennek a szervnek a munkáját végzik, amelynek feladata a vér szállítása a szövetekbe, ill.hatóságok.
A szív akciós potenciálja a sinus csomópontban keletkezik. A jobb pitvarban a vena cava összefolyásánál található. Innen az impulzus a szív vezetési rendszerének rostjai mentén terjed - a csomóponttól az atrioventricularis csomópontig. A His kötegében, pontosabban annak lábai mentén haladva az impulzus a jobb és a bal kamrába halad. Vastagságukban kisebb utak találhatók - Purkinje rostok, amelyeken keresztül a gerjesztés eléri a szív minden sejtjét.
A szívizomsejtek akciós potenciálja összetett, azaz. a szívszövet összes sejtjének összehúzódásától függ. Blokk (szívinfarktus utáni heg) jelenlétében az akciós potenciál kialakulása zavart okoz, amit az elektrokardiogram rögzít.
Idegrendszer
Hogyan jön létre a PD az idegsejtekben – az idegrendszer sejtjeiben. Itt minden egy kicsit könnyebben megy.
A külső impulzusokat idegsejtek kinövései érzékelik – a bőrben és az összes többi szövetben található receptorokhoz kapcsolódó dendritek (a nyugalmi potenciál és az akciós potenciál is helyettesíti egymást). Az irritáció akciós potenciál kialakulását váltja ki bennük, amely után az impulzus az idegsejt testén keresztül eljut annak hosszú folyamatába - az axonba, és onnan a szinapszisokon keresztül más sejtekbe. Így a generált gerjesztési hullám eléri az agyat.
Az idegrendszer egyik jellemzője kétféle rost jelenléte – mielinnel borított és anélkül. Az akciós potenciál fellépése és átvitele azokban a rostokban, ahol myelin van,sokkal gyorsabban hajtják végre, mint a demielinizáltnál.
Ez a jelenség annak a ténynek köszönhető, hogy az AP myelinizált rostok mentén történő terjedése „ugrások” miatt következik be - az impulzus átugrik a mielin szakaszokon, ami ennek következtében csökkenti annak útját, és ennek megfelelően felgyorsul. a terjedése.
Pihenési lehetőség
A nyugalmi potenciál fejlesztése nélkül nem lenne akciós potenciál. Nyugalmi potenciál alatt a sejt normális, gerjesztetlen állapotát értjük, amelyben a membránon belüli és kívüli töltések jelentősen eltérnek egymástól (vagyis a membrán kívül pozitív, belül negatív töltésű). A nyugalmi potenciál a cellán belüli és kívüli töltések közötti különbséget mutatja. Általában -50 és -110 meV között van. Az idegrostokban ez az érték általában -70 meV.
Ez annak köszönhető, hogy a kloridionok vándorolnak a sejtbe, és negatív töltés keletkezik a membrán belsejében.
Az intracelluláris ionok koncentrációjának megváltoztatásakor (mint fentebb említettük), a PP helyettesíti a PD-t.
Általában a test minden sejtje gerjesztetlen állapotban van, így a potenciálok változása fiziológiailag szükséges folyamatnak tekinthető, hiszen nélkülük a szív- és érrendszer és az idegrendszer nem tudná ellátni tevékenységét.
A nyugalmi és akciós potenciálokkal kapcsolatos kutatások jelentősége
A nyugalmi potenciál és az akciós potenciál lehetővé teszi a test, valamint az egyes szervek állapotának meghatározását.
Az akciós potenciál szívből történő rögzítése (elektrokardiográfia) lehetővé tesziállapotát, valamint valamennyi részlegének funkcionális képességét határozza meg. Ha egy normál EKG-t tanulmányoz, láthatja, hogy az összes rajta lévő fog az akciós potenciál és az azt követő nyugalmi potenciál megnyilvánulása (illetve ezeknek a potenciáloknak a pitvarban történő előfordulása a P hullámot, illetve a gerjesztés terjedését jelzi a kamrák – az R-hullám).
Ami az elektroencefalogramot illeti, a különféle hullámok és ritmusok (főleg az alfa- és béta-hullámok egészséges emberben) előfordulása az agyi neuronokban lévő akciós potenciálok miatt is.
Ezek a vizsgálatok lehetővé teszik egy adott kóros folyamat kialakulásának időben történő kimutatását, és meghatározzák az eredeti betegség sikeres kezelésének csaknem 50 százalékát.
