Mūsu ķermeņa orgānu un audu darbība ir atkarīga no daudziem faktoriem. Dažas šūnas (kardiomiocīti un nervi) ir atkarīgas no īpašos šūnu komponentos vai mezglos radīto nervu impulsu pārraides. Nervu impulsa pamatā ir īpaša ierosmes viļņa veidošanās, ko sauc par darbības potenciālu.
Kas tas ir?
Rīcības potenciālu parasti sauc par ierosmes vilni, kas pārvietojas no šūnas uz šūnu. Tā veidošanās un izkļūšanas caur šūnu membrānām dēļ notiek īslaicīgas to uzlādes izmaiņas (parasti membrānas iekšējā puse ir negatīvi uzlādēta, bet ārējā puse ir pozitīvi). Radītais vilnis veicina izmaiņas šūnas jonu kanālu īpašībās, kas noved pie membrānas uzlādes. Brīdī, kad darbības potenciāls iziet cauri membrānai, notiek īslaicīgas tā lādiņa izmaiņas, kas izraisa šūnas īpašību izmaiņas.
Šī viļņa veidošanās ir nervu šķiedras, kā arī sirds ceļu sistēmas darbības pamatā.
Kad tā veidošanās tiek traucēta, attīstās daudzas slimības, kas liek noteikt darbības potenciāludiagnostikas un ārstēšanas pasākumu komplekss.
Kā veidojas darbības potenciāls un kas tam raksturīgs?
Pētījumu vēsture
Pētījums par ierosmes rašanos šūnās un šķiedrās tika uzsākts diezgan sen. Pirmie, kas pamanīja tās rašanos, bija biologi, kuri pētīja dažādu stimulu ietekmi uz vardes atklāto stilba kaula nervu. Viņi pamanīja, ka, pakļaujot to koncentrētam galda sāls šķīdumam, tika novērota muskuļu kontrakcija.
Nākotnē pētījumus turpināja neirologi, bet galvenā zinātne pēc fizikas, kas pēta darbības potenciālu, ir fizioloģija. Tieši fiziologi pierādīja darbības potenciāla esamību sirds šūnās un nervos.
Kad mēs dziļāk iedziļinājāmies potenciālu izpētē, tika pierādīta arī miera potenciāla klātbūtne.
No 19. gadsimta sākuma sāka radīt metodes šo potenciālu klātbūtnes noteikšanai un to lieluma mērīšanai. Šobrīd darbības potenciālu fiksācija un izpēte tiek veikta divos instrumentālos pētījumos - elektrokardiogrammu un elektroencefalogrammu noņemšana.
Rīcības potenciāla mehānisms
Uzbudinājuma veidošanās notiek nātrija un kālija jonu intracelulārās koncentrācijas izmaiņu dēļ. Parasti šūnā ir vairāk kālija nekā nātrija. Nātrija jonu ekstracelulārā koncentrācija ir daudz augstāka nekā citoplazmā. Rīcības potenciāla izraisītās izmaiņas veicina membrānas lādiņa izmaiņas, kā rezultātā šūnā ieplūst nātrija joni. Šī dēļmainās lādiņi šūnas ārpusē un iekšpusē (citoplazma ir pozitīvi uzlādēta, un ārējā vide ir negatīvi uzlādēta.
Tas tiek darīts, lai atvieglotu viļņa pāreju caur šūnu.
Pēc tam, kad vilnis ir pārraidīts caur sinapsēm, lādiņš tiek mainīts, jo šūnā plūst negatīvi lādētu hlorīda jonu strāva. Tiek atjaunoti sākotnējie uzlādes līmeņi šūnas ārpusē un iekšpusē, kas noved pie miera potenciāla veidošanās.
Atpūtas un uztraukuma periodi mijas. Patoloģiskā šūnā viss var notikt savādāk, un AP veidošanās tur pakļausies nedaudz atšķirīgiem likumiem.
PD fāzes
Rīcības potenciāla gaitu var iedalīt vairākās fāzēs.
Pirmā fāze turpinās, līdz veidojas kritisks depolarizācijas līmenis (pārejošs darbības potenciāls stimulē lēnu membrānas izlādi, kas sasniedz maksimālo līmeni, parasti ap -90 meV). Šo fāzi sauc par prespike. To veic nātrija jonu iekļūšanas dēļ šūnā.
Nākamā fāze, maksimālais potenciāls (vai smaile), veido parabolu ar akūtu leņķi, kur potenciāla augšupejošā daļa nozīmē membrānas depolarizāciju (ātru), bet lejupejošā daļa nozīmē repolarizāciju.
Trešā fāze - negatīvs izsekošanas potenciāls - parāda pēdu depolarizāciju (pāreju no depolarizācijas maksimuma uz miera stāvokli). Izraisa hlorīda jonu iekļūšana šūnā.
Ceturtajā posmā, pozitīvā fāzeizsekot potenciālu, membrānas lādiņa līmenis atgriežas sākotnējā līmenī.
Šīs darbības potenciāla noteiktās fāzes stingri seko viena pēc otras.
Rīcības potenciālās funkcijas
Neapšaubāmi, darbības potenciāla attīstība ir svarīga atsevišķu šūnu funkcionēšanā. Uzbudinājumam ir liela nozīme sirds darbā. Bez tā sirds būtu vienkārši neaktīvs orgāns, bet viļņa izplatīšanās dēļ pa visām sirds šūnām tā saraujas, kas palīdz izspiest asinis caur asinsvadu gultni, bagātinot ar tām visus audus un orgānus.
Arī nervu sistēma nevarētu normāli veikt savu funkciju bez darbības potenciāla. Orgāni nevarēja uztvert signālus, lai veiktu noteiktu funkciju, kā rezultātā tie vienkārši būtu bezjēdzīgi. Turklāt nervu impulsa pārnešanas uzlabošanās nervu šķiedrās (mielīna parādīšanās un Ranvjē pārtvērumi) ļāva pārraidīt signālu sekundes daļās, kā rezultātā attīstījās refleksi un apziņa. kustības.
Papildus šīm orgānu sistēmām darbības potenciāls veidojas arī daudzās citās šūnās, taču tajās tam ir nozīme tikai šūnas specifisko funkciju veikšanā.
Rīcības potenciāla pieaugums sirdī
Galvenais orgāns, kura darbības pamatā ir darbības potenciāla veidošanās princips, ir sirds. Sakarā ar to, ka pastāv mezgli impulsu veidošanai, tiek veikts šī orgāna darbs, kura funkcija ir piegādāt asinis audos uniestādes.
Rīcības potenciāls sirdī tiek ģenerēts sinusa mezglā. Tas atrodas dobās vēnas saplūšanas vietā labajā ātrijā. No turienes impulss izplatās pa sirds vadīšanas sistēmas šķiedrām - no mezgla līdz atrioventrikulārajam savienojumam. Ejot gar Viņa saišķi, precīzāk, gar tā kājām, impulss pāriet uz labo un kreiso kambari. To biezumā ir mazāki ceļi - Purkinje šķiedras, caur kurām uzbudinājums sasniedz katru sirds šūnu.
Kardiomiocītu darbības potenciāls ir salikts, t.i. ir atkarīgs no visu sirds audu šūnu kontrakcijas. Bloķēšanas (rētas pēc sirdslēkmes) klātbūtnē tiek traucēta darbības potenciāla veidošanās, kas tiek fiksēta elektrokardiogrammā.
Nervu sistēma
Kā veidojas PD neironos - nervu sistēmas šūnās. Šeit viss ir izdarīts nedaudz vienkāršāk.
Ārējo impulsu uztver nervu šūnu izaugumi - dendriti, kas saistīti ar receptoriem, kas atrodas gan ādā, gan visos citos audos (arī miera potenciāls un darbības potenciāls aizstāj viens otru). Kairinājums provocē tajos darbības potenciāla veidošanos, pēc kura impulss caur nervu šūnas ķermeni nonāk tā ilgajā procesā - aksonā, un no tā caur sinapsēm uz citām šūnām. Tādējādi ģenerētais ierosmes vilnis sasniedz smadzenes.
Nervu sistēmas iezīme ir divu veidu šķiedru klātbūtne – pārklāta ar mielīnu un bez tā. Rīcības potenciāla rašanās un tā pārnešana tajās šķiedrās, kurās ir mielīns,veikta daudz ātrāk nekā demielinizētā gadījumā.
Šī parādība tiek novērota tāpēc, ka AP izplatīšanās pa mielinizētajām šķiedrām notiek "lēcienu" dēļ - impulss lec pāri mielīna sekcijām, kas rezultātā samazina tā ceļu un attiecīgi paātrina. tā izplatīšanās.
Atpūtas potenciāls
Bez atpūtas potenciāla attīstības nebūtu darbības potenciāla. Atpūtas potenciāls tiek saprasts kā normāls, nesatraukts šūnas stāvoklis, kurā lādiņi tās membrānas iekšpusē un ārpusē ievērojami atšķiras (tas ir, membrāna ir pozitīvi uzlādēta ārpusē un negatīvi uzlādēta iekšpusē). Miera potenciāls parāda atšķirību starp lādiņiem šūnas iekšpusē un ārpusē. Parasti tas svārstās no -50 līdz -110 meV. Nervu šķiedrās šī vērtība parasti ir -70 meV.
Tas ir saistīts ar hlorīda jonu migrāciju šūnā un negatīva lādiņa veidošanos membrānas iekšpusē.
Mainot intracelulāro jonu koncentrāciju (kā minēts iepriekš), PP aizstāj PD.
Parasti visas ķermeņa šūnas atrodas neuzbudinātā stāvoklī, tāpēc potenciālu maiņu var uzskatīt par fizioloģiski nepieciešamu procesu, jo bez tām sirds un asinsvadu un nervu sistēmas nevarētu veikt savu darbību.
Atpūtas un darbības potenciālu izpētes nozīme
Atpūtas potenciāls un darbības potenciāls ļauj noteikt ķermeņa, kā arī atsevišķu orgānu stāvokli.
Akcijas potenciāla fiksācija no sirds (elektrokardiogrāfija) ļaujnoteikt tā stāvokli, kā arī visu tās nodaļu funkcionālās spējas. Pētot normālu EKG, var redzēt, ka visi uz tās esošie zobi ir darbības potenciāla un sekojošā miera potenciāla izpausme (attiecīgi šo potenciālu rašanās ātrijos parāda P vilni un ierosmes izplatību kambari - R vilnis).
Kas attiecas uz elektroencefalogrammu, tad dažādu viļņu un ritmu rašanās uz tās (jo īpaši alfa un beta viļņi veselam cilvēkam) ir saistīta arī ar darbības potenciālu rašanos smadzeņu neironos.
Šie pētījumi ļauj laikus atklāt konkrēta patoloģiskā procesa attīstību un nosaka gandrīz 50 procentus no sākotnējās slimības veiksmīgas ārstēšanas.
