MUNCA PRACTICĂ 4
ELECTROFIZIOLOGIA TISSULUI NERVOS
Obiectiv: examinarea procesului de depolarizare a membranei celulare și propagarea încărcăturii electrice de-a lungul fibrei nervoase, pentru a îndeplini sarcina practică
Ioni, ca și particulele neîncărcate, trec prin membrană dintr-o regiune cu o concentrație ridicată într-o regiune cu concentrație scăzută. În acest caz, conductivitatea ionilor depinde nu numai de permeabilitatea membranei însăși, ci și de încărcarea acestor ioni, deoarece încărcăturile sunt respinse, dar spre deosebire de încărcăturile atractive. O modificare a permeabilității ionice a membranei determină o schimbare a stării electrochimice a membranei și conduce la apariția unui impuls electric.
Impulsul electric cauzat de schimbarea permeabilității ionice a membranei se numește potențialul de acțiune.
Potențialul de acțiune determină răspândirea excitației de-a lungul fibrelor nervoase. Este un potențial de regenerare pe termen scurt care se propagă de-a lungul axonului sau a fibrei musculare și vine în concordanță cu legea "tot sau nimic", care se bazează pe conceptul pragului de depolarizare critică.
Criza depolarizării pragului, adică Schimbarea încărcăturii de pe ambele părți ale membranei la opus duce la o creștere a permeabilității pentru ionii de sodiu. Cu o schimbare a permeabilității, apare o creștere temporară a conductivității electrice a membranei celulare.
Potențialul de acțiune include trei faze:
faza de depolarizare; dispariția încărcării celulare - scăderea potențialului membranei la zero;
faza de inversiune; Schimbarea încărcării celulare la contrariul;
faza de repolarizare; restabilirea încărcării inițiale a celulei, atunci când suprafața interioară a membranei celulare este reîncărcată negativ și suprafața exterioară este pozitivă.
La baza debutului potențialului de acțiune se află acțiunea stimulului asupra membranei celulare. Mai mult, procesul de dezvoltare a potențialului de acțiune determină modificări de fază în permeabilitatea membranei, ceea ce asigură mișcarea rapidă a ionilor de sodiu în celulă și ionii de potasiu din celulă. Valoarea potențialului membranei scade, după care se restabilește din nou la nivelul inițial. Regularitatea descrisă este prezentată în figura 1.
Sarcina 1. Se determină independent raportul încărcărilor din interiorul celulei și de pe suprafața acesteia, în figură
Figura 1 - Schema, curba potențialului de acțiune teoretică
Faza de depolarizare apare ca urmare a acțiunii stimulului asupra celulei. Iritantul este neurotransmițătorul, adică o substanță reactivă care, prin interacțiunea cu membrana celulară (proteinele receptorilor), poate modifica permeabilitatea ionilor de sodiu. Deoarece ionii pătrund în celulă prin canalele ionice, prin urmare, aportul lor depinde și de starea acestor canale. Starea canalelor de ioni depinde de magnitudinea potențialului membranei, astfel încât penetrează în ionii de sodiu celular în timp ce coboară potențialul membranei, determină o schimbare a stării canalului. Când ajunge la -50 mV, se deschide un număr mare de canale Na dependente de potențial și ionii de sodiu ai avalanșei se grăbesc în celulă.
Influxul de avalanșă de ioni de sodiu încărcați pozitiv duce la o schimbare a încărcăturii membranei: numărul ionilor încărcați pozitiv în celulă depășește numărul de ioni negativi. Procesul de schimb de sarcină al membranei constituie a doua fază a potențialului de acțiune, faza de inversiune. Acum gradientul electric previne intrarea sodiului în celulă. Prin urmare, după aproximativ 0,5-1 ms, creșterea potențialului de acțiune încetează din cauza închiderii porții canalului Na și a deschiderii porții canalului K. Deoarece încărcarea pe suprafața exterioară a membranei în momentul de față, ionii de potasiu negativi, al căror număr este de 10 ori mai mare decât ionii de sodiu, se varsă din celulă, restabilind astfel încărcătura pozitivă pe suprafața exterioară.
În faza de inversiune, producția de ioni de potasiu este promovată de un gradient electric - ionii de potasiu sunt împinși de o încărcătură pozitivă din celulă și atrași de o sarcină negativă din afara celulei.
Sarcina 2. Determinarea independentă a raportului de încărcare în interiorul celulei și pe suprafața acesteia, etichetarea și semnalizarea fazelor potențialului de acțiune din Figura 2.
Figura 2 - Diagrama fazelor potențialului de acțiune
Întreaga parte descendentă a vârfului potențialului de acțiune se datorează eliberării ionului de potasiu din celulă, este însoțită de restabilirea potențialului de repaus al membranei și, prin urmare, se numește faza de repolarizare. Faza de repolarizare durează între 0,5 și 1,5 ms.
Apariția potențialului de acțiune este posibilă atunci când se atinge pragul critic (KUD este nivelul critic al depolarizării). În această stare, potențialul de membrană φm se ridică brusc și își schimbă semnul la un semn pozitiv (φvn> φnar). După ce a atins o anumită valoare pozitivă, numim potențialul de reversiune (φm roar), potențialul membranei revine la potențialul de repaus (φm PP). Prin urmare, amplitudinea potențialului de acțiune este:
În cazul atingerii unui ACD, apare un potențial local - excitație sub-prag, adică potențial de la -70 mV la KUD -50 mV.
Potențialul local se extinde pe o distanță scurtă de 1-2 mm cu atenuare (decrement). Potențialele locale ale celulelor excitabile sunt:
potențial postsynaptic excitant;
inhibitor potențial postsynaptic.
Potențialele locale modifică potențialul de odihnă al membranei spre depolarizare ca rezultat al introducerii ionilor de sodiu în celulă. Ca rezultat, se formează o diferență de potențial între porțiunea de fibră în care a apărut potențialul local și regiunea învecinată, determinând ionii să se deplaseze de-a lungul gradientului electric.
Ionii de sodiu de pe suprafața exterioară a membranei încep să se deplaseze către porțiunea în care a apărut potențialul local. În acest caz, potențialul pozitiv al suprafeței exterioare a membranei regiunii vecine scade.
Sarcina 3. Indicați indirect direcția și prezentați în Figura 3 propagarea potențialului electric local în fibrele fără molii
Figura 3 - Schema de potențial local
Pe suprafața interioară a membranei, ionii de sodiu care intră în celulă se mișcă în direcția opusă.
Când se atinge pragul de depolarizare critică (-50 mV), potențialul de acțiune rezultat se propagă de-a lungul fibrei fără amortizare. În funcție de localizarea și concentrația canalelor de ioni din membrana fibrei, sunt posibile două tipuri de acțiuni potențiale:
menținerea continuă a unui impuls nervos;
Conducta de salarizare a unui impuls nervos.
Conducerea continuă a unui impuls nervos se realizează în fibre fără molii, ceea ce se explică prin distribuția uniformă a potențialului canalelor ionice sensibile.
Propagarea continuă a impulsului nervos are loc prin generarea de noi potențiale de acțiune prin intermediul releului, atunci când fiecare puls de apariție este iritant pentru secțiunea vecină a fibrei nervoase și asigură apariția unui nou potențial de acțiune.
Sarcina 4. Indicați indirect direcția și prezentați în figura 4 propagarea potențialului electric în fibrele de mielină
Figura 4 - Schema conducerii de salinizare a pulsurilor nervoase
În fibrele mielinizate, impulsul nervos este sărat. Canalele potențiale de ioni sensibile în astfel de fibre sunt localizate numai în părți ale membranei interceptate Renvier.
În domeniul stratului de mielină sunt absente canalele potențial sensibile și este imposibil să se realizeze un potențial electric în această regiune. Ca urmare, membrana cilindrului axial este inexprimabilă. Prin urmare, potențialul de acțiune care a apărut într-o singură interceptare a lui Renvier se propagă brusc, iar curentul apare ca urmare a unei diferențe în potențiale (sarcini) între interceptele Renvier din apropiere.
Excizia în fibrele mielinizate se propagă la o viteză de până la 120 m / s (viteza de conducere în fibrele de mothillin este de 0,5-2,0 m / s).
Pentru a rezolva problemele, ia în considerare figura 1, notați potențialul de echilibru pentru regiunea de potasiu (pe axa ordonatelor valori mai mici de - 60 mV) și regiunea potențialului de echilibru de sodiu (pe valorile pe axa ordonatelor este de la 0 până la + 30 mV). Figura arată că regiunea celulei diferență de potențial de repaus determină ionii de potasiu pe suprafața membranei interioare și exterioare, precum și un potențial de acțiune prin diferența dintre ionii de sodiu pe suprafața membranei interioare și exterioare. Prin urmare, raționamentul pentru rezolvarea problemelor.
Problema 1. Se calculează amplitudinea potențialului de acțiune a mușchiului uman la 30 ° C, în cazul în care se știe că potențialul de repaus este determinată de echilibrul de potasiu potențial și a potențialului de acțiune este determinată de potențialul de echilibru al sodiu [K +] n = 5,9 mmol / l; [K +] v = 147 mmol / l; [Na +] n = 164 mmol / l; [Na +] v = 17 mmol / l. (Răspuns: 143 mV).
Amplitudinea (înălțimea) potențialului de acțiune este suma între potențialul de repaus și potențialul de reversiune (formula 1). Potențialul de reversiune depinde de raportul dintre ionii de sodiu. apoi:
determină valoarea potențialului de odihnă
determină valorile potențialului de reversiune
găsim amplitudinea potențialului de acțiune
φm PP = -8,31 · (273 + 30) / 96500 · 2,3 · Jurnal (147 / 5,9) = -0,084 V
φm roar = -8,31 · (273 + 30) / 96500 · 2,3 · Jurnal (17/164) = 0,059 V
φm PD = | - 0,084 | +0,059 = 0,143 B = 143 mV
Răspuns: 143 mV (valoare absolută)
Sarcina 2. Calculați amplitudinea potențialului de acțiune dacă concentrația de potasiu și sodiu din interiorul celulei neuronice este de 125 mmol / L, 1,5 mmol / L și în afara a 2,5 mmol / L și, respectiv, 125 mmol / L. (Răspuns: 160 mV).
Problema 3. Calculați magnitudinea potențialului de acțiune al neuronului din distribuția ionilor electrogenici principali. Calculați valoarea absolută a amplitudinii potențialului de acțiune al unei celule nervoase dacă se cunoaște că distribuția ionilor K + se caracterizează printr-un raport de 1,40 și Na + este 1. 8. Determinarea experimentală a concentrației de ioni s-a efectuat la o temperatură de 22 ° C (Răspuns: 146 mV)
Sarcina 4. Calculați amplitudinea PD dacă concentrația de potasiu și sodiu din interiorul celulei țesutului neural este de 138 mmol / l, 2,5 mmol / l și în afara a 2 mmoli / l, respectiv 145 mmol / l. Determinarea experimentală a concentrației de ioni a fost efectuată la o temperatură de 34 ° C
Care transport de ioni creează o diferență de potențial membranar: pasivă sau activă?
Ce este mai mult: viteza de propagare a semnalului electric prin firele telegrafului maritim sau viteza de propagare a impulsului nervos de-a lungul membranei axonului? De ce?
Cum permeabilitatea membranei axonului unei celule nervoase corespunde ionilor diferiți în repaus și în timpul excitației?
Ce este un stimul depolarizant?
Trimiteți-le prietenilor: