В клеточной мембране располагаются Na+, K+ –АТФазы, натриевые и калиевые каналы.
Na+, K+–АТФаза за счет энергии АТФ постоянно перекачивает Na+ наружу и К+ внутрь, создавая трансмембранный градиент концентраций этих ионов. Натриевый насос ингибируется уабаином.
Натриевые и калиевые каналы могут пропускать Na+ и К+ по градиентам их концентраций. Натриевые каналы блокируются новокаином, тетродотоксином, а калиевые - тетраэтиламмонием.
Работа Na+,K+–АТФазы, натриевых и калиевых каналов может создавать на мембране потенциал покоя и потенциал действия.
Потенциал покоя – это разность потенциалов между наружной и внутренней мембраной в условиях покоя, когда натриевые и калиевые каналы закрыты. Его величина составляет -70мВ, он создается в основном концентрацией K+ и зависит от Na+ и Cl-. Концентрация К+ внутри клетки составляет 150 ммоль/л, снаружи 4-5 ммоль/л. Концентрация Na+ внутри клетки составляет 14 ммоль/л, снаружи 140 ммоль/л. Отрицательный заряд внутри клетки создают анионы (глутамат, аспартат, фосфаты), для которых клеточная мембрана непроницаема. Потенциал покоя одинаков на всем протяжении волокна и не является специфической особенностью нервных клеток.
Раздражение нерва может приводит к возникновению потенциала действия.
Потенциал действия – это кратковременное изменение разности потенциала между наружной и внутренней мембраной в момент возбуждения. Потенциал действия зависит от концентрации Na+ и возникает по принципу «все или ничего».
Потенциал действия состоит из следующих стадий:
1. Локальный ответ. Если при действии стимула происходит изменение потенциала покоя до пороговой величины -50мВ, то открываются натриевые каналы, имеющие более высокую пропускную способность, чем калиевые.
2. Стадия деполяризации.Поток Na+ внутрь клетки приводит сначала к деполяризации мембраны до 0 мВ, а затем к инверсии полярности до +50мВ.
3. Стадия реполяризации. Натриевые каналы закрываются, а калиевые открываются. Выход К+ из клетки восстанавливает мембранный потенциал до уровня потенциала покоя.
Ионные каналы открываются на непродолжительное время и после их закрытия натриевый насос восстанавливает исходное распределение ионов по сторонам мембраны.