Равновесный потенциал - раздел Механика, История физиологии ЦНС ...
Рассмотрим гипотетическую клетку при следующих условиях:
внутри клетки концентрация катионов K+ и анионов А¯ выше, чем во внешней среде,
мембрана клетки не содержит ионных каналов.
В этих условиях, несмотря на наличие разности концентраций ионов,
не будет наблюдаться ток ионов через мембрану;
мембранный потенциал будет равен нулю.
Ситуация изменится, если в мембране появятся ионные каналы, проницаемые для ионов K+, но не проницаемые для анионов А¯.
Ионы K+ по градиенту концентрации начнут перемещаться из клетки во внеклеточную среду.
За счет отрицательных ионов А¯ на внутренней стороне мембраны начинает скапливаться отрицательный заряд, а на внешней стороне мембраны начинает появляться положительный заряд.
Таким образом, на мембране нейрона начинает появляться разность потенциалов.
По мере увеличения разности потенциалов начинает возрастать электрическая сила, которая толкает ионы K+обратно в клетку (так как положительно заряженные ионы K+ притягиваются к отрицательно зараженному слою на внутренней стороне мембраны).
Когда на мембране достигается определенное значение мембранного потенциала электрическая сила, стремящаяся загнать ионы K+ внутрь клетки, становится равной химической силе градиента концентрации, которая стремится вытолкнуть ионы K+из клетки.
Возникает состояние равновесия, при котором сила электрической природы и сила химической природы имеют одинаковое значение, но направлены в разные стороны, а движение ионов K+ приостанавливается.
Ионный равновесный потенциал – это разность потенциалов на мембране, при которой сила химической и электрической природы уравновешивают друг друга по отношению к данному иону.
Например, калиевый равновесный потенциал равен примерно – 80 mV.
Вывод: появление мембранного потенциала в нейроне происходит автоматически при соблюдении двух условий:
существует разница концентраций ионов между внешней и внутренней средой нейрона;
существует избирательная проницаемость мембраны нейрона для данного иона.
Другой пример
Условия:
Концентрация ионов Na+ выше во внешней среде.
Мембрана содержит ионные каналы проницаемые только для ионов Na+.
Результат: при этих условиях возникнет натриевый равновесный потенциал, при котором внешняя сторона мембраны будет заряжена отрицательно, а внутренняя – положительно.
Разница концентраций различных ионов в реальном нейроне
В реальном нейроне разные ионы по разному распределены во внутриклеточной и внеклеточной среде.
Ионы
Внеклеточная концентрация
Внутриклеточная концентрация
Отношение
Равновесный потенциал
K+
1:20
-80 mV
Na+
10:1
62 mV
Ca2+
0,0002
10000:1
123 mV
Cl¯
11,5:1
-65 mV
Каждый ион имеет свой собственный равновесный потенциал.
Правило – концентрация ионов K+ больше внутри клетки, а ионов Na+ и Cl¯ во внешней среде.
Разница концентраций различных ионов возникает в результате работы нескольких ионных насосов, которые встроены в мембрану нейрона.
Два ионных насоса особенно важны для понимания работы нейрона:
натрий-калиевый
кальциевый насос
Натрий-калиевый насос, используя энергию АТФ, выкачивает из клетки ионы Na+ и закачивает в клетку ионы K+ против градиента концентрации этих ионов.
За один цикл насос выкачивает 3 иона Na+ и 2 иона K+.
На работу этого насоса тратится больше 70% всей АТФ, находящейся в мозге.
Кальциевый насос выкачивает из нейрона ионы Ca2+ против градиента его концентрации.
Кроме того существуют дополнительные механизмы, которые обеспечивают уменьшение концентрации ионов Ca2+ в цитоплазме нейрона (0,00002 mM):
внутриклеточные белки, которые связывают данные ионы;
клеточные органеллы (в частности, митохондрии и эндоплазматический ретикулум), которые депонируют (изолируют) ионы Ca2+.
Значение ионных насосов
Без ионных насосов в нейроне не смогла бы поддерживаться разность концентрации различных ионов, а, следовательно, в нейроне не мог бы существовать мембранный потенциал покоя, без которого, в свою очередь, нейрон бы не смог отвечать на внешнее воздействие и передавать возбуждение.
Относительная проницаемость мембраны для разных ионов
В реальном нейроне мембрана нейрона проницаема не для одного, а для разных ионов.
Однако проницаемость мембраны для разных ионов разная.
Рассмотрим несколько сценариев для ионов Na+ и K+:
Если мембрана проницаема только для иона K+, то мембранный потенциал будет равен калиевому равновесному потенциалу (примерно -80 mV).
Если мембрана проницаема только для иона Na+, то мембранный потенциал будет равен натриевому равновесному потенциалу (примерно 62 mV).
Если мембрана имеет одинаковую проницаемость для ионов Na+ и K+, то мембранный потенциал будет равен среднему значению между натриевым и калиевым равновесным потенциалом (примерно -9 mV).
Если проницаемость мембраны в 40 раз больше для ионов K+, чем для ионов Na+, то значение итогового мембранного потенциала опять будет между натриевым и калиевым равновесным потенциалом, но при этом ближе к калиевому равновесному потенциалу.
Последний сценарий наиболее близок к ситуации в реальном нейроне, в котором мембранный потенциал покоя равен -65 mV.
В реальном нейроне в состоянии покоя мембрана имеет высокую проницаемость для ионов K+и относительно низкую для ионов Na+.
Вывод: высокая проницаемость мембраны нейрона для ионов K+ является основным источником мембранного потенциала покоя (МПП), при этом относительная низкая проницаемость мембраны для других ионов (особенно ионов Na+) также вносит определенный вклад в итоговое значение МПП нейрона.
Регуляция концентрации ионов K+ во внеклеточной среде
Мембранный потенциал очень чувствителен к изменению концентрации ионов K+ во внеклеточной среде. Например, если концентрация ионов K+ во внешней среде уменьшится в 10 раз, то мембранный потенциал покоя изменится от -65 до -17 mV.
Чувствительность мембранного потенциала к концентрации ионов K+ привела в эволюции к появлению механизмов, которые тонко регулируют содержание этих ионов во внеклеточной среде:
гематоэнцефалический барьер
глиальные клетки (астроциты)
Гематоэнцефалический барьер (ГЭБ) – это механизм, обеспечивающий ограниченный доступ веществ, которые поступают через стенки капилляров, к нейронам и глиальным клеткам внутри мозга.
Одна из функций ГЭБа – ограничение поступления из крови ионов K+ во внеклеточную среду, окружающую нейроны.
Астроциты обеспечивают регуляцию концентрации ионовK+ с помощью калиевых насосов и калиевых ионных каналов, встроенных в их мембрану.
Когда внеклеточная концентрация ионов K+возрастает, эти ионы начинают заходить внутрь астроцитов через калиевые ионные каналы.
Вход ионов K+ в цитоплазму астроцита приводит к повышению локальной внутриклеточной концентрации этих ионов, которые начинают распространяться по системе разветвленных отростков в другие части глиальной клетки.
Таким образом, астроциты обладают глиальным буферным механизмом, который поддерживает концентрацию ионов K+ во внеклеточной среде на постоянном уровне.
Введение... Предмет физиологии ЦНС... Физиология ЦНС это наука о функциях центральной нервной системы...
Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ:
Равновесный потенциал
Что будем делать с полученным материалом:
Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:
Поведенческий уровень
На поведенческом уровне изучается вопрос, каким образом нейронные системы обеспечивают различные формы поведенческой
Заболевания нервной системы
Болезнь Альцгеймера
Прогрессирующая дегенерация мозга, сопровождающаяся слабоумием и всегда приводящая к летальному исходу
Церебр
Методы изучения функционирования ЦНС
Методы регистрации активности мозга
Методы воздействия на мозг
Электроэнцефалография Метод вызванных потенциало
Метод вызванных потенциалов
Вызванные потенциалы (ВП) – биоэлектрические колебания, возникающие в нервных структурах в ответ на внешнее раздраже
Генерация (продуцирование) ПД
Внешний раздражитель начинает действовать на мембрану, в которой находятся закрытые Na+ ионные каналы; Na+ ионные каналы под воздействием внешнего раздражителя начинают открываться;
Генерация множественного ПД
Если на мембрану действует продолжительный электрический ток, то нейрон последовательно продуцирует не один, а множе
Ограничение частоты генерации ПД
Максимальная частота импульсации нейрона не может превышать 1000 Гц (1000 импульсов в секунду). Это объясняется тем,
Проведение возбуждения в дендритах
Мембрана дендритов и тела нейрона, как правило, не способна генерировать ПД, так как она содержит мало натриевых пот
Химическая гипотеза
Информация от одного нейрона к другому передается с помощью нейротрансмиттеров (медиаторов).
Значение электрических контактов.
Используются в тех областях мозга, где необходима высокая синхронность в активности соседних нейронов. Используются на ранних стадиях эмбрионального развития для координации роста и
Восстановление и разрушение медиаторов
После взаимодействия с рецепторами мембраны происходит процесс удаления медиатора с поверхности рецепторов и восстан
Нейрофармакология
Разнообразные яды и наркотики могут нарушать различные этапы синаптической передачи.
Суммация ВПСП
Ø Отдельные ВПСП могут суммироваться.
Ø Суммация ВПСП является самой простой формой синаптической интеграции в ЦНС.
Ø Существует пространственная
Суммация ВПСП
Генерация ПД в аксоном холмике зависит от нескольких факторов:
число одновременно возбужденных синапс
Модуляция
Кроме классических синапсов существуют модулирующие синапсы.
Сравнение активности СНС и ПСН
СНС – это система тревоги, «защиты», мобилизации резервов, необходимых для активного взаимод
Диффузная модуляторная система мозга
В мозге находится несколько нейронных систем, которые имеют диффузные связи со структурами мозга, оказывая на них мо
Участие коры в произвольных движениях
В организацию двигательной активности основной вклад вносит двигательная кора, которая включает 4 и 6 зону неокортек
Симптомы повреждения мозжечка
Полное удаление мозжечка приводит к тотальному нарушению двигательной активности, неспособности совершать произвольн
Симптомы повреждения мозжечка
При частичных повреждениях мозжечка возникают разнообразные симптомы нарушения двигательной активности:
Атония – нарушение способности к регуляции тонуса мышц
Роль мозжечка в организации движений
Мозжечок связан афферентными и эфферентными связями практически со всеми отелами ЦНС, которые участвуют в организаци
Рассмотрим гипотетическую клетку при следующих условиях:
Когда на мембране достигается определенное значение мембранного потенциала электрическая сила, стремящаяся загнать ионы K+ внутрь клетки, становится равной химической силе градиента концентрации, которая стремится вытолкнуть ионы K+из клетки.
Два ионных насоса особенно важны для понимания работы нейрона:
Одна из функций ГЭБа – ограничение поступления из крови ионов K+ во внеклеточную среду, окружающую нейроны.
Новости и инфо для студентов