Функционирането на органите и тъканите на нашето тяло зависи от много фактори. Някои клетки (кардиомиоцити и нерви) зависят от предаването на нервни импулси, генерирани в специални клетъчни компоненти или възли. Основата на нервния импулс е образуването на специфична вълна на възбуждане, наречена потенциал на действие.
Какво е това?
Потенциал на действие обикновено се нарича вълна на възбуждане, движеща се от клетка към клетка. Поради образуването и преминаването му през клетъчните мембрани настъпва краткотрайна промяна в заряда им (обикновено вътрешната страна на мембраната е отрицателно заредена, а външната е положително заредена). Генерираната вълна допринася за промяна в свойствата на йонните канали на клетката, което води до презареждане на мембраната. В момента, когато акционният потенциал преминава през мембраната, настъпва краткотрайна промяна в нейния заряд, което води до промяна в свойствата на клетката.
Образуването на тази вълна е в основата на функционирането на нервните влакна, както и на системата от пътища на сърцето.
При нарушаване на образуването му се развиват много заболявания, което налага определянето на потенциала за действие прикомплекс от диагностични и лечебни мерки.
Как се формира потенциал за действие и какво е характерно за него?
История на изследвания
Изследването на възникването на възбуждане в клетките и влакната е започнато доста отдавна. Първите, които забелязали появата му, били биолози, които изследвали ефектите на различни стимули върху открития тибиален нерв на жабата. Те забелязали, че когато са били изложени на концентриран разтвор на готварска сол, се наблюдава мускулна контракция.
В бъдеще изследванията бяха продължени от невролози, но основната наука след физиката, която изучава потенциала на действие, е физиологията. Физиолозите доказаха съществуването на потенциал за действие в сърдечните клетки и нервите.
Докато се задълбочихме в изследването на потенциалите, беше доказано и наличието на потенциала на покой.
От началото на 19-ти век започват да се създават методи за откриване на наличието на тези потенциали и измерване на тяхната величина. В момента фиксирането и изследването на потенциалите на действие се извършва в две инструментални изследвания - отстраняване на електрокардиограми и електроенцефалограми.
Механизъм за потенциал за действие
Образуването на възбуждане се дължи на промени във вътреклетъчната концентрация на натриеви и калиеви йони. Обикновено клетката съдържа повече калий, отколкото натрий. Извънклетъчната концентрация на натриеви йони е много по-висока, отколкото в цитоплазмата. Промените, причинени от потенциала на действие, допринасят за промяна в заряда на мембраната, което води до потока на натриеви йони в клетката. Заради товазарядите извън и вътре в клетката се променят (цитоплазмата се зарежда положително, а външната среда е отрицателно заредена.
Това се прави, за да се улесни преминаването на вълната през клетката.
След като вълната бъде предадена през синапса, зарядът се обръща поради тока вътре в клетката от отрицателно заредени хлоридни йони. Първоначалните нива на заряд извън и вътре в клетката се възстановяват, което води до образуването на потенциал за покой.
Сменят се периоди на почивка и вълнение. В патологична клетка всичко може да се случи по различен начин и образуването на AP там ще се подчинява на малко по-различни закони.
PD фази
Ходът на потенциала за действие може да бъде разделен на няколко фази.
Първата фаза продължава, докато се образува критично ниво на деполяризация (преминаващ потенциал на действие стимулира бавно разреждане на мембраната, което достига максимално ниво, обикновено около -90 meV). Тази фаза се нарича преспик. Осъществява се поради навлизането на натриеви йони в клетката.
Следващата фаза, пиковият потенциал (или пик), образува парабола с остър ъгъл, където възходящата част на потенциала означава деполяризация на мембраната (бърза), а низходящата част означава реполяризация..
Трета фаза - отрицателен следов потенциал - показва следи от деполяризация (преход от пика на деполяризация към състояние на покой). Причинява се от навлизането на хлоридни йони в клетката.
На четвъртия етап, фазата на положителнотослед потенциал, нивата на заряд на мембраната се връщат към оригинала.
Тези фази, определени от потенциала за действие, стриктно следват една след друга.
Функции с потенциал за действие
Несъмнено развитието на акционния потенциал е важно за функционирането на определени клетки. Възбуждането играе основна роля в работата на сърцето. Без него сърцето просто би било неактивен орган, но поради разпространението на вълната през всички клетки на сърцето, то се свива, което спомага за изтласкването на кръвта през съдовото легло, обогатявайки всички тъкани и органи с нея.
Нервната система също не би могла нормално да изпълнява функцията си без потенциал за действие. Органите не могат да приемат сигнали за изпълнение на определена функция, в резултат на което те просто биха били безполезни. В допълнение, подобрението в предаването на нервен импулс в нервните влакна (появата на миелин и прехващания на Ранвие) направи възможно предаването на сигнал за части от секундата, което доведе до развитието на рефлекси и съзнателно движения.
В допълнение към тези органни системи, потенциалът за действие се формира и в много други клетки, но в тях той играе роля само за изпълнението на специфичните функции на клетката.
Повишаване на потенциала за действие в сърцето
Основният орган, чиято работа се основава на принципа на формиране на акционния потенциал, е сърцето. Поради наличието на възли за образуване на импулси, работата на този орган се извършва, чиято функция е да доставя кръв до тъканите ивласти.
Потенциалът за действие в сърцето се генерира в синусовия възел. Намира се при сливането на куха вена в дясното предсърдие. Оттам импулсът се разпространява по влакната на проводната система на сърцето - от възела до атриовентрикуларната връзка. Преминавайки по снопа на His, по-точно покрай краката му, импулсът преминава към дясната и лявата камера. В тяхната дебелина има по-малки пътеки - влакна на Пуркине, през които възбуждането достига до всяка клетка на сърцето.
Потенциалът за действие на кардиомиоцитите е сложен, т.е. зависи от свиването на всички клетки на сърдечната тъкан. При наличие на блок (белег след инфаркт) се нарушава образуването на потенциал за действие, което се записва на електрокардиограмата.
Нервна система
Как се образува PD в невроните - клетки на нервната система. Тук всичко се прави малко по-лесно.
Външният импулс се възприема от израстъци на нервни клетки - дендрити, свързани с рецептори, разположени както в кожата, така и във всички останали тъкани (потенциалът на покой и потенциалът на действие също се заместват взаимно). Дразненето провокира образуването на акционен потенциал в тях, след което импулсът преминава през тялото на нервната клетка към дългия й процес – аксона, а от него през синапсите към други клетки. Така генерираната вълна на възбуждане достига до мозъка.
Особеност на нервната система е наличието на два вида влакна - покрити с миелин и без него. Появата на потенциал за действие и предаването му в тези влакна, където има миелин,извършва се много по-бързо, отколкото при демиелинизирани.
Това явление се наблюдава поради факта, че разпространението на AP по миелинизирани влакна се случва поради „скокове“- импулсът прескача миелиновите участъци, което в резултат намалява пътя му и съответно ускорява неговото разпространение.
Потенциал за почивка
Без развитието на потенциала за почивка не би имало потенциал за действие. Потенциалът на покой се разбира като нормално, невъзбудено състояние на клетката, при което зарядите вътре и извън нейната мембрана са значително различни (тоест, мембраната е положително заредена отвън и отрицателно заредена отвътре). Потенциалът на покой показва разликата между зарядите вътре и извън клетката. Обикновено тя варира от -50 до -110 meV. В нервните влакна тази стойност обикновено е -70 meV.
Дължи се на миграцията на хлоридни йони в клетката и създаването на отрицателен заряд от вътрешната страна на мембраната.
При промяна на концентрацията на вътреклетъчни йони (както е споменато по-горе), PP замества PD.
Обикновено всички клетки на тялото са в невъзбудено състояние, така че промяната на потенциалите може да се счита за физиологично необходим процес, тъй като без тях сърдечно-съдовата и нервната системи не биха могли да извършват дейността си.
Значение на изследванията върху потенциалите за почивка и действие
Потенциалът за покой и потенциалът за действие ви позволяват да определите състоянието на тялото, както и на отделните органи.
Фиксирането на потенциала на действие от сърцето (електрокардиография) позволяваопределя неговото състояние, както и функционалната способност на всички негови отдели. Ако изследвате нормална ЕКГ, можете да видите, че всички зъби върху нея са проява на потенциала за действие и последващия потенциал на покой (съответно появата на тези потенциали в предсърдията показва Р вълната, а разпространението на възбуждането в вентрикулите - R вълната).
Що се отнася до електроенцефалограмата, появата на различни вълни и ритми върху нея (в частност, алфа и бета вълни при здрав човек) също се дължи на появата на потенциали за действие в мозъчните неврони.
Тези изследвания позволяват навременно откриване на развитието на определен патологичен процес и определят почти 50 процента от успешното лечение на първоначалното заболяване.
