Электрические свойства мембраны. Генерация и проведение нервных импульсов

Потенциал покоя

Разность зарядов достигается за счёт разности концентраций ионов внутри и снаружи клетки. Внутри концентрация ионов калия высокая, а натрия - низкая, а снаружи - наоборот. Эта разность достигается за счёт работы Натрий-Калиевой АТФазы. В состоянии покоя нейрона калиевые каналы открыты, а натриевые закрыты. Катионы калия выходят в зону меньшей концентрации (из клетки) и создают избыточный положительный заряд снаружи клетки. Разность зарядов мембраны в состоянии покоя называется потенциалом покоя, а разность зарядов при любом состоянии аксона называется мембранным потенциалом. Когда мембранный потенциал (МП) клетки равен потенциалу покоя(ПП), натриевые каналы закрыты.

Потенциал действия. Генерация нервного импульса

Электрические свойства мембраны нейронов и других возбудимых клеток (например, мышечных) позволяют этим клеткам генерировать и передавать потенциалы действия (если их генерируют нейроны, то они называются также нервные импульсы). Потенциалы действия обычно возикают на дендритах или на теле нейрона, а затем передаются по аксону. Ключевую роль в генерации и передаче нервных импульсов играют свойства каналов наружной мембраны клетки. Как только МП станет достаточно отличаться от ПП, т.е. изменится до нужной величины - порога, происходит возбуждение. Здесь действует принцип "всё или ничего": если раздражающий фактор не способен изменить МП до порога, то возбуждения нет, а если способен, то возбуждение происходит. При возбуждении нейрона открываются натриевые каналы, и ионы натрия устремляются внутрь клетки, уменьшая отрицательный заряд внутренней стороны мембраны. Это уменьшение мембранного потенциала называется деполяризацией. Ионы натрия будут входить в клетку, пока внутренняя сторона мембраны не станет положительно заряженной относительно внешней стороны. Мембрана перезарядится (+ станет внутри, а - снаружи) После перезарядки мембраны натриевые каналы закрываются, и данный участок аксона определённое время не может возбуждаться. Этот период называется рефрактерностью. После закрытия натриевых каналов, ионы Калия устремляются наружу, уменьшая отрицательный заряд наружной стороны мембраны, пока внешняя сторона не станет положительно заряжена относительно внутренней. Мембрана перезарядится до исходного состояния. Этот этап называется реполяризацией. Все изменения мембранного потенциала от деполяризации до реполяризации называется потенциалом действия, или нервным импульсом. Схема движения нервного импульса по аксону:

+ и - - заряды мембраны

А- Внутренняя среда клетки

Б- Мембрана

В- Внешняя среда

Г- Направление движения Нервного импульса

Д- Возбуждённый участок

Нервный импульс может двигаться только вперёд, так как все задние участки аксона находятся в состоянии рефрактерности. На каждом участке нейрона нервный импульс возникает заново. На рисунке показана схема движения импульса без использования миелиновых оболочек . Скорость движения такого импульса достаточно невелика - приблизительно 3 м/сек. Для ускорения импульса используются w:глиальные клетки, и скорость импульса приблизительно равна 100 м/сек. Глиальные клетки окружают аксон по всей его длине и образуют оболочки - электроизоляторы - миелиновые оболочки, но оставляют небольшие участки нейрона - перехваты Ранье - открытыми. В центральной нервной системе миелиновую оболочку образуют олигодендроциты, а в периферической – леммоциты. Миелиновая оболочка образуется из отростка тела глиальной клетки, лишенного цитоплазмы. Многократно обмотанного вокруг аксона, то есть миелиновая оболочка состоит из многочисленных слоёв мембраны глиальной клетки. Нервный импульс не может двигаться по участкам, покрытыми миелиновыми оболочками, поэтому нервному импульсу приходится "перепрыгивать" от одного перехвата Ранье к другому. Далее нервный импульс достигает синапса и вызывает открытие кальциевых каналов. Ионы кальция входят внутрь клетки, и это приводит к слиянию пузырьков с нейромедиаторами с пресинаптической мембранной. Нейромедиаторы попадают в синаптичскую щель, и воздействуют на белки – рецепторы постсинаптической мембраны.