Шмидт, Тевс (ред.) - Физиология человека - т.1 (Шмидт, Тевс (ред.) - Физиология человека - 1996), страница 12

Г. То гкв, чтО На рис. В, но на фоне блокады натрневык токов тетродотоксином (0.3 мкМ), так что записи соответствуют калиевым токам. Прн деполяризации К'-токи нарастают медленнее, чем Иаь-токи, и продолжаются в течегее всего периода деполяризации (по (3) с изменениями) Инвктивации )ч(а+-тока ком мт зо мв 20 Из рис. 2.б, Б видно, что )т(а+-ток в нерве лягушки начинает убывать примерно через 0,5 мс, несмотря на продолзиющуюся деполяризацию. У гомойотермных животных, имеквцих более высокую температуру тела, этот промежуток времени еще короче. Характерная для )Ча+-тока инактивация становится более быстрой по мере увеличения деполяризации, так что ток раньше возвращается к нулю.

Однако этот процесс ие означает Восстановления состояния покоя; если мембран» на короткое время реполяризуется н снова деполяризуется после полной инактивации, в ней практически невозможно снова вызвать )т(а+-ток. При таком состоянии мемб- 0 1 2 з 4 мс Рнс. 2.7. Мембранные проводимости во время потен- циала действия в гигантском аксона кальмара. В„, и О„ рассчнтывалн. подавая серии деполяризующнх скачков потенциала (см. рис.

2.6) (по (6) с изменениями) 1 ЛАВА 2. ПЕРЕДАЧА ИНФОРМАЦИИ ПОСРЕДСТВОМ ВОЗБУЖДЕНИЯ раны натриевая система не может быть актнвирована. Даже после того как на некоторое время восстановится потенциал покоя, )Ча'-ток можно активировать лишь частично. Только в случае предварительной гиперполяризацни аксонной мембраны на 20-40 мВ последующая деполяризация от этого уровня потенциала способна вызвать максимальный )п(а'-ток, 1ю„,„(рис. 2.8). Если мембранный потенциал на период 10 мс илн дольше сместить на 20 мВ от потенциала покоя к более положительному значению, то деполяризацня от этого исходного уровня приведет к возникновению только миннмальноао )Ча'-тока. Следовательно, длительная деполяризацня может предотвратить возбуждение; клетки, потенциал которых положительнее уровня от — 60, до — 50 мВ, утрачивают возбудимость (3, 231.

Продолжительная деполяризация может развиваться в результате метаболических нарушений, например при кислородной недостаточности, а также под влиянием фармакологических препаратов; такая деполяризация способна блокировать генерирование 1троцесса возбуждения. Рефрактериые периоды. Еше одним важным следствием инактивацнн )п(а'-системы является развитие рефрактерности мембраны. Это явление илл1острирует рис. 2.9. Если мембрана деполяризуется сразу после развития потенциала действия, то возбуждение не возникает ни при значении потенциала, соответствующем порот.у для предыдущего потенциала действия, ни при любой более сильной деполяризации.

Такое состояние полной невозбудимости, которое в нервных клетках продолжается около 1 мс, называется абсолютным рефрактериым периодом. За ним следует отаосательный рефрактериый Вериод, когда путем значительной деполяризации все же можно вызвать потенциал действия, хотя его амплитуда и снижена по сравнению с нормой. Потенциал действия обычной амплитуды при нормальной пороговой деполяризации можно вызвать только через несколько миллисекунд после предыдущего потенциала действия. Возвращение к нормальной ситуации соответствует окончанию олгносиглельнага рефрактернага периода. Ках отмечалось выше, рефрахтерность обусловлена инактнвацией )Ча'-системы во время прсдшествутошсго потенциала действия.

Хотя при реполярнзации мембраны состояние инахтявации заканчивается, такое восстановление представляет собой постепенный процесс, продолжающийся несколько миллисекунд, в течение которых )Ча+-система еще не способна активироваться нли же активируется только частично. Абсолютный рефрактерный период ограничивает максимальную частоту генерирования потенциалов действия. Если, как это показано на рис. 2.9, абсолютный рефрактерный период завершается через 2 мс после начала потенциала действия, то клетка может воз- 2-210 1на пип а,в 0,4 сд о -4О -2О О ЕО 4О ма Š— Еп Рис.

2.8. Потенциалэависимаи инактивация Иа" -системы. По оси абсцисс отлохсены величины отклонения мембранного потенциала от потенциала покоя ( — 60 мВ). От каждого иэ этих исходных значений потенциала мембрану деполиризовапи до — Зб мВ и по оси ординат откладывали отношения возникающих мак- СИМапЬНЫХ (Ча'-ТОКОВ (1„,,) К ВЕЛИЧИНЕ )„„„и Саатветствующей полной активации (Ча -системы (по (щ с изменениями) 4О О 1 2 Э 4 5МС Прсопюаи и 1 Оп оси сеп и~ ресрраитер ми периса Рис. 2.9.

Рефрактерность после возбуждении. В нерве млекопитающего вызван потенциал действия (слееа). после чего с различными интервалами наносили стимулы. Сплошной красной линией показан пороговый уровень потенциала, а черными прерывистыми линиями — деполяризации волокна до порогового уровни. В абсолютном Рефрвктерном периоде волокно неаозбудимо, а в относительном Рефрактерном периоде порог его возбуждении превышает нормальный уровень буждаться с частотой максимум 500/с. Существуют клетки с еще более коротким рефрактерным периодом, в них частота возбуждения может доходить до 1000/с. Однако большинство клеток имеет максимальную частоту потенциалов действия ниже 500/с. ЧАСТЪ |. ОБЩАЯ ФИЗИОЛОГИЯ КЛЕТКИ Ионные токи во время следовых потенциалов Во многих клетках после быстрой деполяризации, которая соответствует потенциалу лсйствия, развиваются де- яли гиперполяриэациоииыс следовые патеициалы (рис.

2.4 и 2.5). Прирала таких слелавых потенциалов может быть разной; кратко опишем два наиболее важных типа. Краткаврежеияыя гаяерпаляраэаця»яв»ый следааай потенциал иаблюлается сразу после реполяриэации аа многих нервных клетках и а некоторых клетках миокарда (рнс. 2.5).

Этот следовой потенциал представляет собой избыточную репаларизацию: когда ва время фазы реааляриэации потенциал достигает уровня покоя, 8„ еще не возвращается к своему исходному уровню (рис. 2.7), т.е. 8« а отличие ат 8«, превышает уровень покоя. Следовательно, мембранный потенциал ближе подходит к значению Е„, чем эта было в покое. Возникающая в результате гиаерполяризация затухает по мере спада повышенного уровня 8„.

Такой механизм кратковременной гиперпаляриэаций после потенциала действия участвует в развитии ритмического возбуждения; мы вернемся к нему ниже (с. 48). Длнтсльныс гнперавларяэацааиаые следовые аатаэцяалы, ко»орые суммируются прн достаточно высокой частоте ваэбужления, особенно хо!юшо выражены в тонких нервных волокнах позвоночных-валокнах группы |У. Такие длительные гиперполярнэациоиные следовые потенциалы обеспечиваются злектр»ясиным !Ча -насосом (с. 14 — 17), который удалжт иэ клетки »Ча", аошслший в нее ао время возбуждения «28). Они исчезают, если прелатвратнть активность насоса вешсствж«и, блокирующими метаболизм. например ДНФ (ср. рис.

1.7). «Стабилизирушщеев влияние [Са" 1« на»ютенциш» покоя. Зависимость Ха "-токов от тестирующего потенциала, которую иллюстрирует рис. 2.6, может изменяться при различных воздействиях. Блокада некоторых 1ча'-каналов тетродотоксином или аналогично действующими веществами, а также изменения плотности (э(а'-каналов в мембране влияют только на амплитуду, но не на зависимость от потенциала или временной ход (ча'-токов. Характерные смещения зависимости мембранных токов от потенциала происходят при изменениях внеклеточной концентрации Саэ+, [Саэ+5«. На рис. 2.10 графики зависимости максимальной Иа'-проницаемости, Рн,.

от тестирующих потенциалов (абсцисса) построены при разных значениях [Саэ '3 . Графики для Р „построенные в логорифмическом масп|табе, вначале имею~ вид поднимающейся прямой, а затем выходят на уровень насьпцения. Влияние [Саэ+1« заключается в параллельном смещении графиков зависимости Р „от потенциала вдоль оси абсцисс: при [Са" за =- 0 небольшие деполяризации вызывают значительные изменения Р ., тогда как при высоких [Саэ')с такой же Ха+-ток может возникнуть только при деполяризации не менее чем на 35 мВ.

Следовательно, снижение [Са'+ За способствует генерированию потенциалов действия во время деполяризации. Влияние [Са' 3„»»а Р „показанное на рис. 2.10, осложняется еще одним эффектом, действующим в том же направлении; влиянием на зависимость инактивации от потенциала. Кривые зависимости 1,, от исходного потенциала (рис. 2.8) при изменениях [Са' ' З„смещаются вдоль оси абсцисс точно таким же образом, как и кривые на рис. 2.10.

В результате снижение «Са ' )а сопровождается не только более значительныл» увеличением Рь«в ответ на такую же деполяризацию (рис. 2.10), но и абсолютным уменьшением максимально возможного прироста 1и, (рис. 2.8). Общий эффект, однако, состоит в том, что уменьшение !Саэ" ! ведет к снижению порога о генерации потенциала действия, т. е. иова»шаек еозбудимаеи»ь, тогда как увеличение [Саэ'Зс «стабилизируетв мембранный потенциал. Заметные локальные сдвиги [Са" За не так уж необычны в организме; например, в ЦНС при усилении активности (особенно в синапсах; см. с, 62) поступление Са" в клетки ведет к снижению [Саэ+ 3« в ограниченных межклеточных пространствах (рис.

2.3); возбудимость клеток повышается, что может сопровождаться генерированием разрядов судорожного типа [135. Общее снижение [Са" )„в плазме крови вызывает синдром тетяяни, при котором нерегулируемое возбужление мышц приводит к судорогам. Удивительное параллельное смешение графиков патснцналэависнмасп» !Ча"-токов (и других мембранных такая) при повышении «Са»«1 интересна с физической точки зрения. Как показывает п|жлсгавлеаная на рис. 2.! 5 модель |ча -канала. наружная сторона мембраны несет фиксированные эарялы, главным образом отрицательные.

Они принадлежат фасфа- н глнкалнпилаы. а также гликапратеинам (рис. 1.2). Этн заряды удерживают около мембраны наиную оболочку, которая, по приблизительной оценке, обеспечивает примерно половину общего градиента мембранного цотенцнала, так что канальные белки «чуаствують не более половины разности потенциалов. существующей между внутренней срерой и наружной поверхностью клетки «3, 261. Ионы Са + взаимодействуют с фиксированными заряд«ми на поверхности шиэматической мембраны, нейтрализуя их. Поэтому при высокой «Саэ'З«общий наружный отрицательный заряд снижается, а отрицательный потенциал, действующий на ионные каналы, увеличивается. Па этой причине лля получения при 20 мМ «Саэ ]р такого же повышения Р„.

что и прн 2 мМ «Саэ 1«, потребуется примерно на 20 ый более значи гельиая дсполяриэация. И наоборот, врн снижении «Сл~')„отрицательный поверхностный заряд возрастает и графйки потснциалэависимасти смещаются В сторону меньших значений деполяризации. Эффекты поверхностных отрицательных зарядов рассматривались здесь не талька для того, чтобы объяснить влияние изменений «Саэ "1 . Смещения потсициалзависимасти, аналогичные щждставлсиным иа рис. 2.10, наблюдаются и при сдвигах аиеклетачвага рН.