Дізнаємося що називається потенціалом дії?

Робота органів і тканин нашого організму залежить від багатьох факторів. Деякі клітини (кардіоміоцити і нерви) залежать від передачі нервових імпульсів, що генеруються в спеціальних компонентах клітин або вузлах. В основі нервового імпульсу лежить утворення специфічної хвилі збудження, що носить назву потенціалу дії.

Що це таке?

Потенціалом дії прийнято називати хвилю збудження, що пересувається від клітини до клітини. За рахунок її утворення та проходження через клітинні мембрани відбувається короткочасна зміна їх заряду (в нормі внутрішня сторона мембрани заряджена негативно, а зовнішня — позитивно). Утворена хвиля сприяє зміні властивостей іонних каналів клітини, що призводить до перезарядки мембрани. У той момент, коли потенціал дії проходить через мембрану, відбувається короткочасна зміна її заряду, що призводить до зміни властивостей клітини.

Утворення даної хвилі лежить в основі функціонування нервового волокна, а також системи шляхів проведення серця.

При порушенні його освіти розвиваються багато захворювань, що робить визначення потенціалу дії необхідним у комплексі лікувально-діагностичних заходів.

Як же утворюється потенціал дії і що для нього характерно?

Історія дослідження

Вивчення виникнення збудження в клітинах і волокнах було розпочато досить давно. Першими його виникнення помітили біологи, які вивчали вплив різних подразників на оголений берцевий нерв жаби. Вони зауважили, що під час впливу на нього концентрованим розчином харчової солі спостерігалося скорочення м’язів.

Надалі дослідження були продовжені неврологами, проте основна наука після фізики, що вивчає потенціал дії — фізіологія. Саме фізіологами було доведено наявність потенціалу дії в клітинах серця і нервах.

У міру поглиблення вивчення потенціалів було доведено наявність і потенціалу спокою.

З початку 19 століття почали створюватися методи, що дозволяють зафіксувати наявність даних потенціалів і виміряти їх величину. Наразі фіксація та вивчення потенціалів дії проводиться у двох інструментальних дослідженнях — знятті електрокардіограм та електроенцефалограм.

Механізм потенціалу дії

Освіта збудження відбувається за рахунок зміни внутрішньоклітинної концентрації іонів натрію і калію. У нормі в клітці міститься більше калію, ніж натрія. Позаклітинна концентрація іонів натрію значно більша, ніж у цитоплазмі. Зміни, що викликаються потенціалом дії, сприяють зміні заряду на мембрані, в результаті чого обумовлюється струм іонів натрію всередину клітини. Через це змінюються заряди зовні і всередині клітини (цитоплазма заряджається позитивно, а зовнішнє середовище — негативно.

Це робиться для полегшення проходження хвилі по клітці.

Після того як хвиля була передана через синапс, відбувається зворотне відновлення заряду за рахунок струму всередину клітини негативно заряджених іонів хлору. Відновлюються вихідні рівні заряду зовні і всередині клітини, що призводить до утворення потенціалу спокою.

Періоди спокою і збудження чергуються. У патологічній клітці все може відбуватися інакше, і освіта ПД там буде підкорятися дещо іншим законам.

Фази ПД

Перебіг потенціалу дії можна розділити на кілька фаз.

Перша фаза протікає до утворення критичного рівня деполяризації (що проходить потенціалом дії стимулюється повільна розрядка мембрани, яка досягає максимального рівня, зазвичай він становить близько -90 мЕв). Ця фаза носить назву передспайк. Здійснюється за рахунок входу в клітку іонів натрію.

Наступна фаза — піковий потенціал (або спайк), утворює параболу з гострим кутом, де висхідна частина потенціалу означає деполяризацію мембрани (швидка), а спадна частина — реполяризацію.

Третя фаза — негативний слідовий потенціал — показує слідову деполяризацію (перехід від піку деполяризації до стану спокою). Обумовлена входом іонів хлору всередину клітини.

На четвертому етапі, фазі позитивного слідового потенціалу, відбувається повернення рівнів заряду мембрани до вихідного.

Дані фази, обумовлені потенціалом дії, суворо йдуть одна за одною.

Функції потенціалу дії

Безсумнівно, розвиток потенціалу дії має важливе значення у функціонуванні тих чи інших клітин. У роботі серця збудженню належить головна роль. Без нього серце було б просто неактивним органом, але за рахунок поширення хвилі по всіх клітинах серця відбувається його скорочення, що сприяє проштовхуванню крові по судинному руслу, збагаченню нею всіх тканин і органів.

Нервова система також не могла б нормально виконувати свою функцію без потенціалу дії. Органи не могли б отримувати сигнали до виконання тієї чи іншої функції, в результаті чого були б просто марними. Крім того, вдосконалення передачі нервового імпульсу в нервових волокнах (поява мієліну і перехоплень Ранв’є) дозволило передавати сигнал за лічені частки секунди, що і зумовило розвиток рефлексів і свідомих рухів.

Крім даних систем органів, потенціал дії утворюється і в багатьох інших клітинах, проте в них він грає роль лише у виконанні клітиною своїх специфічних функцій.

Виникнення потенціалу дії в серці

Основним органом, робота якого заснована на принципі утворення потенціалу дії, є серце. За рахунок існування вузлів утворення імпульсів здійснюється робота даного органу, функція якого полягає в доставці крові до тканин і органів.

Генерація потенціалу дії в серці відбувається в синусовому вузлі. Він знаходиться в місці впадіння порожніх вен у правому передсерді. Звідти імпульс поширюється по волокнах провідної системи серця — від вузла до атріовентрикулярного з’єднання. Проходячи по пучку Гіса, точніше, по його ніжках, імпульс проходить до правого і лівого шлуночка. У їх товщі розташовані більш дрібні шляхи проведення — волокна Пуркіньє, за якими збудження доходить до кожної клітини серця.

Потенціал дії кардіоміоцитів є складовим, тобто залежить від скорочення всіх клітин серцевої тканини. За наявності блоку (рубець після інфаркту) утворення потенціалу дії порушується, що фіксується на електрокардіограмі.

Нервова система

Як же утворюється ПД у нейронах — клітинах нервової системи. Тут все здійснюється дещо простіше.

Зовнішній імпульс сприймається відростками нервових клітин — дендритами, пов’язаними з рецепторами, розташованими як в шкірі, так і в усіх інших тканинах (потенціал спокою і потенціал дії також змінюють один одного). Роздратування провокує утворення потенціалу дії в них, після чого імпульс через тіло нервової клітини йде в її довгий відросток — аксон, а від нього через синапси — до інших клітин. Таким чином, утворена хвиля збудження доходить до головного мозку.

Особливістю нервової системи є наявність двох типів волокон — покритих мієліном і без нього. Виникнення потенціалу дії та його передача в тих волокнах, де є мієлін, здійснюється значно швидше, ніж у демієлінезованих.

Даний феномен спостерігається через те, що поширення ПД по мієлінізованим волокнам відбувається за рахунок «стрибків» — імпульс перескакує ділянки мієліну, що в результаті зменшує його шлях і, відповідно, прискорює поширення.

Потенціал спокою

Без розвитку потенціалу спокою не було б і потенціалу дії. Під потенціалом спокою розуміють нормальний, неприпустимий стан клітини, при якому заряди всередині і поза її мембрани значно відрізняються (тобто зовні мембрана заряджена позитивно, а всередині — негативно). Потенціал спокою показує різницю між зарядами всередині і ззовні клітини. Зазвичай в нормі він становить від -50 до -110 мЕв. У нервових волокнах ця величина зазвичай дорівнює -70 мЕв.

Обумовлений він міграцією іонів хлору всередину клітини і створенням негативного заряду на внутрішній стороні мембрани.

При зміні концентрації внутрішньоклітинних іонів (як було зазначено вище) ПП змінює ПД.

У нормі всі клітини організму знаходяться в неприпустимому стані, тому зміну потенціалів можна вважати фізіологічно необхідним процесом, оскільки без них не могли б здійснювати свою діяльність серцево-судинна і нервова системи.

Значимість дослідження потенціалів спокою і дії

Потенціал спокою і потенціал дії дозволяють визначити стан організму, а також окремих органів.

Фіксація потенціалу дії з серця (електрокардіографія) дозволяє визначити його стан, а також функціональну здатність всіх його відділів. Якщо вивчати нормальну ЕКГ, то можна помітити, що всі зубці на ній є прояв потенціалу дії і подальшого потенціалу спокою (відповідно, виникнення даних потенціалів в предсердях відображає зубець Р, а поширення збудження в шлуночках — зубець R).

Що стосується електроенцефалограми, то на ній виникнення різних хвиль і ритмів (зокрема, альфа і бета-хвиль у здорової людини) також обумовлено виникненням потенціалів дії в нейронах головного мозку.

Дані дослідження дозволяють своєчасно виявити розвиток того чи іншого патологічного процесу і обумовлюють практично до 50 відсотків успішного лікування вихідного захворювання.