Šta se dešava tokom depolarizacije. Fiziologija ekscitabilnih tkiva

Sva nervna aktivnost uspješno funkcionira zahvaljujući smjeni faza odmora i razdražljivosti. Greške u sistemu polarizacije remete električnu provodljivost vlakana. Ali osim nervnih vlakana, postoje i druga podražljiva tkiva - endokrina i mišićna.

Ali mi ćemo razmotriti karakteristike provodnih tkiva, a na primjeru procesa ekscitacije organskih ćelija govorit ćemo o značaju kritičnog nivoa depolarizacije. Fiziologija nervne aktivnosti usko je povezana sa indikatorima električnog naboja unutar i izvan nervne ćelije.

Ako je jedna elektroda pričvršćena na vanjsku ljusku aksona, a druga na njegov unutarnji dio, tada je vidljiva razlika potencijala. Električna aktivnost nervnih puteva zasniva se na ovoj razlici.

Šta je potencijal mirovanja i akcioni potencijal?

Sve ćelije nervnog sistema su polarizovane, odnosno imaju različit električni naboj unutar i izvan posebne membrane. Nervna stanica uvijek ima svoju lipoproteinsku membranu, koja ima funkciju bioelektričnog izolatora. Zahvaljujući membranama, u ćeliji se stvara potencijal mirovanja koji je neophodan za naknadnu aktivaciju.

Potencijal mirovanja održava se prijenosom jona. Oslobađanje jona kalija i ulazak hlora povećavaju potencijal mirovanja membrane.

Akcijski potencijal se akumulira u fazi depolarizacije, odnosno porasta električnog naboja.

Faze akcionog potencijala. fiziologija

Dakle, depolarizacija u fiziologiji je smanjenje membranskog potencijala. Depolarizacija je osnova za nastanak ekscitabilnosti, odnosno akcionog potencijala za nervnu ćeliju. Kada se dostigne kritični nivo depolarizacije, nijedan, čak ni jak podražaj, nije u stanju da izazove reakcije u nervnim ćelijama. Istovremeno, unutar aksona ima puno natrijuma.

Odmah nakon ove faze slijedi faza relativne ekscitabilnosti. Odgovor je već moguć, ali samo na jak signal stimulacije. Relativna ekscitabilnost polako prelazi u fazu egzaltacije. Šta je egzaltacija? Ovo je vrhunac podražljivosti tkiva.

Sve ovo vrijeme kanali za aktivaciju natrijuma su zatvoreni. A njihovo otvaranje će se dogoditi tek kada se isprazni. Repolarizacija je potrebna da bi se povratio negativni naboj unutar vlakna.

Šta znači kritični nivo depolarizacije (CDL)?

Dakle, ekscitabilnost, u fiziologiji, je sposobnost ćelije ili tkiva da reaguje na stimulus i generiše neku vrstu impulsa. Kako smo saznali, ćelijama je potreban određeni naboj - polarizacija - da bi radile. Povećanje naboja od minusa do plusa naziva se depolarizacija.

Depolarizacija je uvijek praćena repolarizacijom. Unutrašnji naboj nakon faze ekscitacije mora ponovo postati negativan kako bi se ćelija mogla pripremiti za sljedeću reakciju.

Kada su očitanja voltmetra fiksirana na oko 80 - odmorite se. Javlja se nakon završetka repolarizacije, a ako uređaj pokaže pozitivnu vrijednost (veću od 0), tada se faza repolarizacije približava maksimalnom nivou - kritičnom nivou depolarizacije.

Kako se impulsi prenose od nervnih ćelija do mišića?

Električni impulsi koji su nastali tijekom ekscitacije membrane prenose se duž nervnih vlakana velikom brzinom. Brzina signala se objašnjava strukturom aksona. Akson je djelomično obavijen omotačem. A između područja sa mijelinom nalaze se Ranvierovi presjeci.

Zahvaljujući ovakvom rasporedu nervnog vlakna, pozitivni naboj se izmjenjuje s negativnim, a struja depolarizacije se širi gotovo istovremeno cijelom dužinom aksona. Signal kontrakcije stiže do mišića u djeliću sekunde. Takav indikator kao što je kritični nivo depolarizacije membrane označava oznaku na kojoj se postiže vršni akcioni potencijal. Nakon kontrakcije mišića počinje repolarizacija duž cijelog aksona.

Šta se dešava tokom depolarizacije?

Šta znači takav pokazatelj kao kritični nivo depolarizacije? U fiziologiji, to znači da su nervne ćelije već spremne za rad. Pravilno funkcioniranje cijelog organa ovisi o normalnoj, pravodobnoj promjeni faza akcionog potencijala.

Kritični nivo (CLL) je približno 40-50 Mv. U ovom trenutku, električno polje oko membrane se smanjuje. direktno zavisi od toga koliko je natrijumskih kanala u ćeliji otvoreno. Ćelija u ovom trenutku još nije spremna za odgovor, ali prikuplja električni potencijal. Ovaj period se naziva apsolutna refraktornost. Faza traje samo 0,004 s u nervnim ćelijama, au kardiomiocitima - 0,004 s.

Nakon prolaska kritičnog nivoa depolarizacije, dolazi do superekscitabilnosti. Nervne ćelije mogu da reaguju čak i na dejstvo podpražnog stimulusa, odnosno na relativno slabo dejstvo okoline.

Funkcije natrijumovih i kalijumovih kanala

Dakle, važan učesnik u procesima depolarizacije i repolarizacije je proteinski jonski kanal. Hajde da shvatimo šta ovaj koncept znači. Jonski kanali su proteinski makromolekuli smješteni unutar plazma membrane. Kada su otvoreni, neorganski joni mogu proći kroz njih. Proteinski kanali imaju filter. Samo natrijum prolazi kroz natrijumov kanal, a samo ovaj element prolazi kroz kalijumov kanal.

Ovi električno kontrolirani kanali imaju dvije kapije: jedna je kapija za aktivaciju, ima sposobnost prolaska jona, druga je inaktivacija. U trenutku kada je potencijal membrane mirovanja -90 mV, kapija je zatvorena, ali kada depolarizacija počne, natrijumski kanali se polako otvaraju. Povećanje potencijala dovodi do oštrog zatvaranja ventila kanala.

Faktor koji utiče na aktivaciju kanala je ekscitabilnost ćelijske membrane. Pod uticajem električne ekscitabilnosti pokreću se 2 tipa jonskih receptora:

pokreće se djelovanje ligandnih receptora - za kemozavisne kanale;
električni signal se isporučuje za električno kontrolirane kanale.

Kada se dostigne kritični nivo depolarizacije ćelijske membrane, receptori daju signal da se svi natrijumski kanali moraju zatvoriti, a kalijum kanali počinju da se otvaraju.

Natrijum kalijum pumpa

Procesi prijenosa pobudnog impulsa posvuda se odvijaju zbog električne polarizacije koja se provodi zbog kretanja jona natrija i kalija. Kretanje elemenata odvija se na osnovu principa jona - 3 Na+ unutra i 2 K+ spolja. Ovaj mehanizam izmjene naziva se natrijum-kalijum pumpa.

Depolarizacija kardiomiocita. Faze kontrakcije srca

Srčani ciklusi kontrakcija također su povezani s električnom depolarizacijom provodnih puteva. Signal kontrakcije uvijek dolazi iz SA ćelija koje se nalaze u desnoj pretkomori i širi se duž Hissovih puteva do Torelovog snopa i Bachmannove do lijeve pretkomora. Desni i lijevi procesi Hissovog snopa prenose signal do ventrikula srca.

Nervne ćelije se brže depolarizuju i prenose signal zbog prisustva, ali i mišićno tkivo se postepeno depolarizuje. Odnosno, njihov naboj se mijenja iz negativnog u pozitivan. Ova faza srčanog ciklusa naziva se dijastola. Ovdje su sve stanice međusobno povezane i djeluju kao jedan kompleks, jer rad srca mora biti što je moguće više koordiniran.

Kada dođe do kritičnog nivoa depolarizacije zidova desne i lijeve komore, dolazi do oslobađanja energije - srce se kontrahira. Tada se sve stanice repolariziraju i pripremaju za novu kontrakciju.

Depresija Verigo

Godine 1889. opisan je fenomen u fiziologiji, koji se naziva Verigova katolička depresija. Kritični nivo depolarizacije je nivo depolarizacije na kojem su svi natrijumski kanali već inaktivirani, a kalijum kanali rade umesto njih. Ako se stupanj struje još više poveća, tada se ekscitabilnost nervnog vlakna značajno smanjuje. A kritični nivo depolarizacije pod dejstvom stimulusa prelazi skalu.

Tokom Verigo depresije, brzina provođenja ekscitacije se smanjuje i, konačno, potpuno jenjava. Ćelija se počinje prilagođavati promjenom funkcionalnih karakteristika.

Mehanizam prilagođavanja

Dešava se da se pod određenim uvjetima depolarizirajuća struja ne mijenja dugo vremena. Ovo je karakteristično za senzorna vlakna. Postepeno dugotrajno povećanje takve struje preko 50 mV dovodi do povećanja frekvencije elektronskih impulsa.

Kao odgovor na takve signale, povećava se provodljivost kalijeve membrane. Aktivirani su sporiji kanali. Kao rezultat, javlja se sposobnost nervnog tkiva da ponavlja odgovore. To se zove nervna adaptacija.

Tokom adaptacije, umjesto velikog broja kratkih signala, stanice počinju da se akumuliraju i daju jedan jak potencijal. I intervali između dvije reakcije se povećavaju.

Električni impuls koji se širi kroz srce i započinje svaki ciklus kontrakcija naziva se akcioni potencijal; to je val kratkotrajne depolarizacije, tokom kojeg unutarćelijski potencijal naizmjenično u svakoj ćeliji kratko vrijeme postaje pozitivan, a zatim se vraća na prvobitni negativan nivo. Promjene u normalnom srčanom akcionom potencijalu imaju karakterističan razvoj tokom vremena, koji se radi pogodnosti dijeli u sljedeće faze: faza 0 - početna brza depolarizacija membrane; faza 1 - brza, ali nepotpuna repolarizacija; faza 2 - plato, ili produžena depolarizacija, karakteristična za akcioni potencijal srčanih ćelija; faza 3 - konačna brza repolarizacija; faza 4 - period dijastole.

Kod akcionog potencijala, intracelularni potencijal postaje pozitivan, budući da pobuđena membrana privremeno postaje propusnija za Na+ (u poređenju s K+) , stoga se membranski potencijal neko vrijeme približava po veličini ravnotežnom potencijalu natrijum jona (E Na) - EN i može se odrediti korištenjem Nernstovog omjera; pri ekstracelularnim i intracelularnim koncentracijama Na + 150 i 10 mM, respektivno, bit će:

Međutim, povećana permeabilnost za Na+ traje samo kratko, tako da membranski potencijal ne dostigne E Na i nakon završetka akcionog potencijala se vraća na nivo mirovanja.

Navedene promjene permeabilnosti, koje uzrokuju razvoj faze depolarizacije akcionog potencijala, nastaju zbog otvaranja i zatvaranja posebnih membranskih kanala, odnosno pora, kroz koje lako prolaze ioni natrija. Smatra se da rad kapije reguliše otvaranje i zatvaranje pojedinačnih kanala, koji mogu postojati u najmanje tri konformacije – otvorenoj, zatvorenoj i inaktiviranoj. Jedna kapija koja odgovara aktivacijskoj varijabli m u Hodgkin-Huxleyevom opisu struja jona natrijuma u membrani aksona divovske lignje, brzo se pomiču kako bi otvorili kanal kada se membrana iznenada depolarizira stimulusom. Ostala vrata koja odgovaraju varijabli inaktivacije h u opisu Hodgkin-Huxley-a, oni se sporije kreću tokom depolarizacije, a njihova funkcija je zatvaranje kanala (slika 3.3). Od nivoa membranskog potencijala zavise i uspostavljena distribucija kapija unutar sistema kanala i brzina njihovog prelaska iz jednog položaja u drugi. Stoga se termini ovisno o vremenu i naponu koriste za opisivanje provodljivosti Na+ membrane.

Ako se membrana u mirovanju iznenada depolarizira na nivo pozitivnog potencijala (na primjer, u eksperimentu stezanja potencijala), tada će aktivacijska kapija brzo promijeniti položaj kako bi otvorila natrijeve kanale, a zatim će ih inaktivacijska kapija polako zatvoriti (sl. 3.3). Riječ sporo ovdje znači da deaktivacija traje nekoliko milisekundi, dok se aktivacija događa u dijelovima milisekundi. Kapije ostaju u ovim položajima sve dok se potencijal membrane ponovo ne promijeni, a da bi se sve kapije vratile u prvobitno stanje mirovanja, membrana mora biti potpuno repolarizirana na visoki nivo negativnog potencijala. Ako se membrana repolarizira samo do niskog nivoa negativnog potencijala, tada će neka od inaktivacijskih kapija ostati zatvorena i maksimalni broj dostupnih natrijevih kanala koji se mogu otvoriti nakon naknadne depolarizacije će se smanjiti. (Električna aktivnost srčanih ćelija u kojima su natrijumski kanali potpuno inaktivirani biće razmotrena u nastavku.) Potpuna repolarizacija membrane na kraju normalnog akcionog potencijala osigurava da se sve kapije vrate u prvobitno stanje i da su stoga spremne za sledeći akcioni potencijal.

Rice. 3.3. Šematski prikaz membranskih kanala za dolazne jonske tokove u potencijalu mirovanja, kao i tokom aktivacije i inaktivacije.

Na lijevoj strani, prikazana je sekvenca stanja kanala pri normalnom potencijalu mirovanja od -90 mV. U mirovanju, kapije inaktivacije i Na + kanala (h) i sporog Ca 2+ /Na + kanala (f) su otvorene. Tokom aktivacije, po pobuđivanju ćelije, otvara se t-kapija Na+ kanala i dolazni tok Na+ jona depolarizuje ćeliju, što dovodi do povećanja akcionog potencijala (grafikon ispod). H-kapija se tada zatvara, čime se inaktivira Na+ provodljivost. Kako akcioni potencijal raste, membranski potencijal prelazi pozitivniji prag potencijala sporog kanala; istovremeno se otvaraju njihova aktivaciona kapija (d) i ioni Ca 2+ i Na+ ulaze u ćeliju, izazivajući razvoj faze platoa akcionog potencijala. Gate f, koji inaktivira Ca 2+ /Na + kanale, zatvara se mnogo sporije od kapije h, koja inaktivira Na kanale. Centralni fragment pokazuje ponašanje kanala kada potencijal mirovanja padne na manje od -60 mV. Većina kapija inaktivacije Na-kanala ostaje zatvorena sve dok je membrana depolarizovana; dolazni tok Na+ koji se javlja tokom ćelijske stimulacije je premali da izazove razvoj akcionog potencijala. Međutim, inaktivaciona kapija (f) sporih kanala se ne zatvara, i, kao što je prikazano u fragmentu desno, ako je ćelija dovoljno uzbuđena da otvori spore kanale i pusti da polako dolazeći ion teče kroz njih, odgovor će biti spor. moguć je razvoj akcionog potencijala.

Rice. 3.4. Potencijal praga tokom ekscitacije srčane ćelije.

Na lijevoj strani, akcioni potencijal koji se javlja na nivou potencijala mirovanja od -90 mV; ovo se događa kada je stanica uzbuđena dolaznim impulsom ili nekim podpražnim stimulusom koji brzo snižava membranski potencijal na vrijednosti ispod nivoa praga od -65 mV. Na desnoj strani, efekti dva podpraga i praga stimulusa. Podpražni stimulansi (a i b) ne dovode do smanjenja membranskog potencijala do nivoa praga; stoga se ne javlja akcioni potencijal. Podražaj praga (c) snižava membranski potencijal tačno do nivoa praga, na kojem tada nastaje akcijski potencijal.

Brza depolarizacija na početku akcionog potencijala uzrokovana je snažnim prilivom jona natrijuma koji ulaze u ćeliju (što odgovara gradijentu njihovog elektrohemijskog potencijala) kroz otvorene natrijeve kanale. Međutim, prije svega, moraju se efikasno otvoriti natrijumski kanali, što zahtijeva brzu depolarizaciju dovoljno velike površine membrane do potrebnog nivoa, nazvanog graničnim potencijalom (slika 3.4). U eksperimentu se to može postići propuštanjem struje iz vanjskog izvora kroz membranu i korištenjem ekstracelularne ili intracelularne stimulirajuće elektrode. U prirodnim uvjetima, lokalne struje koje teku kroz membranu neposredno prije širenja akcijskog potencijala služe istoj svrsi. Na graničnom potencijalu otvoren je dovoljan broj natrijumovih kanala, što obezbeđuje potrebnu amplitudu dolazne natrijeve struje i, posljedično, daljnju depolarizaciju membrane; zauzvrat, depolarizacija uzrokuje otvaranje više kanala, što rezultira povećanjem dolaznog fluksa jona, tako da proces depolarizacije postaje regenerativan. Brzina regenerativne depolarizacije (ili porasta akcijskog potencijala) ovisi o jačini dolazne natrijeve struje, koja je zauzvrat određena faktorima kao što su veličina gradijenta elektrohemijskog potencijala Na + i broj dostupnih (ili neinaktiviranih) natrijumski kanali. Kod Purkinjeovih vlakana maksimalna brzina depolarizacije tokom razvoja akcionog potencijala, označena kao dV/dt max ili V max , dostiže približno 500 V/s, a ako bi se ova brzina održavala tokom cijele faze depolarizacije od -90 mV do +30 mV, tada bi potencijal promjene na 120 mV trajao oko 0,25 ms. Maksimalna brzina depolarizacije vlakana radnog miokarda ventrikula je približno 200 V/s, a mišićnih vlakana atrija od 100 do 200 V/s. (Faza depolarizacije akcionog potencijala u ćelijama sinusnih i atrioventrikularnih čvorova značajno se razlikuje od one koja je upravo opisana i o njoj će se posebno raspravljati; vidi dolje.)

Akcioni potencijali sa tako velikom stopom porasta (koje se često nazivaju brzi odgovori) brzo putuju kroz srce. Brzina širenja akcionog potencijala (kao i Vmax) u ćelijama sa istim kapacitetom membrane i karakteristikama aksijalnog otpora određena je uglavnom amplitudom unutrašnje struje koja teče tokom faze rasta akcionog potencijala. To je zbog činjenice da lokalne struje koje prolaze kroz ćelije neposredno prije akcionog potencijala imaju veću vrijednost sa bržim porastom potencijala, pa membranski potencijal u tim stanicama prije dostiže granični nivo nego u slučaju struja manja vrijednost (vidi sliku 3.4) . Naravno, te lokalne struje teku kroz ćelijsku membranu odmah nakon prolaska propagirajućeg akcionog potencijala, ali više nisu u stanju pobuđivati membranu zbog njene refraktornosti.

Rice. 3.5. Normalni akcioni potencijal i odgovori izazvani podražajima u različitim fazama repolarizacije.

Amplituda i povećanje brzine odgovora izazvanih tokom repolarizacije zavise od nivoa membranskog potencijala na kojem se javljaju. Najranije reakcije (a i b) javljaju se na tako niskom nivou da su preslabe i nesposobne za širenje (postepene ili lokalne reakcije). Odziv u predstavlja najraniji od propagirajućih akcionih potencijala, ali je njegovo širenje sporo zbog blagog povećanja brzine, kao i niske amplitude. Odgovor d se pojavljuje neposredno prije potpune repolarizacije, njegova brzina amplifikacije i amplituda su veće nego za odgovor c, budući da se javlja pri većem membranskom potencijalu; međutim, njegova brzina širenja postaje niža od normalne. Odgovor d je zabilježen nakon potpune repolarizacije, tako da su njegova amplituda i stopa depolarizacije normalne; stoga se brzo širi. PP - potencijal mirovanja.

Dug refraktorni period nakon ekscitacije srčanih ćelija je zbog dugog trajanja akcionog potencijala i naponske zavisnosti mehanizma kapije natrijumovog kanala. Nakon faze porasta akcionog potencijala slijedi period od stotina do nekoliko stotina milisekundi tokom kojeg nema regenerativnog odgovora na ponovljeni stimulus (slika 3.5). Ovo je takozvani apsolutni, ili efektivni, refraktorni period; obično pokriva plato (faza 2) akcionog potencijala. Kao što je gore opisano, natrijumski kanali se inaktiviraju i ostaju zatvoreni tokom ove trajne depolarizacije. Tokom repolarizacije akcionog potencijala (faza 3), inaktivacija se postepeno eliminiše, tako da se udio kanala koji se mogu ponovo aktivirati stalno povećava. Stoga se samo mali priliv natrijevih jona može inducirati stimulusom na početku repolarizacije, ali kako se repolarizacija akcionog potencijala nastavi, takvi fluksovi će se povećati. Ako neki od natrijevih kanala ostanu neekscitabilni, onda inducirani protok Na+ prema unutra može dovesti do regenerativne depolarizacije i stoga stvaranja akcionog potencijala. Međutim, brzina depolarizacije, a time i brzina propagacije akcionih potencijala, značajno je smanjena (vidi sliku 3.5) i normalizira se tek nakon potpune repolarizacije. Vreme tokom kojeg je ponovljeni stimulans u stanju da izazove takve postepene akcione potencijale naziva se relativni refraktorni period. Naponsku ovisnost eliminacije inaktivacije proučavao je Weidmann, koji je otkrio da su brzina porasta akcionog potencijala i mogući nivo na kojem se ovaj potencijal evocira u odnosu u obliku slova S, poznatom i kao kriva membranske reaktivnosti.

Niska stopa porasta akcionih potencijala izazvanih tokom relativnog refraktornog perioda uzrokuje njihovo sporo širenje; takvi akcioni potencijali mogu uzrokovati neke poremećaje provodljivosti, kao što su kašnjenje, raspadanje i blokiranje, pa čak mogu uzrokovati cirkulaciju ekscitacije. O ovim fenomenima se govori kasnije u ovom poglavlju.

U normalnim srčanim ćelijama, unutrašnja natrijumova struja odgovorna za brzi porast akcionog potencijala je praćena drugom unutrašnjom strujom koja je manja i sporija od struje natrijuma, za koju se čini da se prvenstveno prenosi jonima kalcijuma. Ova struja se obično naziva sporom unutrašnjom strujom (iako je to samo u poređenju sa brzom natrijumskom strujom; druge važne promene, poput onih koje se vide tokom repolarizacije, verovatno će se usporiti); protiče kroz kanale, koji su, u skladu sa karakteristikama njihove provodljivosti, u zavisnosti od vremena i napona, nazvani sporim kanalima (vidi sliku 3.3). Prag aktivacije za ovu provodljivost (tj. kada se aktivacijska kapija počne otvarati - d) je između -30 i -40 mV (uporedite -60 do -70 mV za natrijumsku provodljivost). Regenerativna depolarizacija zbog brze natrijeve struje obično aktivira provođenje spore dolazeće struje, tako da u kasnijem periodu porasta akcionog potencijala struja teče kroz oba tipa kanala. Međutim, struja Ca 2+ je mnogo manja od maksimalne brze Na + struje, tako da je njen doprinos akcijskom potencijalu vrlo mali sve dok brza Na + struja ne postane dovoljno inaktivirana (tj. nakon početnog brzog povećanja potencijala). Kako se spora dolazna struja može inaktivirati samo vrlo sporo, ona uglavnom doprinosi plato fazi akcionog potencijala. Dakle, nivo platoa se pomera ka depolarizaciji, kada se gradijent elektrohemijskog potencijala za Ca 2+ povećava sa povećanjem koncentracije od 0 ; smanjenje 0 uzrokuje pomak nivoa platoa u suprotnom smjeru. Međutim, u nekim slučajevima može se uočiti doprinos struje kalcijuma fazi porasta akcionog potencijala. Na primjer, krivulja porasta akcionog potencijala u miokardnim vlaknima komore žabe ponekad pokazuje pregib oko 0 mV, na mjestu gdje početna brza depolarizacija ustupa mjesto sporijoj depolarizaciji koja se nastavlja sve dok ne pređe vrh akcionog potencijala. . Kao što je pokazano, stopa sporije depolarizacije i količina prekoračenja rastu sa povećanjem 0.

Osim različite ovisnosti o membranskom potencijalu i vremenu, ove dvije vrste provodljivosti razlikuju se i po svojim farmakološkim karakteristikama. Dakle, struja kroz brze kanale za Na+ opada pod uticajem tetrodotoksina (TTX), dok na sporu struju Ca 2+ ne utiče TTX, već se povećava pod dejstvom kateholamina i inhibira je jonima mangana, kao i nekim lekovima, kao što su verapamil i D-600. Čini se vrlo vjerojatnim (barem u žabljem srcu) da većina kalcijuma potrebnog za aktiviranje proteina koji doprinose svakom otkucaju srca ulazi u ćeliju tokom akcionog potencijala kroz spori dolazni strujni kanal. Kod sisara, dostupni dodatni izvor Ca 2+ za srčane ćelije su njegove rezerve u sarkoplazmatskom retikulumu.

Promjene u magnetskom polju nastaju ne samo direktno na mjestima primjene na nervno vlakno katode i anode, već i na određenoj udaljenosti od njih, ali veličina ovih pomaka opada s udaljenosti od elektroda. Promjene u magnetskom polju ispod elektroda nazivaju se elektrotonskim (mačka-elektroton i an-elektroton, respektivno), a iza elektroda - perielektrotonskim (mačka- i an-perielektroton).

Povećanje magnetnog polja ispod anode (pasivna hiperpolarizacija) nije praćeno promjenom ionske permeabilnosti membrane čak i pri visokoj primijenjenoj struji. Stoga, kada je jednosmjerna struja zatvorena, ne dolazi do pobude ispod anode. Nasuprot tome, smanjenje magnetnog polja ispod katode (pasivna depolarizacija) povlači za sobom kratkotrajno povećanje permeabilnosti Na, što dovodi do ekscitacije.

Povećanje permeabilnosti membrane za Na tokom stimulacije praga ne dostiže odmah svoju maksimalnu vrijednost. U prvom trenutku depolarizacija membrane ispod katode dovodi do blagog povećanja permeabilnosti natrijuma i otvaranja malog broja kanala. Kada pod utjecajem toga u protoplazmu počnu ulaziti pozitivno nabijeni ioni Na +, povećava se depolarizacija membrane. To dovodi do otvaranja drugih Na-kanala, a samim tim i dalje depolarizacije, što zauzvrat uzrokuje još veće povećanje permeabilnosti natrija. Ovaj kružni proces, zasnovan na tzv. pozitivna povratna sprega naziva se regenerativna depolarizacija. Javlja se samo kada Eo padne na kritični nivo (Ek). Razlog za povećanje permeabilnosti natrijuma tokom depolarizacije verovatno je povezan sa uklanjanjem Ca++ sa natrijumovih kapija kada se elektronegativnost (ili smanjenje elektropozitivnosti) javlja na spoljnoj strani membrane.

Povećana propusnost natrijuma nakon desetinki milisekundi zbog mehanizama inaktivacije natrijuma prestaje.

Brzina kojom dolazi do depolarizacije membrane ovisi o jačini iritirajuće struje. Sa slabom silom, depolarizacija se razvija sporo, pa stoga za nastanak AP takav stimulans mora dugo trajati.

Lokalni odgovor koji se javlja pod stimulansima ispod praga, kao i PD, nastaje zbog povećanja permeabilnosti membrane natrijuma. Međutim, ispod praga stimulusa, ovo povećanje nije dovoljno veliko da izazove proces regenerativne depolarizacije membrane. Stoga se započeta depolarizacija obustavlja inaktivacijom i povećanjem propusnosti kalijuma.

Sumirajući gore navedeno, moguće je opisati lanac događaja koji se razvijaju u nervnom ili mišićnom vlaknu ispod katode iritirajuće struje na sljedeći način: pasivna depolarizacija membrane ---- povećanje permeabilnosti natrija --- povećanje protoka Na u vlakno --- aktivna depolarizacija membrane -- lokalni odgovor --- višak Ek --- regenerativna depolarizacija --- akcioni potencijal (AP).

Koji je mehanizam nastanka pobude ispod anode prilikom otvaranja? U trenutku kada se struja uključi ispod anode, membranski potencijal se povećava - dolazi do hiperpolarizacije. Istovremeno, razlika između Eo i Ek raste, a da bi se MP pomjerio na kritični nivo potrebna je velika sila. Kada se struja isključi (otvara), vraća se početni nivo Eo. Čini se da u ovom trenutku nema uslova za pojavu uzbuđenja. Ali to vrijedi samo za slučaj ako je djelovanje struje trajalo vrlo kratko (manje od 100 ms). Produženim djelovanjem struje počinje se mijenjati kritični nivo depolarizacije - raste. I, konačno, postoji trenutak kada novi Ek postaje jednak starom nivou Eo. Sada, kada se struja isključi, nastaju uslovi za ekscitaciju, jer membranski potencijal postaje jednak novom kritičnom nivou depolarizacije. Vrijednost PD pri otvaranju je uvijek veća nego pri zatvaranju.

Ovisnost praga jačine stimulusa o njegovom trajanju. Kao što je već spomenuto, prag jačine bilo kojeg stimulusa, u određenim granicama, obrnuto je povezan s njegovim trajanjem. U posebno jasnom obliku, ova ovisnost se manifestira kada se pravokutni jednosmjerni udari koriste kao poticaj. Krivulja dobijena u takvim eksperimentima nazvana je "kriva sila-vrijeme". Proučavali su ga Goorweg, Weiss i Lapik početkom stoljeća. Iz razmatranja ove krive, prije svega slijedi da struja ispod određene minimalne vrijednosti ili napona ne uzrokuje pobudu, bez obzira koliko dugo djeluje. Minimalna struja koja može izazvati pobudu Lapik naziva reobaza. Najkraće vrijeme tokom kojeg dosadni stimulans mora djelovati naziva se korisno vrijeme. Pojačavanje struje dovodi do skraćivanja minimalnog vremena stimulacije, ali ne beskonačno. Za vrlo kratke podražaje, kriva sila-vrijeme postaje paralelna s koordinatnom osom. To znači da kod ovakvih kratkotrajnih nadražaja ne dolazi do ekscitacije, ma kolika je bila jačina podražaja.

Određivanje korisnog vremena je praktično teško, jer se tačka korisnog vremena nalazi na delu krive koji prelazi u paralelni. Stoga je Lapik predložio korištenje korisnog vremena dvije reobaze - hronaksije. Njegova tačka je na najstrmijem dijelu krivulje Goorweg-Weiss. Chronaxis se široko koristi kako u eksperimentu tako iu klinici za dijagnosticiranje oštećenja motornih nervnih vlakana.

Gore je već spomenuto da depolarizacija membrane dovodi do početka dva procesa: jedan je brz, što dovodi do povećanja permeabilnosti natrija i početka AP, a drugi je spor, što dovodi do inaktivacije permeabilnosti natrija i do kraja uzbuđenje. Sa strmim povećanjem stimulusa, Na-aktivacija uspeva da dostigne značajnu vrednost pre nego što se razvije Na-inaktivacija. U slučaju sporog povećanja jačine struje dolazi do izražaja inaktivacijski procesi koji dovode do povećanja praga i smanjenja amplitude AP. Svi agensi koji pojačavaju ili ubrzavaju inaktivaciju povećavaju stopu akomodacije.

Akomodacija se razvija ne samo kada su električna struja iritirana podražljiva tkiva, već i kada se koriste mehanički, termalni i drugi podražaji. Dakle, brz udarac štapom po živcu izaziva njegovu ekscitaciju, ali pri sporom pritisku na živac istim štapom ne dolazi do uzbuđenja. Izolovano nervno vlakno može biti uzbuđeno brzim hlađenjem, ali ne i sporim hlađenjem. Žaba će iskočiti ako se baci u vodu na 40 stepeni, ali ako se ista žaba stavi u hladnu vodu i polako zagreva, životinja će se kuvati, ali neće reagovati skokom na porast temperature.

U laboratoriji, indikator brzine akomodacije je najmanja strmina porasta struje pri kojoj stimulus još uvijek zadržava sposobnost da izazove AP. Ovaj minimalni nagib se naziva kritični nagib. Izražava se ili u apsolutnim jedinicama (mA/s), ili u relativnim jedinicama (kao omjer granične jačine te postepeno rastuće struje, koja je još uvijek sposobna izazvati pobudu, prema reobazi pravokutnog strujnog impulsa).

Slika 4. Horweg-Weissova kriva sila-vrijeme. Oznake: X - kronaksija, PV - korisno vrijeme, P - reobaza, 2p - snaga u dvije reobaze

Zakon o svemu ili ništa. Prilikom proučavanja zavisnosti efekata iritacije od jačine primenjenog stimulusa, tzv. zakon o svemu ili ništa.

Prema ovom zakonu, pod graničnim nadražajima ne izazivaju ekscitaciju („ništa“), dok kod pragovnih nadražaja uzbuđenje odmah poprima maksimalnu vrijednost („sve“), i više se ne povećava daljim pojačavanjem stimulusa.

Ovaj obrazac je prvobitno otkrio Bowditch u proučavanju srca, a kasnije je potvrđen u drugim ekscitabilnim tkivima. Dugo vremena, zakon "sve ili ništa" je pogrešno tumačen kao opšti princip ekscitabilnog odgovora tkiva. Pretpostavljalo se da "ništa" znači potpuni nedostatak odgovora na podpražni stimulus, a "sve" se smatralo manifestacijom potpunog iscrpljivanja njegovog potencijala ekscitabilnim supstratom. Dalja istraživanja, posebno studije mikroelektroda, pokazala su da ovo gledište nije tačno. Ispostavilo se da se pod graničnim silama javlja lokalna nepropagirajuća pobuda (lokalni odgovor). Istovremeno, pokazalo se da "sve" takođe ne karakteriše maksimum koji PD može dostići. U živoj ćeliji postoje procesi koji aktivno zaustavljaju depolarizaciju membrane. Ako bilo kakav učinak na nervno vlakno, na primjer, lijekovi, otrovi, oslabi dolaznu Na-struju, koja osigurava stvaranje AP, tada ono prestaje da se povinuje pravilu "sve ili ništa" - njegova amplituda počinje postepeno ovisiti o jačina stimulusa. Stoga se "sve ili ništa" sada ne smatra opštim zakonom odgovora ekscitabilnog supstrata na stimulus, već samo pravilom koje karakteriše karakteristike pojave AP u datim specifičnim uslovima.

Koncept ekscitabilnosti. Promjene u ekscitabilnosti tokom uzbuđenja. parametri ekscitabilnosti.

Ekscitabilnost je sposobnost nervne ili mišićne ćelije da odgovori na stimulaciju stvaranjem AP. Glavna mjera ekscitabilnosti je obično reobaza. Što je niža, veća je ekscitabilnost, i obrnuto. To je zbog činjenice da je, kao što smo ranije rekli, glavni uslov za početak ekscitacije postizanje kritičnog nivoa depolarizacije (Eo<= Ек). Поэтому мерилом возбудимости является разница между этими величинами (Ео - Ек). Чем меньше эта разница, тем меньшую силу надо приложить к клетке, чтобы сдвинуть мембранный потенциал до критического уровня, и, следовательно, тем больше возбудимость клетки.

Čak je i Pfluger pokazao da je ekscitabilnost promjenjiva vrijednost. Katoda povećava ekscitabilnost, anoda je smanjuje. Podsjetimo da se ove promjene ekscitabilnosti ispod elektroda nazivaju elektrotonične. Ruski naučnik Verigo je pokazao da se pri produženom delovanju jednosmerne struje na tkivo, ili pod dejstvom jakih nadražaja, ove elektrotonične promene ekscitabilnosti izokreću – pod katodom se početni porast ekscitabilnosti zamenjuje njenim smanjenjem (tako- razvija se katodna depresija), a ispod anode se postepeno povećava smanjena ekscitabilnost. Razlog za ove promjene ekscitabilnosti na polovima jednosmjerne struje je zbog činjenice da se vrijednost Ek mijenja sa produženim djelovanjem stimulusa. Ispod katode (i tokom pobude) Ek se postepeno udaljava od MF, smanjuje, tako da dolazi trenutak kada razlika E0-Ek postaje veća od početne. To dovodi do smanjenja ekscitabilnosti tkiva. Naprotiv, ispod anode, Ek ima tendenciju povećanja, postepeno se približavajući Eo. Istovremeno, ekscitabilnost raste, jer se početna razlika između Eo i Ek smanjuje.

Razlog za promjenu kritičnog nivoa depolarizacije ispod katode je inaktivacija natrijum permeabilnosti zbog produžene depolarizacije membrane. Istovremeno se značajno povećava permeabilnost za K. Sve to dovodi do činjenice da ćelijska membrana gubi sposobnost da odgovori na djelovanje iritirajućih stimulusa. Iste promjene na membrani leže u osnovi već razmatranog fenomena akomodacije. Pod anodom se pod dejstvom struje smanjuju pojave inaktivacije.

Promjene u ekscitabilnosti tokom uzbuđenja. Pojava PD u nervnom ili mišićnom vlaknu praćena je višefaznim promjenama ekscitabilnosti. Za njihovo proučavanje, živac ili mišić se izlažu dvama kratkim električnim podražajima koji slijede jedan za drugim u određenom intervalu. Prvo se zove dosadno, drugo je testiranje. Registracija AP koji je nastao kao odgovor na ove stimuluse omogućila je utvrđivanje važnih činjenica.

Slika 5. Promjene ekscitabilnosti tokom uzbuđenja.

Oznake: 1 - povećanje ekscitabilnosti tokom lokalnog odgovora; 2 - apsolutna refraktornost; 3- relativna refraktornost; 4 - natprirodna ekscitabilnost tokom depolarizacije tragova; 5 - subnormalna ekscitabilnost tokom hiperpolarizacije tragova.

Tokom lokalnog odgovora, ekscitabilnost je povećana jer je membrana depolarizovana i razlika između E0 i Ek opada. Period nastanka i razvoja vrhunca akcionog potencijala odgovara potpunom nestanku ekscitabilnosti, koja se naziva apsolutna refraktornost (neupečatljivost). U ovom trenutku, stimulus za testiranje nije u stanju da izazove novi AP, bez obzira koliko jaka ova stimulacija bila. Trajanje apsolutne refraktornosti približno se poklapa sa trajanjem uzlazne grane AP. U brzoprovodnim nervnim vlaknima iznosi 0,4-0,7 msec. U vlaknima srčanog mišića - 250-300 msec. Nakon apsolutne refraktornosti, počinje faza relativne refraktornosti koja traje 4-8 ms. Poklapa se sa fazom repolarizacije AP. U ovom trenutku, razdražljivost se postepeno vraća na prvobitni nivo. Tokom ovog perioda, nervno vlakno je u stanju da odgovori na jaku stimulaciju, ali će amplituda AP biti naglo smanjena.

Prema Hodgkin-Huxley ionskoj teoriji, apsolutna refraktornost je najprije posljedica prisustva maksimalne permeabilnosti natrijuma, kada novi stimulus ne može ništa promijeniti ili dodati, a potom i razvoja inaktivacije natrija, koja zatvara Na kanale. Nakon toga slijedi smanjenje inaktivacije natrijuma, zbog čega se postupno obnavlja sposobnost vlakana da stvara AP. Ovo je stanje relativne refraktornosti.

Relativna refraktorna faza zamjenjuje se fazom povećane (nadnormalne) ekscitabilnosti I, koji se vremenski poklapa sa periodom depolarizacije tragova. U ovom trenutku razlika između Eo i Ek je manja od početne. U motoričkim nervnim vlaknima toplokrvnih životinja, trajanje natprirodne faze je 12-30 ms.

Period povećane ekscitabilnosti zamjenjuje se subnormalnom fazom, koja se poklapa sa hiperpolarizacijom u tragovima. U ovom trenutku se povećava razlika između membranskog potencijala (Eo) i kritičnog nivoa depolarizacije (Ek). Trajanje ove faze je nekoliko desetina ili stotina ms.

Labilnost. Razmotrili smo glavne mehanizme nastanka i širenja jednog talasa ekscitacije u nervnim i mišićnim vlaknima. Međutim, u prirodnim uslovima postojanja organizma, kroz nervna vlakna ne prolaze pojedinačni, već ritmični naleti akcionih potencijala. U osjetljivim nervnim završecima koji se nalaze u bilo kojem tkivu, nastaju ritmična pražnjenja impulsa i šire se duž aferentnih nervnih vlakana koja se protežu od njih, čak i uz vrlo kratkotrajnu stimulaciju. Slično, iz CNS-a duž eferentnih nerava dolazi do protoka impulsa na periferiju do izvršnih organa. Ako su izvršni organ skeletni mišići, tada se u njima javljaju bljeskovi ekscitacije u ritmu impulsa koji pristižu duž živca.

Učestalost impulsnih pražnjenja u ekscitabilnim tkivima može varirati u širokim granicama u zavisnosti od jačine primijenjenog stimulusa, svojstava i stanja tkiva, te od brzine pojedinačnih činova ekscitacije u ritmičkom nizu. Za karakterizaciju ove brzine formuliran je koncept labilnosti. Pod labilnosti, odnosno funkcionalnom pokretljivošću, on je podrazumijevao veću ili manju brzinu toka onih elementarnih reakcija koje prate ekscitaciju. Mjera labilnosti je najveći broj akcionih potencijala koje ekscitabilni supstrat može da reprodukuje u jedinici vremena u skladu sa frekvencijom primijenjenog stimulusa.

U početku se pretpostavljalo da minimalni interval između impulsa u ritmičkoj seriji treba da odgovara trajanju apsolutnog refraktornog perioda. Precizna istraživanja su, međutim, pokazala da se pri učestalosti ponavljanja podražaja sa takvim intervalom javljaju samo dva impulsa, a treći ispada zbog razvoja depresije. Stoga bi interval između impulsa trebao biti nešto duži od apsolutnog refraktornog perioda. U motoričkim nervnim ćelijama toplokrvnih životinja refraktorni period je oko 0,4 ms, a potencijalni maksimalni ritam bi trebao biti 2500/sec, a u stvari je oko 1000/sek. Treba naglasiti da je ova frekvencija mnogo veća od frekvencije impulsa koji prolaze kroz ova vlakna u fiziološkim uslovima. Potonji je oko 100/sec.

Činjenica je da obično u prirodnim uslovima tkivo radi u takozvanom optimalnom ritmu. Za prijenos impulsa s takvim ritmom nije potrebna velika sila stimulacije. Istraživanja su pokazala da su učestalost stimulacije i reobaza struje koja može izazvati nervne impulse s takvom frekvencijom u posebnom odnosu: reobaza prvo pada kako se frekvencija impulsa povećava, a zatim se ponovo povećava. Optimum je u nervima u rasponu od 75 do 150 imp/sec, za mišiće - 20-50 imp/sec. Takav ritam, za razliku od drugih, može se reproducirati uzbudljivim formacijama vrlo uporno i dugo vremena.

Dakle, sada možemo imenovati sve glavne parametre ekscitabilnosti tkiva koji karakterišu njegova svojstva: reobaza, korisno vrijeme (hronaksija), kritični nagib, labilnost. Svi su, osim posljednjeg, obrnuto proporcionalni razdražljivosti.

Koncept "parabioze". Labilnost je varijabilna vrijednost. Može se mijenjati u zavisnosti od stanja živca ili mišića, u zavisnosti od jačine i trajanja nadražaja koji na njih pada, od stepena umora itd. Prvi put je proučavao promjenu labilnosti živca kada prvo je bio izložen hemijskim, a zatim i električnim stimulansima. Otkrio je redovno smanjenje labilnosti nervnog preseka izmenjenog hemijskim agensom (amonijakom), nazvao je ovu pojavu "parabioza" i proučavao njene pravilnosti. Parabioza je reverzibilno stanje, koje, međutim, produbljivanjem djelovanja agensa koji ga uzrokuje, može postati ireverzibilno.

Vvedensky je parabiozu smatrao posebnim stanjem uporne, nepokolebljive ekscitacije, kao da je zamrznuta u jednom dijelu nervnog vlakna. Zaista, parabiotska regija je negativno nabijena. Vvedensky je ovaj fenomen smatrao prototipom tranzicije ekscitacije u inhibiciju u nervnim centrima. Prema njegovom mišljenju, parabioza je rezultat prenadraženosti nervnih ćelija prejakim ili prečestim stimulisanjem.

Razvoj parabioze teče u tri faze: izjednačujući, paradoksalni i inhibitorni. U početku, zbog smanjenja akomodacije, pojedinačni impulsi niskofrekventne struje, pod uslovom da su dovoljno jaki, više ne daju 1 impuls, već 2,3 ili čak 4. Istovremeno se povećava prag ekscitabilnosti, a maksimalni ritam pobuđivanja progresivno se smanjuje. Kao rezultat toga, živac počinje reagirati na impulse i niske i visoke frekvencije s istom frekvencijom pražnjenja, što je najbliže ritmu optimalnom za ovaj živac. Ovo je faza izravnavanja parabioze. U sljedećoj fazi razvoja procesa, u području graničnih intenziteta stimulacije, reprodukcija ritma blizu optimalnog i dalje je očuvana, a tkivo ili uopće ne reagira na česte impulse, ili reagira vrlo rijetkim valovima. uzbuđenja. Ovo je paradoksalna faza.

Tada opada sposobnost vlakna za ritmičku talasnu aktivnost, pada i amplituda AP, povećava se njegovo trajanje.Svaki spoljni uticaj pojačava stanje inhibicije nervnog vlakna i istovremeno se usporava. Ovo je posljednja, inhibitorna faza parabioze.

Trenutno se opisani fenomen sa stanovišta membranske teorije objašnjava kršenjem mehanizma povećanja permeabilnosti natrija i pojavom produžene inaktivacije natrija. Kao rezultat toga, Na-kanali ostaju zatvoreni, akumuliraju se u ćeliji, a vanjska površina membrane dugo zadržava negativan naboj. Ovo sprečava novu iritaciju produžavajući refraktorni period. Prilikom napada na mjesto parabioze, često uzastopnih AP, inaktivacija natrijum permeabilnosti uzrokovana promjenjivim agensom dodaje se inaktivaciji koja prati nervni impuls. Kao rezultat toga, ekscitabilnost se toliko smanjuje da je sljedeći impuls potpuno blokiran.

Metabolizam i energija tokom ekscitacije. Kada dođe do ekscitacije koja se odvija u nervnim ćelijama i mišićnim vlaknima, dolazi do povećanja metabolizma. To se očituje kako u brojnim biohemijskim promjenama koje nastaju u membrani i protoplazmi stanica, tako i u povećanju njihove proizvodnje topline. Utvrđeno je da prilikom ekscitacije dolazi do: pojačanog razgradnje u ćelijama energetski bogatih jedinjenja – ATP i kreatin fosfata (CP), pojačanih procesa razgradnje i sinteze ugljenih hidrata, proteina i lipida, pojačanih oksidativnih procesa, što dovodi do kombinacija sa glikolizom, do sinteze ATP i CP, sinteze i uništavanja acetilholina i norepinefrina, drugih medijatora, povećane sinteze RNK i proteina. Svi ovi procesi su najizraženiji tokom perioda oporavka membrane nakon PD.

U nervima i mišićima, svaki val ekscitacije je praćen oslobađanjem dva dijela topline, od kojih se prvi naziva početnim, a drugi odgođenom toplinom. Inicijalna proizvodnja toplote nastaje u trenutku pobude i čini neznatan deo ukupne proizvodnje toplote (2-10%) tokom pobude. Pretpostavlja se da je ova toplota povezana sa fizičko-hemijskim procesima koji se razvijaju u vreme nastanka PD. Odloženo stvaranje toplote se dešava tokom dužeg vremenskog perioda i traje nekoliko minuta. Povezan je sa onim hemijskim procesima koji se javljaju u tkivu nakon talasa ekscitacije, i, prema figurativnom izrazu Ukhtomskog, čine "metabolički rep komete ekscitacije".

Izvođenje ekscitacije. Klasifikacija nervnih vlakana.

Čim se AP pojavi u bilo kojoj tački nervnog ili mišićnog vlakna i ovo područje dobije negativan naboj, električna struja nastaje između pobuđenih i susjednih dijelova vlakna u mirovanju. U ovom slučaju, pobuđeni dio membrane djeluje na susjedne dijelove kao katoda jednosmjerne struje, uzrokujući njihovu depolarizaciju i stvarajući lokalni odgovor. Ako veličina lokalnog odgovora premašuje Ek membrane, javlja se PD. Kao rezultat toga, vanjska površina membrane postaje negativno nabijena u novom području. Na ovaj način, pobuđivač se širi duž cijelog vlakna brzinom od oko 0,5-3 m/sec.

Zakoni provođenja ekscitacije duž nerava.

1. Zakon fiziološkog kontinuiteta. Transekcija, ligacija, kao i bilo koji drugi efekat koji narušava integritet membrane (fiziološki, a ne samo anatomski), stvaraju neprovodljivost. Isto se dešava i sa termičkim i hemijskim uticajima.

2. Zakon o bilateralnom držanju. Kada se iritacija nanese na nervno vlakno, ekscitacija se širi duž njega u oba smjera (na površini membrane - u svim smjerovima) istom brzinom. To dokazuje iskustvo Babuhin i njemu sličnih.

3. Zakon izolovanog ponašanja. U živcu se impulsi šire duž svakog vlakna izolovano, odnosno ne prelaze s jednog vlakna na drugo. Ovo je vrlo važno jer osigurava tačno adresiranje impulsa. To je zbog činjenice da je električni otpor mijelinskih i švanovih membrana, kao i međustanične tekućine, mnogo veći od otpora membrane nervnih vlakana.

Mehanizmi i brzina provođenja ekscitacije u nemesnim i mekim nervnim vlaknima su različiti. U nemembranskoj ekscitaciji se kontinuirano širi duž cijele membrane od jednog pobuđenog područja do drugog, smještenog u blizini, kao što smo već raspravljali.

U mijelinskim vlaknima ekscitacija se širi samo grčevito, preskačući područja prekrivena mijelinskim omotačem (saltatory). Akcijski potencijali u ovim vlaknima nastaju samo u Ranvierovim čvorovima. U mirovanju, vanjska površina ekscitabilne membrane svih Ranvierovih čvorova je pozitivno nabijena. U trenutku ekscitacije, površina prvog presjeka postaje negativno nabijena u odnosu na susjedni drugi presjek. To dovodi do pojave lokalne (lokalne) električne struje koja prolazi kroz međućelijsku tekućinu koja okružuje vlakno, membranu i aksoplazmu od presjeka 2 do 1. Struja koja izlazi kroz intercept 2 ga pobuđuje, uzrokujući ponovno punjenje membrane. Sada ovaj dio može uzbuditi sljedeći, i tako dalje.

Preskakanje AP kroz područje presretanja je moguće jer je amplituda AP 5-6 puta veća od praga potrebnog za uzbuđenje ne samo narednih, već i 3-5 presretanja. Stoga, mikrooštećenja vlakna u intersticijskim područjima ili više od jednog presjeka ne zaustavljaju rad nervnog vlakna sve dok regenerativni fenomeni ne zahvate 3 ili više obližnjih Schwannovih ćelija.

Vrijeme potrebno za prijenos pobude s jednog presjeka na drugi je isto za vlakna različitih promjera i iznosi 0,07 ms. Međutim, budući da je dužina intersticijskih sekcija različita i proporcionalna prečniku vlakna, kod mijelinizovanih nerava brzina provođenja nervnog impulsa je direktno proporcionalna njihovom prečniku.

Klasifikacija nervnih vlakana. Električni odgovor cijelog živca je algebarski zbir AP njegovih pojedinačnih nervnih vlakana. Stoga, s jedne strane, amplituda električnih impulsa cijelog živca ovisi o jačini stimulusa (sa njegovim rastom uključuje se sve više novih vlakana), a s druge strane, ukupni akcioni potencijal nerva može biti podijeljeno na nekoliko zasebnih oscilacija, a razlog tome je nejednaka brzina provođenja impulsa duž različitih vlakana koja čine cijeli nerv.

Trenutno se nervna vlakna obično dijele na tri glavna tipa prema brzini provođenja ekscitacije, trajanju različitih faza AP i strukturi.

Vlakna tipa A dijele se u podgrupe (alfa, beta, gama, delta). Prekrivene su mijelinskom ovojnicom. Njihova brzina je najveća - 70-120 m / s. To su motorna vlakna, iz motornih neurona kičmene moždine. Preostala vlakna tipa A su osjetljiva.

Vlakna tipa B su mijelinizirana, pretežno preganglijska. Brzina provođenja - 3-18 m/sec.

Vlakna tipa C su nemesnata, vrlo malog prečnika (2 mikrona). Brzina izvođenja nije veća od 3 m / s. To su najčešće postganglijska vlakna simpatičkog nervnog sistema.

OPĆA FIZIOLOGIJA

CENTRALNI NERVNI SISTEM

Fiziologija centralnog nervnog sistema (CNS) je najsloženije, ali ujedno i najodgovornije poglavlje fiziologije, jer kod viših sisara i ljudi nervni sistem obavlja funkciju međusobnog povezivanja delova tela. , njihova korelacija i integracija, s jedne strane, i funkcionalne veze agenata spoljašnje sredine sa određenim manifestacijama aktivnosti organizma - s druge strane. Uspeh moderne nauke u dešifrovanju celokupne složenosti nervnog sistema zasniva se na prepoznavanju jednog mehanizma njegovog funkcionisanja - refleksa.

Refleksi su svi akti organizma koji se javljaju kao odgovor na iritaciju receptora i izvode se uz učešće centralnog nervnog sistema. Po prvi put ideju o refleksu formulirao je Descartes, a razvili su je Sechenov, Pavlov, Anokhin. Svaki refleks se odvija zbog aktivnosti određenih strukturnih formacija nervnog sistema. Međutim, prije analize strukturnih karakteristika refleksnog luka, moramo se upoznati sa strukturom i svojstvima funkcionalne jedinice nervnog sistema - nervne ćelije, neurona.

Struktura i funkcije neurona. Još u prošlom stoljeću Ramon y Cajal je otkrio da svaka nervna stanica ima tijelo (somu) i procese, koji se prema svojim strukturnim i funkcionalnim karakteristikama dijele na dendrite i akson. Neuron ima samo jedan akson, ali može biti puno dendrita. Godine 1907. Sherington je opisao načine na koje neuroni međusobno djeluju i uveo koncept sinapse. Nakon što je Ramón y Cajal pokazao da dendriti percipiraju stimulaciju, a akson šalje impulse, nastala je ideja da je glavna funkcija neurona percepcija. obrada i slanje informacija u drugu nervnu ćeliju ili u radni organ (mišić, žlijezda).

Struktura i veličina neurona uvelike variraju. Njihov promjer može biti u rasponu od 4 mikrona (cerebelarne granularne ćelije) do 130 mikrona (Betzove džinovske piramidalne ćelije). Oblik neurona je također raznolik.

Nervne ćelije imaju veoma velika jezgra koja su funkcionalno i strukturno povezana sa ćelijskom membranom. Neki neuroni su višenuklearni, na primjer, neurosekretorne ćelije hipotalamusa ili tokom regeneracije neurona. U ranom postnatalnom periodu neuroni se mogu podijeliti.

U citoplazmi neurona, tzv. Nisslova supstanca su granule endoplazmatskog retikuluma bogate ribosomima. Ima ga puno oko jezgra. Ispod ćelijske membrane endoplazmatski retikulum formira cisterne odgovorne za održavanje koncentracije K+ ispod membrane. Ribosomi su kolosalne fabrike proteina. Cijeli protein nervnih ćelija se ažurira za 3 dana, a sa povećanjem funkcije neurona i brže. Agranularni retikulum je predstavljen Golgijevim aparatom, koji, takoreći, okružuje cijelu živčanu ćeliju iznutra. Ima lizozome koji sadrže razne enzime, vezikule sa granulama medijatora. Golgijev aparat aktivno učestvuje u formiranju vezikula sa medijatorom.

I u tijelu ćelije i u procesima postoji mnogo mitohondrija, energetskih stanica ćelije. To su pokretne organele koje se zahvaljujući aktomiozinu mogu kretati tamo gdje je energija potrebna u ćeliji za njenu aktivnost.

ZAKONI DJELOVANJA ISPRAVNE STRUJE NA

EXCITABLE TISSUES.

Polarni zakon tekućeg djelovanja. Kada je nerv ili mišić iritiran jednosmernom strujom, ekscitacija se javlja u trenutku zatvaranja jednosmerne struje samo ispod katode, a u trenutku otvaranja - samo ispod anode, a prag zatvaranja je manji od praga udarnog udara. onaj koji lomi. Direktna mjerenja su pokazala da prolazak električne struje kroz nervno ili mišićno vlakno uzrokuje, prije svega, promjenu membranskog potencijala ispod elektroda. U području gdje je anoda (+) primijenjena na površinu tkiva, pozitivni potencijal na vanjskoj površini membrane se povećava; u ovom području dolazi do hiperpolarizacije membrane, koja ne doprinosi ekscitaciji, već je, naprotiv, sprječava. U istom području gdje je katoda (-) nanesena na membranu, pozitivni potencijal vanjske površine se smanjuje, dolazi do depolarizacije, a ako dostigne kritičnu vrijednost, na tom mjestu nastaje PD.

Promjene u MF se događaju ne samo direktno na mjestima primjene katode i anode na nervno vlakno, već i na određenoj udaljenosti od njih, ali veličina ovih pomaka opada s udaljenosti od elektroda. Promjene u magnetskom polju ispod elektroda nazivaju se elektrotonski(odnosno mačka-elektroton i an-elektroton), a iza elektroda - perielektrotonični(mačji i an-perielektroton).

Povećanje permeabilnosti membrane za Na tokom stimulacije praga ne dostiže odmah svoju maksimalnu vrijednost. U prvom trenutku depolarizacija membrane ispod katode dovodi do blagog povećanja permeabilnosti natrijuma i otvaranja malog broja kanala. Kada pod utjecajem toga u protoplazmu počnu ulaziti pozitivno nabijeni ioni Na +, povećava se depolarizacija membrane. To dovodi do otvaranja drugih Na-kanala, a samim tim i dalje depolarizacije, što zauzvrat uzrokuje još veće povećanje permeabilnosti natrija. Ovaj kružni proces, zasnovan na tzv. pozitivna povratna sprega naziva se regenerativna depolarizacija. Javlja se samo kada E o padne na kritični nivo (E k). Razlog za povećanje permeabilnosti natrijuma tokom depolarizacije verovatno je povezan sa uklanjanjem Ca++ sa natrijumovih kapija kada se elektronegativnost (ili smanjenje elektropozitivnosti) javlja na spoljnoj strani membrane.

Povećana propusnost natrijuma nakon desetinki milisekundi zbog mehanizama inaktivacije natrijuma prestaje.

Brzina kojom dolazi do depolarizacije membrane ovisi o jačini iritirajuće struje. Sa slabom silom, depolarizacija se razvija sporo, pa stoga za nastanak AP takav stimulans mora dugo trajati.

Sumirajući gore navedeno, možemo opisati lanac događaja koji se razvijaju u nervnom ili mišićnom vlaknu ispod katode iritirajuće struje na sljedeći način: pasivna depolarizacija membrane ---- povećanje permeabilnosti natrijuma --- povećan protok Na u vlakno --- aktivna depolarizacija membrane -- lokalni odgovor --- višak Ek --- regenerativna depolarizacija --- akcioni potencijal (AP).

Ovisnost praga jačine stimulusa o njegovom trajanju. Kao što je već spomenuto, prag jačine bilo kojeg stimulusa, u određenim granicama, obrnuto je povezan s njegovim trajanjem. U posebno jasnom obliku, ova ovisnost se manifestira kada se pravokutni jednosmjerni udari koriste kao poticaj. Krivulja dobijena u takvim eksperimentima nazvana je "kriva sila-vrijeme". Proučavali su ga Goorweg, Weiss i Lapik početkom stoljeća. Iz razmatranja ove krive, prije svega slijedi da struja ispod određene minimalne vrijednosti ili napona ne uzrokuje pobudu, bez obzira koliko dugo djeluje. Minimalna struja koja može izazvati pobudu Lapik naziva reobaza. Najkraće vrijeme tokom kojeg dosadni stimulans mora djelovati naziva se korisno vrijeme. Pojačavanje struje dovodi do skraćivanja minimalnog vremena stimulacije, ali ne beskonačno. Za vrlo kratke podražaje, kriva sila-vrijeme postaje paralelna s koordinatnom osom. To znači da kod ovakvih kratkotrajnih nadražaja ne dolazi do ekscitacije, ma kolika je bila jačina podražaja.

Zavisnost praga od strmine povećanja jačine stimulusa. Vrijednost praga iritacije živca ili mišića ovisi ne samo o trajanju stimulusa, već i o strmini povećanja njegove snage. Prag iritacije ima najmanju vrijednost kod strujnih šokova pravokutnog oblika, karakteriziranog najbržim porastom struje. Ako se umjesto takvih podražaja koriste linearni ili eksponencijalno rastući podražaji, pragovi se ispostavljaju da su povećani i što su veći to se struja sporije povećava. Kada se strmina porasta struje smanji ispod određene minimalne vrijednosti (tzv. kritični nagib), PD uopće ne nastaje, bez obzira na to kolika se konačna jačina struje povećava.

Ovaj fenomen adaptacije ekscitabilnog tkiva na sporo rastući stimulus naziva se akomodacija. Što je veća stopa akomodacije, to se stimulus strmije mora povećati kako ne bi izgubio svoj iritirajući efekat. Prilagođavanje sporo rastućoj struji je zbog činjenice da tokom djelovanja ove struje u membrani imaju vremena da se razviju procesi koji sprječavaju nastanak AP.

U laboratoriji, indikator brzine akomodacije je najmanja strmina porasta struje pri kojoj stimulus još uvijek zadržava sposobnost da izazove AP. Ovaj minimalni nagib se zove kritični nagib. Izražava se ili u apsolutnim jedinicama (mA/s), ili u relativnim jedinicama (kao omjer granične jačine te postepeno rastuće struje, koja je još uvijek sposobna izazvati pobudu, prema reobazi pravokutnog strujnog impulsa).

Zakon o svemu ili ništa. Prilikom proučavanja zavisnosti efekata iritacije od jačine primenjenog stimulusa, tzv. zakon o svemu ili ništa. Prema ovom zakonu, pod graničnim nadražajima ne izazivaju ekscitaciju („ništa“), dok kod pragovnih nadražaja uzbuđenje odmah poprima maksimalnu vrijednost („sve“), i više se ne povećava daljim pojačavanjem stimulusa.

Koncept ekscitabilnosti. Promjene u ekscitabilnosti tokom uzbuđenja.

Statička polarizacija- prisutnost konstantne razlike potencijala između vanjske i unutrašnje površine ćelijske membrane. U mirovanju, vanjska površina ćelije je uvijek elektropozitivna u odnosu na unutrašnju, tj. polarizovan. Ova razlika potencijala, jednaka ~ 60 mV, naziva se potencijal mirovanja ili membranski potencijal (MP). U formiranju potencijala učestvuju 4 vrste jona:

natrijum katjoni (pozitivan naboj),
kalijum katjoni (pozitivan naboj),
hloridni anjoni (negativni naboj),
anjoni organskih jedinjenja (negativni naboj).

U ekstracelularna tečnost visoke koncentracije jona natrijuma i klorida intracelularna tečnost– joni kalijuma i organska jedinjenja. U stanju relativnog fiziološkog mirovanja, ćelijska membrana je dobro propusna za katjone kalija, nešto lošija za kloridne anjone, praktički nepropusna za katjone natrijuma i potpuno nepropusna za anione organskih spojeva.

U mirovanju ioni kalija, bez trošenja energije, odlaze u područje koncentracije puhala (na vanjskoj površini stanične membrane), noseći sa sobom pozitivan naboj. Ioni hlora prodiru u ćeliju, noseći negativan naboj. Joni natrija i dalje ostaju na vanjskoj površini membrane, dodatno povećavajući pozitivni naboj.

Depolarizacija– pomeranje MP u pravcu njegovog smanjenja. Pod djelovanjem iritacije otvaraju se "brzi" natrijumski kanali, zbog čega ioni Na ulaze u ćeliju poput lavine. Prijelaz pozitivno nabijenih jona u ćeliju uzrokuje smanjenje pozitivnog naboja na njenoj vanjskoj površini i povećanje u citoplazmi. Kao rezultat toga, razlika transmembranskog potencijala se smanjuje, vrijednost MP pada na 0, a zatim, kako Na dalje ulazi u ćeliju, membrana se ponovo puni i njen naboj se invertuje (površina postaje elektronegativna u odnosu na citoplazmu) - djelovanje nastaje potencijal (AP). Elektrografska manifestacija depolarizacije je skok ili vršni potencijal.

Tokom depolarizacije, kada pozitivni naboj koji nose Na ioni dostigne određenu graničnu vrijednost, u naponskom senzoru jonskih kanala pojavljuje se struja prednapona, koja „zalupi“ kapiju i „zaključa“ (deaktivira) kanal, čime se zaustavlja daljnji tok. Na u citoplazmu. Kanal je “zatvoren” (deaktiviran) sve dok se početni nivo MP ne vrati.

Repolarizacija– vraćanje početnog nivoa MP. Istovremeno, joni natrija prestaju da prodiru u ćeliju, povećava se propusnost membrane za kalij i ona je brzo napušta. Kao rezultat toga, naboj stanične membrane približava se početnom. Elektrografska manifestacija repolarizacije je negativni potencijal tragova.

Hiperpolarizacija– povećanje nivoa MP. Nakon vraćanja početne vrijednosti MP (repolarizacija), dolazi do kratkotrajnog povećanja u odnosu na nivo mirovanja, zbog povećanja permeabilnosti kalijumovih kanala i kanala za Cl. S tim u vezi, površina membrane dobiva višak pozitivnog naboja u odnosu na normu, a nivo MP postaje nešto viši od početnog. Elektrografska manifestacija hiperpolarizacije je pozitivan potencijal u tragovima. Ovim se završava pojedinačni ciklus pobude.