Fungování orgánů a tkání našeho těla závisí na mnoha faktorech. Některé buňky (kardiomyocyty a nervy) jsou závislé na přenosu nervových impulsů generovaných ve speciálních buněčných komponentách nebo uzlech. Základem nervového impulsu je vytvoření specifické vlny excitace, zvané akční potenciál.
Co je to?
Akční potenciál se běžně nazývá vlna excitace pohybující se z buňky do buňky. Jejím vznikem a průchodem buněčnými membránami dochází ke krátkodobé změně jejich náboje (normálně je vnitřní strana membrány nabitá záporně a vnější kladně). Vzniklá vlna přispívá ke změně vlastností iontových kanálů buňky, což vede k opětovnému nabití membrány. V okamžiku, kdy akční potenciál prochází membránou, dochází ke krátkodobé změně jejího náboje, což vede ke změně vlastností článku.
Tvorba této vlny je základem fungování nervového vlákna a také systému drah srdce.
Když je jeho tvorba narušena, dochází k rozvoji mnoha nemocí, proto je stanovení akčního potenciálu nezbytné vkomplex diagnostických a léčebných opatření.
Jak se tvoří akční potenciál a co je pro něj charakteristické?
Historie výzkumu
Studium výskytu excitace v buňkách a vláknech bylo zahájeno již před poměrně dlouhou dobou. První, kdo zaznamenal její výskyt, byli biologové, kteří zkoumali účinky různých podnětů na obnažený tibiální nerv žáby. Všimli si, že při vystavení koncentrovanému roztoku kuchyňské soli byla pozorována svalová kontrakce.
V budoucnu ve výzkumu pokračovali neurologové, ale hlavní vědou po fyzice, která studuje akční potenciál, je fyziologie. Byli to fyziologové, kteří dokázali existenci akčního potenciálu v srdečních buňkách a nervech.
Jak jsme se ponořili hlouběji do studia potenciálů, byla také prokázána přítomnost klidového potenciálu.
Od počátku 19. století se začaly vytvářet metody pro detekci přítomnosti těchto potenciálů a měření jejich velikosti. V současné době se fixace a studium akčních potenciálů provádí ve dvou instrumentálních studiích - odstranění elektrokardiogramů a elektroencefalogramů.
Mechanismus akčního potenciálu
K tvorbě excitace dochází v důsledku změn v intracelulární koncentraci iontů sodíku a draslíku. Normálně buňka obsahuje více draslíku než sodíku. Extracelulární koncentrace sodných iontů je mnohem vyšší než v cytoplazmě. Změny způsobené akčním potenciálem přispívají ke změně náboje na membráně, což má za následek tok sodných iontů do buňky. Kvůli tomunáboje vně a uvnitř buňky se mění (cytoplazma je nabitá kladně a vnější prostředí záporně.
To se provádí za účelem usnadnění průchodu vlny buňkou.
Po přenosu vlny přes synapsi se náboj obrátí v důsledku proudu záporně nabitých chloridových iontů uvnitř buňky. Počáteční úrovně náboje vně i uvnitř buňky jsou obnoveny, což vede k vytvoření klidového potenciálu.
Období odpočinku a vzrušení se střídají. V patologické buňce se může všechno odehrát jinak a vznik AP se tam bude řídit poněkud jinými zákony.
Fáze PD
Průběh akčního potenciálu lze rozdělit do několika fází.
První fáze probíhá, dokud se nevytvoří kritická úroveň depolarizace (procházející akční potenciál stimuluje pomalé vybíjení membrány, které dosahuje maximální úrovně, obvykle kolem -90 meV). Tato fáze se nazývá prespike. Provádí se v důsledku vstupu sodíkových iontů do buňky.
Další fáze, vrcholový potenciál (neboli vrchol), tvoří parabolu s ostrým úhlem, kde vzestupná část potenciálu znamená depolarizaci membrány (rychlá) a sestupná část znamená repolarizaci.
Třetí fáze - negativní stopový potenciál - ukazuje stopovou depolarizaci (přechod z vrcholu depolarizace do stavu klidu). Způsobeno vstupem chloridových iontů do buňky.
Ve čtvrté fázi, fáze pozitivnístopový potenciál, úrovně náboje membrány se vrátí k původnímu.
Tyto fáze určené akčním potenciálem přísně následují jedna po druhé.
Funkce akčního potenciálu
Rozvoj akčního potenciálu je nepochybně důležitý pro fungování některých buněk. Excitace hraje hlavní roli v práci srdce. Bez něj by srdce bylo jednoduše neaktivním orgánem, ale díky šíření vlny všemi buňkami srdce se stahuje, což pomáhá protlačovat krev cévním řečištěm a obohacovat jí všechny tkáně a orgány.
Nervový systém by také nemohl normálně vykonávat svou funkci bez akčního potenciálu. Orgány nemohly přijímat signály k vykonávání určité funkce, v důsledku čehož by byly jednoduše k ničemu. Zlepšení přenosu nervového vzruchu v nervových vláknech (objevení se myelinu a Ranvierových záchytů) navíc umožnilo přenést signál v řádu zlomků sekundy, což vedlo k rozvoji reflexů a vědomí. pohyby.
Kromě těchto orgánových systémů se akční potenciál tvoří také v mnoha dalších buňkách, ale v nich hraje roli pouze při plnění specifických funkcí buňky.
Vzestup akčního potenciálu v srdci
Hlavním orgánem, jehož práce je založena na principu tvorby akčního potenciálu, je srdce. Vzhledem k existenci uzlů pro tvorbu impulsů se provádí práce tohoto orgánu, jehož funkcí je dodávat krev do tkání aúřady.
Akční potenciál v srdci je generován v sinusovém uzlu. Nachází se na soutoku vena cava v pravé síni. Odtud se impuls šíří po vláknech převodního systému srdce – od uzlu k atrioventrikulárnímu spojení. Impuls prochází podél Jeho svazku, přesněji podél jeho nohou, do pravé a levé komory. V jejich tloušťce jsou menší dráhy - Purkyňova vlákna, kterými se vzruch dostává do každé buňky srdce.
Akční potenciál kardiomyocytů je složený, tzn. závisí na kontrakci všech buněk srdeční tkáně. V přítomnosti bloku (jizva po infarktu) je narušena tvorba akčního potenciálu, který je zaznamenán na elektrokardiogramu.
Nervový systém
Jak vzniká PD v neuronech - buňkách nervového systému. Tady se všechno dělá trochu jednodušeji.
Vnější impuls je vnímán výrůstky nervových buněk - dendritů spojených s receptory umístěnými jak v kůži, tak ve všech ostatních tkáních (klidový potenciál a akční potenciál se také vzájemně nahrazují). Podráždění v nich vyvolává vznik akčního potenciálu, načež jde impuls tělem nervové buňky k jejímu dlouhému procesu - axonu a z něj přes synapse k dalším buňkám. Takto generovaná vlna vzrušení dosáhne mozku.
Charakteristikou nervového systému je přítomnost dvou typů vláken – pokrytých myelinem a bez něj. Výskyt akčního potenciálu a jeho přenos v těch vláknech, kde je myelin,provádí mnohem rychleji než při demyelinizaci.
Tento jev je pozorován kvůli skutečnosti, že k šíření AP podél myelinizovaných vláken dochází v důsledku „skoků“- impuls přeskakuje přes sekce myelinu, což v důsledku snižuje jeho dráhu, a proto zrychluje jeho šíření.
Klidový potenciál
Bez rozvoje klidového potenciálu by neexistoval žádný akční potenciál. Klidový potenciál je chápán jako normální, nevybuzený stav buňky, ve kterém jsou náboje uvnitř a vně její membrány výrazně odlišné (tj. membrána je nabitá kladně vně a záporně uvnitř). Klidový potenciál ukazuje rozdíl mezi náboji uvnitř a vně buňky. Normálně se pohybuje od -50 do -110 meV. V nervových vláknech je tato hodnota obvykle -70 meV.
Je to kvůli migraci chloridových iontů do buňky a vytvoření negativního náboje na vnitřní straně membrány.
Při změně koncentrace intracelulárních iontů (jak je uvedeno výše) nahrazuje PP PD.
Normálně jsou všechny buňky těla v neexcitovaném stavu, takže změnu potenciálů lze považovat za fyziologicky nezbytný proces, protože bez nich by kardiovaskulární a nervový systém nemohl vykonávat svou činnost.
Význam výzkumu klidového a akčního potenciálu
Klidový potenciál a akční potenciál umožňují určit stav těla i jednotlivých orgánů.
Fixace akčního potenciálu ze srdce (elektrokardiografie) umožňujeurčit jeho stav, jakož i funkční způsobilost všech jeho oddělení. Pokud studujete normální EKG, můžete vidět, že všechny zuby na něm jsou projevem akčního potenciálu a následného klidového potenciálu (respektive výskyt těchto potenciálů v síních zobrazuje vlnu P a šíření vzruchu v komory - vlna R).
Pokud jde o elektroencefalogram, výskyt různých vln a rytmů na něm (zejména alfa a beta vlny u zdravého člověka) je také způsoben výskytem akčních potenciálů v mozkových neuronech.
Tyto studie umožňují včasné odhalení rozvoje konkrétního patologického procesu a určují téměř 50 procent úspěšné léčby původního onemocnění.
