Потенциал действия аксона, его фазы и ионная природа

Изменение мембранного потенциала клетки при действии электрического тока различной силы

Действие

ПОТЕНЦИАЛ ДЕЙСТВИЯ В КЛЕТКАХ РАЗНЫХ ТКАНЕЙ

а б в
а – гигантский

ХАРАКТЕРИСТИКИ ПОТЕНЦИАЛА ДЕЙСТВИЯ КЛЕТОК РАЗНЫХ ТКАНЕЙ

Длительность потенциала действия:
0,5 -

Изменение мембранного потенциала
Д – фаза деполяризации,
РБ – фаза быстрой реполяризации,

ИЗМЕНЕНИЕ ИОННОЙ ПРОНИЦАЕМОСТИ ВО ВРЕМЯ РАЗВИТИЯ ПОТЕНЦИАЛА ДЕЙСТВИЯ

ПП PK: PNa: PCl=1:0,04:0,45
ПД

Изменение проницаемости мембраны для ионов натрия и калия во время потенциала

ВЛИЯНИЕ СОДЕРЖАНИЯ ИОНОВ НАТРИЯ НА АМПЛИТУДУ ПД

ИОННЫЙ МЕХАНИЗМ ПД

РЕГЕНЕРАТИВНЫЕ СВЯЗИ МЕЖДУ ДЕПОЛЯРИЗАЦИЕЙ МЕМБРАНЫ, УВЕЛИЧЕНИЕМ НАТРИЕВОЙ ПРОНИЦАЕМОСТИ И И ВХОДЯЩИМ

Воротные механизмы потенциалозависимых ионных каналов

Модель Na+–канала в мембране

Изменение состояния натриевых и калиевых каналов мембраны в зависимости от величины

Cостояниe ионных каналов в фазу реполяризации ПД

Схема работы ворот потенциалозависимых натриевых каналов нервной мембраны

а - зависимость

МЕТОД ФИКСАЦИИ ПОТЕНЦИАЛА

Методика фиксации мембранного потенциала (МП) и регистрации трансмембранных токов (Iм)
Ус —

ОБЩИЙ МЕМБРАННЫЙ ТОК Im

i

Емкостной Общий ионный ток ток

Ионные токи, зарегистрированные методом фиксации потенциала

А - ток, протекающий через мембрану

А - смещения мембранного потенциала во времени относительно поддерживаемого потенциала.
Б

Избирательное блокирование натриевых и калиевых каналов с помощью тетродотоксина и тетраэтиламмония

МЕТОД patch-clamp и его конфигурации для измерения токов через одиночные каналы

Na+-ток через одиночный Na+-канал в мышечной клетке мыши. А - Регистрация

А - Na+-токи, зарегистрированные у разных электровозбудимых клеток

Б - Na+-токи, зарегистрированные

ФОРМАЛЬНОЕ ОПИСАНИЕ ИОННЫХ ТОКОВ (МОДЕЛЬ ХОДЖКИНА - ХАКСЛИ)

Ионный ток (Ii) складывается из суммы натриевого (INa) калиевого (IK) и

где:
gNa, gK и gL – проводимости для ионов натрия, калия

УРАВНЕНИЯ ХОДЖКИНА - ХАКСЛИ

gNa, gK – максимальные проводимости мембраны при сильной

Величины m, h и n рассчитываются из системы дифференциальных уравнений:

Величины αm, βm, αn, βn, αh, βh – константы скоростей, зависящие

Решения этих уравнений проще представить в виде экспоненциальных характеристик – постоянных

Графики зависимости стационарных значений m, n и h (m∞, n∞ и

Сравнение рассчитанного потенциала действия (В1) с реальным потенциалом действия, зарегистрированным в

Электрические параметры нервных волокон

Если С=0,8мкФ/см2, ε = 2, то d=2,2 нм

Удельное сопротивление аксоплазмы и

КАБЕЛЬНАЯ СТРУКТУРА

Cm емкость мембраны
rm сопротивление мембраны
ri – сопротивление аксоплазмы

Согласно закону Ома ток, текущий по осевому цилиндру:

i – ток, текущий

Выразим i:

(2)

Ток через мембрану

Исходя из 1 и 2

(3)

(4)

Мембранный ток складывается из двух компонентов:

(5)

Далее из 4 и 5 получаем

Умножим обе части на rm

(6)

(7)

Заменим

(8)

Получим

КАБЕЛЬНОЕ УРАВНЕНИЕ

Решением этого уравнения является экспоненциальная зависимость:
Где τ– постоянная времени, показывающая через

Если продолжительность прямоугольного толчка тока превышает 3τ, V достигает постоянного уровня,

Решение этого уравнения:

Сопротивление мембраны (rm) рассчитывается через удельное сопротивление (Rm):
где Rm=1-100 кОм·см2, в

λ– постоянная длины, показывающая на каком расстоянии амплитуда мембранного потенциала падает

Б1

Б2

Б3

ПОСТОЯННАЯ ВРЕМЕНИ τ ПОСТОЯННАЯ ДЛИНЫ λ

Распространение пассивного электротонического потенциала на примере немиелинизированного волокна.
Na канал обозначен розовым

Типы нервных волокон
А - миелиновое волокно,
Б - безмиелиновое волокно.
1 -

Распространение потенциала действия на примере немиелинизированного волокна.
Na каналы обозначены розовым цветом
К

Механизм проведения потенциала действия в немиелинизированном волокне.

Механизм распространения возбуждения по безмиелиновому нервному волокну

Изменение мембранного потенциала и натриевой и калиевой проводимости мембраны вдоль кабельной

Миелиновое нервное волокно

Механизм проведения потенциала действия в миелинизированном волокне.

Механизм распространения возбуждения по миелиновому нервному волокну

Сальтаторное
проведение