Роль деполяризации в потенциале действия
Генерация потенциала действия (ПД) — кратковременного изменения разности потенциалов — невозможна без деполяризации. Этот процесс протекает в несколько этапов:
- Медленная деполяризация. При воздействии раздражителя открываются медленные натриевые каналы. Ионы натрия начинают постепенно проникать внутрь клетки, снижая её отрицательный заряд.
- Быстрая деполяризация. Как только заряд достигает критического уровня деполяризации (КУД), срабатывает закон «все или ничего». Лавинообразно открываются все потенциал-управляемые быстрые натриевые каналы. Натрий мощным потоком устремляется в клетку, принося положительные заряды.
- Перезарядка (овершут). Заряд мембраны переходит через ноль (полная деполяризация). Внутренняя среда клетки становится положительно заряженной по отношению к наружной. Это пик возбуждения.
В дальнейшем, чтобы восстановить исходный ионный баланс после завершения всех фаз ПД, в работу активно включается калий-натриевый насос, который выкачивает проникший натрий обратно во внеклеточную среду.
Локальный ответ и синаптическая передача
Не каждое раздражение приводит к полноценному спайку. Если стимул слабый (допороговый), возникает лишь частичное, обратимое уменьшение мембранного потенциала — локальный ответ. При этом возбудимость ткани локально повышается, а сами ответы способны суммироваться.
В межнейронных контактах этот процесс проявляется как возбуждающий постсинаптический потенциал (ВПСП):
- Выделившийся медиатор открывает полиселективные каналы.
- Из-за высокой разницы между потенциалом покоя и равновесным потенциалом для натрия, входящий натриевый ток значительно преобладает над выходящим калиевым.
- Возникает местная деполяризация амплитудой всего 2–10 мВ.
Одиночный ВПСП никогда не достигает КУД. Физиологический смысл этого явления заключается в том, что нейрон работает как анализатор: он собирает сигналы от множества других клеток. Только если пространственная или временная суммация ВПСП окажется достаточно сильной, клетка сгенерирует нервный импульс.
Следовая деполяризация и возбудимость
После того как клетка восстанавливает свой заряд (проходит стадию реполяризации), может наблюдаться следовая деполяризация (отрицательный следовый потенциал). В эту непостоянную фазу проницаемость мембраны для калия немного снижается, и возвращение к исходному состоянию замедляется.
Уровень деполяризации жестко определяет текущую возбудимость ткани:
| Фаза процесса | Период возбудимости | Характеристика |
|---|---|---|
| Быстрая деполяризация и пик | Абсолютная рефрактерность | Ткань полностью невозбудима, новые стимулы игнорируются |
| Следовая деполяризация | Супернормальный период | Возбудимость повышена, реакция возможна даже на слабые стимулы |
Деполяризационное торможение
Парадоксально, но деполяризация может приводить не только к возбуждению, но и к его подавлению. Стойкое деполяризационное торможение возникает при слишком высокой частоте поступающих сигналов.
Механизм этого активного биологического процесса связан с накоплением возбуждающего медиатора. Из-за этого мембрана не может вернуться в состояние покоя. Разница между текущим зарядом мембраны и критическим уровнем деполяризации увеличивается. В итоге развивается состояние, схожее с аккомодацией или парабиозом — клетка теряет способность генерировать новые потенциалы действия.
Запомнить связь фаз и ионов легко по ассоциации: Деполяризация — Движение натрия Домой (внутрь клетки). Клетка при этом «просыпается» и возбуждается. А Реполяризация — Разлука с калием (он выходит наружу), клетка возвращается в покой.
Вопросы с занятий и экзамена
Что такое критический уровень деполяризации (КУД)?
Это пороговое значение мембранного потенциала (обычно смещение на 20–30% от уровня покоя), при достижении которого лавинообразно открываются натриевые каналы и генерируется полноценный потенциал действия.
Чем местная деполяризация отличается от потенциала действия?
Местная деполяризация (локальный ответ) возникает в ответ на допороговые стимулы, её амплитуда зависит от силы раздражителя, и она способна суммироваться. Потенциал действия подчиняется закону «все или ничего» и всегда распространяется по мембране.
Может ли деполяризация вызывать торможение?
Да, существует стойкое деполяризационное торможение. Оно развивается при высокой частоте стимуляции, когда избыток медиатора мешает мембране реполяризоваться, блокируя генерацию новых импульсов.
Что ещё разобрать по теме
- Фазы реполяризации и следовой гиперполяризации
- Работа калий-натриевого насоса
- Тормозной постсинаптический потенциал (ТПСП)
- Механизмы стабилизационного и гиперполяризационного торможения
- Закон «все или ничего» в возбудимых тканях
Разберите тему целиком в курсе «Физиология»
Здесь — выжимка. В курсе — всё, что спрашивают на занятии и экзамене.
- Полная методичка по теме «Деполяризация» и ещё 4 128 страниц предмета
- Задания и тесты после каждой темы — как на коллоквиуме
- AI-тьютор ответит на вопрос по теме в любое время
- 114 видеоуроков по предмету
Другие темы раздела «Дополнительные темы»
Бесплатные видеоуроки: физиологияКороткие уроки с конспектами — без регистрации.
Материал подготовлен преподавателями Школы Сеченова по учебной программе медицинских вузов. Носит образовательный характер.