Характеристика нейрона в покое. Мембранный потенциал покоя

Нейроны являются специализированными нервными клетками, способными генерировать потенциалы действия (ПД) на действие раздражителя. Уникальной особенностью нейронов является способность спонтанно генерировать ПД. Нейроны способны устанавливать контакты с другими нейронами и клетками органов с помощью специализированных образований – синапсов. Нейроны воспринимают, обрабатывают, кодируют, хранят и передают информацию.

Огромный фактический материал, накопленный к настоящему времени, позволяет говорить о большом разнообразии биоэлектричеких потенциалов. В основном они отличаются у разных объектов по двум параметрам: 1) амплитуде и 2) частотным характеристикам. Что касается амплитуды, то разброс величин очень высок. Если разряд электрических рыб (правда, создаваемый не одной клеткой) может достигать 800 вольт, и это достаточно для того, чтобы убить или отпугнуть мелкое животное, то, например, регистрируемые с поверхности головы человека биопотенциалы мозга (электроэнцефалограмма) имеют обычно величину порядка нескольких микровольт. Не менее вариабельны и частотные характеристики.

Потенциал действия – быстрое кратковременное изменение потенциала на небольшом участке мембраны возбудимой клетки, в результате которого наружная поверхность этого участка становится отрицательно заряженной по отношению к соседним участкам мембраны, тогда как его внутренняя поверхность становится положительно заряженной по отношению к соседним участкам мембраны.

В основе любого потенциала действия лежат следующие явления:

1. Мембрана живой клетки поляризована — её внутренняя поверхность заряжена отрицательно по отношению к внешней благодаря тому, что в растворе возле её внешней поверхности находится большее количество положительно заряженных частиц (катионов), а возле внутренней поверхности — большее количество отрицательно заряженных частиц (анионов).

2. Мембрана обладает избирательной проницаемостью — её проницаемость для различных частиц (атомов или молекул) зависит от их размеров, электрического заряда и химических свойств.

3. Мембрана возбудимой клетки способна быстро менять свою проницаемость для определённого вида катионов, вызывая переход положительного заряда с внешней стороны на внутреннюю.

Первые два свойства характерны для всех живых клеток. Третье же является особенностью клеток возбудимых тканей и причиной, по которой их мембраны способны генерировать и проводить потенциалы действия.

Клеточная мембрана является разделительным барьером между цитоплазмой и внеклеточной средой. Важнейшая функция этого барьера связана с избирательной проницаемости для ионов. Мембрана обеспечивает поддержание динамического постоянства внутриклеточной среды. Внутри клетки ионов К⁺ в 30 раз больше, чем в межклеточном пространстве. Внутриклеточные анионы представлены преимущественно остатками аминокислот и других органических анионов. В интерстиции (межклеточном пространстве) содержится примерно в 10 раз больше Na⁺, чем во внутриклеточной среде. Основной внеклеточный анион – Cl^-.

Между наружной и внутренней сторонами плазматической мембраны создается разность потенциалов – мембранный потенциал покоя (МПП), составляющий в нейроне около –90 мВ. У клеток невозбудимых тканей на мембране также имеется разность потенциалов, разная для клеток разных тканей, но в ответ на действие раздражителя они не генерируют ПД, меняются другие их свойства.

С помощью уравнения Нернста можно рассчитать равновесный трансмембранный потенциал для K⁺, который и определяет значение потенциала покоя (ПП).

http://grants.hhp.coe.uh.edu/clayne/6397/Unit2.htm

смотреть анимации: потенциал действия, синаптическая передача

Но величина потенциала покоя нейрона точно не совпадает с E_K+, так как в создании его участвуют также ионы натрия и хлора, вернее, их равновесные потенциалы. Впоследствии было доказано, что основной вклад в создание потенциала покоя вносит выходящий калиевый ток, который осуществляется через специфические калиевые белки-каналы. В покое калиевые каналы открыты, а натриевые каналы закрыты. Ионы калия выходят из клетки по градиенту концентрации, что создает на наружной стороне мембраны избыток положительных зарядов; на внутренней стороне мембраны создается отрицательный заряд. Т.е. для достижения на мембране разности потенциалов необходимо разобщение разноименных зарядов. На участке мембраны размером 1•1•10 ^-3 мкм потенциал покоя около –90мВ создается разобщением 6 катионов и 6 анионов.

Некоторый (небольшой) вклад в создание потенциала покоя вносит также работа натрий-калиевой АТФ-азы, которая переносит ионы Na⁺ из клетки, а ионы К⁺ в клетку против градиента концентрации. Гидролизуя АТФ, АТФ-аза одновременно используют освобождающуюся энергию для переноса ионов через мембрану и создает активную компоненту мембранного потенциала.