Мембранний потенціал спокою. Потенціал спокою нервових клітин

Відео: Мембранний потенціал спокою і потенціал дії

Мембранний потенціал спокою великих нервових волокон, коли за ними не проводяться нервові сигнали, становить близько -90 мВ. Це означає, що потенціал всередині волокна на 90 мВ негативніше, ніж потенціал позаклітинної рідини зовні волокна. Далі ми пояснимо все чинники, що визначають рівень цього потенціалу спокою, але спочатку необхідно описати транспортні властивості мембрани нервового волокна для іонів натрію і калію в умовах спокою.

Активний транспорт іонів натрію і калію через мембрану. Натрій-калієвий насос. Згадаймо, що всі клітинні мембрани організму мають потужний Na + / K + -Hacoc, постійно викачує іони натрію назовні клітини і закачує всередину неї іони калію. Це електрогенний насос, оскільки позитивних зарядів назовні перекачується більше, ніж всередину (3 іона натрію на кожні 2 іона калію, відповідно). В результаті всередині клітини створюється загальний дефіцит позитивних іонів, що веде до негативного потенціалу з внутрішньої сторони клітинної мембрани. Na + / K + -Hacoc створює також великий градієнт концентрації для натрію і калію через мембрану нервового волокна в спокої:

Na + (зовні): 142 мекв / л
Na + (всередині): 14 мекв / л
До + (зовні): 4 мекв / л
До + (всередині): 140 мекв / л

Відео: Потенціал дії

Відповідно, ставлення концентрацій двох іонів всередині і зовні становить:
Na всередині / Na зовні - 0,1
До всередині / -К зовні = 35,0

Витік калію і натрію через мембрану нервового волокна. На малюнку показаний канальний білок в мембрані нервового волокна, званий каналом калій-натрієвої витоку, через який можуть проходити іони калію і натрію. Особливо істотна витік калію, оскільки канали більш проникні для іонів калію, ніж натрію (в нормі приблизно в 100 разів). Як обговорюється далі, ця різниця в проникності надзвичайно важливо для визначення рівня нормального мембранного потенціалу спокою.

На малюнку представлені чинники, необхідні для встановлення нормального мембранного потенціалу спокою -90 мВ.

Внесок калієвого дифузійного потенціалу. Припустимо, що єдиним рухом іонів через мембрану є дифузія іонів калію за допомогою відкритих каналів між символами калію (К +) всередині і зовні мембрани. У зв`язку з високим відношенням концентрацій іонів калію всередині і зовні (35: 1) відповідає цьому відношенню потенціал Нернста дорівнює -94 мВ (результат множення логарифма 35, рівного 1,54, на -61 мВ). Отже, якби єдиним чинником, що створює потенціал спокою, були іони калію, потенціал всередині волокна дорівнював би -94 мВ, як показано на малюнку.

Відео: Фізіологія

Внесок дифузії натрію через мембрану нерва. На рис. 5-5Б ситуація доповнена невеликий проникністю мембрани нервового волокна для іонів натрію, пов`язаної з незначною дифузією іонів натрію через канали К + / Nа + -утечкі. Ставлення концентрацій іонів натрію всередині і зовні мембрани складає 0,1, отже, розрахунковий потенціал Нернста всередині мембрани дорівнює +61 мВ. Але на малюнку показаний також потенціал Нернста для дифузії іонів калію, рівний -94 мВ. Як вони взаємодіють один з одним, і яким буде сумарний потенціал? Для відповіді потрібно використовувати рівняння Гольдмана, наведене раніше.

Інтуїтивно можна припустити, що якщо мембрана високопроніцаема для іонів калію і лише злегка проникна для іонів натрію, то дифузія іонів калію вносить набагато більший внесок у створення мембранного потенціалу, ніж дифузія іонів натрію. У нормі проникність мембрани нервового волокна для іонів калію приблизно в 100 разів вище, ніж для іонів натрію. Використання цього значення в рівнянні Гольдмана дає потенціал всередині мембрани близько -86 мВ, що дуже близько до величини калієвого потенціалу, показаного на малюнку.

Відео: Нейрони лекція 5 - потенціал дії

Внесок натрій-калієвого насоса. Na + / K + -Hacoc забезпечує додатковий внесок в величину потенціалу спокою за рахунок постійного викачування 3 іонів натрію назовні в обмін на закачування всередину 2 іонів калію, що є причиною постійної втрати позитивних зарядів з внутрішньої сторони мембрани. Це збільшує ступінь електронегативності всередині мембрани приблизно на -4 мВ на додаток до створюваної простий дифузії. Отже сумарний мембранний потенціал при спільній дії всіх факторів становить -90 мВ.

Отже, одні тільки дифузійні потенціали, пов`язані з дифузією іонів калію і натрію, дають величину мембранного потенціалу близько -86 мВ, причому це значення майже повністю визначається дифузією іонів калію. Крім того, постійне функціонування електрогенних Na + / K + -Hacoca вносить додаткові -4 мВ, даючи сумарний мембранний потенціал, рівний -90 мВ.