Мембранний потенцiал і його походження

ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНІ МЕТОДИ ДОСЛІДЖЕННЯ БIОЕЛЕКТРИЧНИХ ЯВИЩ

Л. Гальвані був першим, хто впевнився в iснуваннi «тваринної електрики». Його перший (балконий) дослiд полягав в тому, що препа­рат задніх лапок жаби на мiдному гачку був пiдвiшений до залiзного балкона. Вiд вiтру вiн торкався балконних поручнів, i це викликало скорочення м`язiв. По Гальва­нi, це було результатом замикання ланцюга струму, в результатi чого «тваринна електрика» викликала скорочення. Вольта (iталiйскiй фiзик) заперечив це. Вiн висунув думку, що скорочення обумовлене наявнiстю «гальванiчноi пари» — залiзо- мiдь. У вiдповiдь Гальванi поставив другий дослiд (дослiд без залiза), який довів iдею автора: нервом сполучали пошкоджену i непошкоджену поверхні м`за i у вiдповiдь— скорочення iнтактного м`яза. На сьогоднi є два основних метода реєстрацiї бiопотенцiалiв: позаклітинний і внутрішньоклітинний. Позаклітинний спосіб - це відведення різниці потенціалів між двома точками тканини, органа. Варіанти - монополярне відведення (один електрод заземлений), бiполярне відведення (обидва електроди активні). Контактний спосiб— електроди безпосередньо стикаються з об'єктом дослідження, дистантний (наприклад, при ЕКГ-графii) - між об'єктом дослідження й електродами є середовище. В цілому, при позаклітинному методі відводиться лише частина потенціалу. Мембранний потенціал вимiряти не можна.

Внутрішньоклітинний спосіб: один електрод - у середовищi, другий (скляна піпетка) - вводиться в середину клітини. Реєструється різниця потенціалів між зовнішньою і внутрішньою поверхнями мембрани. Піпетка попередньо заповнюється розчином хлористого калію.

МП, або потенціал спокою, - це різниця потенціалів між зовнішньою і внутрішньою поверхнями мембрани в умовах спокою. В середньому в клітин збудливих тканин він досягає 50-80 мВ, із знаком «-» всередині клітини. Обумовлений переважно іонами калію. Як відомо, в клітинах збудливих тканин концентрація іонів калію досягає 150 ммоль/л, у середовищi -.4-5 ммоль (іонів калію набагато більше в клітині, чим у середовищi). Тому за градієнтом концентрації калій може виходити з клітини, і це відбувається за участю калієвих каналів, частина яких відкрита в умовах спокою. В результаті через те, що мембрана непроникна для аніонів клітини (глутамат, аспартат, органічні фосфати), на внутрішній поверхні клітини утворюється надлишок негативно заряджених часток, а на зовнішній - надлишок позитивно заряджених частинок. Виникає різниця потенціалів. Ця ситуація описується рівнянням Нернста:

Чим вище концентрація калію в середовищi - тим менше це вiдношення, тим менше величина мембранного потенціалу. Проте розрахована величина, як правило, нижче реальної. Наприклад, по розрахунках МП повинний бути -90 мВ, а реально -70 мВ. Ця розбіжність обумовлена тим, що iони натрію і хлору теж вносять свій внесок у створення МП. Зокрема, відомо, що натрію більше в середовищi (140 ммоль/л проти 14 ммоль/л внутрішньоклітинної). Тому натрій може ввійти в клітину. Але велика частина натрієвих каналів в умовах спокою закритi. Тому в клітину входить лише невелика частина іонів натрію. Але і цього достатньо, щоб хоча б частково компенсувати надлишок аніонів. Іон хлору, навпаки, входять у клітину (частково) і вносять негативнi заряди. В результатi величина мембранного потенціалу визначається в основному калієм, а також натрієм і хлором. Формула Гольдмана- Ходжкiна (див. у підручнику) описує це явище.

Для того щоб МП підтримувався на постійному рівні, необхідно підтримка іонної асиметрії. Для цього, зокрема, є калiй- натрiєва помпа (і хлорна), що відновлює іонну асиметрію, особливо після акту збудження. Доказом калієвої природи МП є наявність залежності: чим вище концентрація калію в середовищi, тим менше розмiр МП. Для подальшого викладення важливо поняття: деполяризацiя (зменшення МП, наприклад, від мінус 90 мВ до мінус 70 мВ) і гiперполяризацiя. - протилежне явище.

Дата добавления: 2014-01-07