Visa nervu darbība veiksmīgi funkcionē, pateicoties atpūtas un uzbudināmības fāžu maiņai. Polarizācijas sistēmas kļūmes izjauc šķiedru elektrovadītspēju. Taču bez nervu šķiedrām ir arī citi uzbudināmi audi – endokrīnās sistēmas un muskuļi.
Bet mēs aplūkosim vadošo audu īpatnības un, izmantojot organisko šūnu ierosmes procesa piemēru, pastāstīsim par depolarizācijas kritiskā līmeņa nozīmi. Nervu darbības fizioloģija ir cieši saistīta ar elektriskā lādiņa rādītājiem nervu šūnā un ārpus tās.
Ja viens elektrods ir pievienots aksona ārējam apvalkam, bet otrs - tā iekšējai daļai, tad pastāv potenciālu atšķirība. Nervu ceļu elektriskās aktivitātes pamatā ir šī atšķirība.
Kas ir atpūtas potenciāls un darbības potenciāls?
Visas nervu sistēmas šūnas ir polarizētas, tas ir, tām ir atšķirīgs elektriskais lādiņš īpašas membrānas iekšpusē un ārpusē. Nervu šūna vienmēr irtā lipoproteīnu membrāna, kurai ir bioelektriskā izolatora funkcija. Pateicoties membrānām, šūnā tiek radīts atpūtas potenciāls, kas nepieciešams turpmākai aktivizēšanai.
Atpūtas potenciālu uztur jonu pārnese. Kālija jonu izdalīšanās un hlora iekļūšana palielina membrānas atpūtas potenciālu.
Darbības potenciāls uzkrājas depolarizācijas fāzē, tas ir, elektriskā lādiņa pieaugumā.
Rīcības potenciāla fāzes. Fizioloģija
Tātad, depolarizācija fizioloģijā ir membrānas potenciāla samazināšanās. Depolarizācija ir pamats uzbudināmības rašanās, tas ir, nervu šūnas darbības potenciālam. Kad tiek sasniegts kritiskais depolarizācijas līmenis, nē, pat spēcīgs stimuls, nespēj izraisīt reakcijas nervu šūnās. Tajā pašā laikā aksonā ir daudz nātrija.
Tūlīt pēc šī posma seko relatīvās uzbudināmības fāze. Atbilde jau ir iespējama, bet tikai spēcīga stimula signāla gadījumā. Relatīvā uzbudināmība lēnām pāriet paaugstināšanas fāzē. Kas ir paaugstināšana? Šis ir audu uzbudināmības maksimums.
Visu šo laiku nātrija aktivizācijas kanāli ir slēgti. Un to atvēršana notiks tikai tad, kad nervu šķiedra tiks izlādēta. Repolarizācija ir nepieciešama, lai atjaunotu negatīvo lādiņu šķiedras iekšpusē.
Ko nozīmē depolarizācijas kritiskais līmenis (CDL)?
Tātad, uzbudināmība ir fizioloģijāšūnas vai audu spēja reaģēt uz stimulu un radīt kādu impulsu. Kā mēs noskaidrojām, šūnām ir nepieciešams zināms lādiņš - polarizācija -, lai tās darbotos. Lādiņa palielināšanos no mīnusa uz plusu sauc par depolarizāciju.
Pēc depolarizācijas vienmēr notiek repolarizācija. Lādinam iekšpusē pēc ierosmes fāzes atkal jākļūst negatīvam, lai šūna varētu sagatavoties nākamajai reakcijai.
Kad voltmetra rādījumi ir fiksēti uz 80, šī ir atpūtas fāze. Tas notiek pēc repolarizācijas beigām, un, ja ierīce uzrāda pozitīvu vērtību (lielāku par 0), tad apgrieztās repolarizācijas fāze tuvojas maksimālajam līmenim - depolarizācijas kritiskajam līmenim.
Kā impulsi tiek pārraidīti no nervu šūnām uz muskuļiem?
Elektriskie impulsi, kas radušies membrānas ierosināšanas laikā, lielā ātrumā tiek pārraidīti pa nervu šķiedrām. Signāla ātrumu izskaidro aksona struktūra. Aksonu daļēji aptver apvalks. Un starp mielinizētajiem apgabaliem ir Ranvier mezgli.
Pateicoties šādai nervu šķiedras izkārtojumam, pozitīvais lādiņš mijas ar negatīvo, un depolarizācijas strāva izplatās gandrīz vienlaicīgi visā aksona garumā. Kontrakcijas signāls sasniedz muskuļu sekundes daļā. Šāds indikators kā membrānas depolarizācijas kritiskais līmenis nozīmē atzīmi, pie kuras tiek sasniegts maksimālais darbības potenciāls. Pēc muskuļu kontrakcijas sākas repolarizācija visā aksonā.
Kas notiekdepolarizācijas laikā?
Ko nozīmē tāds rādītājs kā kritiskais depolarizācijas līmenis? Fizioloģijā tas nozīmē, ka nervu šūnas jau ir gatavas darbam. Visa orgāna pareiza darbība ir atkarīga no normālas, savlaicīgas darbības potenciāla fāžu maiņas.
Kritiskais līmenis (CLL) ir aptuveni 40–50 Mv. Šajā laikā elektriskais lauks ap membrānu samazinās. Polarizācijas pakāpe ir tieši atkarīga no tā, cik daudz šūnas nātrija kanālu ir atvērti. Šūna šobrīd vēl nav gatava reakcijai, bet savāc elektrisko potenciālu. Šo periodu sauc par absolūto ugunsizturību. Fāze nervu šūnās ilgst tikai 0,004 s, bet kardiomiocītos - 0,004 s.
Pēc kritiskā depolarizācijas līmeņa pārvarēšanas iestājas superuzbudināmība. Nervu šūnas var reaģēt pat uz zemsliekšņa stimula darbību, tas ir, relatīvi vāju vides ietekmi.
Nātrija un kālija kanālu funkcijas
Tātad, svarīgs depolarizācijas un repolarizācijas procesu dalībnieks ir proteīna jonu kanāls. Izdomāsim, ko nozīmē šis jēdziens. Jonu kanāli ir olb altumvielu makromolekulas, kas atrodas plazmas membrānas iekšpusē. Kad tie ir atvērti, caur tiem var iziet neorganiskie joni. Olb altumvielu kanāliem ir filtrs. Tikai nātrijs iet caur nātrija kanālu, tikai šis elements iet caur kālija kanālu.
Šiem elektriski vadāmiem kanāliem ir divi vārti: viens ir aktivizēšana, ir iespēja nodot jonus, otrsinaktivācija. Laikā, kad miera membrānas potenciāls ir -90 mV, vārti tiek aizvērti, bet, sākoties depolarizācijai, lēnām atveras nātrija kanāli. Potenciāla palielināšanās izraisa strauju kanālu vārstu aizvēršanos.
Faktors, kas ietekmē kanālu aktivizēšanos, ir šūnu membrānas uzbudināmība. Elektriskā uzbudināmības ietekmē tiek iedarbināti 2 veidu jonu receptori:
- uzsāk ligandu receptoru darbību - ķīmijatkarīgiem kanāliem;
- Elektriskais signāls tiek lietots elektriski darbināmiem kanāliem.
Kad tiek sasniegts kritiskais šūnu membrānas depolarizācijas līmenis, receptori dod signālu, ka ir jāaizver visi nātrija kanāli, un sāk atvērties kālija kanāli.
Nātrija kālija sūknis
Ierosinājuma impulsa pārnešanas procesi visur notiek elektriskās polarizācijas dēļ, kas tiek veikta nātrija un kālija jonu kustības dēļ. Elementu kustība notiek, pamatojoties uz aktīvā jonu transporta principu - 3 Na+ uz iekšu un 2 K+ uz āru. Šo apmaiņas mehānismu sauc par nātrija-kālija sūkni.
Kardiomiocītu depolarizācija. Sirdsdarbības fāzes
Sirds kontrakcijas cikli ir saistīti arī ar vadīšanas ceļu elektrisko depolarizāciju. Kontrakcijas signāls vienmēr nāk no SA šūnām, kas atrodas labajā ātrijā, un izplatās pa Hiss ceļiem uz Torel un Bachmann saišķiem uz kreiso ātriju. Hiss saišķa labais un kreisais process pārraida signālu uz sirds kambariem.
Nervu šūnas ātrāk depolarizējas un nes signālu mielīna apvalka klātbūtnes dēļ, taču pakāpeniski depolarizējas arī muskuļu audi. Tas ir, to lādiņš mainās no negatīva uz pozitīvu. Šo sirds cikla fāzi sauc par diastolu. Visas šūnas šeit ir savstarpēji saistītas un darbojas kā viens komplekss, jo sirds darbs ir pēc iespējas vairāk jāsaskaņo.
Kad iestājas labā un kreisā kambara sieniņu kritiskais depolarizācijas līmenis, rodas enerģijas izdalīšanās – sirds saraujas. Pēc tam visas šūnas repolarizējas un sagatavojas citai kontrakcijai.
Depresija Verigo
1889. gadā tika aprakstīta parādība fizioloģijā, ko sauc par Verigo katoļu depresiju. Kritiskais depolarizācijas līmenis ir depolarizācijas līmenis, kurā visi nātrija kanāli jau ir inaktivēti, un tā vietā darbojas kālija kanāli. Ja strāvas stiprums palielinās vēl vairāk, tad nervu šķiedras uzbudināmība ir ievērojami samazināta. Un kritiskais depolarizācijas līmenis stimulu ietekmē samazinās.
Verigo depresijas laikā uzbudinājuma ātrums samazinās un, visbeidzot, pilnībā norimst. Šūna sāk pielāgoties, mainot funkcionālās funkcijas.
Adaptācijas mehānisms
Gadās, ka dažos apstākļos depolarizējošā strāva ilgstoši nepārslēdzas. Tas ir raksturīgs maņu šķiedrām. Pakāpeniska un ilgstoša šādas strāvas palielināšanās virs normas 50 mV izraisa elektronisko impulsu frekvences palielināšanos.
Reaģējot uz šādiem signāliem,kālija membrānas vadītspēja. Tiek aktivizēti lēnāki kanāli. Tā rezultātā rodas nervu audu spēja atkārtot reakcijas. To sauc par nervu šķiedru adaptāciju.
Pielāgojoties, liela skaita īsu signālu vietā šūnas sāk uzkrāties un izdala vienu spēcīgu potenciālu. Un intervāli starp divām reakcijām palielinās.
