A nyugalmi idegsejt membránpotenciálja egyenlő. A sejt membránpotenciálja, vagy nyugalmi potenciál

Az "Endocitózis. Exocitózis. A sejtfunkciók szabályozása" tantárgy tartalomjegyzéke:
1. A Na/K-pumpa (nátrium-kálium pumpa) hatása a membránpotenciálra és a sejttérfogatra. Állandó cellatérfogat.
2. A nátrium (Na) koncentráció-gradiense, mint a membrántranszport hajtóereje.
3. Endocitózis. Exocitózis.
4. Diffúzió az anyagok sejten belüli átvitelében. A diffúzió jelentősége endocitózisban és exocitózisban.
5. Aktív transzport organellummembránokban.
6. Szállítás sejtvezikulákban.
7. Szállítás organellumok képződésével és elpusztításával. Mikrofilamentumok.
8. Mikrotubulusok. A citoszkeleton aktív mozgásai.
9. Axon transzport. Gyors axonszállítás. Lassú axontranszport.
10. A sejtfunkciók szabályozása. Szabályozó hatások a sejtmembránra. Membránpotenciál.
11. Extracelluláris szabályozó anyagok. szinaptikus közvetítők. Helyi vegyi anyagok (hisztamin, növekedési faktor, hormonok, antigének).
12. Intracelluláris kommunikáció második mediátorok részvételével. Kalcium.
13. Ciklikus adenozin-monofoszfát, cAMP. cAMP a sejtműködés szabályozásában.
14. Inozitol-foszfát "IF3". Inozitol-trifoszfát. Diacil-glicerin.

A Na/K-pumpa (nátrium-kálium pumpa) hatása a membránpotenciálra és a sejttérfogatra. Állandó cellatérfogat.

Rizs. 1.9. A Na+, K+ és CI sejten belüli és kívüli koncentrációit bemutató séma valamint ezen ionok sejtmembránon keresztül történő behatolásának útjai (specifikus ioncsatornákon vagy Na / K pumpa segítségével. Adott koncentrációgradiensek esetén az E (Na), E (K) és E (Cl) egyensúlyi potenciálok ) egyenlőek a jelzettekkel, a membránpotenciál Et = -90 mV

ábrán. Az 1.9 különböző összetevőket mutat be membránáramés adottak intracelluláris ionkoncentrációk amelyek biztosítják létezésüket. A káliumcsatornákon keresztül a káliumionok kifelé irányuló árama figyelhető meg, mivel a membránpotenciál valamivel elektropozitívabb, mint a káliumionok egyensúlyi potenciálja. A nátriumcsatornák teljes vezetőképessége jóval alacsonyabb, mint a kálium, i.e. a nátriumcsatornák sokkal ritkábban nyílnak meg, mint a nyugalmi helyzetben lévő káliumcsatornák; ugyanakkor körülbelül ugyanannyi nátriumion lép be a sejtbe, mint amennyi a káliumion elhagyja, mivel a nátriumionok sejtbe történő diffúziójához nagy koncentráció és potenciálgradiens szükséges. A Na/K pumpa ideális kompenzációt biztosít a passzív diffúziós áramokhoz, mivel a nátriumionokat a sejtből, a káliumionokat pedig abba szállítja. Így a szivattyú elektrogén a cellába be- és onnan kikerülő töltések számának különbsége miatt, ami normál sebessége mellett körülbelül 10 mV-al elektronegatívabb membránpotenciált hoz létre, mintha csak passzív töltés miatt keletkezne. ion áramlik. Ennek eredményeként a membránpotenciál megközelíti a kálium egyensúlyi potenciálját, ami csökkenti a káliumionok szivárgását. Na/K szivattyú aktivitása szabályozott a nátriumionok intracelluláris koncentrációja. A pumpa sebessége a sejtből eltávolítandó nátriumionok koncentrációjának csökkenésével lelassul (1.8. ábra), így a pumpa működése és a nátriumionok sejtbe áramlása kiegyenlíti egymást, fenntartva az intracelluláris koncentrációt. nátriumionok mennyisége körülbelül 10 mmol / l.

Az egyensúly fenntartása között pumpáló és passzív membránáramok, sokkal több Na/K-pumpa molekulára van szükség, mint a kálium- és nátriumionok csatornafehérjére. Ha a csatorna nyitva van, néhány ezredmásodperc alatt több tízezer ion halad át rajta, és mivel a csatorna általában másodpercenként többször nyílik, ezalatt összesen több mint 105 ion halad át rajta. Egyetlen pumpafehérje több száz nátriumiont mozgat meg másodpercenként, így a plazmamembránnak körülbelül 1000-szer több pumpa molekulát kell tartalmaznia, mint a csatornamolekuláknak. A nyugalmi csatornaáramok mérése átlagosan egy kálium- és egy nátrium-nyitott csatornát mutatott a membrán 1 µm2-én; ebből következik, hogy ugyanabban a térben körülbelül 1000 Na/K pumpa molekulának kell jelen lennie; a köztük lévő távolság átlagosan 34 nm; a pumpafehérje, valamint a csatornafehérje átmérője 8-10 nm. Így a membrán kellően sűrűn telített pumpáló molekulákkal.

A tény, hogy a nátriumionok áramlása a sejtbe, a káliumionok – ki a sejtből a szivattyú működésével kompenzálva van egy másik következménye is, ami a stabil ozmotikus nyomás és az állandó térfogat fenntartása. A sejt belsejében nagy koncentrációban találhatók nagy anionok, főleg fehérjék (az 1.1. táblázatban az A), amelyek nem képesek áthatolni a membránon (vagy nagyon lassan) és ezért a sejt belsejében fix komponensek. Ezen anionok töltésének kiegyensúlyozásához azonos számú kationra van szükség. Köszönet Na/K-szivattyú hatása ezek a kationok főként káliumionok. Jelentős növekedés ionok intracelluláris koncentrációja csak az anionok koncentrációjának növekedésével fordulhat elő a Cl koncentráció gradiens mentén a sejtbe történő áramlása miatt (1.1. táblázat), de a membránpotenciál ezt ellensúlyozza. A bejövő Cl-áramot csak addig figyeljük meg, amíg a kloridionok egyensúlyi potenciálját el nem érjük; ez akkor figyelhető meg, ha a kloridion-gradiens majdnem ellentétes a kálium-ion-gradienssel, mivel a kloridionok negatív töltésűek. Így a kloridionok alacsony intracelluláris koncentrációja jön létre, ami megfelel a káliumionok alacsony extracelluláris koncentrációjának. Az eredmény a sejtben lévő ionok teljes számának korlátozása. Ha a membránpotenciál csökken a Na/K pumpa blokádja során, például anoxia során, akkor a kloridionok egyensúlyi potenciálja csökken, és ennek megfelelően nő a kloridionok intracelluláris koncentrációja. A töltések egyensúlyának helyreállításával a káliumionok is bejutnak a sejtbe; nő az ionok összkoncentrációja a sejtben, ami növeli az ozmotikus nyomást; ez arra kényszeríti a vizet, hogy belépjen a sejtbe. A sejt megduzzad. Ilyen duzzanat figyelhető meg in vivo energiahiányos körülmények között.

A nátrium fő élettani funkciója az emberi szervezetben az extracelluláris folyadék térfogatának szabályozása, ezáltal a vértérfogat és a vérnyomás meghatározása. Ez a funkció közvetlenül kapcsolódik a nátrium- és folyadékanyagcseréhez. Ezenkívül a nátrium részt vesz a csontszövet képződésében, az idegimpulzusok vezetésében stb.

Az orvostudományban különféle elektrolit-egyensúlyzavarok esetén ennek az állapotnak az okainak feltárása érdekében elemzéseket végeznek a nátrium koncentrációjának meghatározására, valamint a folyadékháztartás (bevétele és kiürülése) monitorozására.

Az emberi testben a folyadék tömege körülbelül 60%, azaz egy 70 kg súlyú ember körülbelül 40 liter folyadékot tartalmaz, amelyből körülbelül 25 liter a sejtekben található (intracelluláris folyadék - QOL), 14 liter pedig kívül található. a sejtek (extracelluláris folyadék - VneKZh). Az extracelluláris folyadék teljes mennyiségéből körülbelül 3,5 litert a vérplazma (az érrendszerben található vérfolyadék) foglal el, és körülbelül 10,5 litert az intersticiális folyadék (ILF), amely kitölti a sejtek közötti szövetekben lévő teret (lásd 1. ábra).

1. ábra A folyadék eloszlása ​​egy 70 kg súlyú felnőtt testében

A testben lévő folyadék teljes mennyisége és a rekeszek közötti eloszlásának állandó szinten tartása elősegíti az összes szerv és rendszer teljes működését, ami kétségtelenül a jó egészség kulcsa. Az intracelluláris folyadék és az extracelluláris folyadék közötti vízcsere a sejtmembránokon keresztül történik. A folyékony oldatok ozmolaritása a membrán mindkét oldalán közvetlenül befolyásolja ezt a cserét. Az ozmotikus egyensúly állapotában a folyadék nem mozdul el, vagyis a rekeszekben lévő térfogata nem változik. Egészséges emberben az intracelluláris folyadék és a vérplazma (extracelluláris folyadék) ozmolaritása körülbelül 80-295 mOsmol/kg szinten marad.

A nátrium szerepe az extracelluláris folyadék térfogatának szabályozásában

Az ozmolaritás az összes kinetikus részecske koncentrációjának összege 1 liter oldatban, vagyis az oldott ionok összkoncentrációjától függ. Az emberi szervezetben az ozmolaritást pontosan az elektrolitok határozzák meg, mivel a folyékony közegben (intracelluláris és extracelluláris folyadékokban) az ionok viszonylag nagy koncentrációban vannak jelen a többi oldott komponenshez képest. A 2. ábra az elektrolitok eloszlását mutatja az intracelluláris és extracelluláris folyadékok között.

2. ábra Oldott komponensek koncentrációja intracelluláris és extracelluláris folyadékokban

Fontos megjegyezni, hogy az egyértékű ionok (kálium, nátrium) meq / l \u003d mmol / l és a kétértékű ionok esetében a mmol / l mennyiségének kiszámításához a meq-t el kell osztani 2-vel.

Az ábra bal oldalán (ExtraQOL) a vérplazma összetétele látható, amely összetételében nagyon hasonlít a szövetközi folyadékhoz (kivéve az alacsony fehérjekoncentrációt és a magas kloridkoncentrációt)

Megállapítható, hogy a nátrium koncentrációja a vérplazmában az extracelluláris folyadék térfogatának, és ennek következtében a vértérfogatnak a meghatározó mutatója.

Az extracelluláris folyadék sok nátriumot és alacsony káliumot tartalmaz. Éppen ellenkezőleg, a sejtek kevés nátriumot tartalmaznak - a fő intracelluláris kation a kálium. Az extracelluláris és intracelluláris folyadékok elektrolitkoncentrációinak ezen különbségét az aktív iontranszport mechanizmusa tartja fenn a nátrium-kálium pumpa (pumpa) részvételével (lásd 3. ábra).

3. ábra A nátrium és kálium koncentrációjának fenntartása életminőségben és extra minőségben

A sejtmembránokon lokalizált nátrium-kálium pumpa egy nem illékony rendszer, amely minden sejttípusban megtalálható. Ennek a rendszernek köszönhetően a nátriumionok eltávolításra kerülnek a sejtekből káliumionokért cserébe. Ilyen transzportrendszer nélkül a kálium- és nátriumionok passzív diffúziós állapotban voltak a sejtmembránon keresztül, ami ionegyensúlyt eredményezne az extracelluláris és intracelluláris folyadékok között.

Az extracelluláris folyadék nagy ozmolaritása a nátriumionok sejtből történő aktív transzportjának köszönhető, amely biztosítja azok magas tartalmát az extracelluláris folyadékban. Tekintettel arra, hogy az ozmolaritás befolyásolja a folyadék eloszlását az ECF és a CF között, ezért az extracelluláris folyadék térfogata közvetlenül függ a nátrium koncentrációjától.

VÍZMÉRLEG SZABÁLYOZÁSA

Az emberi szervezetbe történő folyadékbevitelnek megfelelőnek kell lennie annak eltávolításához, ellenkező esetben túlhidratálódás vagy kiszáradás léphet fel. A mérgező anyagok (a szervezetben az anyagcsere (anyagcsere) során képződő mérgező anyagok) kiválasztásához (eltávolításához) a veséknek naponta legalább 500 ml vizeletet kell kiválasztani. Ehhez a mennyiséghez 400 ml folyadékot kell adni, amely naponta a tüdőn keresztül ürül ki légzés közben, 500 ml - a bőrön keresztül és 100 ml - a széklettel. Ennek eredményeként az emberi szervezet naponta átlagosan 1500 ml (1,5 l) folyadékot veszít.

Meg kell jegyezni, hogy az emberi szervezetben naponta körülbelül 400 ml víz szintetizálódik az anyagcsere folyamatában (az anyagcsere melléktermékeként). Így a vízháztartás minimális szintjének fenntartásához a szervezetnek legalább 1100 ml vizet kell kapnia naponta. Valójában a bejövő folyadék napi mennyisége gyakran meghaladja a jelzett minimális szintet, miközben a vesék a vízháztartás szabályozása során kiválóan eltávolítják a felesleges folyadékot.

A legtöbb ember átlagos napi vizeletmennyisége körülbelül 1200-1500 ml. Szükség esetén a vesék sokkal több vizeletet tudnak termelni.

A vérplazma ozmolaritása a folyadéknak a szervezetbe való áramlásával, valamint a vizelet képződésének és kiválasztásával kapcsolatos. Például, ha a folyadékveszteséget nem pótolják megfelelően, az extracelluláris folyadék térfogata csökken és az ozmolaritás nő, ami a szervezet sejtjeiből az extracelluláris folyadékba bejövő folyadék mennyiségének növekedéséhez vezet, ezáltal helyreáll az ozmolaritás, ill. hangerőt a kívánt szintre. A folyadék ilyen belső elosztása azonban csak korlátozott ideig hatásos, mivel ez a folyamat a sejtek kiszáradásához (kiszáradásához) vezet, ennek eredményeként a szervezetnek több folyadékot kell kapnia kívülről.

A 4. ábra a test folyadékhiányára adott fiziológiai válasz vázlatos ábrázolása.

4. ábra A szervezet normál vízháztartásának fenntartását a hipotalamusz-hipofízis rendszer, a szomjúságérzet, az antidiuretikus hormon megfelelő szintézise és a vesék teljes körű működése szabályozza.

A testben lévő folyadékhiány esetén a magas ozmoláris vérplazma átáramlik a hipotalamuszon, amelyben az ozmoreceptorok (speciális sejtek) elemzik a plazma állapotát, és jelet adnak az ozmolaritás csökkentésének mechanizmusának elindításához az antidiuretikus hormon szekréciójának stimulálásával. (ADH) az agyalapi mirigyben és a szomjúság érzése. Ha az ember szomjas, a folyadékhiányt kívülről italok vagy víz fogyasztásával próbálja kompenzálni. Az antidiuretikus hormon befolyásolja a vesék működését, ezáltal megakadályozza a folyadék eltávolítását a szervezetből. Az ADH elősegíti a folyadék fokozott reabszorpcióját (reabszorpcióját) a vesék gyűjtőcsatornáiból és disztális tubulusaiból, ami viszonylag kis mennyiségű, nagyobb koncentrációjú vizelet termelődését eredményezi. A vérplazmában bekövetkezett ilyen változások ellenére a modern diagnosztikai analizátorok lehetővé teszik a hemolízis mértékének felmérését és a hemolizált vérminták plazmájában a tényleges káliumszint mérését.

Ha nagy mennyiségű folyadék kerül a szervezetbe, az extracelluláris folyadék ozmolaritása csökken. Ugyanakkor a hipotalamuszban nem stimulálják az ozmoreceptorokat - az ember nem érez szomjúságot, és az antidiuretikus hormon szintje nem növekszik. A túlzott vízterhelés megelőzése érdekében a vesék nagy mennyiségű híg vizeletet termelnek.

Ne feledje, hogy naponta körülbelül 8000 ml (8 liter) folyadék kerül a gyomor-bélrendszerbe gyomor-, bél- és hasnyálmirigynedvek, epe és nyál formájában. Normál körülmények között ennek a folyadéknak körülbelül 99%-a felszívódik, és csak 100 ml ürül ki a széklettel. Azonban a vízvisszatartás funkciójának megsértése, amelyet ezek a titkok tartalmaznak, a víz egyensúlyának felborulásához vezethetnek, ami súlyos zavarokat okoz az egész szervezet állapotában.

Még egyszer figyeljünk azokra a tényezőkre, amelyek befolyásolják az emberi szervezet vízháztartásának normális szabályozását:

• Szomjas érzés(a szomjúság megnyilvánulásához az embernek tudatosnak kell lennie)
• Az agyalapi mirigy és a hipotalamusz teljes működése
• A vesék teljes működése
• A gyomor-bél traktus teljes működése

NÁTRIUMEGYENSÚLY SZABÁLYOZÁSA

A szervezet normális működéséhez és egészségéhez a nátriumháztartás fenntartása ugyanolyan fontos, mint a vízháztartás fenntartása. Normál állapotban egy felnőtt teste körülbelül 3000 mmol nátriumot tartalmaz. A nátrium nagy része az extracelluláris folyadékban található: a vérplazmában és az intersticiális folyadékban (a nátriumkoncentráció bennük körülbelül 140 mmol / l).

A napi nátriumveszteség legalább 10 mmol/l. A szervezet normális egyensúlyának fenntartásához ezeket a veszteségeket kompenzálni (pótolni) kell. A táplálékkal az emberek sokkal több nátriumhoz jutnak, mint amennyit a szervezetnek kompenzálnia kell (ételekkel, általában sós fűszerek formájában, naponta átlagosan 100-200 mmol nátriumot kap az ember). Annak ellenére azonban, hogy a szervezetben a nátriumbevitel igen változatos, a veseszabályozás biztosítja, hogy a felesleges nátrium kiürüljön a vizelettel, ezáltal fenntartva a fiziológiai egyensúlyt.

A nátrium vesén keresztül történő kiválasztásának (eltávolításának) folyamata közvetlenül függ a GFR-től (glomeruláris filtrációs ráta). A magas glomeruláris filtrációs ráta növeli a nátrium kiválasztódását a szervezetben, míg az alacsony GFR késlelteti. A glomeruláris filtrációs folyamaton áthaladó nátrium körülbelül 95-99%-a aktívan felszívódik, amikor a vizelet áthalad a proximális tekercses tubulusokon. Mire az ultrafiltrátum a disztális tekercses tubulusba kerül, a vese glomerulusokban már megszűrt nátrium mennyisége 1-5%. Az, hogy a maradék nátrium kiválasztódik-e a vizelettel, vagy újra felszívódik a vérbe, közvetlenül a mellékvese aldoszteron hormon koncentrációjától függ a vérben.

Aldoszteron fokozza a nátrium reabszorpcióját hidrogén- vagy káliumionokért cserébe, ezáltal befolyásolja a vese disztális tubulusainak sejtjeit. Ez azt jelenti, hogy a vér magas aldoszterontartalma esetén a nátriummaradékok nagy része újra felszívódik; alacsony koncentrációban a nátrium nagy mennyiségben ürül a vizelettel.

5. ábra

Szabályozza az aldoszterontermelés folyamatát (lásd 5. ábra). Renin- egy enzim, amelyet a vesék termelnek a juxtaglomeruláris apparátus sejtjeiben, válaszul a vese glomerulusokon keresztüli véráramlás csökkenésére. Mivel a vese véráramlásának sebessége, valamint a véráramlás más szerveken keresztül a vér térfogatától, és így a vér nátrium koncentrációjától függ, a renin szekréciója a vesékben megnő, ha a plazma nátriumszintje csökken.

A renin enzimatikusan lebont egy fehérjét, más néven renin szubsztrát. Ennek a hasításnak az egyik terméke az angiotenzinén- 10 aminosavat tartalmazó peptid.

Egy másik enzim az ACE ( angiotenzin konvertáló enzim), amely főként a tüdőben szintetizálódik. Az anyagcsere folyamatában az ACE két aminosavat választ el az angiotenzin I-től, ami oktopeptid - az angiotenzin II hormon - képződéséhez vezet. .

AngiotenzinII nagyon fontos tulajdonságokkal rendelkezik a szervezet számára:

• Érszűkület- az erek összehúzódása, ami növeli a vérnyomást és helyreállítja a normális vese véráramlást
• Serkenti az aldoszteron termelődését a mellékvesekéreg sejtjeiben, ezáltal aktiválja a nátrium reabszorpcióját, ami segít helyreállítani a normális véráramlást a vesén keresztül és a teljes vérmennyiséget a szervezetben.

A vértérfogat és a vérnyomás növekedésével a szívsejtek olyan hormont választanak ki, amely az aldoszteron antagonistája - ANP pitvari natriuretikus peptid vagy PNP). Az ANP segít csökkenteni a nátrium reabszorpcióját a vese disztális tubulusaiban, ezáltal fokozza a vizelettel való kiválasztódását. Vagyis a "visszacsatolás" rendszer egyértelműen szabályozza a nátrium egyensúlyát a szervezetben.

Ezek a szakértők azt mondják, hogy naponta körülbelül 1500 mmol nátrium kerül az emberi szervezetbe a gyomor-bél traktuson keresztül. Körülbelül 10 mmol nátrium, amely a széklettel ürül, újra felszívódik. A gyomor-bél traktus működési zavara esetén a visszaszívott nátrium mennyisége csökken, ami a szervezetben annak hiányához vezet. A vesekompenzáció megzavart mechanizmusa esetén ennek a hiánynak a jelei kezdenek megjelenni.

A szervezet normál nátrium-egyensúlyának fenntartása 3 fő tényezőtől függ:

• Vesefunkciók
• aldoszteron szekréció
• A gyomor-bél traktus működése

KÁLIUM

A kálium részt vesz az idegimpulzusok vezetésében, az izomösszehúzódás folyamatában, és számos enzim működését biztosítja. Az emberi szervezet átlagosan 3000 mmol káliumot tartalmaz, melynek legnagyobb része a sejtekben található. A kálium koncentrációja a vérplazmában körülbelül 0,4%. Bár koncentrációja a vérben mérhető, az elemzés eredménye nem tükrözi objektíven a szervezet teljes káliumtartalmát. A kálium általános egyensúlyának fenntartásához azonban fenn kell tartani ennek az elemnek a kívánt koncentrációját a vérplazmában.

A kálium egyensúlyának szabályozása

A szervezet naponta legalább 40 mmol káliumot veszít széklettel, vizelettel és izzadsággal. A szükséges kálium-egyensúly fenntartása megköveteli ezen veszteségek pótlását. A zöldségeket, gyümölcsöket, húst és kenyeret tartalmazó étrend körülbelül 100 mmol káliumot biztosít naponta. a szükséges egyensúly biztosítása érdekében a felesleges kálium a vizelettel ürül. A kálium szűrési folyamata a nátriumhoz hasonlóan a vese glomerulusokban megy végbe (általában a vesetubulusok proximális (kezdeti) részében szívódik fel újra. A finomszabályozás a gyűjtő glomerulusokban és a disztális tubulusokban megy végbe (a kálium visszaszívható ill. nátriumionokért cserébe kiválasztódik).

A renin-angiotenzin-aldoszteron rendszer szabályozza a nátrium-kálium anyagcserét, vagy inkább serkenti azt (az aldoszteron beindítja a nátrium reabszorpcióját és a kálium vizelettel történő kiválasztását).

Ezenkívül a vizelettel kiürült kálium mennyiségét a vesék funkciója határozza meg a vér sav-bázis egyensúlyának (pH) szabályozásában a norma élettani határain belül. Például a vér oxidációját megakadályozó egyik mechanizmus a felesleges hidrogénionok vizelettel történő kiválasztása a szervezetből (ez a hidrogénionok nátriumionokká történő cseréje révén történik a distalis vesetubulusokban). Így acidózisban kevesebb nátrium cserélhető káliumra, így kevesebb kálium ürül ki a vesén keresztül. A sav-bázis állapot és a kálium közötti kölcsönhatásnak más módjai is vannak.

Normál állapotban hozzávetőleg 60 mmol kálium választódik ki a gyomor-bél traktusban, ahol nagy része visszaszívódik (a széklettel a szervezet körülbelül 10 mmol káliumot veszít). A gyomor-bél traktus működési zavara esetén a reabszorpciós mechanizmus felborul, ami káliumhiányhoz vezethet.

A kálium transzportja a sejtmembránokon keresztül

A kálium alacsony koncentrációját az extracelluláris folyadékban és a magas koncentrációt az intracelluláris folyadékban nátrium-kálium pumpa szabályozza. Ennek a mechanizmusnak a gátlása (gátlása) vagy stimulálása (intenzifikálása) befolyásolja a kálium koncentrációját a vérplazmában, mivel az extracelluláris és intracelluláris folyadékokban a koncentrációk aránya megváltozik. Vegye figyelembe, hogy a hidrogénionok versenyeznek a káliumionokkal, amikor áthaladnak a sejtmembránokon, vagyis a vérplazma káliumszintje befolyásolja a sav-bázis egyensúlyt.

A vérplazma káliumkoncentrációjának jelentős csökkenése vagy növekedése egyáltalán nem jelzi ennek az elemnek a hiányát vagy feleslegét a szervezet egészében - ez az extra- és intracelluláris kálium szükséges egyensúlyának megsértésére utalhat.

A vérplazma káliumkoncentrációjának szabályozása a következő tényezők miatt következik be:

• A kálium étrendi bevitele
• Vesefunkciók
• A gyomor-bél traktus funkciói
• Aldoszteron termelés
• Sav-bázis egyensúly
• nátrium-kálium pumpa

A sejt külső felülete és nyugalmi citoplazmája között körülbelül 0,06-0,09 V potenciálkülönbség van, és a sejtfelszín elektropozitívan töltődik a citoplazmához képest. Ezt a potenciálkülönbséget ún nyugalmi potenciál vagy membránpotenciál. A nyugalmi potenciál pontos mérése csak intracelluláris árameltérítésre tervezett mikroelektródák, nagyon erős erősítők és érzékeny rögzítő eszközök - oszcilloszkópok - segítségével lehetséges.

A mikroelektróda (67., 69. ábra) egy vékony üvegkapilláris, melynek csúcsa körülbelül 1 mikron átmérőjű. Ezt a kapillárist megtöltjük sóoldattal, egy fémelektródát merítünk bele, és egy erősítőhöz és egy oszcilloszkóphoz csatlakoztatjuk (68. ábra). Amint a mikroelektród átüti a sejtet borító membránt, az oszcilloszkóp nyalábja lefelé tér el eredeti helyzetétől és új szintre áll. Ez a sejtmembrán külső és belső felülete közötti potenciálkülönbség jelenlétét jelzi.

A nyugalmi potenciál eredetének legteljesebb magyarázata az úgynevezett membrán-ion elmélet. Ezen elmélet szerint minden sejtet egy membrán borít, amelynek a különböző ionok áteresztőképessége egyenlőtlen. Ebből a szempontból a sejt belsejében a citoplazmában 30-50-szer több káliumion, 8-10-szer kevesebb nátriumion és 50-szer kevesebb kloridion van, mint a felszínen. Nyugalomban a sejtmembrán jobban átereszti a káliumionokat, mint a nátriumionokat. A pozitív töltésű káliumionok diffúziója a citoplazmából a sejtfelszín felé pozitív töltést kölcsönöz a membrán külső felületének.

Így a sejt nyugalmi felülete pozitív töltést hordoz, míg a membrán belső oldala negatív töltésűnek bizonyul a kloridionok, aminosavak és más nagy szerves anionok miatt, amelyek gyakorlatilag nem hatolnak át a membránon. 70).

akciós potenciál

Ha egy ideg- vagy izomrost egy szakasza kellően erős ingernek van kitéve, akkor ezen a területen gerjesztés lép fel, ami a membránpotenciál gyors ingadozásában nyilvánul meg és ún. akciós potenciál.

Az akciós potenciált vagy a rost külső felületére felvitt elektródákkal (extracelluláris vezeték), vagy a citoplazmába illesztett mikroelektródával (intracelluláris vezeték) lehet rögzíteni.

Az extracelluláris rögzítéssel megállapítható, hogy a gerjesztett terület felülete nagyon rövid ideig, ezredmásodpercben mérve, a nyugalmi területhez képest elektronegatívan feltöltődik.

Az akciós potenciál oka a membrán ionpermeabilitásának megváltozása. Irritáció esetén a sejtmembrán nátriumionok áteresztőképessége megnő. A nátriumionok hajlamosak bejutni a sejtbe, mert egyrészt pozitív töltésűek és elektrosztatikus erők vonzzák őket, másrészt a sejten belüli koncentrációjuk alacsony. Nyugalomban a sejtmembrán áthatolhatatlan volt a nátriumionok számára. Az irritáció megváltoztatta a membrán permeabilitását, és a pozitív töltésű nátriumionok áramlása a sejt külső környezetéből a citoplazmába jelentősen meghaladja a sejtből kifelé irányuló káliumionok áramlását. Ennek eredményeként a membrán belső felülete pozitív töltésűvé, a külső felülete pedig negatív töltésűvé válik a pozitív töltésű nátriumionok elvesztése miatt. Ezen a ponton rögzítjük az akciós potenciál csúcsát.

A nátriumionok membránpermeabilitásának növekedése nagyon rövid ideig tart. Ezt követően a sejtben regenerációs folyamatok mennek végbe, ami ahhoz vezet, hogy a membrán permeabilitása a nátriumionok számára ismét csökken, a káliumionoké pedig nő. Mivel a káliumionok is pozitív töltésűek, a sejt elhagyásakor visszaállítják az eredeti kapcsolatot a sejten kívül és belül.

A nátriumionok sejten belüli ismételt gerjesztéssel történő felhalmozódása nem következik be, mert a nátriumionok folyamatosan kiürülnek belőle egy speciális biokémiai mechanizmus, az úgynevezett "nátriumpumpa" hatására. Vannak adatok a káliumionok aktív transzportjáról is a "nátrium-kálium pumpa" segítségével.

A membrán-ion elmélet szerint tehát a bioelektromos jelenségek kialakulásában meghatározó jelentőségű a sejtmembrán szelektív permeabilitása, amely a sejt felszínén és belsejében eltérő ionösszetételt, ebből következően eltérő töltést okoz. ezeket a felületeket. Meg kell jegyezni, hogy a membrán-ion elmélet számos rendelkezése még mindig vitatható, és további fejlesztésre szorul.

A felfedezés története

1902-ben Julius Bernstein hipotézist terjesztett elő, amely szerint a sejtmembrán lehetővé teszi a K + ionok bejutását a sejtbe, és ezek felhalmozódnak a citoplazmában. A nyugalmi potenciál számítása a Nernst-egyenlet szerint egy káliumelektródára kielégítően egybeesett az izom szarkoplazma és a környezet között mért potenciállal, amely körülbelül -70 mV volt.

Yu. Bernshtein elmélete szerint egy sejt gerjesztésekor a membránja megsérül, és a K + ionok koncentrációgradiens mentén áramlanak ki a sejtből, amíg a membránpotenciál nullává nem válik. Ezután a membrán visszaállítja integritását, és a potenciál visszatér a nyugalmi potenciál szintjére. Ezt az állítást, amely inkább akciós potenciál volt, Hodgkin és Huxley cáfolta 1939-ben.

Bernstein elméletét a nyugalmi potenciálról Kenneth Stewart Cole megerősítette, néha tévesen K.C.-nek írják a kezdőbetűit. Cole, a becenevéből adódóan Casey ("Kacy"). A PP-t és a PD-t Cole és Curtis 1939-es híres illusztrációja ábrázolja. Ez a rajz a Biofizikai Társaság Membrán Biofizikai Csoportjának emblémája lett (lásd az ábrát).

Általános rendelkezések

Ahhoz, hogy a potenciálkülönbség megmaradjon a membránon, szükség van arra, hogy a különböző ionok koncentrációjában legyen bizonyos különbség a sejten belül és kívül.

Ionkoncentrációk a vázizomsejtekben és az extracelluláris környezetben

A legtöbb neuron nyugalmi potenciálja körülbelül -60 mV - -70 mV. A nem ingerelhető szövetek sejtjei is potenciálkülönbséggel rendelkeznek a membránon, ami a különböző szövetek és szervezetek sejtjeinél eltérő.

Nyugalmi potenciál képződés

A PP két szakaszban jön létre.

Első fázis: elhanyagolható (-10 mV) negativitás keletkezése a sejten belül a Na + és a K + egyenlőtlen, 3:2 arányú aszimmetrikus cseréje miatt. Ennek eredményeként több pozitív töltés hagyja el a sejtet nátriummal, mint amennyi visszatér kálium. A nátrium-kálium pumpának ez a tulajdonsága, amely ezeket az ionokat a membránon keresztül ATP energia felhasználásával cseréli, biztosítja annak elektrogenitását.

A membrán ioncserélő szivattyúk működésének eredményei a PP képződésének első szakaszában a következők:

1. Nátrium-ionok (Na +) hiánya a sejtben.

2. A káliumionok (K +) feleslege a sejtben.

3. Gyenge elektromos potenciál megjelenése a membránon (-10 mV).

Második fázis: jelentős (-60 mV) negativitás keletkezése a sejten belül a K + ionok membránon keresztül történő kiszivárgása miatt. A K + káliumionok elhagyják a sejtet és pozitív töltéseket vesznek ki belőle, a negatívot -70 mV-ra hozva.

Tehát a nyugalmi membránpotenciál a pozitív elektromos töltések hiánya a sejten belül, amely a pozitív káliumionok kiszivárgása és a nátrium-kálium pumpa elektrogén hatása miatt következik be.

Lásd még

Megjegyzések

Linkek

Dudel J., Ruegg J., Schmidt R. et al. Humánélettan: 3 kötetben. Per. angolból / szerkesztette R. Schmidt és G. Thevs. - 3. - M .: Mir, 2007. - T. 1. - 323 illusztrációkkal. Val vel. - 1500 példány. - ISBN 5-03-000575-3

Wikimédia Alapítvány. 2010 .

Nézze meg, mi a "pihenési potenciál" más szótárakban:

REST POTENCIAL, elektromos potenciál a sejt belső és külső környezete között, annak membránján keletkezik; idegsejtekben és izomsejtekben eléri a 0,05 0,09 V értéket; az ionok egyenetlen eloszlásából és felhalmozódásából ered a különböző ... enciklopédikus szótár

Nyugalmi membránpotenciál, az élő sejtekben fiziol állapotban lévő potenciálkülönbség. a citoplazma és az extracelluláris folyadék között. Az ideg- és izomsejtekben a P. p. általában 60-90 mV tartományban változik, és a külső feszültség. oldalán…

nyugalmi potenciál- nyugalmi stressz - [Ya.N. Luginsky, M.S. Fezi Zhilinskaya, Yu.S. Kabirov. English Russian Dictionary of Electrical Engineering and Power Industry, Moszkva, 1999] Villamosmérnöki témák, alapfogalmak Szinonimák nyugalmi feszültség HU nyugalmi feszültség nyugalmi ... ... Műszaki fordítói kézikönyv

nyugalmi potenciál- Pihenési potenciál Az a potenciál, amely a környezet, amelyben a sejt található, és a sejt tartalma között létezik... Magyarázó angol-orosz nanotechnológiai szótár. - M.

nyugalmi potenciál- Egy inaktív neuron potenciálja. Membránpotenciálnak is nevezik... Az érzések pszichológiája: szójegyzék

nyugalmi potenciál- a potenciálkülönbség a sejt tartalma és az extracelluláris folyadék között. Az idegsejtekben p.p. részt vesz a sejt gerjesztési készenlétének fenntartásában. * * * Membrán bioelektromos potenciál (körülbelül 70 mV) egy idegsejtben, amely a ... Pszichológiai és pedagógiai enciklopédikus szótár

nyugalmi potenciál- - a sejt fiziológiás nyugalmi állapotában a membrán külső és belső felülete közötti elektromos töltések különbsége, amelyet az inger megjelenése előtt rögzítettek ... Fogalomtár a haszonállatok élettanához

Az inger kezdete előtt rögzített membránpotenciál ... Nagy orvosi szótár

- (fiziológiai) potenciálkülönbség a sejt tartalma (rostok) és az extracelluláris folyadék között; a potenciálugrás a felületi membránon lokalizálódik, míg a belső oldala elektronegatívan töltődik a ... ... Nagy szovjet enciklopédia

A membránpotenciál gyors fluktuációja (tüske), amely ideg-, izom-, egyes mirigy- és növekedési sejtek gerjesztésekor jelentkezik; elektromos jel, amely biztosítja az információ gyors továbbítását a szervezetben. Követi a mindent vagy semmit szabályt... Biológiai enciklopédikus szótár

Könyvek

• 100 módja annak, hogy megváltoztasd az életedet. 1. rész, Larisa Parfentyeva. A könyvről Inspiráló történetek gyűjteménye arról, hogyan változtassuk meg az életüket jobbá, egy férfitól, akinek sikerült 180 fokkal megfordítania saját életét. Ez a könyv a heti rovatból született...

Bármely élő sejtet egy félig áteresztő membrán borít, amelyen keresztül a passzív mozgás és a pozitív és negatív töltésű ionok aktív szelektív transzportja történik. Ennek az átvitelnek köszönhetően a membrán külső és belső felülete között különbség van az elektromos töltésekben (potenciálokban) - a membránpotenciálban. A membránpotenciálnak három különböző megnyilvánulása van: nyugalmi membránpotenciál, lokális potenciál, vagy helyi válasz, és akciós potenciál.

Ha külső ingerek nem hatnak a sejtre, akkor a membránpotenciál hosszú ideig állandó marad. Az ilyen nyugalmi sejt membránpotenciálját nyugalmi membránpotenciálnak nevezzük. A sejtmembrán külső felületén a nyugalmi potenciál mindig pozitív, a sejtmembrán belső felületén pedig mindig negatív. A nyugalmi potenciált a membrán belső felületén szokás mérni, mert a sejt citoplazmájának ionösszetétele stabilabb, mint az intersticiális folyadéké. A nyugalmi potenciál nagysága viszonylag állandó minden sejttípus esetében. Harántcsíkolt izomsejtek esetében -50 és -90 mV között, az idegsejtek esetében pedig -50 és -80 mV között van.

A nyugalmi potenciált az okozza különböző koncentrációjú kationok és anionok a cellán kívül és belül, valamint szelektív permeabilitás számukra a sejtmembrán. A nyugvó ideg- és izomsejt citoplazmája hozzávetőleg 30-50-szer több kálium-, 5-15-szer kevesebb nátrium-kationt és 10-50-szer kevesebb klorid-aniont tartalmaz, mint az extracelluláris folyadék.

Nyugalomban a sejtmembrán szinte minden nátriumcsatornája zárva van, és a legtöbb káliumcsatorna nyitva van. Amikor a kálium-ionok nyitott csatornával találkoznak, áthaladnak a membránon. Mivel sokkal több káliumion van a sejtben, az ozmotikus erő kiszorítja őket a sejtből. A felszabaduló káliumkationok növelik a pozitív töltést a sejtmembrán külső felületén. A káliumionok sejtből történő felszabadulása következtében a sejten belüli és azon kívüli koncentrációjuk hamarosan kiegyenlítődik. Ezt azonban megakadályozza a pozitív káliumionok elektromos taszító ereje a membrán pozitív töltésű külső felületéről.

Minél nagyobb a pozitív töltés értéke a membrán külső felületén, annál nehezebben jutnak át a káliumionok a citoplazmából a membránon. A káliumionok addig hagyják el a sejtet, amíg az elektromos taszítóerő egyenlővé nem válik a K+ ozmotikus nyomással. Ezen a potenciálszinten a membránon a káliumionok sejtből való be- és kilépése egyensúlyban van, így a membránon jelen pillanatban fellépő elektromos töltés ún. kálium egyensúlyi potenciál. A neuronok esetében ez -80 és -90 mV között van.

Mivel a nyugalmi sejtben a membrán szinte minden nátriumcsatornája zárva van, a Na + ionok a koncentráció gradiens mentén jelentéktelen mennyiségben jutnak be a sejtbe. Csak nagyon kis mértékben kompenzálják a sejt belső környezetének pozitív töltésvesztését, amelyet a káliumionok felszabadulása okoz, de jelentős mértékben nem tudják kompenzálni. Ezért a nátriumionok sejtbe jutása (szivárgása) a membránpotenciál enyhe csökkenéséhez vezet, aminek következtében a nyugalmi membránpotenciál valamivel alacsonyabb értéket mutat a kálium egyensúlyi potenciáljához képest.

Így a sejtből kilépő káliumkationok az extracelluláris folyadékban lévő nátriumkationok feleslegével együtt pozitív potenciált hoznak létre a nyugvó sejt membránjának külső felületén.

Nyugalomban a sejt plazmamembránja jól átereszti a klorid anionokat. Az extracelluláris folyadékban nagyobb mennyiségben előforduló klór-anionok bediffundálnak a sejtbe, és negatív töltést hordoznak magukkal. A klórionok sejten kívüli és belső koncentrációinak teljes kiegyenlítése nem következik be, mert. ezt a hasonló töltések elektromos kölcsönös taszítása akadályozza meg. Létrehozva klór egyensúlyi potenciál, amelynél a kloridionok sejtbe jutása és onnan való kilépése egyensúlyban van.

A sejtmembrán gyakorlatilag áthatolhatatlan a szerves savak nagy anionjai számára. Ezért a citoplazmában maradnak, és a beérkező klorid anionokkal együtt negatív potenciált biztosítanak a nyugvó idegsejt membránjának belső felületén.

A nyugalmi membránpotenciál legfontosabb jelentősége, hogy olyan elektromos mezőt hoz létre, amely a membrán makromolekuláira hat, és azok töltött csoportjait a térben meghatározott pozícióba adja. Különösen fontos, hogy ez az elektromos tér határozza meg a nátriumcsatorna aktiváló kapuinak zárt állapotát és az inaktiváló kapuik nyitott állapotát (61. ábra, A). Ez biztosítja a sejt nyugalmi állapotát és gerjesztési készségét. A nyugalmi membránpotenciál viszonylag kis mértékű csökkenése is megnyitja a nátriumcsatornák aktivációs "kapuját", ami kihozza a sejtet a nyugalmi állapotából, és gerjesztést ad.