Dinlenme halindeki bir nöronun zar potansiyeli eşittir. Hücrenin zar potansiyeli veya dinlenme potansiyeli

"Endositoz. Ekzositoz. Hücresel fonksiyonların düzenlenmesi." konusunun içindekiler tablosu:
1. Na/K pompasının (sodyum-potasyum pompası) zar potansiyeli ve hücre hacmi üzerindeki etkisi. Sabit hücre hacmi.
2. Membran taşınmasının itici gücü olarak sodyumun (Na) konsantrasyon gradyanı.
3. Endositoz. Ekzositoz.
4. Hücre içindeki maddelerin transferinde difüzyon. Endositoz ve ekzositozda difüzyonun önemi.
5. Organel zarlarında aktif taşıma.
6. Hücre veziküllerinde taşıma.
7. Organellerin oluşumu ve yıkımı ile taşıma. Mikrofilamentler.
8. Mikrotübüller. Hücre iskeletinin aktif hareketleri.
9. Akson nakli. Hızlı akson taşıma. Yavaş akson taşıma.
10. Hücresel fonksiyonların düzenlenmesi. Hücre zarı üzerinde düzenleyici etkiler. membran potansiyeli.
11. Hücre dışı düzenleyici maddeler. sinaptik arabulucular. Lokal kimyasal ajanlar (histamin, büyüme faktörü, hormonlar, antijenler).
12. İkinci aracıların katılımıyla hücre içi iletişim. Kalsiyum.
13. Siklik adenosin monofosfat, cAMP. hücre fonksiyonunun düzenlenmesinde cAMP.
14. İnositol fosfat "IF3". İnositol trifosfat. Diasilgliserol.

Na/K-pompasının (sodyum-potasyum pompası) membran potansiyeli ve hücre hacmi üzerindeki etkileri. Sabit hücre hacmi.

Pirinç. 1.9. Hücre içindeki ve dışındaki Na+, K+ ve CI konsantrasyonlarını gösteren şema ve bu iyonların hücre zarından (spesifik iyon kanalları yoluyla veya bir Na / K pompası yardımıyla) nüfuz etme yolları. Belirli konsantrasyon gradyanlarında, denge potansiyelleri E (Na), E (K) ve E (Cl ) belirtilenlere eşittir, membran potansiyeli Et = - 90 mV

Şek. 1.9 çeşitli bileşenleri gösterir zar akımı ve verilir hücre içi iyon konsantrasyonları varlıklarını sağlayanlardır. Zar potansiyeli, potasyum iyonları için denge potansiyelinden biraz daha elektropozitif olduğundan, potasyum kanallarından dışarı doğru bir potasyum iyonları akımı gözlemlenir. Sodyum kanallarının toplam iletkenliği potasyumdan çok daha düşük, yani dinlenme potansiyelinde sodyum kanalları potasyum kanallarından çok daha az sıklıkla açıktır; bununla birlikte, potasyum iyonlarının hücreden ayrılmasıyla aynı sayıda sodyum iyonu hücreye girer, çünkü sodyum iyonlarının hücreye difüzyonu için büyük konsantrasyon ve potansiyel gradyanlar gerekir. Na/K pompası, sodyum iyonlarını hücre dışına ve potasyum iyonlarını hücre içine taşırken, pasif difüzyon akımları için ideal kompanzasyon sağlar. Bu nedenle, pompa, hücre içine ve hücre dışına aktarılan yüklerin sayısındaki farktan dolayı elektrojeniktir; bu, normal hızında, yalnızca pasif nedeniyle oluşturulmuş duruma göre yaklaşık 10 mV daha elektronegatif olan bir zar potansiyeli oluşturur. iyon akar. Sonuç olarak, zar potansiyeli, potasyum iyonlarının sızıntısını azaltan potasyum denge potansiyeline yaklaşır. Na/K pompası etkinliği düzenlenmiş sodyum iyonlarının hücre içi konsantrasyonu. Hücreden uzaklaştırılacak sodyum iyonlarının konsantrasyonu azaldıkça pompanın hızı yavaşlar (Şekil 1.8), böylece pompanın çalışması ve sodyum iyonlarının hücreye akışı birbirini dengeleyerek hücre içi konsantrasyonu korur. yaklaşık 10 mmol / l seviyesinde sodyum iyonları.

arasında bir denge sağlamak için pompalama ve pasif membran akımları, potasyum ve sodyum iyonları için kanal proteinlerinden çok daha fazla Na/K-pompa molekülüne ihtiyaç vardır. Kanal açıkken birkaç milisaniyede on binlerce iyon içinden geçer ve kanal genellikle saniyede birkaç kez açıldığından bu süre zarfında toplamda 105'ten fazla iyon geçer. Tek bir pompa proteini, saniyede birkaç yüz sodyum iyonunu hareket ettirir, bu nedenle plazma zarı, kanal moleküllerinden yaklaşık 1000 kat daha fazla pompa molekülü içermelidir. Hareketsiz durumdaki kanal akımlarının ölçümleri, zarın 1 µm2'si başına ortalama bir potasyum ve bir sodyum açık kanalı gösterdi; bundan, aynı boşlukta yaklaşık 1000 Na/K pompa molekülünün bulunması gerektiği sonucu çıkar; aralarındaki mesafe ortalama 34 nm'dir; pompa proteininin ve ayrıca kanal proteininin çapı 8–10 nm'dir. Böylece zar, pompalanan moleküllerle yeterince yoğun bir şekilde doyurulur.

Gerçek şu ki sodyum iyonlarının hücre içine akışı, A potasyum iyonları - hücre dışında pompanın çalışmasıyla telafi edilen, sabit bir ozmotik basıncı ve sabit bir hacmi korumak olan başka bir sonucu daha vardır. Hücrenin içinde yüksek konsantrasyonda büyük anyonlar, esas olarak proteinler (Tablo 1.1'de A), zardan geçemeyen (veya çok yavaş nüfuz eden) ve bu nedenle hücre içinde sabit bir bileşendir. Bu anyonların yükünü dengelemek için eşit sayıda katyona ihtiyaç vardır. Sayesinde Na/K-pompası eylemi bu katyonlar esas olarak potasyum iyonlarıdır. Önemli artış hücre içi iyon konsantrasyonu Cl'nin konsantrasyon gradyanı boyunca hücreye akışı nedeniyle yalnızca anyon konsantrasyonunda bir artışla meydana gelebilir (Tablo 1.1), ancak zar potansiyeli buna karşı koyar. Gelen Cl akımı, yalnızca klorür iyonları için denge potansiyeline ulaşılana kadar gözlenir; Bu, klorür iyonları negatif yüklü olduğundan, klorür iyonu gradyanı potasyum iyonu gradyanının hemen hemen tersi olduğunda gözlenir. Böylece, düşük bir hücre dışı potasyum iyonu konsantrasyonuna karşılık gelen, düşük bir hücre içi klorür iyonu konsantrasyonu oluşturulur. Sonuç, hücredeki toplam iyon sayısının sınırlandırılmasıdır. Na/K pompasının blokajı sırasında, örneğin anoksi sırasında membran potansiyeli düşerse, klorür iyonları için denge potansiyeli azalır ve buna bağlı olarak hücre içi klorür iyonları konsantrasyonu artar. Yük dengesini geri yükleyen potasyum iyonları da hücreye girer; hücredeki toplam iyon konsantrasyonu artar, bu da ozmotik basıncı artırır; bu, suyu hücreye girmeye zorlar. Hücre şişer. Bu şişme, enerji eksikliği olan koşullar altında in vivo olarak gözlenir.

Sodyumun insan vücudundaki ana fizyolojik işlevi, hücre dışı sıvının hacmini düzenlemek, böylece kan hacmini ve kan basıncını belirlemektir. Bu işlev doğrudan sodyum ve sıvı metabolizması ile ilgilidir. Ek olarak, sodyum kemik dokusunun oluşumunda, sinir uyarılarının iletilmesinde vb.

Tıpta, çeşitli elektrolit dengesizlikleri durumunda, bu durumun nedenlerini bulmak için, sodyum konsantrasyonunu belirlemek ve ayrıca sıvı dengesini (alımı ve atılımı) izlemek için analizler yapılır.

İnsan vücudunda sıvı kütlesi yaklaşık %60'ını kaplar, yani 70 kg ağırlığındaki bir kişi yaklaşık 40 litre sıvı içerir, bunun yaklaşık 25 litresi hücrelerde (hücre içi sıvı - QOL) ve 14 litresi dışarıda bulunur. hücreler (hücre dışı sıvı - VneKZh). Toplam hücre dışı sıvı miktarının yaklaşık 3,5 litresi kan plazması (damar sistemi içinde bulunan kan sıvısı) ve yaklaşık 10,5 litresi hücreler arasındaki dokulardaki boşluğu dolduran interstisyel sıvıdır (ILF) (bkz. Şekil 1).

Şekil 1. 70 kg ağırlığındaki bir yetişkinin vücudundaki sıvı dağılımı

Vücuttaki toplam sıvı miktarı ve bölmeler arasındaki dağılımının sabit bir seviyede tutulması, şüphesiz sağlığın anahtarı olan tüm organların ve sistemlerin tam olarak çalışmasına yardımcı olur. Hücre içi sıvı ile hücre dışı sıvı arasındaki su değişimi hücre zarları aracılığıyla gerçekleşir. Membranın her iki tarafındaki sıvı çözeltilerin ozmolaritesi bu alışverişi doğrudan etkiler. Ozmotik denge koşulu altında sıvı hareket etmeyecek, yani bölmelerdeki hacimleri değişmeyecektir. Sağlıklı bir insanda hücre içi sıvının ve kan plazmasının (hücre dışı sıvı) ozmolaritesi yaklaşık 80-295 mOsmol/kg seviyesinde tutulur.

Hücre dışı sıvı hacminin düzenlenmesinde sodyumun rolü

Ozmolarite, 1 litre çözeltideki tüm kinetik parçacıkların konsantrasyonunun toplamıdır, yani çözünmüş iyonların toplam konsantrasyonuna bağlıdır. İnsan vücudunda, ozmolarite tam olarak elektrolitler tarafından belirlenir, çünkü sıvı ortamda (hücre içi ve hücre dışı sıvılar) iyonlar diğer çözünmüş bileşenlere kıyasla nispeten yüksek konsantrasyonlardadır. Şekil 2, elektrolitlerin hücre içi ve hücre dışı sıvılar arasındaki dağılımını göstermektedir.

Şekil 2. Hücre içi ve hücre dışı sıvılarda çözünmüş bileşenlerin konsantrasyonu

Tek değerli iyonlar (potasyum, sodyum) için meq / l \u003d mmol / l ve iki değerlikli iyonlar için mmol / l miktarını hesaplamak için meq'nin 2'ye bölünmesi gerektiğine dikkat etmek önemlidir.

Şeklin sol tarafı (ExtraQOL), bileşim olarak interstisyel sıvıya çok benzeyen kan plazmasının bileşimini gösterir (düşük protein konsantrasyonu ve yüksek klorür konsantrasyonu hariç)

Kan plazmasındaki sodyum konsantrasyonunun, hücre dışı sıvı hacminin ve sonuç olarak kan hacminin belirleyici bir göstergesi olduğu sonucuna varılabilir.

Hücre dışı sıvı sodyum bakımından yüksek ve potasyum bakımından düşüktür. Aksine, hücreler çok az sodyum içerir - ana hücre içi katyon potasyumdur. Hücre dışı ve hücre içi sıvılardaki elektrolit konsantrasyonlarındaki bu fark, sodyum-potasyum pompasının (pompa) katılımıyla aktif iyon taşıma mekanizması tarafından korunur (bkz. Şekil 3).

Şekil 3. QoL ve ExtraQOL'de sodyum ve potasyum konsantrasyonlarının korunması

Hücre zarlarında lokalize olan sodyum-potasyum pompası, tüm hücre tiplerinde bulunan uçucu olmayan bir sistemdir. Bu sistem sayesinde potasyum iyonları karşılığında sodyum iyonları hücrelerden uzaklaştırılır. Böyle bir taşıma sistemi olmadan, potasyum ve sodyum iyonları, hücre zarından pasif bir difüzyon halindeydi ve bu, hücre dışı ve hücre içi sıvılar arasında iyonik bir denge ile sonuçlanacaktı.

Hücre dışı sıvının yüksek ozmolaritesi, hücre dışı sıvıda yüksek içeriklerini sağlayan sodyum iyonlarının hücreden aktif taşınmasından kaynaklanır. Ozmolaritenin ECF ve CF arasındaki sıvı dağılımını etkilediği göz önüne alındığında, bu nedenle, hücre dışı sıvının hacmi doğrudan sodyum konsantrasyonuna bağlıdır.

SU DENGESİ DÜZENLEMESİ

İnsan vücuduna alınan sıvının vücuttan atılması için yeterli olması gerekir, aksi takdirde aşırı hidrasyon veya dehidrasyon meydana gelebilir. Toksik maddelerin (metabolizma (metabolizma) sırasında vücutta oluşan zehirli maddeler) atılımı (atılımı) için böbreklerin günde en az 500 ml idrar salgılaması gerekir. Bu miktara, solunum sırasında günlük olarak akciğerlerden atılan 400 ml sıvı, deriden atılan 500 ml ve dışkı ile 100 ml eklemeniz gerekir. Sonuç olarak, insan vücudu günde ortalama 1500 ml (1,5 l) sıvı kaybeder.

Metabolizma sürecinde (metabolizmanın bir yan ürünü olarak) insan vücudunda günde yaklaşık 400 ml su sentezlendiğine dikkat edilmelidir. Bu nedenle, minimum düzeyde su dengesini korumak için vücudun günde en az 1100 ml su alması gerekir. Aslında, gelen sıvının günlük hacmi genellikle belirtilen minimum seviyeyi aşarken, su dengesini düzenleme sürecinde böbrekler fazla sıvıyı uzaklaştırmak için mükemmel bir iş çıkarır.

Çoğu insanın ortalama günlük idrar hacmi yaklaşık 1200-1500 ml'dir. Gerekirse, böbrekler çok daha fazla idrar üretebilir.

Kan plazmasının ozmolaritesi, sıvının vücuda akışı ve idrar oluşumu ve atılımı süreci ile ilişkilidir. Örneğin, sıvı kaybı yeterince karşılanmazsa, hücre dışı sıvının hacmi azalır ve ozmolarite artar, bu da vücut hücrelerinden hücre dışı sıvıya gelen sıvının artmasına ve böylece ozmolaritesinin geri kazanılmasına ve hacmi gerekli seviyeye getirin. Ancak bu tür bir iç sıvı dağılımı ancak sınırlı bir süre için etkilidir, çünkü bu işlem hücrelerin dehidrasyonuna (dehidrasyon) yol açar, bunun sonucunda vücut dışarıdan daha fazla sıvı almaya ihtiyaç duyar.

Şekil 4, vücuttaki sıvı eksikliğine verilen fizyolojik tepkinin şematik bir temsilidir.

Şekil 4 Vücutta normal bir su dengesinin sağlanması hipotalamus-hipofiz sistemi, susuzluk hissi, antidiüretik hormonun yeterli sentezi ve böbreklerin tam çalışması ile düzenlenir.

Vücutta sıvı eksikliği ile, yüksek ozmolar kan plazması, ozmoreseptörlerin (özel hücreler) plazmanın durumunu analiz ettiği ve antidiüretik hormonun salgılanmasını uyararak ozmolariteyi azaltma mekanizmasını başlatmak için bir sinyal verdiği hipotalamustan akar. (ADH) hipofiz bezinde ve susuzluk hissinde. Kişi susadığında dışarıdan aldığı sıvı eksikliğini içecek ya da su tüketerek telafi etmeye çalışır. Antidiüretik hormon böbreklerin işlevini etkileyerek sıvının vücuttan atılmasını engeller. ADH, böbreklerin toplayıcı kanallarından ve distal tübüllerinden sıvının yeniden emilmesini (yeniden emilmesini) teşvik ederek nispeten küçük miktarlarda daha yüksek konsantrasyonda idrar üretimine neden olur. Kan plazmasındaki bu tür değişikliklere rağmen, modern teşhis analizörleri, hemoliz derecesini değerlendirmeyi ve hemolizli kan numunelerinin plazmasındaki gerçek potasyum seviyesini ölçmeyi mümkün kılar.

Vücuda çok miktarda sıvı girdiğinde, hücre dışı sıvının ozmolaritesi azalır. Aynı zamanda, hipotalamusta ozmoreseptörlerin uyarılması yoktur - kişi susuzluk hissetmez ve antidiüretik hormon seviyesi artmaz. Aşırı su yükünü önlemek için böbrekler çok miktarda seyreltik idrar üretir.

Mide, bağırsak ve pankreas sıvıları, safra ve tükürük şeklinde günde yaklaşık 8000 ml (8 litre) sıvının gastrointestinal sisteme girdiğine dikkat edin. Normal şartlarda bu sıvının yaklaşık %99'u geri emilir ve sadece 100 ml'si feçesle atılır. Ancak bu sırlarda bulunan su tutma işlevinin ihlali, tüm organizmanın durumunda ciddi rahatsızlıklara neden olacak su dengesizliğine yol açabilir.

İnsan vücudundaki su dengesinin normal düzenlenmesini etkileyen faktörlere bir kez daha dikkat edelim:

• susamış hissetmek(susuzluğun tezahürü için kişinin bilinçli olması gerekir)
• Hipofiz ve hipotalamusun tam çalışması
• Böbreklerin tam çalışması
• Gastrointestinal sistemin tam çalışması

SODYUM DENGESİ YÖNETMELİĞİ

Vücudun normal işleyişi ve sağlığı için sodyum dengesini korumak, su dengesini korumak kadar önemlidir. Normal durumda, bir yetişkinin vücudu yaklaşık 3000 mmol sodyum içerir. Sodyumun çoğu hücre dışı sıvıda bulunur: kan plazması ve interstisyel sıvı (içlerindeki sodyum konsantrasyonu yaklaşık 140 mmol / l'dir).

Günlük sodyum kaybı en az 10 mmol/l'dir. Vücutta normal dengeyi korumak için bu kayıpların telafi edilmesi (yenilenmesi) gerekir. Yiyeceklerle, insanlar vücudun telafi etmesi gerekenden çok daha fazla sodyum alırlar (yiyeceklerle, genellikle tuzlu baharatlar şeklinde, bir kişi günde ortalama 100-200 mmol sodyum alır). Bununla birlikte, vücuttaki sodyum alımındaki geniş değişkenliğe rağmen, renal düzenleme, fazla sodyumun idrarla atılmasını ve böylece fizyolojik dengenin korunmasını sağlar.

Sodyumun böbrekler yoluyla atılması (çıkarılması) süreci doğrudan GFR'ye (glomerüler filtrasyon hızı) bağlıdır. Yüksek glomerüler filtrasyon hızı vücutta sodyum atılımını arttırırken, düşük GFR geciktirir. Glomerüler filtrasyon sürecinden geçen sodyumun yaklaşık %95-99'u, idrar proksimal kıvrımlı tübüllerden geçerken aktif olarak yeniden emilir. Ultrafiltrat distal kıvrık tübüle girdiğinde, renal glomerüllerde halihazırda filtrelenmiş olan sodyum miktarı %1-5'tir. Kalan sodyumun idrarla atılması veya kana geri emilmesi doğrudan kandaki adrenal hormon aldosteronun konsantrasyonuna bağlıdır.

aldosteron hidrojen veya potasyum iyonları karşılığında sodyumun yeniden emilimini arttırır, böylece böbreklerin distal tübüllerinin hücrelerini etkiler. Yani, kandaki yüksek aldosteron içeriği koşulu altında, sodyum kalıntılarının çoğu yeniden emilir; düşük konsantrasyonlarda sodyum idrarla büyük miktarlarda atılır.

Şekil 5

Aldosteron üretim sürecini kontrol eder (bkz. Şekil 5). Renin- böbrek glomerüllerinden kan akışındaki azalmaya yanıt olarak jukstaglomerüler aparatın hücrelerinde böbrekler tarafından üretilen bir enzim. Renal kan akışının yanı sıra diğer organlardan kan akışı hızı kan hacmine ve dolayısıyla kandaki sodyum konsantrasyonuna bağlı olduğundan, plazmadaki sodyum seviyesi arttığında böbreklerdeki renin salgılanması artar. azalır.

Renin olarak da bilinen bir proteini enzimatik olarak parçalar. renin substratı. Bu bölünmenin ürünlerinden biri de anjiyotensinBEN- 10 amino asit içeren bir peptit.

Diğer bir enzim ise ACE ( Anjiyotensin dönüştürücü enzim) esas olarak akciğerlerde sentezlenir. Metabolizma sürecinde ACE, iki amino asidi anjiyotensin I'den ayırır, bu da bir oktopeptit - anjiyotensin II hormonu - oluşumuna yol açar. .

anjiyotensinIII vücut için çok önemli özelliklere sahiptir:

• vazokonstriksiyon- kan basıncını artıran ve normal böbrek kan akışını geri kazandıran kan damarlarının daralması
• Aldosteron üretimini uyarır adrenal korteks hücrelerinde, böylece böbreklerden normal kan akışını ve vücuttaki toplam kan hacmini geri kazanmaya yardımcı olan sodyum yeniden emilimini aktive eder.

Kan hacmi ve kan basıncındaki artışla birlikte, kalp hücreleri aldosteronun bir antagonisti olan bir hormon salgılar - ANP ( atriyal natriüretik peptid veya PNP). ANP, böbreklerin distal tübüllerinde sodyum geri emilimini azaltmaya yardımcı olur, böylece idrarla atılımını arttırır. Yani "geri bildirim" sistemi, vücuttaki sodyum dengesinin net bir şekilde düzenlenmesini sağlar.

Bu uzmanlar, her gün yaklaşık 1500 mmol sodyumun insan vücuduna gastrointestinal sistem yoluyla girdiğini söylüyor. Dışkı ile atılan yaklaşık 10 mmol sodyum geri emilir. Gastrointestinal sistemin işlev bozukluğu durumunda, geri emilen sodyum miktarı azalır ve bu da vücutta eksikliğine yol açar. Bozulmuş bir renal kompanzasyon mekanizması ile bu eksikliğin belirtileri ortaya çıkmaya başlar.

Vücutta normal bir sodyum dengesinin korunması 3 ana faktöre bağlıdır:

• Böbrek Fonksiyonları
• aldosteron salgılanması
• Gastrointestinal sistemin işleyişi

POTASYUM

Potasyum, sinir uyarılarının iletilmesinde, kas kasılması sürecinde yer alır ve birçok enzimin hareketini sağlar. İnsan vücudu, çoğu hücrelerde bulunan ortalama 3000 mmol potasyum içerir. Kan plazmasındaki potasyum konsantrasyonu yaklaşık %0.4'tür. Kandaki konsantrasyonu ölçülebilmesine rağmen, analizin sonucu vücuttaki toplam potasyum içeriğini objektif olarak yansıtmaz. Bununla birlikte, genel potasyum dengesini korumak için, kan plazmasında bu elementin istenen konsantrasyon seviyesini korumak gerekir.

Potasyum dengesinin düzenlenmesi

Vücut dışkı, idrar ve ter ile günde en az 40 mmol potasyum kaybeder. Gerekli potasyum dengesinin sağlanması bu kayıpların yerine konmasını gerektirir. Sebze, meyve, et ve ekmek içeren bir diyet günde yaklaşık 100 mmol potasyum sağlar. gerekli dengeyi sağlamak için fazla potasyum idrarla atılır. Sodyum gibi potasyumun süzme işlemi renal glomerüllerde meydana gelir (kural olarak, renal tübüllerin proksimal (başlangıç) kısmında yeniden emilir. Toplayıcı glomerüllerde ve distal tübüllerde ince düzenleme meydana gelir (potasyum yeniden emilebilir veya sodyum iyonları karşılığında salgılanır).

Renin-anjiyotensin-aldosteron sistemi, sodyum-potasyum metabolizmasını düzenler veya daha doğrusu uyarır (aldosteron, sodyumun yeniden emilmesini ve idrarda potasyum atılımını tetikler).

Ayrıca idrarla atılan potasyum miktarı, kanın asit-baz dengesinin (pH) normun fizyolojik sınırları içinde düzenlenmesinde böbreklerin işlevi ile belirlenir. Örneğin, kan oksidasyonunu önleme mekanizmalarından biri, vücuttan fazla hidrojen iyonlarının idrarla atılmasıdır (bu, distal renal tübüllerde hidrojen iyonlarının sodyum iyonları ile değiştirilmesi yoluyla gerçekleşir). Böylece, asidozda, potasyum için daha az sodyum değiştirilebilir, bu da böbrekler tarafından daha az potasyum atılmasına neden olur. Asit-baz durumu ile potasyum arasında başka etkileşim yolları da vardır.

Normal durumda, yaklaşık 60 mmol potasyum, çoğu yeniden emilen gastrointestinal kanalda atılır (dışkı ile vücut yaklaşık 10 mmol potasyum kaybeder). Gastrointestinal sistemin işlev bozukluğu durumunda, yeniden emilim mekanizması bozulur ve bu da potasyum eksikliğine yol açabilir.

Hücre zarları boyunca potasyum taşınması

Hücre dışı sıvıdaki düşük potasyum konsantrasyonu ve hücre içi sıvıdaki yüksek konsantrasyon, bir sodyum-potasyum pompası tarafından düzenlenir. Bu mekanizmanın inhibisyonu (inhibisyonu) veya uyarılması (yoğunlaştırılması), hücre dışı ve hücre içi sıvılardaki konsantrasyonların oranı değiştikçe kan plazmasındaki potasyum konsantrasyonunu etkiler. Hidrojen iyonlarının hücre zarlarından geçerken potasyum iyonlarıyla rekabet ettiğini, yani kan plazmasındaki potasyum seviyesinin asit-baz dengesini etkilediğini unutmayın.

Kan plazmasındaki potasyum konsantrasyonunda önemli bir azalma veya artış, vücutta bir bütün olarak bu elementin eksikliğini veya fazlalığını göstermez - bu, gerekli ekstra ve hücre içi potasyum dengesinin ihlal edildiğini gösterebilir.

Kan plazmasındaki potasyum konsantrasyonunun düzenlenmesi, aşağıdaki faktörlere bağlı olarak gerçekleşir:

• Potasyumun diyet alımı
• Böbrek Fonksiyonları
• Gastrointestinal sistemin işlevleri
• aldosteron üretimi
• Asit baz dengesi
• sodyum-potasyum pompası

Hücrenin dış yüzeyi ile hareketsiz sitoplazması arasında yaklaşık 0.06-0.09 V'luk bir potansiyel farkı vardır ve hücre yüzeyi sitoplazmaya göre elektropozitif olarak yüklenir. Bu potansiyel farka denir dinlenme potansiyeli veya zar potansiyeli. Dinlenme potansiyelinin doğru bir şekilde ölçülmesi ancak hücre içi akım saptırma için tasarlanmış mikroelektrotlar, çok güçlü amplifikatörler ve hassas kayıt cihazları - osiloskoplar yardımıyla mümkündür.

Mikroelektrot (Şekil 67, 69), ucu yaklaşık 1 mikron çapında olan ince bir cam kılcal damardır. Bu kılcal tuzlu su çözeltisi ile doldurulur, içine bir metal elektrot daldırılır ve bir amplifikatöre ve bir osiloskopa bağlanır (Şek. 68). Mikroelektrot hücreyi kaplayan zarı delip geçer geçmez, osiloskop ışını orijinal konumundan aşağı doğru sapar ve yeni bir seviyeye geçer. Bu, hücre zarının dış ve iç yüzeyi arasında potansiyel bir farkın varlığını gösterir.

Durgun potansiyelin kaynağının en eksiksiz açıklaması, sözde zar iyonu teorisidir. Bu teoriye göre, tüm hücreler farklı iyonlara eşit olmayan geçirgenliğe sahip bir zarla kaplıdır. Bu bakımdan sitoplazmada hücre içinde yüzeyden 30-50 kat daha fazla potasyum iyonu, 8-10 kat daha az sodyum iyonu ve 50 kat daha az klorür iyonu bulunur. Dinlenme durumunda, hücre zarı potasyum iyonlarına sodyum iyonlarından daha fazla geçirgendir. Pozitif yüklü potasyum iyonlarının sitoplazmadan hücre yüzeyine difüzyonu, zarın dış yüzeyine pozitif bir yük verir.

Böylece, dinlenme halindeki hücrenin yüzeyi pozitif bir yük taşırken, zarın iç tarafı, pratikte zara nüfuz etmeyen klorür iyonları, amino asitler ve diğer büyük organik anyonlar nedeniyle negatif yüklü hale gelir (Şekil 1). 70).

Aksiyon potansiyeli

Bir sinir veya kas lifinin bir bölümü, yeterince güçlü bir uyarana maruz kalırsa, bu alanda, zar potansiyelinde hızlı bir dalgalanma olarak kendini gösteren ve adı verilen uyarılma meydana gelir. Aksiyon potansiyeli.

Bir aksiyon potansiyeli, fiberin dış yüzeyine uygulanan elektrotlarla (hücre dışı kurşun) veya sitoplazmaya yerleştirilen bir mikro elektrotla (hücre içi kurşun) kaydedilebilir.

Hücre dışı kayıt ile, saniyenin binde biri olarak ölçülen çok kısa bir süre için uyarılmış alanın yüzeyinin dinlenme alanına göre elektronegatif olarak yüklendiği bulunabilir.

Aksiyon potansiyelinin nedeni, zarın iyon geçirgenliğindeki bir değişikliktir. Tahriş edildiğinde, hücre zarının sodyum iyonları için geçirgenliği artar. Sodyum iyonları hücreye girme eğilimindedir çünkü birincisi pozitif yüklüdürler ve elektrostatik kuvvetler tarafından çekilirler ve ikincisi hücre içindeki konsantrasyonları düşüktür. Dinlenme durumunda, hücre zarı sodyum iyonlarına geçirgen değildi. Tahriş, zarın geçirgenliğini değiştirdi ve pozitif yüklü sodyum iyonlarının hücrenin dış ortamından sitoplazmaya akışı, potasyum iyonlarının hücreden dışarıya akışını önemli ölçüde aşıyor. Sonuç olarak, zarın iç yüzeyi pozitif yüklü hale gelir ve dış yüzeyi, pozitif yüklü sodyum iyonlarının kaybı nedeniyle negatif olarak yüklenir. Bu noktada, aksiyon potansiyelinin tepe noktası kaydedilir.

Sodyum iyonlarına karşı membran geçirgenliğindeki artış çok kısa sürer. Bunu takiben hücrede geri kazanım süreçleri meydana gelir ve bu da zarın sodyum iyonları için geçirgenliğinin tekrar azalmasına ve potasyum iyonları için artması gerçeğine yol açar. Potasyum iyonları da pozitif yüklü olduğundan, hücreden çıkarken, hücrenin içindeki ve dışındaki orijinal ilişkiyi geri yüklerler.

Tekrarlanan uyarma ile hücre içinde sodyum iyonlarının birikmesi meydana gelmez, çünkü "sodyum pompası" adı verilen özel bir biyokimyasal mekanizmanın etkisiyle sodyum iyonları hücreden sürekli olarak boşaltılır. "Sodyum-potasyum pompası" yardımıyla potasyum iyonlarının aktif taşınmasına ilişkin veriler de vardır.

Bu nedenle, zar-iyonik teoriye göre, hücre zarının seçici geçirgenliği, yüzeyde ve hücre içinde farklı bir iyonik bileşime ve sonuç olarak farklı bir yüke neden olan biyoelektrik olaylarının kökeninde belirleyici bir öneme sahiptir. bu yüzeyler. Membran-iyon teorisinin birçok hükmünün hala tartışmalı olduğu ve daha fazla geliştirmeye ihtiyaç duyduğu belirtilmelidir.

keşif geçmişi

1902'de Julius Bernstein, hücre zarının K + iyonlarının hücreye girmesine izin verdiğine ve sitoplazmada biriktiğine dair bir hipotez öne sürdü. Bir potasyum elektrot için Nernst denklemine göre dinlenme potansiyelinin hesaplanması, kas sarkoplazması ile çevre arasında ölçülen yaklaşık -70 mV olan potansiyel ile tatmin edici bir şekilde çakıştı.

Yu.Bernshtein'ın teorisine göre, bir hücre uyarıldığında, zarı hasar görür ve K+ iyonları, zar potansiyeli sıfır olana kadar bir konsantrasyon gradyanı boyunca hücreden dışarı akar. Daha sonra zar bütünlüğünü geri kazanır ve potansiyel dinlenme potansiyeli seviyesine geri döner. Daha çok bir aksiyon potansiyeli olan bu iddia, 1939'da Hodgkin ve Huxley tarafından çürütüldü.

Bernstein'ın dinlenme potansiyeli hakkındaki teorisi Kenneth Stewart Cole tarafından doğrulandı, bazen baş harfleri yanlışlıkla K.C. Cole, takma adı Casey ("Kacy") nedeniyle. PP ve PD, Cole ve Curtis'in 1939 tarihli ünlü çiziminde tasvir edilmiştir. Bu çizim, Biyofizik Derneği'nin Membran Biyofizik Grubu'nun amblemi haline geldi (resme bakın).

Genel Hükümler

Potansiyel farkın zar üzerinde devam edebilmesi için hücre içindeki ve dışındaki çeşitli iyonların derişimlerinde belli bir fark olması gerekir.

İskelet kası hücresindeki ve hücre dışı ortamdaki iyon konsantrasyonları

Çoğu nöron için dinlenme potansiyeli yaklaşık -60 mV - -70 mV'dir. Uyarılamayan dokuların hücreleri de zar üzerinde farklı doku ve organizmaların hücreleri için farklı olan bir potansiyel farkına sahiptir.

Dinlenme potansiyel oluşumu

PP iki aşamada oluşturulur.

İlk aşama: Na +'nın K + için 3: 2 oranında eşit olmayan asimetrik değişimi nedeniyle hücre içinde ihmal edilebilir (-10 mV) negatiflik yaratılması. potasyum. ATP enerjisi harcayarak bu iyonları zar yoluyla değiştiren sodyum-potasyum pompasının bu özelliği, elektrojenitesini sağlar.

PP oluşumunun ilk aşamasında membran iyon değiştirici pompaların çalışmasının sonuçları aşağıdaki gibidir:

1. Hücrede sodyum iyonlarının (Na+) eksikliği.

2. Hücrede fazla potasyum iyonları (K+).

3. Zarda zayıf bir elektrik potansiyelinin görünümü (-10 mV).

İkinci aşama: hücreden K+ iyonlarının zardan sızması nedeniyle hücre içinde önemli (-60 mV) bir negatiflik oluşması. Potasyum iyonları K + hücreyi terk eder ve pozitif yükleri alarak negatifi -70 mV'ye getirir.

Bu nedenle, dinlenme membran potansiyeli, hücreden pozitif potasyum iyonlarının sızması ve sodyum-potasyum pompasının elektrojenik etkisi nedeniyle meydana gelen, hücre içindeki pozitif elektrik yüklerinin eksikliğidir.

Ayrıca bakınız

notlar

Bağlantılar

Dudel J., Ruegg J., Schmidt R. ve ark.İnsan Fizyolojisi: 3 ciltte. Başına. İngilizce'den / R. Schmidt ve G. Thevs tarafından düzenlendi. - 3. - M .: Mir, 2007. - T. 1. - 323 resimlerle. İle. - 1500 kopya. - ISBN 5-03-000575-3

Wikimedia Vakfı. 2010

Diğer sözlüklerde "Dinlenme Potansiyeli" nin ne olduğunu görün:

REST POTANSİYELİ, hücrenin iç ve dış ortamı arasındaki, zarında ortaya çıkan elektrik potansiyeli; nöronlarda ve kas hücrelerinde 0,05 ± 0,09 V değerine ulaşır; farklı iyonların eşit olmayan dağılımı ve birikiminden kaynaklanır ... ansiklopedik sözlük

Dinlenme zarı potansiyeli, fiziol halindeki canlı hücrelerde var olan potansiyel farkıdır. sitoplazmaları ile hücre dışı sıvı arasında kalırlar. Sinir ve kas hücrelerinde, P. p. genellikle 60-90 mV aralığında değişir ve ext. taraf …

dinlenme potansiyeli- dinlenme stresi - [Ya.N. Luginsky, M.S. Fezi Zhilinskaya, Yu.S. Kabirov. İngilizce Rusça Elektrik Mühendisliği ve Güç Endüstrisi Sözlüğü, Moskova, 1999] Elektrik mühendisliği konuları, temel kavramlar Eşanlamlılar dinlenme gerilimi EN dinlenme potansiyeli dinlenme ... ... Teknik Tercümanın El Kitabı

dinlenme potansiyeli- Dinlenme(ing) Potansiyeli Hücrenin bulunduğu ortam ile içeriği arasında var olan potansiyel... Açıklayıcı İngilizce-Rusça Nanoteknoloji Sözlüğü. - M.

dinlenme potansiyeli- Etkin olmayan bir nöronun potansiyeli. Zar potansiyeli de denir... Duyum ​​psikolojisi: bir sözlük

dinlenme potansiyeli- hücre içeriği ile hücre dışı sıvı arasındaki potansiyel fark. Sinir hücrelerinde s.p. hücrenin uyarılmaya hazır olmasının korunmasına katılır. * * * Bir sinir hücresinde membran biyoelektrik potansiyeli (yaklaşık 70mV) ... ... Ansiklopedik Psikoloji ve Pedagoji Sözlüğü

dinlenme potansiyeli- - uyaranın başlangıcından önce kaydedilen, hücrenin fizyolojik dinlenme durumunda zarın dış ve iç yüzeyleri arasındaki elektrik yüklerindeki fark ... Çiftlik hayvanlarının fizyolojisi için terimler sözlüğü

Uyaran başlamadan önce kaydedilen membran potansiyeli ... Büyük Tıp Sözlüğü

- hücre içeriği (lifler) ile hücre dışı sıvı arasındaki (fizyolojik) potansiyel fark; Potansiyel sıçrama, yüzey zarı üzerinde lokalize olurken, iç tarafı ... ...'ye göre elektronegatif olarak yüklenir. Büyük Sovyet Ansiklopedisi

Sinir, kas, bazı glandüler ve büyüme hücrelerinin uyarılması üzerine meydana gelen membran potansiyelinde hızlı bir dalgalanma (spike); elektrik vücutta bilginin hızlı iletimini sağlayan bir sinyal. Ya hep ya hiç kuralına uyar... Biyolojik ansiklopedik sözlük

Kitabın

• Hayatınızı değiştirmenin 100 yolu. Bölüm 1, Larisa Parfentyeva. Kitap hakkında Kendi hayatını 180 derece döndürmeyi başaran bir adamdan, hayatların nasıl daha iyiye doğru değiştirilebileceğine dair ilham verici öykülerden oluşan bir koleksiyon. Bu kitap haftalık sütundan doğdu...

Herhangi bir canlı hücre, içinden pozitif ve negatif yüklü iyonların pasif hareketinin ve aktif seçici taşınmasının gerçekleştirildiği yarı geçirgen bir zarla kaplıdır. Membranın dış ve iç yüzeyi arasındaki bu aktarım nedeniyle, elektrik yüklerinde (potansiyeller) - zar potansiyeli - bir fark vardır. Zar potansiyelinin üç farklı tezahürü vardır - dinlenme membran potansiyeli, yerel potansiyel, veya yerel yanıt, Ve Aksiyon potansiyeli.

Dış uyaranlar hücreye etki etmezse, zar potansiyeli uzun süre sabit kalır. Böyle bir dinlenme hücresinin zar potansiyeli, dinlenme zar potansiyeli olarak adlandırılır. Hücre zarının dış yüzeyi için dinlenme potansiyeli her zaman pozitiftir ve hücre zarının iç yüzeyi için her zaman negatiftir. Membranın iç yüzeyindeki dinlenme potansiyelini ölçmek gelenekseldir, çünkü hücre sitoplazmasının iyonik bileşimi interstisyel sıvınınkinden daha kararlıdır. Dinlenme potansiyelinin büyüklüğü, her hücre tipi için nispeten sabittir. Çizgili kas hücreleri için -50 ila -90 mV arasında ve sinir hücreleri için -50 ila -80 mV arasında değişir.

dinlenme potansiyeli neden olur farklı katyon ve anyon konsantrasyonu hem hücrenin dışında hem de içinde seçici geçirgenlik onlar için hücre zarı. İstirahat halindeki bir sinir ve kas hücresinin sitoplazması, hücre dışı sıvıya göre yaklaşık 30-50 kat daha fazla potasyum katyonu, 5-15 kat daha az sodyum katyonu ve 10-50 kat daha az klorür anyonu içerir.

Dinlenme durumunda, hücre zarının hemen hemen tüm sodyum kanalları kapalı ve çoğu potasyum kanalı açıktır. Potasyum iyonları açık bir kanalla karşılaştıklarında zardan geçerler. Hücre içinde çok daha fazla potasyum iyonu bulunduğundan, ozmotik kuvvet onları hücre dışına iter. Serbest kalan potasyum katyonları, hücre zarının dış yüzeyindeki pozitif yükü arttırır. Potasyum iyonlarının hücreden salınması sonucunda, hücre içindeki ve dışındaki konsantrasyonları kısa sürede eşitlenmelidir. Ancak bu, zarın pozitif yüklü dış yüzeyinden pozitif potasyum iyonlarının elektriksel itme kuvveti ile engellenir.

Zarın dış yüzeyindeki pozitif yükün değeri ne kadar büyükse, potasyum iyonlarının sitoplazmadan zardan geçmesi o kadar zor olur. Potasyum iyonları, elektriksel itme kuvveti ozmotik basınç K+'ya eşit oluncaya kadar hücreyi terk edecektir. Zar üzerindeki bu potansiyel seviyesinde, potasyum iyonlarının hücreye girişi ve çıkışı dengede olduğundan, bu anda zar üzerindeki elektrik yüküne denir. potasyum denge potansiyeli. Nöronlar için -80 ila -90 mV arasındadır.

Dinlenme halindeki bir hücrede zarın hemen hemen tüm sodyum kanalları kapalı olduğundan, konsantrasyon gradyanı boyunca önemsiz miktarda Na + iyonları hücreye girer. Potasyum iyonlarının salınmasının neden olduğu, hücrenin iç ortamı tarafından pozitif yük kaybını yalnızca çok küçük bir ölçüde telafi ederler, ancak bu kaybı önemli ölçüde telafi edemezler. Bu nedenle, sodyum iyonlarının hücreye nüfuz etmesi (sızıntı), zar potansiyelinde yalnızca hafif bir azalmaya yol açar, bunun sonucunda dinlenme zar potansiyeli, potasyum denge potansiyeline kıyasla biraz daha düşük bir değere sahiptir.

Böylece hücreyi terk eden potasyum katyonları, hücre dışı sıvıdaki fazla sodyum katyonları ile birlikte, dinlenen hücrenin zarının dış yüzeyinde pozitif bir potansiyel oluşturur.

Dinlenme durumunda, hücrenin plazma zarı klorür anyonlarına karşı iyi geçirgendir. Hücre dışı sıvıda daha fazla bulunan klor anyonları hücre içine difüze olur ve onlarla birlikte negatif yük taşır. Çünkü hücre içindeki ve dışındaki klor iyonlarının konsantrasyonları tam olarak eşitlenmez. bu, benzer yüklerin elektriksel olarak karşılıklı itilmesiyle engellenir. oluşturuldu klor denge potansiyeli, klorür iyonlarının hücreye girişi ve hücreden çıkışı dengededir.

Hücre zarı pratik olarak büyük organik asit anyonlarına karşı geçirimsizdir. Bu nedenle sitoplazmada kalırlar ve gelen klorür anyonları ile birlikte dinlenen sinir hücresinin zarının iç yüzeyinde negatif bir potansiyel sağlarlar.

Durgun zar potansiyelinin en önemli önemi, zarın makromoleküllerine etki eden ve onların yüklü gruplarına uzayda belirli bir konum veren bir elektrik alanı yaratmasıdır. Bu elektrik alanının, sodyum kanalı aktivasyon kapılarının kapalı durumunu ve etkisizleştirme kapılarının açık durumunu belirlemesi özellikle önemlidir (Şekil 61, A). Bu, hücrenin dinlenme durumunu ve uyarılmaya hazır olmasını sağlar. Dinlenme halindeki zar potansiyelindeki nispeten küçük bir azalma bile, hücreyi dinlenme durumundan çıkaran ve uyarılmaya neden olan sodyum kanallarının aktivasyon "kapılarını" açar.