Elementární elektrické procesy na biologických membránách

19. ELEMENTÁRNÍ ELEKTRICKÉ PROCESY NA BIOLOGICKÝCH MEMBRÁNÁCH
u všech buněk existuje na membráně membránové napětí ( lze měřit pomocí mikrokapilár voltmetrem jako rozdíl potenciálů MN = Pi – Pe (extracelulární tekutina je různě uzeměna Pe je přibližně 0)
intracelulárně je v klidu vždy převaha záporných iontů ( záporná polarizace
membránové napětí se pohybuje v širokém rozmezí od –5 mV až do –97 mV
např.: leukocyty –7mV, ery –30mV, vazivové buňky –20 až –50mV
u buněk v mitotickém cyklu těsně před rozdělením, je nápadná změna MN
buňky vzrušivých tkání jsou schopny reagovat vzruchem (= akční napětí = zvláštní elektrická změna)
buňky vzrušivých tkání ( tkáň nervová, svalová (sarkomerická svalovina - kosterní a myokard; nesarkomerická svalovina - hladká), buňky žlazové
buňky hladké svaloviny mají od –50mV až –60mV
buňky nervové od –80mV
myokard – Purkyňova vlákna až –95mV, -97mV
membránové napětí v klidu = KMP ( při vzruchu = akční napětí
Akční potenciál
povrchová membrána vzrušivých tkání se vyskytuje:
ve stavu KMP
ve stavu akčního potenciálu (AP) ( je elekrofyziologickým projevem vzruchu
AP se šíří určitou rychlostí po membráně z jednoho místa na jiné
vzrušivá membrána = schopna reagovat vznikem AP a vést jej
změny na membráně u kosterního svalu či nervu:
depolarizace = velmi rychlý pokles membránového napětí ( při dosažení napětí elektrické nuly pokračuje dále ( nastává změna polarity membrány = transpolarizace
- nejvyšší hodnota depolarizace je +30mV až +40mV
transpolarizace = překmit ( vnitřek buňky je polarizován kladně, zevní membrána záporně
repolarizace ( dosáhne-li AP vrcholu, vrací se zpět k hodnotě KMP
- trvání procesu je krátká ( nerv 1-2ms, kosterní sval - dvojnásobek
- rychlý přechod depolarizace v repolarizaci = hrot
Iontová podstata AP
v období KMP - membrána dobře vodivá pro draslík, méně pro sodík
díky rozdílu ENa a KMP i při nízké klidové vodivosti sodíku teče membránou významný klidový sodíkový proud do buňky stále otevřenými kanály
z buňky teče významný klidový draslíkový proud ( kationty vstupující do buňky oddalují MP od hodnoty EK – tím se udržuje hnací síla (řídící napětí) klidového draslíkového proudu
podnětem, depolarazací –65mV, dojde k otevření kanálů rychlého sodíkového proudu (do této doby zavřených) ( projeví se to vzrůstem vodivosti membrány pro sodík asi 500x než při KMP
díky vzrůstu vodivosti membrány pro sodík a rozdílem KMP a ENa – je řídící napětí 140mV ( objeví se rychlý sodíkový proud do buňky proudící specifickými kanály jen pro sodík
vstupem kationtů do buňky se snižuje nitrobuněčná elektronegativita, probíhá depolarizace ( membrána je nyní nejvíce vodivá pro sodík, přiblíží se membránový potenciál E¨Na, ale její hodnoty nedosáhne
důvody nedosažení hodnoty:
postupné uzavírání kanálů rychlého sodíkového proudu, vodivost sodíku klesá
vzrůstá hodnota repolarizujícího draslíkového proudu z buňky ( protéká jinými kanály než klidový draslíkový proud
vzrůst vodivosti pro draslík nastává současně s aktivací kanálů rychlého sodíkového proudu,
ale pomaleji
maxima dosahuje repolarizující draslíkový proud až v době, kdy je většina sodíkových
kanálů uzavřena ( draslíkový proud zajišťuje repolarizaci
kanály jsou otevřeny delší dobu než trvá AP ( po skončení AP přechodné zvýšení MP ve
srovnání s KMP = následná hyperpolarizace
na přesunech iontů při elektrogenesi AP se účastní jen vrstva extra a intracelulární tekutiny – jsou v nejtěsnějším sousedství povrchové membrány
změny koncentrací, které jedním AP v této vrstvě vzniknou, jsou