Які умови виникнення мембранного потенціалу? Мембранний потенціал дії

Одна з найважливіших функцій біологічної мембрани- генерація та передача біопотенціалів. Це є основою збудливості клітин, регуляції внутрішньоклітинних процесів, роботи нервової системи, регуляції м'язового скорочення, рецепції. У медицині на дослідження електричних полів, створених біопотенціалами органів та тканин, засновано діагностичні методи: електрокардіографія, електроенцефалографія, електроміографія та інші. Практикується і лікувальна дія на тканини та органи зовнішніми електричними імпульсами при електростимуляції.

У процесі життєдіяльності у клітинах та тканинах можуть виникати різниці електричних потенціалів: Δj

1) окислювально-відновлювальні потенціали – внаслідок перенесення електронів від одних молекул до інших;

2) мембранні – внаслідок градієнта концентрації іонів та перенесення іонів через мембрану.

Біопотенціали, що реєструються в організмі, - це переважно мембранні потенціали.

Мембранним потенціаломназивається різниця потенціалів між внутрішньою (цитоплазматичною) та зовнішньою поверхнями мембрани:

j м = j нар - j вн.(1)

Прогрес у дослідженні біопотенціалів обумовлений:

1) розробкою мікроелектродного методу внутрішньоклітинного виміру потенціалів;

2) створенням спеціальних підсилювачів біопотенціалів (УПТ);

3) вибором вдалих об'єктів дослідження великих клітин та серед них гігантського аксона кальмара.Діаметр аксона кальмара сягає 0,5 мм, що у 100 - 1000 більше, ніж діаметр аксонів хребетних тварин, зокрема людини. Гігантські розміри аксона мають велике фізіологічне значення - забезпечують швидку передачу нервового імпульсуз нервового волокна.

Для біофізики гігантський аксон кальмара послужив чудовим модельним об'єктом вивчення біопотенціалів. У гігантський аксон кальмара можна запровадити мікроелектрод, не завдавши аксону значних ушкоджень.

Скляний мікроелектрод є скляною мікропіпеткою з відтягнутим дуже тонким кінчиком (рис.5.1 ).

Металевий електрод такої товщини пластичний і не може проколоти клітинну мембрану, крім того, він поляризується. Для виключення поляризації електрода використовуються електроди, що неполяризуються, наприклад срібний дріт, покритий сіллю AgClУ розчин КС1або NaCl(желатинізований агар-агаром), що заповнює мікроелектрод.

Другий електрод - електрод порівняння - розташовується у розчині біля зовнішньої поверхні клітини. Реєструючий пристрій Р, що містить підсилювач постійного струму, вимірює мембранний потенціал:

Рис.5.1 - Мікроелектродний метод вимірювання біопотенціалів

а - скляна мікропіпетка; б – скляний мікроелектрод;

в - схема реєстрації мембранного потенціалу

Мікроелектродний метод дав можливість виміряти біопотенціали не тільки на гігантському аксоні кальмара, але і на клітинах нормальних розмірів: нервових волокнах інших тварин, клітинах скелетних м'язів, клітинах міокарда та інших.

Мембранні потенціали поділяються на потенціали спокою та потенціали дії.

Потенціал спокою- стаціонарна різниця електричних потенціалів, що реєструється між внутрішньою та зовнішньою поверхнями мембрани у незбудженому стані.

Потенціал спокою визначається різною концентрацією іонів по різні сторонимембрани та дифузією іонів через мембрану.

Якщо концентрація будь-якого іона всередині клітини С вн відмінна від концентрації цього іона зовні С нар і мембрана проникна для цього іона, виникає потік заряджених частинок через мембрану, внаслідок чого порушується електрична нейтральність системи, утворюється різниця потенціалів всередині та зовні клітини j м = j нар - j вн яка перешкоджатиме подальшому переміщенню іонів через мембрану. При встановленні рівноваги вирівнюються значення електрохімічних потенціалів з різних боків мембрани: m вн = m нар .

Так як m = m 0 + RTlnC + ZFj, то

RTlnC вн + ZFj вн = RTlnC нар + ZFj нар

Звідси легко отримати формулу Нернстадля рівноважного мембранного потенціалу

j м = j нар - j вн = - RT / ZF'ln (C вн / С нар)

Якщо мембранний потенціал обумовлений перенесенням іонів К + ,для якого [К + ] вн > [К + ] нар та Z = +1, рівноважний мембранний потенціал

Для іонів Na + : вн< нар, Z = +1,

Якщо у формулі Нернста перейти від натурального логарифмудо десяткового, то для позитивного одновалентного іона (Z = +1)

Приймемо температуру Т=300 К, тоді

Приймемо у формулі Нернста С вн /С нар ≈100, що по порядку величини відповідають експериментальним даним калію:

lg і мембранний потенціал

0,06∙2В = 0,12В = 120мВ,

що трохи більше модуля експериментально виміряних значень потенціалу спокою, і, користуючись формулами електростатики, оцінимо, яка кількість іонів має перейти з цитоплазми в неклітинне середовище, щоб створити таку різницю потенціалів. Радіус клітини r = 10 мкм = 10 -5 м. Питома електроємність мембрани (електромісткість на одиницю площі) Зуд =10 -2 Ф/м 2 . Площа мембрани 4πr 2 ≈ 4π∙10 -10 м 2 ≈10 -9 м 2 . Тоді електроємність мембрани

C=C уд ∙S≈10 -2 ∙10 -9 м2.

Абсолютна величина заряду кожного знака на поверхні мембрани, якщо її уявити як конденсатор,

що відповідає

Об'єм клітини

Зміна концентрації іонів у клітині внаслідок виходу з клітини 10 -17 моль іонів складе

Невелика зміна концентрації порівняно зі зміною концентрації іонів калію всередині клітини становить лише 10 -4 % від концентрації калію всередині клітини. Таким чином, щоб створити рівноважний нернстовський мембранний потенціал, через мембрану має пройти зневажливо мала кількість іонів порівняно із загальною їх кількістю у клітині.

Таким чином, потенціал спокою насправді ближче до потенціалу, розрахованого за формулою Нернста для К+. Разом з тим, привертає увагу значне розходження експериментальних і теоретичних значень. Причини розбіжності у тому, що не враховано проникність мембрани для інших іонів. Одночасна дифузія через мембрану іонів К+, Na+ та С1 – враховується рівнянням Гольдмана.

Рівняння Гольдмана можна вивести із рівняння Нернста-Планку.

Перетворимо це рівняння:

URT=D відповідно до співвідношення Ейнштейна. Приймемо так зване наближення незмінного поля Гольдмана. Вважатимемо напруженість електричного поляу мембрані постійної та рівної середньому значенню градієнта потенціалу:

де l- Товщина мембрани.

Отримаємо для щільності іонного потоку через мембрану:

Позначимо Запишем

Розділимо змінні:

Проінтегруємо ліву частину диференціального рівнянняв межах від 0 до 1, а праву від С нар = КС нар до С вн = КС вн (де К - коефіцієнт розподілу)

Після потенціювання

Висловимо звідси:

Враховуючи, що , отримаємо:

У стаціонарному випадку, коли різниця потенціалів - мембранний потенціал - гальмує подальше перенесення іонів через мембрану, сумарний потік різних іонів стає рівним нулю:

j K + + j Na + - j Cl - = 0

Перед jстоїть знак мінус, що враховує негативний заряд іону хлору. Однак, оскільки у створенні мембранного потенціалу беруть участь різні іони, рівновага при цьому не настає, потоки різних іонів не дорівнюють нулю окремо. Якщо врахувати лише потоки j K +і j Na +, то j K+ +j Na+ =0, або j K = - j Na +і, підставивши, отримаємо:

Оскільки,

Якщо врахувати ще й потік іонів З 1 -, то, повторивши попередні міркування, можна отримати рівняння для мембранного потенціалу, створеного потоками через мембрану трьох видів іонів, рівняння Гольдмана:

У чисельнику виразу, що стоїть під знаком логарифму, представлені концентрації [До + ] ВН, BH , але [С1 - ] НАР, а у знаменнику - [До + ] НАР, H АР,але [С1 - ] ВН, оскільки іони хлору негативно заряджені.

У стані спокою проникність мембрани для іонів К + значно більша, ніж для Na + , і більше, ніж для С1 - :

P K >> P Na , P K > P Na .

Для аксона кальмара, наприклад,

P K: P Na: P Cl = 1: 0,04: 0,45.

Переписавши рівняння Гольдмана у вигляді:

у випадку, коли проникність мембрани для іонів натрію та хлору значно менша за проникність для калію:

P Na<< P K , P Cl << P K ,

Таким чином, рівняння Нернста - окремий випадок рівняння Гольдмана.

Мембранний потенціал, розрахований за рівнянням Гольдмана, виявився за абсолютної величинименше мембранного потенціалу, розрахованого за формулою «Нернста», ближче до експериментальних його значень у великих клітинах. І формула Нернста, і рівняння Гольдмана не враховують активного транспорту іонів через мембрану, наявності в електрогенних мембранах (що викликають поділ зарядів, а отже і виникнення різниці потенціалів) іонних насосів, що відіграють важливу роль у підтримці іонної рівноваги в дрібних клітинах. У цитоплазматичній мембрані працюють К+-Nа+-АТФази, що перекачують калій усередину клітини, а натрій із клітини. З урахуванням роботи електрогенних іонних насосів для мембранного потенціалу було отримано рівняння Томаса:

де m - відношення кількості іонів натрію до кількості іонів калію, що перекачуються іонними насосами через мембрану. Найчастіше К + -Nа + -АТФаза працює в режимі, коли m = 3/2, m завжди більше 1. (Немає іонних насосів, що перекачують Сlтому у рівнянні Томаса відсутні члени Р Сl [Сl -].)

Коефіцієнт m > 1 посилює внесок градієнта концентрації калію у створення мембранного потенціалу, тому мембранний потенціал, розрахований за Томасом, більший за абсолютною величиною, ніж мембранний потенціал, розрахований за Гольманом, і дає збіг з експериментальними значеннями для дрібних клітин.

Порушення біоенергетичних процесів у клітині та роботи K+-Na+-АТФази призводить до зменшення |φ м|, у цьому випадку мембранний потенціал краще описується рівнянням Гольдмана.

Пошкодження клітинної мембранипризводить до підвищення проникності клітинних мембран всім іонів: до підвищення і P до, і P Na , і P сl Внаслідок зменшення відмінності проникностей абсолютне значення мембранного потенціалу | м | знижується.

Для сильно пошкоджених клітин | м | ще менше, але зберігається негативний мембранний потенціал | м | за рахунок поліаніонів, що містяться в клітині, - негативно заряджених білків, нуклеїнових кислот та інших великих молекул, які не можуть проникнути через мембрану (доннанівський потенціал).

Потенціал дії

За допомогою електричних нервових імпульсів (потенціалів дії) у живому організмі передається інформація від рецепторів до нейронів мозку та від нейронів мозку до м'язів. Живий організм є повністю електрифікованою системою. Без електрики немає життя.

Потенціал дії було відкрито раніше потенціалу спокою. Тварина електрика відома давно. Розряди електричного вугра (що відбуваються при напрузі до 600 В, зі струмом близько 60 А та тривалістю порядку мілісекунди) використовувалися медициною ще в Стародавньому Римі для лікування подагри, головного болю, епілепсії. Електричний нервовий імпульс відкрив Луїджі Гальвані, професор анатомії у м. Болонья. Результати його електрофізіологічних дослідів викладено у книзі "Трактат про сили електрики при м'язовому русі" (1791). Гальвані відкрив, що м'язові скорочення кінцівок препарованої жаби можуть викликатися електричним імпульсом і що жива система є джерелом електричного імпульсу. Велике відкриття Гальвані відіграло визначну роль у розвитку фізики, електротехніки, електрохімії, фізіології, біофізики та медицини. Однак, величезна популярність ідей Гальвані призвела до їх профанацій, сліди яких залишилися до нашого часу (гальванізація трупів, гальванізм дотиків поглядів тощо), що викликало недовіру до експериментів Гальвані вчених-фізиків. Молодший сучасник Гальвані професор фізики Алессандро Вольта був запеклим противником ідеї тваринного електрики (крім особливих випадків електричних риб: електричного вугра та електричного ската). У своїх експериментах він виключив біологічний об'єкт і показав, що електричний струм можна отримати при контакті набору металів, розділених електролітом (вольтів стовп). Так було відкрито хімічне джерело струму (назване, проте пізніше, на честь його наукового супротивника гальванічним елементом).

У ХІХ столітті утвердилося примітивне уявлення про поширення електричних струмів по нервах, як у проводах. Проте Гельмгольцем (друга половина ХІХ століття) було показано, що швидкість поширення нервового імпульсу становить лише 1-100 м/с, це значно менше, ніж швидкість поширення електричного імпульсу проводами до 3 10 8 м/с. Тому до кінця XIX століття гіпотеза електричної природи нервового імпульсу була відкинута більшістю фізіологів. Було висунуто припущення про поширення нервових волокон хімічної реакції. Насправді, як було показано пізніше, повільне поширення електричного нервового імпульсу пов'язане з повільною перезарядкою конденсаторів, які є клітинними мембранами, через великі опори. Постійна перезаряджання мембрани τ= RC велика, оскільки великі ємність мембрани (С) і опір R нервового волокна.

Те, що нервовий імпульс є імпульсом електричного струму, було доведено лише до середини 20-го століття, в основному в роботах англійського фізіолога А. Ходжкіна та його співробітників. В1963 Ходжкіну, Хакслі та Іклсу була присуджена Нобелівська премія з медицини "за оперування нервових клітин".

Потенціалом дії (ПД) називається електричний імпульс, обумовлений зміною іонної проникності мембрани і пов'язаний з поширенням нервів і м'язів хвилі збудження.

Досліди щодо дослідження потенціалу дії проведені (в основному Ходжкіним та його співробітниками) на гігантських аксонах кальмара методом мікроелектродів з використанням високоомних вимірювачів напруги, а також методом мічених атомів. На риспоказані схема дослідів та результати досліджень.

У дослідах щодо дослідження потенціалу дії використовували два мікроелектроди, введені в аксон. На перший мікроелектрод подається імпульс з амплітудою V від генератора прямокутних Г імпульсів, що змінює мембранний потенціал. Мембранний потенціал вимірюється за допомогою другого мікроелектрода високоомним реєстратором напруги Р.

Рис.5.2 - Дослідження потенціалу дії:

а – схема досвіду (Г – генератор імпульсів, Р – реєстратор напруги); б - потенціал дії (φ п м - потенціал спокою, φ рев м - потенціал реверсії, φ д м - амплітуда потенціалу дії, φ пор м - пороговий потенціал)

Збудливий імпульс викликає лише короткий час зміщення мембранного потенціалу, який швидко зникає і відновлюється потенціал спокою. У тому випадку, коли збудливий імпульс зміщується ще далі негативний бік, він супроводжується гіперполяризацією мембрани Також не формується потенціал дії, коли збуджуючий імпульс позитивний (деполяризуючий), але його амплітуда менше порогового значення V nop . Однак, якщо амплітуда позитивного, деполяризуючого імпульсу виявиться більше значення V nop , м стає більше φ пор м і в мембрані розвивається процес, в результаті якого відбувається різке підвищення мембранного потенціалу і мембранний потенціал φ м навіть змінює свій знак - стає позитивним (φ вн >φ нар).

Досягши деякого позитивного значення φ рев - потенціалу реверсії, мембранний потенціал повертається до значення потенціалу спокою φ п м, зробивши щось на кшталт загасання коливання. У нервових волокнах та скелетних м'язах тривалість потенціалу дії близько 1 мс (а в серцевому м'язі близько 300 мс. Після зняття збудження ще протягом 1 -3 мс у мембрані спостерігаються деякі залишкові явища, під час яких мембрана рефрактерна (незбудлива).

Новий деполяризуючий потенціал V > V nop може спричинити утворення нового потенціалу дії лише після повного повернення мембрани у стан спокою. Причому амплітуда потенціалу дії

не залежить від амплітуди потенціалу, що деполяризує (якщо тільки V > V nop). Якщо в спокої мембрана поляризована (потенціал цитоплазми негативний по відношенню до позаклітинного середовища), то при збудженні відбувається деполяризація мембрани (потенціал усередині клітини позитивний) і після зняття збудження відбувається реполяризація мембрани.

Характерні властивості потенціалу дії:

1) наявність порогового значення деполяризуючого потенціалу;

2) закон "все або нічого", тобто, якщо деполяризуючий потенціал більший за пороговий, розвивається потенціал дії, амплітуда якого не залежить від амплітуди збуджуючого імпульсу і немає потенціалу дії, якщо амплітуда деполяризуючого потенціалу менша від порогової;

3) є період рефрактерності, незбудливості мембрани під час розвитку потенціалу дії та залишкових явищ після зняття збудження;

4) у момент збудження різко зменшується опір мембрани (у аксона кальмара від 0,1 Ом м 2 у спокої до 0,0025 Ом м 2 при збудженні).

Якщо звернутися до даних для значень рівноважних нернстовських потенціалів, створених різними іонами, природно припустити, що позитивний потенціал реверсії має натрієву природу, оскільки дифузія натрію створює позитивну різницю потенціалів між внутрішньою і зовнішньою поверхнями мембрани.

Можна змінювати амплітуду імпульсу потенціалу дії, змінюючи концентрацію натрію у зовнішньому середовищі. При зменшенні зовнішньої концентрації амплітуда натрію потенціалу дії зменшується, так як змінюється потенціал реверсії. Якщо з навколишнього клітину середовища повністю видалити натрій, потенціал дії взагалі виникає.

Досліди, проведені з радіоактивним ізотопомнатрію, дозволили встановити, що при збудженні проникність натрію різко зростає. Якщо в стані спокою співвідношення коефіцієнтів проникності мембрани аксона кальмара для різних іонів:

P K: P Na: P Cl = 1: 0,04: 0,45

то в стані збудження:

P K: P Na: P Cl = 1: 20: 0,45

тобто, у порівнянні з незбудженим станом, при збудженні коефіцієнт проникності натрію зростає в 500 разів.

Розрахунки мембранного потенціалу реверсії за рівнянням Гольдмана, якщо в нього підставити значення проникності мембрани для збудженого стану, збігаються з експериментальними даними.

Порушення мембрани описується рівняннями Ходжкіна-Хакслі. Одне з рівнянь Ходжкіна-Хакслі має вигляд:

де I м – струм через мембрану, С м – ємність мембрани, ∑I i – сума іонних струмів через мембрану.

Електричний струм через мембрану складається з іонних струмів: іонів калію - I k +, натрію - I Na + та інших іонів, у тому числі Сl, так званого струму витоку I k, а також ємнісного струму. Ємнісний струм обумовлений перезарядкою конденсатора, який є мембраною, перетіканням зарядів з однієї її поверхні на іншу. Його величина визначається кількістю заряду, що перетікає з однієї обкладки на іншу за одиницю часу dq/dt, а оскільки заряд конденсатора q = С м ∆φ = С м φ м, то ємнісний струм С М . Повний мембранний струм

Згідно з теорією Ходжкіна-Хакслі, збудження елемента мембрани пов'язане зі змінами провідності мембрани для іонів Na + і К + : g K і g Na .

Провідності мембрани складним чином залежать від мембранного потенціалу та часу.

Виявлено, що, якщо підняти мембранний потенціал (м вище порогового, спочатку тече струм всередину клітини, а потім з клітини назовні).

В експериментах, проведених Ходжкіним, Хакслі, Бейкером, Шоу, було доведено, що фаза I мембранного струму пов'язана з потоком іонів натрію з довкілля(де концентрація натрію більша) у клітину (де вона менша), а фаза II пояснюється витіканням іонів калію з клітини назовні.

У своїх дослідах Ходжкін та Хакслі змінювали іонний склад навколишнього розчину. Було виявлено, що якщо зовні прибирали натрій, перша фаза мембранного струму (струм всередину клітини) пропадала. Отже, насправді перша фаза розвитку потенціалу дії пов'язана зі збільшенням проникності мембрани для іонів натрію. Потік позитивних частинок у клітину призводить до деполяризації мембрани - внутрішня поверхня її заряджається позитивно по відношенню до зовнішньої.

У другій фазі різко збільшується проникність мембрани для калію та з клітини назовні виходять позитивно заряджені іони калію, тоді як натрієвий струм зменшується. Іонний механізм розвитку потенціалу дії був остаточно доведений у вирішальному експерименті Ходжкіна, Бейкера і Шоу, в якому аксоплазму препарованого аксона замінили зовнішній розчин, а іонний склад зовнішнього розчину зробили таким же, як у нормальної аксоплазми. За такої заміни іонних складів змінила знак різниця потенціалів на мембрані. Тепер у спокої її внутрішня поверхня була заряджена позитивно по відношенню до зовнішньої. А потенціал дії виявився негативним.

Висунуто гіпотезу, що селективна (виборча) зміна іонної проникності збудженої мембрани: спочатку для Na + , а потім для К + - пояснюється тим, що в мембрані є спеціальні іонні канали. Існують окремо натрієві та калієві канали, які відкриваються та закриваються під час проходження через цю ділянку мембрани нервового імпульсу. У першій фазі – відкриваються натрієві канали, у другій фазі – калієві. Відповідно спочатку закриваються натрієві канали, а потім калієві. Відкриття та закривання іонних каналів викликається зміною мембранного потенціалу.

Один із доказів наявності в мембрані іонних каналів - існування речовин, що блокують іонні потоки через мембрану. Так, що міститься в рибі фугу тетродотоксин блокує надходження всередину клітини натрію і, таким чином, порушує передачу нервового імпульсу, що може призвести до летального результату. Доведено, що тетродотоксин не впливає на проникність клітини для калію, отже, іони натрію та калію насправді проходять через різні канали. Через свою специфічну будову молекули тетродотоксину, мабуть, застряють у натрієвих каналах. Підрахувавши кількість молекул тетродотоксину, що застрягли в мембрані, вдалося визначити кількість натрієвих каналів. У різних нервових волокнах хребетних воно було різним - від 3 до 75 каналів на один квадратний мікрометр площі мембрани (для порівняння кількість молекул фосфоліпідів 2 10 6 1/мкм 2).

Був виявлений і специфічний інгібітор калієвих каналів. тетраетиламоній. Якщо обробити мембрану тетродотоксином, що блокує натрієві канали, у дослідах з фіксацією мембранного потенціалу пропадає перша фаза, а тетраетиламмоній, що припиняє перенесення через мембрану калію, викликає зникнення другої фази.

Таким чином, встановлено, що формування потенціалу дії викликається іонними потоками через мембрану: спочатку іонів натрію всередину клітини, а потім іонів калію з клітини в зовнішній розчин, що пов'язано зі зміною провідності мембрани для іонів калію і натрію.

А. Характеристика ПД. ПД - електричний процес, що виражається у швидкому коливанні мембранного потенціалу внаслідок переміщення іонів у клітину та тклітини та здатний поширюватися без згасання(Без декременту). Він забезпечує передачу сигналів між нервовими клітинами, між нервовими центрами та робочими органами, у м'язах – процес електромеханічного сполучення (рис. 3.3, а).

Розмір ПД нейрона коливається не більше 80-110 мВ, тривалість піку ПД нервового волокна становить 0,5-1 мс. Амплітуда ПД не залежить від сили роздратування, вона завжди максимальна для даної клітини в конкретних умовах: ПД підпорядковується закону «все або нічого», але не підпорядковується закону силових відносин закону сили. ПД або зовсім не виникає на роздратування клітини, якщо воно мало, або він максимальної величини, якщо роздратування є пороговим чи надпороговим. Слід зазначити, що слабке (підпорогове) роздратування може спричинити локальний потенціал. Вінпідпорядковується закону сили: зі збільшенням сили стимулу величина його зростає (детальніше див. розділ 3.6). У складі ПД розрізняють три фази: 1 фаза – деполяризація, тобто. зникнення заряду клітини – зменшення мембранного потенціалу до нуля; 2 фаза – інверсія, зміна заряду клітини на зворотний, коли внутрішня сторона мембрани клітини заряджається позитивно, а зовнішня – негативно (від лат. туегзю – перевертання); 3 фаза – реполяризація, відновлення вихідного заряду клітини, коли внутрішня поверхня клітинної мембрани знову заряджається негативно, а зовнішня – позитивно.

Б. Механізм виникнення ПД.Якщо дія подразника на клітинну мембрану призводить до виникнення ПД, далі процес розвитку ПД викликають фазові зміни проникності клітинної мембрани, що забезпечує швидкий рух іона Ка + в клітину, а іона К + - з клітини. Розмір мембранного потенціалу у своїй спочатку зменшується, та був знову відновлюється до вихідного рівня. На екрані осцилографа зазначені зміни мембранного потенціалу постають у вигляді пікового потенціалу – ПД. Він виникає внаслідок накопичених та підтримуваних іонними насосами градієнтів концентрацій іонів усередині та поза клітиною, тобто. за рахунок потенційної енергії у вигляді електрохімічних градієнтів різних іонів. Якщо заблокувати процес вироблення енергії, то ПД деякий час виникатимуть, але після зникнення градієнтів концентрацій іонів (усунення потенційної енергії) клітина генерувати ПД нічого очікувати. Розглянемо фази ПД.

Рис. 3.3. Схема, що відбиває процес збудження. а -потенціал дії, його фази: 1 – деполяризація; 2 – інверсія (овершуть); 3 – реполяризація; 4 – слідова гіперполяризація; б -натрієві ворота; (Ь-1 - у стані спокою клітини); в - калієві ворота (1 - у стані спокою клітини). Знаки плюс (+) і мінус (-) - знаки заряду всередині та поза клітиною у різні фази ПД. (Див. пояснення в тексті.) Існує багато різних назвфаз ГД (єдиної думки не склалося): 1) місцеве збудження – пік ГД – слідові потенціали; 2) фаза наростання – фаза спаду – слідові потенціали; 3) деполяризація - овершут (перехльост, перевищення, переліт), причому ця фаза в свою чергу ділиться на дві частини: висхідна (інверсія, ВІД лат. шуегяю - перевертання) н низхідна (реверсія, від лат. геуегзю - повернення) рнзапія. Є й інші назви.

Зазначимо одне протиріччя: терміни «реполяризація» і «реверсія» але сенсу однакові - повернення до попереднього стану, але ці стани різні: в одному випадку заряд зникає (реверсія), в іншому відновлюється (реполяршація). Найбільш коректні транспортні засоби назви фаз ПД, в яких закладено загальна ідеянаприклад зміна заряду клітини. У зв'язку з цим обґрунтовано використовувати такі назви фаз ПД: !) фаза деполяризації - процес зникнення заряду клітини до нуля; 2) фаза інверсії – зміна заряду клітини на протилежний. тобто весь період ПД, коли всередині клітини заряд позитивний, а зовні негативний; 3) фаза реполярпзацин – відновлення заряду клітини до вихідної величини (повернення до потенціалу спокою).

1. Фаза деполяризації(див. рис. 3.3, а, 1). При дії подразника, що деполяризує, на клітину (медіатор, електричний струм) спочатку зменшення мембранного потенціалу (часткова деполяризація) відбувається без зміни проникності мембрани для іонів. Коли деполяризація досягає приблизно 50% граничної величини (порогового потенціалу), зростає проникність її мембрани для іона Ка + , причому в перший момент порівняно повільно. Природно, що швидкість входу іонів Ка* у клітину у своїй невелика. У цей період, як і під час усієї фази деполяризації, рушійною силою,забезпечує вхід іона Na + в клітину, є концентраційний та електричний градієнти. Нагадаємо, що клітина всередині заряджена негативно (різноіменні заряди притягуються один до одного), а концентрація іонів Na+ поза клітиною в 10-12 разів більша, ніж усередині клітини. При збудженні нейрона підвищується проникність його мембрани й у іонів Са+, та його струм клітину значно менше, ніж іонів Nа + . Умовою, що забезпечує вхід іона Nа + в клітину і наступний вихід іона К* з клітини, є збільшення проникності клітинної мембрани, яка визначається станом механізму воріт іонних Nа- і К-каналів. Тривалість перебування електрокерованого каналу в відкритому станіносить імовірнісний характер та залежить від величини мембранного потенціалу. Сумарний струм іонів у будь-який момент визначається кількістю відкритих каналів клітинної мембрани. Воротний механізм ^-каналіврозташований на зовнішній стороні клітинної мембрани (Na+ рухається всередину клітини), ворітний механізм К-каналів-на внутрішній (До + рухається з клітини назовні).

Активація Nа- і К-каналів (відкриття воріт) забезпечується зменшенням мембранного потенціалу, Коли деполяризація клітини досягає критичної величини (E kp , критичний рівень деполяризації - КУД), яка зазвичай становить -50 мВ (можливі інші величини), проникність мембрани для іонів Nа + різко зростає - відкривається велика кількість потенціалзалежних воріт Nа-каналів та іони Nа + лавиною спрямовуються в клітину. В результаті інтенсивного струму іонів Na + всередину клітини далі процес деполяризації проходить дуже швидко. Деполяризація клітинної мембрани, що розвивається, викликає додаткове збільшення її проникності і, природно, провідності іонів Na+ - відкриваються все нові і нові активаційні т-ворота Nа-каналів, що надає струму іонів Na* в клітину характеру регенеративного процесуУ результаті ПП зникає, стає рівним нулю. Фаза деполяризації у цьому закінчується.

2. Фаза інверсії.Після зникнення ПП вхід Nа+ у клітину триває (m - ворота Na-каналів ще відкриті - h-2), тому кількість позитивних іонів у клітині перевищує кількість негативних, заряд усередині клітини стає позитивним, зовні - негативним. Процес перезарядки мембрани є 2-ю фазу ПД - фазу інверсії (див. рис. 3.3, в, 2). Тепер електричний градієнт перешкоджає входу Na+ всередину клітини (позитивні заряди відштовхуються один від одного), провідність Na* знижується. Проте деякий період (частки мілісекунди) іони Na + продовжують входити в клітину, про це свідчить продовження наростання ПД. Це означає, що концентраційний градієнт, що забезпечує рух іонів Ка + в клітину, сильніший за електричний, що перешкоджає входу іонів Nа * в клітину. Під час деполяризації мембрани збільшується проникність її й у іонів Са 2+ , вони йдуть у клітину, але у нервових клітинах роль іонів Са 2+ у розвитку ПД мала. Таким чином, вся висхідна частина піку ПД забезпечується в основному входом іонів Na* в клітину.

Приблизно через 0,5-1 мс після початку деполяризації зростання ПД припиняється внаслідок закриття воріт Ка-каналів (Ь-3) та відкриття воріт К-каналів (в, 2), тобто. збільшення проникності для іонів К+. Оскільки іони К+ знаходяться переважно всередині клітини, вони, згідно з концентраційним градієнтом, швидко виходять з клітини, внаслідок чого в клітині зменшується кількість позитивно заряджених іонів. Заряд клітки починає повертатися до вихідного рівня. У фазу інверсії виходу іонів К* із клітини сприяє також електричний градієнт. Іони К * виштовхуються позитивним зарядом із клітини і притягуються негативним зарядом зовні клітини. Так триває до зникнення позитивного заряду всередині клітини - остаточно фази інверсії (див. рис. 3.3, а -пунктирна лінія), коли починається наступна фаза ПД – фаза реполяризації. Калій виходить із клітини як по керованим каналам, ворота яких відкриті, а й по некерованим каналам витоку.

Амплітуда ПД складається з величини ПП (мембранний потенціал клітини, що покоїться) і величини фази інверсії - близько 20 мв. Якщо мембранний потенціал у стані спокою клітини малий, то амплітуда ПД цієї клітини буде невеликою.

3. Фаза реполяризації.У цій фазі проникність клітинної мембрани для іонів К+ все ще висока, іони К+ продовжують швидко виходити з клітини згідно з концентраційним градієнтом. Клітина знову всередині має негативний заряд, а зовні – позитивний (див. рис. 3.3, а, 3), тому електричний градієнт перешкоджає виходу К* із клітини, що знижує його провідність, хоча він продовжує виходити. Це пояснюється тим, що дія концентраційного градієнта виражена значно сильніші за діюелектричний градієнт. Таким чином, вся низхідна частина піку ПД обумовлена виходом іона К+ із клітини. Нерідко в кінці ПД спостерігається уповільнення реполяризації, що пояснюється зменшенням проникності клітинної мембрани для іонів К+ та уповільненням виходу їх із клітини внаслідок закриття воріт К-каналів. Інша причина уповільнення струму іонів К+ пов'язана зі зростанням позитивного потенціалу зовнішньої поверхні клітини та формуванням протилежно спрямованого електричного градієнта.

Головну роль у виникненні ПД грає іон Na*, що входить у клітину при підвищенні проникності клітинної мембрани і забезпечує всю висхідну частину піку ПД. При заміні іона Nа + в середовищі на інший іон, наприклад холін, або у разі блокування Na-каналів тетродотоксином, ПД у нервовій клітині не виникає. Однак проникність мембрани для іона К+ також відіграє важливу роль. Якщо підвищення проникності для іона К+ запобігти тетраетиламмонієм, то мембрана після її деполяризації реполяризується набагато повільніше, тільки за рахунок повільних некерованих каналів (канали витоку іонів), через які К+ виходитиме з клітини.

Роль іонівСа 2+ у виникненні ПД у нервових клітинах незначна, у деяких нейронах вона суттєва, наприклад, у дендритах клітин Пуркіньє мозочка.

В. Слідові явища у процесі збудження клітини.Ці явища виражаються у гіперполяризації чи частковій деполяризації клітини після повернення мембранного потенціалу до вихідної величини (рис. 3.4).

Слідова гіперполяризаціяклітинної мембрани зазвичай є наслідком підвищеної проникності клітинної мембрани, що ще зберігається, для К + . Ворота К-каналів ще не повністю зачинені, тому К+ продовжує виходити з клітини згідно з концентраційним градієнтом, що і веде до гіперполяризації клітинної мембрани. Поступово проникність клітинної мембрани повертається до вихідної (натрієві та калієві ворота повертаються у вихідний стан), а мембранний потенціал стає таким самим, яким він був до збудження клітини. Іонні помпи безпосередньо за фази потенціалу дії не відповідають,іони переміщаються з величезною швидкістювідповідно до концентраційного та частково електричного градієнтів.

Слідова деполяризаціятакож характерна для нейронів. Механізм її вивчений недостатньо. Можливо, вона обумовлена короткочасним підвищенням проникності клітинної мембрани для Ка* та входом його в клітину згідно з концентраційним та електричним градієнтами.

Найбільш поширений метод вивчення функцій іонних каналів – метод фіксації напруги (voltage-clamp). Мембранний потенціал за допомогою подачі електричної напруги змінюють і фіксують на певному рівні, потім клітинну мембрану градуально деполяризують, що веде до відкриття іонних каналів та виникнення іонного струму, який міг би деполяризувати клітину. При цьому пропускають електричний струм, що дорівнює за величиною, але протилежний за знаком іонного струму, тому трансмембранна різниця потенціалів не змінюється. Це дозволяє вивчити величину іонного струму через мембрану. Застосування різних блокаторів іонних каналів дає додаткову можливістьглибше вивчити властивості каналів.

Кількісне співвідношення між іонними струмами по окремих каналах в клітині, що покоїться, і під час ПД та їх кінетику можна з'ясувати за допомогою методу локальної фіксації потенціалу (patch-clamp). До мембрани підводять мікроелектрод - присоску (всередині його створюється розрідження) і, якщо на цій ділянці виявляється канал, досліджують іонний струм через нього. В іншому методика подібна до попередньої. І в цьому випадку застосовують специфічні блокатори каналів. Зокрема, при подачі на мембрану фіксованого деполяризуючого потенціалу було встановлено, що через Ка-канали може проходити і іон К+, але його струм у 10-12 разів менше, а через К-канали може проходити іон Ма+, його струм у 100 разів менше, ніж струм іонів К+.

Запас іонів у клітині, що забезпечує виникнення збудження (ПД), величезний. Концентраційні градієнти іонів внаслідок одного циклу збудження мало змінюються. Клітина може збуджуватися до 5*10 5 разів без підзарядки, тобто. без роботи Ма/К-насос. Число імпульсів, яке генерує та проводить нервове волокно, залежить від його товщини, що визначає запас іонів. Чим товстіше нервове волокно, тим більше запас іонів, тим більше імпульсів воно може генерувати (від кількох сотень до мільйона) без участі Nа/К-насоса. Однак у тонких волокнах виникнення одного ПД витрачається близько 1% концентраційних градієнтів іонів Nа + і К*. Якщо заблокувати вироблення енергії, то клітина ще багаторазово порушуватиметься. Насправді Nа/К-насос постійно переносить іони Nа + з клітини, а іони К + повертає в клітину, внаслідок чого підтримується концентраційний градієнт Nа + і К + за рахунок безпосередньої витрати енергії, джерелом якої є АТФ. Є дані, що збільшення внутрішньоклітинної концентрації Nа+ супроводжується підвищенням інтенсивності роботи Nа/К-насоса. Це може бути пов'язано виключно з тим, що для переносника стає доступним більша кількістьвнутрішньоклітинних іонів Na +.

Електричний заряд, подібно до маси, є фундаментальною властивістю речовин. Існує два типи зарядів, умовно позначені як позитивний та негативний.

Кожна речовина має електричний заряд, величина якого може бути позитивною, негативною або дорівнювати нулю. Наприклад, електрони заряджені негативно, а протони – позитивно. Оскільки кожен атом містить один або більше електронів та рівну кількість протонів, загальне числозарядів у макроскопічному об'єкті - надзвичайно велике, але загалом такий об'єкт не заряджений чи має невеликий заряд.

Заряд електрона є за абсолютною величиною найменшим.

Електричне поле. Закон Кулону

Кожен заряджений об'єкт утворює в навколишньому просторі електричне поле. Електричне поле є видом матерії, з якої заряджені об'єкти взаємодіють друг з одним. Пробний заряд, внесений до електричного поля іншого заряду "відчуває" присутність цього поля. Він притягуватиметься до заряду, що створює електричне поле, або відштовхуватиметься від нього.

Закон Кулону визначає електричну силу F, що діє між двома точковими зарядами q 1і q 2:

k- Константа, що визначається обраними умовами; r- Відстань між зарядами.

Відповідно до закону Кулона, сила діє у напрямку лінії, що з'єднує два заряди. Величина сили, що діє на заряди, пропорційна величині кожного із зарядів і обернено пропорційна квадрату відстані між ними.

Електричне поле можна подати у вигляді силових ліній, що показують напрямок електричних сил. Ці сили спрямовані від заряду, що він позитивний, і заряду, коли він негативний. Якщо позитивний заряд помістити в електричне поле, він піддається дії сили у напрямку поля. Негативний заряд піддається силі, спрямованій протилежно до напрямку поля.

Характеристики електричного поля

1) Напруженість електричного поля. Кожен електричний заряд виробляє довкола себе електричне поле. Якщо інший заряд qвнести в це поле, то на нього діятиме сила F,пропорційна qта напруженості електричного поля E:

Напруженість електричного поля E (або просто напруженість) у будь-якій точці визначається як електрична сила F, яка діє на позитивний заряд q, поміщений у цю точку:

E – векторна величина, тобто має як величину, так і напрямок. Одиницею виміру напруженості є вольт на метр [В/м].

Принцип накладання (суперпозиції) показує, що й електричне полі створюють безліч зарядів, сумарна напруженість визначаться додаванням напруженостей, створених кожним зарядом, за правилами складання векторів.

2) Електричний потенціал. Щоб перемістити заряд проти електричної сили, що діє на нього, необхідно виконати роботу. Ця робота не залежить від шляху переміщення заряду в електричному полі, але залежить від початкового та кінцевого положення заряду.

Якщо заряд переміщається з однієї точки в іншу проти електричної сили, то його потенційна електростатична енергія збільшується. Електричний потенціал у будь-якій точці дорівнює електростатичній потенційній енергії W p, яку має позитивний заряд qу цій точці: φ = W p /q (4).

Можна також сказати, що електричний потенціал у точці дорівнює роботі, яку необхідно здійснити проти електричних сил, щоб перемістити позитивний заряд з даної точки на велику відстань, де потенціал електричного поля дорівнює нулю. Електричний потенціал є скалярною величиноюі вимірюється у вольтах ( У).

Напруженість електричного поля є негативним градієнтом електричного потенціалу – показника зміни потенціалу з відстанню x: E → = - dφ/dx. За допомогою приладів можна виміряти різницю потенціалів, але не напруженість поля. Остання може бути обчислена, якщо використовувати залежність між E →і Δφ : де Δφ = E·l- Відстань між двома струмами електричного поля.

Мембранний потенціал спокою

Кожна клітина перетворює частину своєї метаболічної енергії на електростатичну енергію. Джерелом електричного поля клітки є плазматична мембрана. Існує різниця потенціалів між внутрішньою та зовнішньою поверхнями плазматичної мембрани. Ця різниця потенціалів називається мембранним потенціалом .

Різниця потенціалів між внутрішньою та довкіллямклітини можуть вимірюватися безпосередньо і досить точно. Для цього використовують мікроелектрод, що є скляною мікропіпеткою з діаметром кінчика до 1 мкм, Заповнену концентрованим розчином KCl. Мікроелектрод підключають до підсилювача напруги реєструючого пристрою. Можна вимірювати мембранний потенціал м'язових, нервових клітин або клітин інших тканин. Інший електрод (референтний) встановлений поверхні тканини.

Коли кінчик мікроелектроду знаходиться поза клітиною, його потенціал щодо референтного електрода дорівнює нулю. Якщо кінець електрода занурюють у клітину, проколюючи плазматичну мембрану, різниця потенціалів різко стає негативною. На шкалі вимірювального пристрою реєструється різниця потенціалів між внутрішнім і зовнішнім середовищами клітини. Ця різниця потенціалів називається трансмембранним, або мембранним потенціалом.

Якщо клітина перебуває у стані спокою, її мембранний потенціал має негативне значеннята стійку величину. Зазвичай його називають мембранним потенціалом спокою . Мембранний потенціал спокою клітин різних тканин становить від - 55 мілівольт (МВ) до - 100мВ.

За певних фізіологічних умов можуть відбуватися зміни мембранного потенціалу. Зміни його у позитивному напрямку називається деполяризацією плазматична мембрана. Зміщення мембранного потенціалу у негативному напрямку називається гіперполяризацією .

Біофізичні основи мембранного потенціалу спокою

Електричні явища в плазматичній мембрані визначаються розподілом іонів між внутрішньою і зовнішньою сторонамимембрани. З хімічного аналізувідомо, що концентрація іонів внутрішньоклітинної рідини дуже відрізняється від концентрації іонів у позаклітинній рідині. Термін "позаклітинна рідина" має відношення до всіх рідин поза клітинами (міжклітинна речовина, кров, лімфа тощо). У таблиці представлені концентрації основних іонів у м'язових клітинах ссавців та позаклітинної рідини (міллимолі на літр).

Існують значні відмінностіміж концентрацією основних іонів усередині та поза клітиною. Позаклітинна рідина має високу концентрацію іонів натрію та хлору. Внутрішньоклітинна рідина має високу концентрацію калію та різних органічних аніонів (A -) (заряджені групи білків).

Відмінність між концентраціями натрію та калію у позаклітинній та внутрішньоклітинній рідинах обумовлені діяльністю натрій-калієвого насоса, який викачує за один цикл 3 іона натрію з клітини та закачує 2 іона калію в клітину проти електрохімічного градієнта зазначених іонів. Основна функція натрію-калію насоса - підтримка відмінності концентрацій іонів натрію та калію з обох боків плазматичної мембрани.

У стані спокою проникність плазматичної мембрани для іонів калію значно перевищує проникність мембрани для іонів натрію. У нервових клітинах співвідношення проникності відповідних іонів становить 1:0,04.

Цей факт дозволяє пояснювати існування мембранного потенціалу спокою.

Іони калію прагнуть залишити клітину через їхню високу внутрішню концентрацію. При цьому переміщення через мембрану внутрішньоклітинних аніонів через їх великі розміри не відбувається. Незначне надходження іонів натрію всередину клітини також компенсує вихід іонів калію назовні, оскільки проникність мембрани у спокої для іонів натрію мала.

Отже, зовні клітина набуває додатково позитивного заряду і всередині залишається надлишок негативного заряду.

Дифузія калію через мембрану – процес обмежений. Іони калію, що проникають через мембрану, створюють електричне поле, яке затримує дифузію інших іонів калію. У міру виходу з клітини калію електричне поле наростає і, зрештою, напруженість досягає такого значення, коли потік калію через мембрану припиняється. Стан, при якому потік іонів за їх концентраційним градієнтом врівноважується мембранним потенціалом, називається станом електрохімічної рівновагиіонів. Розмір такого мембранного потенціалу рівноваги визначається рівнянням Нернста (при цьому вважають, що мембрана проникна тільки для одного виду іонів ) :

R- універсальна газова постійна, T- термодинамічна температура, z- Електричний заряд іона, F- постійна Фарадея, i та o - внутрішньоклітинна та позаклітинна концентрації іонів калію відповідно.

Обчислення, засновані на рівнянні Нернста, вказують, що внутрішня та зовнішня концентрація іона хлору також відповідає стану електрохімічної рівноваги, але концентрація натрію далека від рівноваги з мембранним потенціалом мембрани.

Рівняння Нернста показує, що концентраційний градієнт іонів калію визначає величину мембранного потенціалу спокою лише першому наближенні. Розраховані величини мембранного потенціалу збігаються з експериментально отриманими тільки при високої концентраціїкалію поза клітиною.

Більш точна величина мембранного потенціалу спокою може бути обчислена з рівняння Гольдмана-Ходжкіна, в якому враховуються концентрації та проникність мембрани для трьох основних іонів внутрішньо- та позаклітинної рідин:

Також у підтримці мембранного потенціалу спокою бере участь безпосередньо натрій-калій насос, викачуючи три іони натрію з клітини та закачуючи лише два іони калію. В результаті мембранний потенціал спокою стає більш негативним, ніж був би, якби створювався пасивним переміщенням іонів через мембрану.

Потенціал дії

Якщо через мембрану нервової чи м'язової клітини проходить короткочасний електричний струм, то мембранний потенціал піддається послідовним змінам, які є специфічними та унікальними для збудливих клітин. Збудливі тканиниможна стимулювати також механічними чи хімічними засобами, але у експериментальної роботі, зазвичай, використовуються електричні стимули.

Рис. 1.Потенціал дії нервової клітки.

Потенціал дії - Швидке коливання величини мембранного потенціалу, викликане дією на збудливу клітину електричного або іншого подразника.

На рис. 1 показаний потенціал дії нервової клітини, записаний за допомогою мікроелектроду. Якщо до клітини прикладають короткочасний електричний стимул, мембранний потенціал швидко зменшується до нуля. Це відхилення характеризують як фазу деполяризації в. Протягом короткого часу внутрішнє середовищеклітини стає електропозитивною по відношенню до зовнішньої ( фаза реверсії мембранного потенціалу, або завершать ). Потім мембранний потенціал повертається до рівня мембранного потенціалу спокою ( етап реполяризації ) (рис.2.).

Рис. 2.Фази потенціалу дії

Тривалість потенціалу дії становить від 0,5 до 1 мілісекунди у великих нервових клітинах та кілька мілісекунд у клітинах скелетних м'язів. Загальна амплітуда – майже 100 – 120 мВ, відхилення від нульової лінії - близько 30-50 мВ.

Потенціал дії відіграє провідну роль обробці інформації в нервовій системі. Він має постійну амплітуду, яка є імовірнісною величиною. Це має велике значенняу обробці інформації нервовою системою. Кодування інтенсивності подразнення здійснюється числом потенціалів дії та частотою, з якою потенціали дії йдуть один за одним.

Біофізичні основи потенціалу дії

Потенціал дії виникає через специфічні зміни іонної проникності в плазматичній мембрані. Англійський фізіолог Ходжкін показав, що основний механізм потенціалу дії полягає у короткочасній та дуже специфічній зміні проникності мембрани для іонів натрію. Іони натрію у своїй надходять у клітину досі, поки мембранний потенціал досягне потенціалу електрохімічного рівноваги іонів натрію.

Рис. 3.Зміна проникності мембрани для іонів натрію та калію під час потенціалу дії

Проникність мембрани для натрію при дії на клітину електричного стимулу зростає приблизно в 500 разів і стає значно більшою, ніж проникність мембрани для іонів калію. У клітині різко підвищується концентрація іонів натрію. В результаті мембранний потенціал приймає позитивне значенняі потік іонів натрію в клітину сповільнюється.

Під час появи потенціалу дії відбувається деполяризація плазматичної мембрани. Швидка деполяризація мембрани під впливом електричного стимулу викликає збільшення її проникності іонів натрію. Зростання надходження іонів натрію в клітину посилює деполяризацію мембрани, що, своєю чергою, викликає подальше збільшення проникності мембрани для натрію і т.д.

Але величина мембранного потенціалу при деполяризації не досягає рівня потенціалу електрохімічної рівноваги іонів натрію. Причиною цього є зниження проникності мембрани для іонів натрію через інактивації натрієвого трансмембранного перенесенняЦей процес різко зменшує проникність мембрани для іонів натрію та зупиняє наплив натрію у клітину.

У цей момент відбувається збільшення проникності мембрани для іонів калію, що призводить до швидкому зниженнювеличини мембранного потенціалу рівня потенціалу спокою. Проникність мембрани для іонів калію також знижується до нормального значення. Таким чином, інактивація вхідного натрієвого струму та підвищення проникності мембрани для іонів калію (вихідний струм) обмежують тривалість потенціалу дії та призводять до реполяризації мембрани.

Таким чином, протягом потенціалу дії кілька іонів натрію надходять у клітину. Але ця кількість досить невелика. Зміна концентрації іонів у великих нервових клітинах становить лише близько 1/300 000 початкової величини.

Основний механізм змін проникності мембрани обумовлений подіями в натрієвих та калієвих каналах мембрани. Стан їх воріт управляється величиною мембранного потенціалу. Натрієві канали мають два типи воріт. Один з них, звані активаційними воротами, закриті в стані спокою і відкриваються при деполяризації мембрани. Надходження іонів натрію в клітину викликає відкриття все більшого числаактиваційних воріт. Другий тип воріт натрієвих каналів - інактиваційні при деполяризації мембрани, що посилюється, поступово закриваються, що зупиняє приплив натрію в клітину. Деполяризація мембрани також спричиняє відкриття додаткового числа калієвих каналів, внаслідок чого збільшується проникність мембрани для іонів калію та відбувається реполяризація мембрани.

Рис. 4.Зміна стану натрієвих та калієвих каналів мембрани залежно від величини мембранного потенціалу

Поширення потенціалу дії

Потенціал дії поширюється вздовж мембрани нервової та м'язової клітин без зменшення амплітуди з відстанню. Цей процес обумовлений кабельними властивостямиплазматичної мембрани, тобто. здатністю проводити електричний струм на невеликі відстані. Локальний електричний струм тече в клітину в активній ділянці (де виникає потенціал дії) та з клітини – у суміжній неактивній зоні. Ці іонні струми спричиняють деякі зміни мембранного потенціалу в зоні, що прилягає до місця виникнення потенціалу дії.

Циклічний локальний струм знижує заряд мембрани в неактивній зоні та деполяризує її. Якщо деполяризація досягає порогового рівня, то зростає проникність мембрани для іонів натрію та виникає потенціал дії. Таким чином потенціал дії поширюється вздовж нервових та м'язових волокон із постійною швидкістю.

Рис. 5.Поширення потенціалу дії вздовж мембрани нервового волокна

Швидкість поширення потенціалу дії в нервових волокнах залежить від їхнього діаметра. Вона максимальна у найбільш товстих волокнах, досягаючи близько 100 метрів за секунду.

»: Потенціал спокою – це важливе явище у житті всіх клітин організму, і важливо знати, як він формується. Однак це складний динамічний процес, важкий для сприйняття цілком, особливо для студентів молодших курсів (біологічних, медичних та психологічних спеціальностей) та непідготовлених читачів. Втім, при розгляді за пунктами цілком можливо зрозуміти його основні деталі та етапи. У роботі вводиться поняття потенціалу спокою та виділяються основні етапи його формування з використанням образних метафор, що допомагають зрозуміти та запам'ятати молекулярні механізми формування потенціалу спокою.

Мембранні транспортні структури - натрій-калієві насоси - створюють передумови виникнення потенціалу спокою. Причини ці - різниця в концентрації іонів на внутрішній і зовнішній сторонахклітинної мембрани. Окремо поводиться різниця концентрації по натрію і різниця концентрації по калію. Спроба іонів калію (K+) вирівняти свою концентрацію по обидві сторони мембрани призводить до його витоку з клітини та втрати разом з ними позитивних електричних зарядів, за рахунок чого значно посилюється загальний негативний заряд внутрішньої поверхніклітини. Ця «калієва» негативність становить більшу частину потенціалу спокою (-60 мВ у середньому), а меншу його частину (-10 мВ) становить «обмінна» негативність, спричинена електрогенністю самого іонного насоса-обмінника.

Давайте розбиратися докладніше.

Навіщо нам потрібно знати, що таке потенціал спокою та як він виникає?

Ви знаєте, що таке «тваринна електрика»? Звідки в організмі беруться "біоструми"? Як жива клітка, що знаходиться у водному середовищі, може перетворитися на «електричну батарейку» і чому вона моментально не розряджається?

На ці питання можна відповісти лише в тому випадку, якщо дізнатися, як клітина створює собі різницю електричних потенціалів (потенціал спокою) на мембрані.

Цілком очевидно, що розуміння того, як працює нервова система, необхідно спочатку розібратися, як працює її окрема нервова клітина - нейрон. Головне, що лежить в основі роботи нейрона – це переміщення електричних зарядів через його мембрану та поява внаслідок цього на мембрані електричних потенціалів. Можна сказати, що нейрон, готуючись до своєї нервової роботи, Спочатку запасає енергію в електричній формі, а потім використовує її в процесі проведення та передачі нервового збудження.

Таким чином, наш перший крок до вивчення роботи нервової системи - це зрозуміти, яким чином з'являється електричний потенціал на мембрані нервових клітин. Цим ми і займемося, і назвемо цей процес формуванням потенціалу спокою.

Визначення поняття «потенціал спокою»

У нормі, коли нервова клітина перебуває у фізіологічному спокої та готова до роботи, у неї вже відбувся перерозподіл електричних зарядів між внутрішньою та зовнішньою сторонами мембрани. За рахунок цього виникло електричне поле, і на мембрані з'явився електричний потенціал мембранний потенціал спокою.

Таким чином, мембрана виявляється поляризованою. Це означає, що вона має різний електричний потенціал зовнішньої та внутрішньої поверхонь. Різницю між цими потенціалами цілком можливо зареєструвати.

У цьому можна переконатися, якщо ввести всередину клітини мікроелектрод, з'єднаний з установкою, що реєструє. Як тільки електрод потрапляє всередину клітини, він миттєво набуває деякого постійного електронегативного потенціалу по відношенню до електрода, розташованого в навколишній клітині рідини. Величина внутрішньоклітинного електричного потенціалу у нервових клітин та волокон, наприклад, гігантських нервових волоконкальмара, у спокої становить близько -70 мВ. Цю величину називають мембранним потенціалом спокою (МПП). У всіх точках аксоплазми цей потенціал практично однаковий.
Ноздрачов А.Д. та ін Початки фізіології.

Ще трохи фізики. Макроскопічні фізичні тіла, зазвичай, електрично нейтральні, тобто. у них у рівних кількостях містяться як позитивні, і негативні заряди. Зарядити тіло можна, створивши в ньому надлишок заряджених частинок одного виду, наприклад, тертям про інше тіло, в якому при цьому утворюється надлишок протилежного зарядів виду. Враховуючи наявність елементарного заряду ( e), повний електричний заряд будь-якого тіла можна уявити як q= ±N× eде N - ціле число.

Потенціал спокою- це різниця електричних потенціалів, що є на внутрішній та зовнішній сторонах мембрани, коли клітина перебуває у стані фізіологічного спокою.Його величина вимірюється зсередини клітини, вона негативна і становить у середньому −70 мВ (мілівольт), хоча у різних клітинах може бути різною: від −35 мВ до −90 мВ.

Важливо враховувати, що у нервовій системі електричні заряди представлені не електронами, як і звичайних металевих проводах, а іонами - хімічними частинками, мають електричний заряд. І взагалі в водних розчинахяк електричного струму переміщаються не електрони, а іони. Тому все електричні струмиу клітинах та навколишньому середовищі - це іонні струми.

Отже, зсередини клітина у спокої заряджена негативно, а зовні – позитивно. Це властиво всім живим клітинам, крім, хіба що, еритроцитів, які, навпаки, заряджені негативно зовні. Якщо говорити конкретніше, виходить, що зовні навколо клітини переважатимуть позитивні іони (катіони Na + і K +), а всередині - негативні іони (аніони органічних кислот, не здатні вільно переміщатися через мембрану, як Na + і K +).

Тепер нам лише залишилося пояснити, яким же чином все вийшло саме так. Хоча, звичайно, неприємно усвідомлювати, що всі наші клітини, крім еритроцитів, тільки зовні виглядають позитивними, а всередині вони - негативні.

Термін «негативність», який ми будемо застосовувати для характеристики електричного потенціалу всередині клітини, стане нам у нагоді для простоти пояснення змін рівня потенціалу спокою. У цьому терміні цінно те, що інтуїтивно зрозуміло наступне: чим більша негативність усередині клітини - тим нижче в негативну сторону від нуля зміщений потенціал, а чим менша негативність - тим ближчий негативний потенціал до нуля. Це набагато простіше зрозуміти, ніж щоразу розумітися на тому, що саме означає вираз «потенціал зростає» - зростання по абсолютного значення(або «по модулю») означатиме зміщення потенціалу спокою вниз від нуля, а просто «зростання» - зміщення потенціалу до нуля. Термін «негативність» не створює таких проблем неоднозначності розуміння.

Сутність формування потенціалу спокою

Спробуємо розібратися, звідки береться електричний заряд нервових клітин, хоча їх ніхто не тре, як це роблять фізики у своїх дослідах із електричними зарядами.

Тут дослідника і студента чекає одна з логічних пасток: внутрішня негативність клітини виникає не через появи зайвих негативних частинок(аніонів), а, навпаки, через втрати деякої кількості позитивних частинок(катіонів)!

То куди ж діваються з клітки позитивно заряджені частинки? Нагадаю, що це іони натрію - Na + - і калію - K + , що залишили клітину і скупчені зовні.

Головний секрет появи негативності усередині клітини

Відразу відкриємо цей секрет і скажемо, що клітина втрачає частину своїх позитивних частинок і заряджається негативно за рахунок двох процесів:

спочатку вона обмінює "свій" натрій на "чужий" калій (так-так, одні позитивні іони на інші, такі ж позитивні);
потім із неї відбувається витік цих «наміняних» позитивних іонів калію, разом із якими з клітини витікають позитивні заряди.

Ці два процеси нам і треба пояснити.

Перший етап створення внутрішньої негативності: обмін Na+ на K+

У мембрані нервової клітини постійно працюють білкові насоси-обмінники(аденозинтрифосфатази, або Na+/K+-АТФази), вбудовані в мембрану. Вони змінюють «власний» клітин натрій на зовнішній «чужий» калій.

Але ж при обміні одного позитивного заряду (Na+) на інший такий самий позитивний заряд (K+) ніякого дефіциту позитивних зарядів у клітині виникати не може! Правильно. Проте через цей обмін в клітині залишається дуже мало іонів натрію, тому що вони майже всі пішли назовні. І водночас клітина переповнюється іонами калію, які у неї накачали молекулярні насоси. Якби ми могли спробувати на смак цитоплазму клітини, ми б помітили, що в результаті роботи насосів-обмінників вона перетворилася з солоної на гірко-солона-кислу, тому що солоний смак хлориду натрію змінився складним смаком концентрованого розчину хлориду калію. У клітині концентрація калію сягає 0,4 моль/л. Розчини хлориду калію в межах 0,009–0,02 моль/л мають солодкий смак, 0,03–0,04 – гіркий, 0,05–0,1 – гірко-солоний, а починаючи з 0,2 і вище – складний смак , Що складається з солоного, гіркого та кислого.

Важливо тут те, що обмін натрію на калій – нерівний. За кожні віддані клітиною три іони натріювона отримує всього два іони калію. Це призводить до втрати одного позитивного заряду за кожного акту іонного обміну. Так що вже на цьому етапі рахунок нерівноцінного обміну клітина втрачає більше «плюсів», ніж отримує натомість. В електричному виразі це становить приблизно -10 мВ негативності усередині клітини. (Але пам'ятайте, що нам треба ще знайти пояснення для −60 мВ, що залишилися!)

Щоб легше було запам'ятати роботу насосів-обмінників, образно можна сказати так: "Клітка любить калій!"Тому клітина і затягує калій себе, незважаючи на те, що його і так у ній повно. І тому вона невигідно обмінює його на натрій, віддаючи 3 іони натрію за 2 іони калію. І тому вона витрачає цей обмін енергію АТФ. І як витрачає! До 70% всіх енерговитрат нейрона може йти на роботу натрій-калієвих насосів. (Ось що робить кохання, нехай воно навіть і не справжнє!)

До речі, цікаво, що клітина не народжується із готовим потенціалом спокою. Їй ще треба його створити. Наприклад, при диференціювання та злиття міобластів потенціал їхньої мембрани змінюється від −10 до −70 мВ, тобто. їхня мембрана стає більш негативною - поляризується в процесі диференціювання. А в експериментах на мультипотентних мезенхімальних стромальних клітинах кісткового мозку людини штучна деполяризація, що протидіє потенціалу спокою та зменшує негативність клітин, навіть інгібувала (пригнічувала) диференціювання клітин.

Образно кажучи, можна сказати так: Створюючи потенціал спокою, клітина «заряджається любов'ю». Це любов до двох речей:

любов клітини до калію (тому клітина силоміць затягує його до себе);
любов калію до свободи (тому калій залишає клітину, що захопила його).

Механізм насичення клітини калієм ми вже пояснили (це робота насосів-обмінників), а механізм відходу калію з клітини пояснимо нижче, коли перейдемо до опису другого етапу створення внутрішньоклітинної негативності. Отже, результат діяльності мембранних іонних насосів-обмінників на першому етапі формування потенціалу спокою такий:

Дефіцит натрію (Na+) у клітині.
Надлишок калію (K+) у клітині.
Поява на мембрані слабкого електричного потенціалу (-10 мВ).

Можна сказати так: на першому етапі іонні насоси мембрани створюють різницю концентрацій іонів, або градієнт (перепад) концентрації між внутрішньоклітинним і позаклітинним середовищем.

Другий етап створення негативності: витік іонів K+ із клітини

Отже, що починається в клітині після того, як з іонами попрацюють її мембранні натрій-калієві насоси-обмінники?

Через дефіцит натрію всередині клітини, що утворився, цей іон при кожному зручному випадку норовить. кинутися всередину: розчинені речовини завжди прагнуть вирівняти свою концентрацію у всьому об'ємі розчину. Але це у натрію виходить погано, оскільки іонні натрієві канали зазвичай закриті і відкриваються лише за певних умов: під впливом спеціальних речовин (трансмітерів) або зменшення негативності в клітині (деполяризації мембрани).

У той самий час у клітині є надлишок іонів калію проти зовнішнім середовищем - оскільки насоси мембрани насильно накачали їх у клітину. І він, теж прагнучи зрівняти свою концентрацію всередині та зовні, норовить, навпаки, вийти з клітки. І це в нього виходить!

Іони калію K+ залишають клітину під дією хімічного градієнта їх концентрації з різних боків мембрани (мембрана значно більш проникна для K+, ніж для Na+) і забирають із собою позитивні заряди. Через це всередині клітини наростає негативність.

Тут ще важливо зрозуміти те, що іони натрію і калію як би не помічають один одного, вони реагують тільки на самих себе. Тобто. натрій реагує на концентрацію ж натрію, але «не звертає уваги» на те, скільки навколо калію. І навпаки, калій реагує лише на концентрацію калію та «не помічає» натрій. Виходить, що з розуміння поведінки іонів треба окремо розглядати концентрації іонів натрію та калію. Тобто. треба окремо порівняти концентрацію по натрію всередині та зовні клітини та окремо - концентрацію по калію всередині та зовні клітини, але не має сенсу порівнювати натрій з калієм, як це, буває, робиться у підручниках.

За законом вирівнювання хімічних концентрацій, що діє в розчинах, натрій «хоче» зовні увійти в клітину; туди ж його спричиняє й електрична сила (як ми пам'ятаємо, цитоплазма заряджена негативно). Хотіти він хоче, але не може, так як мембрана в звичайному станіпогано його пропускає. Натрієві іонні канали, що є в мембрані, в нормі закриті. Якщо все ж таки його заходить трошки, то клітина відразу ж обмінює його на зовнішній калій за допомогою своїх натрій-калієвих насосів-обмінників. Виходить, що іони натрію проходять через клітину як би транзитом і не затримуються у ній. Тому натрій у нейронах завжди у дефіциті.

А ось калій може легко виходити з клітини назовні! У клітці його повно, і вона втримати його не може. Він виходить назовні через спеціальні канали в мембрані - «калієві канали витоку», які в нормі відкриті і випускають калій.

К + -канали витоку постійно відкриті при нормальних значеннях мембранного потенціалу спокою і виявляють вибухи активності при зсувах мембранного потенціалу, які тривають кілька хвилин і спостерігаються за всіх значень потенціалу. Посилення К + -струмів витоку веде до гіперполяризації мембрани, тоді як їх пригнічення - до деполяризації. ...Проте існування канального механізму, відповідального за струми витоку, тривалий час залишалося під питанням. Тільки зараз стало ясно, що калієвий витік – це струм через спеціальні калієві канали.
Зефіров А.Л. та Сітдікова Г.Ф. Іонні канали збудливої клітини(структура, функція, патологія).

Від хімічного – до електричного

А тепер – ще раз найголовніше. Ми повинні свідомо перейти від руху хімічних частинок до руху електричних зарядів.

Калій (K+) позитивно заряджений, і тому він, коли виходить із клітини, виносить із неї не лише самого себе, а й позитивний заряд. За ним зсередини клітини до мембрани тягнуться мінуси - негативні заряди. Але вони можуть просочитися через мембрану - на відміну іонів калію - т.к. їм немає відповідних іонних каналів, і мембрана їх пропускає. Пам'ятаєте про непояснені нами −60 мВ негативності? Це і є та сама частина мембранного потенціалу спокою, який створює витік іонів калію з клітини! І це – більшість потенціалу спокою.

Для цієї складової частини потенціалу спокою є навіть спеціальна назва – концентраційний потенціал. Концентраційний потенціал - це частина потенціалу спокою, створена дефіцитом позитивних зарядів усередині клітини, що утворився рахунок витоку з неї позитивних іонів калію.

Ну, а тепер трохи фізики, хімії та математики для любителів точності.

Електричні сили пов'язані з хімічними рівняннями Гольдмана. Його окремим випадком є більш просте рівняння Нернста, за формулою якого можна розрахувати трансмембранну дифузійну різницю потенціалів на основі різної концентрації іонів одного виду з різних боків мембрани. Так, знаючи концентрацію іонів калію зовні та всередині клітини, можна розрахувати калієвий рівноважний потенціал E K:

де Едо - рівноважний потенціал, R- газова постійна, Т- Абсолютна температура, F- постійна Фарадея, К + зовніш і K + внутр - концентрації іонів К + зовні і всередині клітини, відповідно. За формулою видно, що з розрахунку потенціалу порівнюються між собою концентрації іонів одного виду - K + .

Більш точно підсумкова величина сумарного дифузійного потенціалу, що створюється витіканням кількох видів іонів, розраховується за формулою Гольдмана-Ходжкіна-Катца. У ній враховано, що потенціал спокою залежить від трьох факторів: (1) полярності електричного зарядукожного іона; (2) проникності мембрани Рдля кожного іона; (3) [концентрацій відповідних іонів] всередині (всередину) та зовні мембрани (зовніш). Для мембрани аксона кальмара у спокої ставлення провідностей Р K: PNa :P Cl = 1: 0,04: 0,45.

Висновок

Отже, потенціал спокою складається з двох частин:

−10 мВ, які виходять від «несиметричної» роботи мембранного насоса-обмінника (адже він більше викачує із клітини позитивних зарядів (Na+), ніж закачує назад із калієм).
Друга частина - це постійно витікає з клітини калій, що забирає позитивні заряди. Його внесок – основний: −60 мВ. У сумі це дає шукані −70 мВ.

Що цікаво, калій перестане виходити з клітини (точніше, його вхід та вихід зрівнюються) лише за рівня негативності клітини −90 мВ. У цьому випадку зрівняються хімічні та електричні сили, що проштовхують калій через мембрану, але направляють його в протилежні сторони. Але цьому заважає постійно натрій, що підтікає в клітину, який несе з собою позитивні заряди і зменшує негативність, за яку «бореться» калій. І у результаті клітині підтримується рівноважний стан лише на рівні −70 мВ.

Ось тепер мембранний потенціал спокою остаточно сформовано.

Схема роботи Na+/K+-АТФазинаочно ілюструє «несиметричний» обмін Na+ на K+: викачування надлишкового «плюсу» у кожному циклі роботи ферменту призводить до негативного заряджання внутрішньої поверхні мембрани. Чого в цьому ролику не сказано, так це того, що АТФаза відповідальна за менш ніж 20% потенціалу спокою (-10 мВ): «негативність» (-60 мВ), що залишилася, з'являється за рахунок виходу з клітини через «калієві канали витоку» іонів K + , що прагнуть вирівняти свою концентрацію всередині клітини та поза нею.

Література

Jacqueline Fischer-Lougheed, Jian-Hui Liu, Estelle Espinos, David Mordasini, Charles R. Bader, et. al.. (2001). Human Myoblast Fusion Requires Expression of Functional Inward Rectifier Kir2.1 Channels . J Cell Biol. 153 , 677-686;
Liu J.H., Bijlenga P., Fischer-Lougheed J. et al. (1998). Роль an inward rectifier K + current і hyperpolarization in human myoblast fusion . J. Physiol. 510 , 467–476;
Sarah Sundelacruz, Michael Levin, David L. Kaplan. (2008). Membrane Potential Controls Adipogenic and Osteogenic Differentiation of Mesenchymal Stem Cells. PLoS ONE. 3 , E3737;
Павловська М.В. та Мамикін А.І. Електростатика. Діелектрики та провідники в електричному полі. Постійний струм / Електронний посібникза загальним курсом фізики. СПб: Санкт-Петербурзький державний електротехнічний університет;
Ноздрачев А.Д., Баженов Ю.І., Бараннікова І.А., Батуєв А.С. та ін. Початки фізіології: Підручник для вузів / За ред. акад. А.Д. Ноздрачова. СПб: Лань, 2001. – 1088 с.;
Макаров А.М. та Луньова Л.А. Основи електромагнетизму / Фізика у технічному університеті. Т. 3;
Зефіров А.Л. та Сітдікова Г.Ф. Іонні канали збудливої клітки (структура, функція, патологія). Казань: Арт-кафе, 2010. – 271 с.;
Батьківщина Т.Г. Сенсорний аналіз продуктів харчування. Підручник для студентів ВНЗ. М.: Академія, 2004. – 208 с.;
Кольман Я. та Рем К.-Г. Наочна біохімія. М.: Світ, 2004. – 469 с.;
Шульговський В.В. Основи нейрофізіології: Навчальний посібник для студентів вишів. М.: Аспект Прес, 2000. – 277 с.

Мембранний потенціал спокою є електричним потенціалом (запасом), що формується між зовнішньою поверхнею мембрани клітини і внутрішньою стороноюВнутрішня сторона перетинки щодо зовнішньої поверхні завжди має негативний заряд. Для клітин кожного виду потенціал спокою є величиною практично незмінною. Так, у теплокровних у волокнах скелетної мускулатури вона становить 90 мВ, для клітин міокарда – 80, нервових клітин – 60-70. Мембранний потенціал є у всіх живих клітинах.

Відповідно до сучасною теорієюаналізований електричний запас формується в результаті активного та пасивного пересування іонів.

Пасивний рух відбувається для нього не потрібно витрат енергії. у стані спокою має більшу проникність для іонів калію. У цитоплазмі нервових та м'язових клітин їх (іонів калію) присутній у тридцять-п'ятдесят разів більше, ніж у міжклітинній рідині. У цитоплазмі іони знаходяться у вільному вигляді і дифундують, відповідно до градієнта концентрації, у позаклітинну рідину крізь мембрану. У міжклітинній рідині вони утримуються внутрішньоклітинними аніонами зовнішньої поверхні перетинки.

У внутрішньоклітинному просторі містяться в основному аніони піровиноградної, оцтової, аспарагінової та інших органічних кислот. Неорганічні кислоти містяться у відносно невеликій кількості. Крізь мембрану аніони проникати що неспроможні. Вони залишаються у клітці. Розташовуються аніони на внутрішній сторонімембрани.

У зв'язку з тим, що у аніонів заряд негативний, а у катіонів – позитивний, зовнішня поверхня перетинки має позитивний заряд, а внутрішня – негативний.

У позаклітинній рідині іонів натрію у вісім-десять разів більше, ніж у клітині. Їхня проникність незначна. Однак за рахунок проникнення іонів натрію до певної міри зменшується мембранний потенціал. При цьому має місце дифузія іонів хлору всередину клітини. Вміст цих іонів у п'ятнадцять-тридцять разів вище позаклітинних рідинах. За рахунок їхнього проникнення мембранний потенціал дещо зростає. Крім того, у перетинці існує й особливий молекулярний механізм. Він забезпечує активне просування іонів калію та натрію у бік підвищеної концентрації. У такий спосіб підтримується іонна асиметрія.

Під впливом ферменту аденозинтрифосфатази відбувається розщеплення АТФ. Отруєння ціанідами, монойодацетатом, динітрофенолом та іншими речовинами, у тому числі такими, що припиняють процеси синтезу та гліколізу АТФ, провокує його (АТФ) зниження в цитоплазмі та припинення функціонування "помпи".

Перетинка проникна також і іонів хлору (особливо у волокнах мускулатури). У клітинах, що володіють високою проникністю, іони калію та хлору в рівного ступеняформують мембранний спокій. При цьому в інших клітинах внесок останніх у цей процес незначний.