Veškerá nervová činnost úspěšně funguje díky střídání fází klidu a vzrušivosti. Poruchy v polarizačním systému narušují elektrickou vodivost vláken. Ale kromě nervových vláken existují další dráždivé tkáně - endokrinní a svalová.
Budeme však uvažovat o vlastnostech vodivých tkání a na příkladu procesu excitace organických buněk si povíme o významu kritické úrovně depolarizace. Fyziologie nervové aktivity úzce souvisí s indikátory elektrického náboje uvnitř a vně nervové buňky.
Pokud je jedna elektroda připojena k vnějšímu obalu axonu a druhá k jeho vnitřní části, pak existuje potenciální rozdíl. Elektrická aktivita nervových drah je založena na tomto rozdílu.
Co je klidový potenciál a akční potenciál?
Všechny buňky nervového systému jsou polarizované, to znamená, že mají odlišný elektrický náboj uvnitř a vně speciální membrány. Nervová buňka je vždyjeho lipoproteinová membrána, která má funkci bioelektrického izolantu. Díky membránám se v buňce vytváří klidový potenciál, který je nezbytný pro následnou aktivaci.
Klidový potenciál je udržován přenosem iontů. Uvolnění draselných iontů a vstup chlóru zvyšují klidový potenciál membrány.
Akční potenciál se kumuluje ve fázi depolarizace, tedy vzestupu elektrického náboje.
Fáze akčního potenciálu. Fyziologie
Takže depolarizace ve fyziologii znamená snížení membránového potenciálu. Depolarizace je základem pro vznik excitability, tedy akčního potenciálu pro nervovou buňku. Když je dosaženo kritické úrovně depolarizace, žádný, ani silný podnět, není schopen vyvolat reakce v nervových buňkách. Zároveň je uvnitř axonu mnoho sodíku.
Bezprostředně po této fázi následuje fáze relativní vzrušivosti. Odpověď je již možná, ale pouze na silný stimulační signál. Relativní excitabilita pomalu přechází do fáze ex altace. Co je povýšení? Toto je vrchol dráždivosti tkáně.
Po celou tuto dobu jsou sodíkové aktivační kanály uzavřeny. A k jejich otevření dojde až při vybití nervového vlákna. Repolarizace je nutná k obnovení záporného náboje uvnitř vlákna.
Co znamená kritická úroveň depolarizace (CDL)?
Takže vzrušivost je ve fyziologiischopnost buňky nebo tkáně reagovat na podnět a generovat nějaký druh impulzu. Jak jsme zjistili, buňky potřebují ke svému fungování určitý náboj – polarizaci. Zvýšení poplatku z mínus na plus se nazývá depolarizace.
Po depolarizaci vždy dojde k repolarizaci. Náboj uvnitř po excitační fázi musí být opět záporný, aby se buňka mohla připravit na další reakci.
Když jsou hodnoty voltmetru pevně nastaveny na 80, jedná se o klidovou fázi. Nastává po ukončení repolarizace, a pokud zařízení ukazuje kladnou hodnotu (větší než 0), pak se fáze reverzní repolarizace blíží maximální úrovni - kritické úrovni depolarizace.
Jak se přenášejí impulsy z nervových buněk do svalů?
Elektrické impulsy, které vznikly při excitaci membrány, jsou přenášeny podél nervových vláken vysokou rychlostí. Rychlost signálu je vysvětlena strukturou axonu. Axon je částečně obalený pochvou. A mezi myelinizovanými oblastmi jsou uzly Ranviera.
Díky tomuto uspořádání nervového vlákna se kladný náboj střídá s negativním a depolarizační proud se šíří téměř současně po celé délce axonu. Signál kontrakce dosáhne svalu ve zlomku sekundy. Takový indikátor, jako je kritická úroveň depolarizace membrány, znamená značku, při které je dosaženo maximálního akčního potenciálu. Po svalové kontrakci začíná repolarizace podél celého axonu.
Co se dějeběhem depolarizace?
Co znamená takový indikátor jako kritická úroveň depolarizace? Ve fyziologii to znamená, že nervové buňky jsou již připraveny k práci. Správné fungování celého orgánu závisí na normální, včasné změně fází akčního potenciálu.
Kritická úroveň (CLL) je přibližně 40–50 Mv. V této době se elektrické pole kolem membrány zmenšuje. Stupeň polarizace přímo závisí na tom, kolik sodíkových kanálů v buňce je otevřených. Buňka v tuto chvíli ještě není připravena na reakci, ale shromažďuje elektrický potenciál. Toto období se nazývá absolutní refrakternost. Fáze trvá pouze 0,004 s v nervových buňkách a v kardiomyocytech - 0,004 s.
Po absolvování kritické úrovně depolarizace nastupuje superexcitabilita. Nervové buňky mohou reagovat i na působení podprahového podnětu, tedy relativně slabého působení prostředí.
Funkce sodíkových a draslíkových kanálů
Důležitým účastníkem procesů depolarizace a repolarizace je tedy proteinový iontový kanál. Pojďme zjistit, co tento pojem znamená. Iontové kanály jsou proteinové makromolekuly umístěné uvnitř plazmatické membrány. Když jsou otevřené, mohou jimi procházet anorganické ionty. Proteinové kanály mají filtr. Sodíkovým kanálem prochází pouze sodík, draslíkovým kanálkem prochází pouze tento prvek.
Tyto elektricky ovládané kanály mají dvě brány: jedna je aktivační, má schopnost propouštět ionty, druháinaktivace. V době, kdy je klidový membránový potenciál -90 mV, je brána uzavřena, ale když začíná depolarizace, sodíkové kanály se pomalu otevírají. Zvýšení potenciálu vede k prudkému uzavření potrubních ventilů.
Faktorem, který ovlivňuje aktivaci kanálů, je excitabilita buněčné membrány. Pod vlivem elektrické excitability jsou spuštěny 2 typy iontových receptorů:
- spouští působení ligandových receptorů – pro chemodependentní kanály;
- Elektrický signál použitý pro elektricky ovládané kanály.
Když je dosaženo kritické úrovně depolarizace buněčné membrány, vydávají receptory signál, že je třeba uzavřít všechny sodíkové kanály a začnou se otevírat draslíkové kanály.
Pumpa sodíku a draslíku
Procesy přenosu excitačního impulsu všude probíhají v důsledku elektrické polarizace způsobené pohybem sodíkových a draselných iontů. Pohyb prvků probíhá na základě principu aktivního transportu iontů - 3 Na+ dovnitř a 2 K+ ven. Tento výměnný mechanismus se nazývá sodíkovo-draslíková pumpa.
Depolarizace kardiomyocytů. Fáze srdečního tepu
Cykly srdečních kontrakcí jsou také spojeny s elektrickou depolarizací převodních drah. Signál kontrakce vždy pochází z SA buněk umístěných v pravé síni a šíří se Hissovými drahami k Torelovým a Bachmannovým svazkům do levé síně. Pravý a levý výběžek Hissova svazku přenáší signál do srdečních komor.
Nervové buňky se rychleji depolarizují a přenášejí signál díky přítomnosti myelinové pochvy, ale postupně se depolarizuje i svalová tkáň. To znamená, že jejich náboj se změní z negativního na pozitivní. Tato fáze srdečního cyklu se nazývá diastola. Všechny buňky jsou zde propojeny a působí jako jeden komplex, protože práce srdce musí být co nejvíce koordinována.
Když nastane kritická úroveň depolarizace stěn pravé a levé komory, dojde k uvolnění energie – srdce se stáhne. Všechny buňky se poté repolarizují a připraví se na další kontrakci.
Deprese Verigo
V roce 1889 byl popsán fenomén ve fyziologii, který se nazývá Verigoova katolická deprese. Kritická úroveň depolarizace je úroveň depolarizace, při které jsou všechny sodíkové kanály již inaktivovány a místo nich fungují draslíkové kanály. Pokud se stupeň proudu zvýší ještě více, pak se dráždivost nervového vlákna výrazně sníží. A kritická úroveň depolarizace působením podnětů se vymyká stupnice.
Během Verigovy deprese se rychlost excitace snižuje a nakonec úplně odezní. Buňka se začne přizpůsobovat změnou funkčních prvků.
Adaptační mechanismus
Stává se, že za určitých podmínek se depolarizační proud delší dobu nepřepne. To je charakteristické pro senzorická vlákna. Postupné dlouhodobé zvyšování takového proudu nad normu 50 mV vede ke zvýšení frekvence elektronických pulzů.
V reakci na takové signály sevodivost draslíkové membrány. Aktivují se pomalejší kanály. V důsledku toho vzniká schopnost nervové tkáně opakovat reakce. Tomu se říká adaptace nervových vláken.
Při přizpůsobování se místo velkého počtu krátkých signálů začnou buňky hromadit a vydávat jediný silný potenciál. A intervaly mezi dvěma reakcemi se zvětšují.
