Б > БИ БиопотенциалыБИОПОТЕНЦИАЛЫАвторы: Л.Г. МагазаникБИОПОТЕНЦИАЛЫ (биологические потенциалы), электрич. потенциалы, существующие во всех живых клетках. Образуются в результате разделения электрич. зарядов на клеточной мембране, т. к. основу мембраны составляют фосфолипиды, препятствующие свободной диффузии ионов. Концентрация ионов калия внутри нервной или мышечной клетки примерно в 50 раз выше, чем снаружи. Напротив, внеклеточная жидкость содержит намного больше ионов натрия, кальция и хлора. Ионная асимметрия поддерживается благодаря наличию в мембране двух типов белковых включений: каналов, через которые определённые типы ионов могут перемещаться путём диффузии в соответствии с концентрационным градиентом, и ионных насосов, которые при определённых энергетич. затратах переносят ионы против концентрационного градиента. Т. о. создаётся и поддерживается разность потенциалов между внутренней (заряжена отрицательно) и наружной (заряжена положительно) поверхностями мембраны клетки, т. е. мембранный потенциал, амплитуда которого обычно составляет от -50 до -90 мВ. Такое равновесное состояние называют также потенциалом покоя, в отличие от относительно кратковрем. колебаний уровня потенциала, возникающих вследствие изменения проницаемости ионных каналов, что влечёт за собой увеличение (или уменьшение) потока определённых ионов через мембрану. Переход ионных каналов из закрытого в открытое состояние управляется изменениями мембранного потенциала или химич. веществами, в т. ч. медиаторами. Так, ацетилхолин открывает для катионов специфич. ионные каналы в мембране мышечной клетки - холинорецепторы, вследствие чего уменьшается разность потенциалов (деполяризация мембраны). Быстрое колебание мембранного потенциала называют возбуждающим потенциалом. Если эта деполяризация достигает определённого порога, то потенциалзависимые натриевые каналы на короткое время переходят в открытое состояние, порождая потенциал действия, достигающий значений от -90 до -120 мВ. Продолжительность его действия мала (ок. 1,5 мс), т. к. вместе с натриевыми открываются потенциалзависимые калиевые каналы, что ведёт к восстановлению исходного уровня мембранного потенциала (реполяризации), и клетка вновь становится способной генерировать потенциал действия в ответ на деполяризующий сигнал. Т. о., потенциал действия способен быстро и без потери амплитуды распространяться вдоль мышечных волокон или аксонов нервных клеток, тем самым запуская мышечное сокращение или осуществляя передачу сигналов по нерву. В волокнах сердечной мышцы длительность потенциала действия достигает 90-600 мс, в его генерации принимают участие также потенциалзависимые кальциевые каналы. Это является непременным условием синхронной и ритмичной сократительной деятельности клеток миокарда, обеспечивающей насосную функцию сердца. Если медиатор управляет открытием калиевых или хлорных каналов для ионов K + и Cl -, то происходит гиперполяризация клетки. Амплитуда мембранного потенциала кратковременно увеличивается, т. е. появляются тормозные сигналы, приводящие к снижению возбудимости клетки. Изменения мембранного потенциала могут вызываться также путём активации каналов механич. воздействиями, фотонами света, изменениями температуры, сдвигами рН внеклеточной жидкости. В клетках, мембрана которых снабжена чувствительными к подобным воздействиям каналами, возникают потенциалы, дающие начало специфич. ощущениям (слух, вкус, зрение, осязание, боль, определение положения тела и его частей в пространстве, восприятие тепла и холода). Неравномерное распределение ионов по обе стороны клеточной мембраны определяет природу Б. и в растит. клетках. Возникновение медленно изменяющихся Б. в клетках растений в большей мере определяется ионами кальция или хлора. Б. могут быть измерены в эксперименте внутриклеточными микроэлектродами. Результаты таких измерений используются при исследовании разнообразных физиологич. функций. С помощью поверхностных электродов вне клетки могут регистрироваться суммарные изменения Б. большого числа активных в данный момент клеток (целых нервов, мышц, мозга и т. п.). Измерения Б. имеют важное диагностич. значение. Так, электромиограмма представляет собой результат сложения потенциалов действия множества скелетных мышечных волокон; электрокардиограмма - суммирует колебания Б. мышечных клеток сердца; электроэнцефалограмма - Б. структур мозга; электроретинограмма даёт представление о работе сетчатки глаза. См. также Биологические мембраны, Ионные каналы, Ионные насосы. Литература Лит.: Ходоров Б.И. Общая физиология возбудимых мембран. М., 1975; Кэндел Э. Клеточные основы поведения. М., 1980; Костюк П. Г., Крышталь О.А. Механизмы электрической возбудимости нервной клетки. М., 1981; Hille B. Ion channels of excitable membranes. 3rd ed. Sunderland, 2001; От нейрона к мозгу. М., 2003. |
 |