Концентрация ионов натрия внутри клетки

Содержание
  1. Роль натрия в организме человека. Источники, нормы
  2.  Роль и значение натрия для организма человека
  3. Симптомы недостатка и избытка макроэлемента
  4. Методы определения количества ионов натрия в крови и моче
  5. Дефицит натрия – причины, симптомы
  6. Симптоматика и причины гипернатриемии
  7. Источники натрия в рационе, доступность макроэлемента, потери при тепловой обработке
  8. Нормы потребления минерала для разных категорий людей
  9. Натрий во время беременности, для детей
  10. Натрий в медицинских препаратах
  11. Совместимость нутриента с другими элементами
  12. САМОЕ ИНТЕРЕСНОЕ:
  13. Мембранный потенциал покоя
  14. Регистрация потенциала покоя
  15. Формирование потенциала покоя
  16. Равновесный потенциал
  17. Уравнение Нернста
  18. Уравнения Голдмана
  19. Значение мембранного потенциала покоя для различных тканей
  20. Роль натрий-калиевого насоса в формировании МПС
  21. Биоэлектрические явления в живых тканях. Потенциал покоя
  22. Возбудимость
  23. Физиологические свойства возбудимых тканей
  24. Классификация раздражителей
  25. Состав плазматической мембраны
  26. Транспорт веществ
  27. Различают первично- и вторично-активный транспорт
  28. Мембранный потенциал или потенциал покоя
  29. Методы измерения мембранного потенциала
  30. Натрий-калиевый насос или помпа

Роль натрия в организме человека. Источники, нормы

Концентрация ионов натрия внутри клетки

Хотя натрий и не относится к органогенным химическим элементам, его значение для организма человека очень велико. Металлический натрий является мощным восстановителем и имеет высокую химическую активность.

Внутри тела человека преобладает ионная форма металла, отвечающая за важнейшую функцию – поддержание кислотно-щелочного баланса, осмотического давления и постоянного уровня pH крови. Рассмотрим, какие ещё функции выполняет макроэлемент в организме, чем грозит его дефицит и избыток.

Также статья расскажет о рекомендуемых нормах потребления нутриента, способах восполнения дефицита, совместимости минерала с другими веществами.

 Роль и значение натрия для организма человека

В организме человека содержится 0,15% натрия, при весе 70 кг его количество достигает примерно 100 г. Большая часть минерала находится в межклеточных жидкостях (50%), около 10% приходится на клетки и 40% располагается в депо – костной ткани.

В организме функции натрия неразрывно связаны с активностью его собрата калия:

  • Поддержание постоянства буферной системы крови. Отвечает за нейтрализацию кислот, поступающих с пищей, приводя в норму уровень pH крови;
  • Выполняет транспортировочную функцию, перенося сквозь клеточные мембраны аминокислоты, анионы органической и неорганической природы и важнейший источник энергии — глюкозу. Отвечает за выравнивание осмотического давления, оберегая клетки от разрыва оболочек и потери тургора;
  • Оказывает гипотензивное воздействие путём расширения сосудов;
  • Создаёт условия для формирования мембранного потенциала, обеспечивающего передачу сигнала нервных и мышечных клеток исполнительным органам. Эта важная функция необходима для ритмичного сокращения миокарда;
  • Способствует переносу углекислого газа от всех тканей тела к лёгким;
  • Участвует в синтезе желудочного сока, который оберегает нас от вторжения патогенных микроорганизмов;
  • Участвует в белковом обмене, отвечает за гидратацию белков;
  • Натрий необходим для активизации пищеварительных ферментов (энзимов);
  • Регулирует баланс жидкостей, предотвращает риск дегидратации организма.

За циркуляцию натрия из цитоплазмы клетки в межклеточное пространство отвечает натрий-калиевый насос – особый транспортировочный фермент аденозинтрифосфатаза. Всасывание нутриента происходит на всей протяжённости желудочно-кишечного тракта.

Сквозь ворсинки эпителия ионы проникают в межклеточное пространство, увлекая за собой воду с растворёнными питательными веществами. Ионы металла способны проникать в кровь сквозь лёгочный эпителий и эпидермис.

Передвижению ионов в межклеточном пространстве способствует гормон коры надпочечников альдостерон.

[attention type=yellow]

До 90% экскреции (выведения) приходится на работу почек, оставшееся количество покидает организм с калом и выделениями потовых желёз. Процесс натриевого обмена регулируется щитовидной железой.

[/attention]

Гипофункция этого органа приводит к задержке ионов металла в клетках, а повышенная секреция усиливает экскрецию натрия. Также за выведение макроэлемента отвечает гормон гипоталамуса вазопрессин, ускоряющий выделение минерала с мочой.

Баланс между количеством поступившего и выделившегося минерала стремится к нулю.

Симптомы недостатка и избытка макроэлемента

В организме человека каждый биологически значимый элемент должен присутствовать в определённом количестве. Даже небольшой дисбаланс, который не всегда можно определить по косвенным признакам, способен причинить непоправимый вред здоровью.

Методы определения количества ионов натрия в крови и моче

Следует отметить, что натрий имеет высокую биохимическую активность. После всасывания соли этого элемента диссоциируют до ионов Na+. На ионную форму минерала в человеческом теле приходится 85%, остальные 15% представляет собой различные соединения белковой природы.

Ионизированная форма натрия выполняет перечисленные выше биологические функции, является активной. Норма её содержания в плазме крови взрослого человека от 130 до 150 ммоль/л, у детей – 130-145 ммоль/л.

Показаниями к определению концентрации ионов Na+ являются заболевания различных систем организма, обезвоживание.

При заборе материала для анализа необходимо соблюсти ряд требований:

  • Пробу отбирают утром до приёма пищи;
  • Наиболее достоверный результат получается, если пациент ещё не вставал (минимальное напряжение мышечной ткани);
  • Жгут или манжета должны оказывать минимальное (по времени) давление на вену;
  • Первая порция пробы объёмом 0,5-1,0 мл отбрасывается;
  • Забор проводят в центрифужные пробирки с добавлением гепарина;
  • Необходимо быстро отделить клетки крови от плазмы, оптимальное время 30-60 минут;
  • Запрещается хранить пробу в холодильнике.

Определение результатов анализа проводят при помощи методов плазменной фотометрии, колориметрии, ионометрии. Фотометрический анализ пробы предполагает исследование длины волны атома с использованием плазменного фотометра.

Колориметрическое исследование основано на реакции натрия с уранилацетатом калия, результат исследуют при помощи колориметра. Ионометрическое исследование предполагает измерение межэлектродного потенциала с использованием ионоселективных электродов. Ионометрия чаще используется на практике, т.

к. позволяет выявить количество ионизированной формы натрия в крови.

В качестве пробы для исследования также подходит суточная порция мочи. К ней также применим ионометрический метод. Для взрослых нормой считается показатель 120-220 ммоль/сутки, у младенцев до полугода 0-10, у детей до 12 месяцев 10-30, у детей 1-7 лет 20-60, у детей старше семи лет 50-120.

Следует внести поправки, если пациент принимает диуретики (уровень Na+ снижается), кортикостероидные гормоны, оральные гормональные контрацептивы, тетрациклин, антагонисты альдостерона (уровень Na+ повышается).

Дефицит натрия – причины, симптомы

При правильном сбалансированном питании дефицит нутриента наблюдается крайне редко. Принято выделять абсолютную гипонатриемию, связанную с нарушениями в работе желёз внутренней секреции, и относительную (временную) нехватку макроэлемента.

Рассмотрим подробнее причины, способствующие развитию дефицита натрия:

  • Употребление слишком больших количеств воды, вплоть до водной интоксикации. Вода увеличивает объём плазмы, снижая концентрацию ионов натрия (закон разбавления);
  • Длительная бессолевая диета лечебного назначения при патологиях сердечно-сосудистой системы;
  • Снижение концентрации минерала вследствие нарушений работы желудочно-кишечного тракта. Сильная рвота и продолжительная диарея приводят к обезвоживанию;
  • Повышенное потоотделение, связанное с проживанием в жарком климате, работой в горячем цеху;
  • Потери минерала вместе с кровью при ранениях или обширных ожогах;
  • Почечная недостаточность (острая либо хроническая), полиурия;
  • Приём диуретиков;
  • Болезнь Аддисона (гипокортицизм – сниженная функция коры надпочечников);
  • Скопление жидкостей – асцит, плеврит;
  • Гипофункция поджелудочной железы, гипогликемия;
  • Сердечная недостаточность;
  • Конкременты в почках;
  • Нарушение калиевого и кальциевого обмена (увеличение их концентрации);
  • Цирроз печени.

Некоторое время наш организм может восполнять недостаточное количество натрия, забирая ионы из депо – костной и мышечной ткани. При систематической нехватке развиваются следующие патологии:

  • Утрата аппетита, снижение массы тела, повышенный метеоризм, обезвоживание;
  • Тахикардия, гипотония, периферическая вазоконстрикция (сужение просвета сосудов);
  • Судороги, расстройства психики, депрессия, апатия;
  • Интенсивный распад белков, повышение уровня остаточного азота;
  • Потеря тургора кожных покровов, появление сыпи, выпадение волос.

Если организм за короткое время потеряет 500 ммоль натрия, развиваются патологии системы кровообращения, при резкой потере до 1500 ммоль макроэлемента возможен летальный исход. Для лечения используют инфузии физиологического раствора, ограничивают количество потребляемой жидкости, приём лекарств для поддержания ионного равновесия.

Симптоматика и причины гипернатриемии

Гипернатриемия также подразделяется на относительную и абсолютную. Относительная развивается у любителей солёной пищи или по причине быстрой потери воды через желудочно-кишечный тракт (при рвоте, поносе), кожные покровы (при усиленном потоотделении) почки. Также причиной относительной гипернатриемии может стать недостаточное употребление воды.

Причиной абсолютной гипернатриемии являются различные нарушения натриевого обмена:

  • Синдром Иценко-Кушинга;
  • Сахарный диабет;
  • Патологии надпочечников, опухолевые процессы, приводящие к гиперфункции коры надпочечников (чрезмерная выработка альдостерона);
  • Внутривенное введение больших доз физиологического раствора;
  • Патологии почек, приводящие к затруднению вывода макроэлемента с мочой (почечная недостаточность);
  • Сердечная недостаточность.

Из-за задержки минерала часто появляются отёки верхних и нижних конечностей, лица. Человек испытывает жажду, повышается температура тела, артериальное давление, учащается сердечный ритм.

Наблюдается повышенная экскреция калия с мочой, развивается дисфункция надпочечников, остеопороз, скопление жидкостей в тканях.

Со стороны нервной системы отмечены повышенная возбудимость, агрессия, неврозы.

При обнаружении гипернатриемии назначается бессолевая диета. Меры по устранению проблемы направлены на лечение патологий, вызвавших накопление натрия в организме.

Источники натрия в рационе, доступность макроэлемента, потери при тепловой обработке

Степень абсорбции соединений натрия стремится к 100%, а поскольку он не синтезируется в организме, необходима ежедневная поставка извне. Главный источник минерала – хлорид натрия, известный нам как поваренная соль.

Все продукты, приготовленные с добавлением солей натрия (хлорид, бензоат, карбонат, глутамат и т. д.), также насыщают организм необходимым количеством нутриента.

Сюда можно отнести различные соленья, соусы, маринады, квашеную капусту, колбасные изделия, различные снеки, сыры.

Почти все продукты содержат минерал, его количество достигает 15-80 мг (в 100 г). Пополнить запас нутриента поможет свёкла, морковь, репа, артишок, томат, морепродукты, субпродукты, морские водоросли.

Усвоению натрия из продуктов растительного и животного происхождения способствуют витамины D, K. При термической обработке теряется 20-60 % нутриента.

Овощи следует есть в сыром виде, а меню нужно дополнить солёными сырами, сельдью.

Нормы потребления минерала для разных категорий людей

Суточная норма потребления нутриента составляет 4-6 г. Поскольку в поваренной соли его около 40%, её ежедневная дозировка составляет 10-15 г. При составлении меню детей в возрасте до трёх лет лучше ограничиться 1-3 г соли в сутки. Для детей 3-10 лет норма потребления составляет 5-6 г. Повысить количество соли нужно при обильном потоотделении.

При нормальной функции почек максимальное количество соли, которое ими может переработаться, всего 20-30 г. Превышение этого количества опасно для жизни.

Натрий во время беременности, для детей

Натрий провоцирует отёки и повышение артериального давления, что неблагоприятно сказывается на здоровье матери и плода.

Во время беременности рекомендуется ограничивать количество нутриента, не стоит использовать более трёх граммов поваренной соли в день.

Для детского организма макроэлемент также вреден, поскольку вызывает «перегрузку» почек, нарушения со стороны нервной системы – повышенную возбудимость, нервозность, агрессию.

Натрий в медицинских препаратах

Важнейшим препаратом для устранения дефицита натрия в организме является физиологический раствор. При нарушении водно-солевого баланса его вводят внутривенно. Терапию продолжают до нормализации концентрации макроэлемента в крови.

Также стоит отметить соль с пониженным содержанием натрия, состав которой обогащён калием и магнием. По вкусу и вешнему виду она не отличается от обычной соли, что помогает преодолеть тягу к солёной пище. Противопоказана лицам с нарушением калиевого обмена.

Совместимость нутриента с другими элементами

Лучшей усвояемости натрия способствуют витамины D и K. Избыточное количество калия и хлорид-ионов препятствует всасыванию нутриента. Если рацион содержит избыток минерала, наблюдается снижение концентрации кальция и магния. Диуретики, кофеин и кортикостероиды способствуют вымыванию макроэлемента.

Натрий оберегает наш организм от потери живительной влаги, но при его избытке наблюдается обратный эффект. Дефицит и избыток этого минерала одинаково опасны для здоровья, поэтому следует правильно составлять рацион для обеспечения нормального функционирования организма.

Поделись статьей в соц.сетях: | Однокласники

Источник: сайт

САМОЕ ИНТЕРЕСНОЕ:

1.Необычный шашлык: 5 новых рецептов мяса на огне2.7 лучших соусов к шашлыкам3.Как едят шашлык в разных странах4.10 видов зеленого салата и 6 рецептов с ним5.10 продуктов для естественной белизны зубов6.

Как выбрать креветки (замороженные, свежие)?7.Травмы на даче: как оказать первую помощь8.Июнь: что покупать на рынке9.8 самых полезных видов мяса10.

Правила сбора лекарственных трав

Вам понравилась статья? Подписывайтесь на канал и ставьте лайк.

Источник: https://zen.yandex.ru/media/id/5ae5b3419d5cb343d6ff4ad1/rol-natriia-v-organizme-cheloveka-istochniki-normy-5b1501014bf16118e5cd9526

Мембранный потенциал покоя

Концентрация ионов натрия внутри клетки

Мембранный потенциал покоя (МПС) — это разность потенциалов между внешней и внутренней сторонами мембраны в условиях, когда клетка не возбуждено.

Цитоплазма клетки заряжена отрицательно к внеклеточной жидкости неравномерным распределением анионов и катионов по обе стороны мембраны. Разность потенциалов (напряжение) для различных клеток имеет значение от -50 до -200 мВ (минус означает, что внутри клетка более негативно заряжена, чем снаружи).

Мембранный потенциал покоя возникает на мембранах всех клеток — возбуждающих (нервов, мышц, секреторных клеток) и незбудливих.

МПС необходим для поддержания возбудимости таких клеток, как мышечные и нервовои. Также он влияет на транспорт всех заряженных частиц в любом типе клеток: он способствует пассивному транспорта анионов из клетки и катионов в клетку.

Образование и поддержания мембранного потенциала обеспечивают различные типы ионных насосов (в частности натрий-калиевый насос или натрий-калиевая АТФаза) и ионных каналов (калиевые, натриевые, хлорные ионные каналы).

Регистрация потенциала покоя

Для регистрации потенциала покоя используют специальную микроэлектродную технику. Микроэлектрод — это тоненькая стеклянная трубочка, с вытянутым концом, диаметром менее 1 мкм, заполненная раствором электролита (чаще хлорида калия).

Рефернтним электродом служит серебряная хлорированная пластинка, расположенная в внеклеточном пространстве, оба электрода подключены к осциллографа.

Сначала оба электрода занходяться в внеклеточном пространстве и разность потенциалов между ними отсутствует, если ввести регистрирующий микроэлектрод через мембрану в клетку, то осциллограф покажет скачкообразное смещение потенциала примерно до -80 мВ. Этот сдвиг потенциала называют мембранным потенциалом покоя.

Формирование потенциала покоя

К возникновению мембранного потенциала покоя приводят два фактора: во-первых, концентрации различных ионов отличаются внешне и всереднини клетки, во-вторых мембрана является полупроницаемой: одни ионы могут через нее проникать, другие — нет.

Оба эти явления зависят от наличия в мембране специальных белков: концентрационные градиенты создают ионные насосы, а проницаемость мембраны для ионов обеспечивают ионные каналы. Важнейшую роль в формировании мембранного потенциала играют ионы калия, натрия и хлора. Концентрации этих ионов видризняюються по обе стороны мембраны.

Для нейрона млекопитающих концентрация K + составляет 140 ммоль внутри клетки и только 5 мМ извне, градиент концентрации Na + почти противоположный — 150 ммоль снаружи и 15 мМ внутри.

[attention type=red]

Такое распределение ионов поддерживается натрий-калиевым насосом в плазматической мембране — белком использующий энергию АТФ для закачки K + в клетку и скачивания Na + из нее. Также существует концентрационный градиент и для других ионов, например, хлорид аниона Cl -.

[/attention]

Концентрационные градиенты катионов калия и натрия — это химическая форма потенциальной энергии. В преобразовании энергии в электрическую участвуют ионные каналы — поры формируются скоплениями специальных трансмембранных белков.

Когда ионы диффундируют через канал, они переносят единицу электрического заряда.

Любой суммарный движение положительных или отрицательных ионов через мембрану будет создавать напряжение, или разность потенциалов по обе стороны мембраны.

Ионные каналы, участвующие в утовренни МПС имеют избирательную проницаемость, то есть дают возможность проникать только определенному типу ионов. В мембране нейрона в состоянии покоя открытые калиевые каналы (те, что в основном пропускают только калий), большинство натриевых каналов — закрыты.

Диффузия ионов K + через калиевые каналы является решающим для создания мембранного потенциала.

Так как концентрация K + значительно выше внутри клетки, химический градиент способствует оттоку этих катионов из клетки, поэтому в цитоплазме начинают преобладать анионы, которые не могут проходить через калиевые каналы.

Отток ионов калия из клетки ограничен самым мембранным потенциалом, поскольку при определенном его уровне накопление отрицательных зарядов в цитоплазме будет ограничивать движение катионов за пределы клетки. Таким образом, главным фактором в возникновении МПС является распределение ионов калия под действием электрического и химического потенциалов.

Равновесный потенциал

Для того, чтобы определить влияние движения определенного иона через полупроницаемую мембрану на формирование мембранного потенциала, строят модельные системы. Такая модельная система состоит из сосуда разделенной на две ячейки искусственной полупроницаемой мембраной, в которую встроены ионные каналы. В каждую ячейку можно погрузить электрод и померить разность потенциалов.

Рассмотрим случай, когда искусственная мембрана проницаема только для калия.

По две стороны мембраны модельной системы создают градиент концентрации аналогичный таковому у нейроне: в ячейку, соответствующую цитоплазме (внутренняя ячейка), помещают 140 мМ раствор хлорида калия (KCl), в ячейку, соответствующую межклеточной жидкости (внешняя ячейка) — 5 ммоль раствор KCl.

[attention type=green]

Ионы калия будут диффундировать через мембрану во внешнюю ячейку по градиенту концентрации. Но поскольку анионы Cl — проникать через мембрану не могут во внутренней ячейке возникать избыток отрицательного заряда, который будет препятствовать подали оттока катионов.

[/attention]

Когда такие модельные нейроны достигнут состояния равновесия, действие химического и электрического потенциала будет сбалансирована, ни суммарной диффузии К + не будет наблюдаться. Значение мембранного потенциала, виинкае при таких условиях, называется равновесным потенциалом для определенного иона (Е ион). Равновесный потенциал для калия составляет примерно -90 мВ.

Аналогичный опыт можно провести и для натрия, установив между ячейками мембрану проникающей только для этого катиона, и поместив во внешнюю ячейку раствор хлорида натрия с концентрацией 150 мМ, а во внутреннюю — 15 мМ. Натрий будет двигаться во внутреннюю ячейку, ривоноважний потенциал для него составит примерно 62 мВ.

Количество ионов, должна диффундировать для генерации электрического потенциала очень невелика (примерно 10 -12 моль К + на 1 см 2 мембраны), этот факт имеет два важных последствия.

Во-прешь, это означает, что концентрации ионов, которые могут проникать через мембрану, остаются стабильными снаружи и внутри клетки, даже после того как их движение обеспечил утоврення электрического потенциала.

Во-вторых, мизерные потоки ионов через мембрану, потирбно для установления потенциала, не нарушают электронейтральности цитоплазмы и внеклеточной жидкости в целом, распределение зарядов происходит только в области, непосредственно прилегающей к плазматической мембраны.

Уравнение Нернста

Равновесный потенциал для определенного иона, например для калия, можно рассчитать по уравнению Нернста, что выглядит так:

,

где R — универсальная газовая постоянная, Т — абслоютна температура (по шкале Кельвина), z — заряд иона, F — число Фарадея, [K +] o, [K +] i — концентрация калия снаружи и внутри клетки соответственно. Поскольку описанные процессы происходят при температуре тела — 310 ° К, а десятичными логарифмами в исчислении пользоваться легче чем натуральными, это уравнение превращают следующим образом:

Подставляя концентрации К + в уравнение Нернста получаем равновесный потенциал для калия, составляет -90 мВ.

[attention type=yellow]

Поскольку по нулевой потенциал принимается внешняя сторона мембраны, то знак минус означает, что в условиях равновесного калиевого потенциала внутренняя Сторн мембраны сравнительно более электроотрицательным.

[/attention]

Аналогичные расчеты можно провести и для равновесного Натиева потенциала, он составляет 62 мВ.

Уравнения Голдмана

Хотя равновесный потенциал для ионов калия составляет -90 мВ, МПС нейрона несколько менее отрицательный. Эта разница отражает незначительное но постоянное следование ионов Na + через мембрану в состоянии покоя.

Поскольку концентрационный градиент для натрия противоположный такого для калия, Na + движется внутрь клетки и сдвигает суммарный заряд на внутренней стороне мембраны в положительную сторону. На самом деле МПС нейрона составляет от -60 до -80 мВ.

Это значение значительно ближе к Е K чем до Е Na, потому что в состоянии покоя в нейроне открыто много калиевых каналов и очень мало натриевых. Также на встанвлення МПС влияет движение ионов хлора.

В 1943 году Дэвид Голдаман предложил усовершенствовать уравнение Нернста так, чтобы оно отражало влияние различных ионов на мембарнний потенциал, в этом уравнении учитывается относительная проницаемость мембраны для каждого типа ионов:

где R — универсальная газовая постоянная, Т — абслоютна температура (по шкале Кельвина), z — заряд иона, F — число Фарадея, [ион] o, [ион] i — концентрации ионов внутри и внутри клеток, Р — относительная проницаемость мембраны для соответствующего иона. Значение заряда в данном уравнении не сохраняется, но оно учтено — для хлора внешняя и внутренняя концентрация поменяны местами, так как его заряд 1.

Значение мембранного потенциала покоя для различных тканей

  • Разделенными мышцы -95 мВ;
  • Непосмугованих мышцы -50 мВ;
  • Астроглией от -80 до -90 мВ;
  • Нейроны -70 мВ.

Роль натрий-калиевого насоса в формировании МПС

Мембранный потенциал покоя может существовать только при условии неравномерного распределения ионов, обеспечивается функционированием натрий-калиевого насоса.

Кроме того, этот белок делает также электрогенных властовости — он переносит 3 катионы натрия в обмен на 2 ионы калия, движущихся внутрь клетки. Таким образом, Na + -K + -АТФазы снижает МПС на 5-10 мВ.

Подавление деятельности этого белка приводит к незначительному (на 5-10 мВ) мгновенного повышения мембранного потенциала, после чего он еще некоторое время будет существовать на достаточно стабильном уровне, пока будут сохраняться градиенты концентраций Na + и K +.

[attention type=red]

Впоследствии эти градиенты начнут уменьшаться, вследствие проникнсоти мембраны к ионам, и через несколько десятков минут электрический потенциал на мембране исчезнет.

[/attention]

Источник: https://info-farm.ru/alphabet_index/m/membrannyjj-potencial-pokoya.html

Биоэлектрические явления в живых тканях. Потенциал покоя

Концентрация ионов натрия внутри клетки

При создании данной страницы использовалась лекция по соответствующей теме, составленная Кафедрой Нормальной физиологии БашГМУ

Навигация:

В 1949-1952 гг. Ходжкин, Хаксли и Катц модифицировали существовавшие ранее теории и экспериментально обосновали основные положения мембранно-ионной теории.

Согласно этой теории возникновение МП (мембранного потенциала) обусловлено:

  • Разной концентрацией ионов калия, натрия, кальция и хлора внутри клетки и во внеклеточной среде.
  • Разной проницаемостью мембраны клеток для этих ионов в покое и при возбуждении.

Состояние покоя — это такое состояние, когда отсутствует раздражающее действие на организм. Это состояние относительное, т.к. абсолютный покой не совместим с жизнью.

Деятельное состояние — это изменение состояния организма, возникающее под действием факторов внешней среды.

Раздражимость — это способность организма отвечать на действие раздражающих факторов изменением его структурных и функциональных свойств.

на новости сайта в соцсетях!

Пожалуйста, примите участие в опросах по оценке качества сайта. Важен каждый голос!

Возбудимость

Возбудимость — способность ткани отвечать на раздражение специализированной реакцией — возбуждением. Возбудимость является одной из форм раздражимости.

Возбудимыми тканями называются такие ткани, клетки которых способны в ответ на раздражение генерировать специфическую реакцию — возбуждение.

Возбуждение — это специализированная ответная реакция живого объекта на действие раздражителя, проявляющаяся в изменениях его определенных параметров.

К возбудимым тканям относятся:

  • нервная,
  • мышечная,
  • железистая.

Признаки возбуждения:

Общие признаки возбуждения (присущи всем возбудимым тканям):

  • Изменение уровня обменных процессов в тканях;
  • Выделение различных видов энергии — тепловой, электрической.

Специфические признаки возбуждения (характерны для определенного вида тканей):

  • Мышечная ткань — сокращение,
  • Железистая — выделение секрета,
  • Нервная — генерация и проведение нервного импульса.

Невозбудимыми являются:

  • эпителиальная,
  • соединительная ткани.

Физиологические свойства возбудимых тканей

Основными свойствами всех возбудимых тканей являются:

  • возбудимость,
  • проводимость,
  • лабильность.

Лабильность (функциональная подвижность) — это способность ткани реагировать на различные воздействия с определенной скоростью, то есть способность воспроизводить определенную частоту раздражения.

Мерой лабильности является наибольшее число ответных реакций, которыми возбудимая ткань способна реагировать за единицу времени в соответствии с частотой приложенных к ней раздражений.

Проводимость — это способность ткани и клетки передавать возбуждение.

Раздражение — это процесс воздействия на живую ткань агентов внешней по отношению к этой ткани среды.

Раздражитель — это причина, способная вызвать ответную реакцию.

Классификация раздражителей

По природе:

  • физические,
  • химические,
  • физико-химические,
  • биологические.

По биологическому значению раздражители делятся на 2 группы:

  • Адекватные — раздражители, к воздействию которых ткани в процессе эволюции приспособлены в наибольшей степени.
  • Неадекватные — раздражители, к воздействию которых возбудимые ткани специально не приспособлены.

Состав плазматической мембраны

  • Липиды (в основном фосфолипиды),
  • Белки (гликопротеины),
  • Углеводы (мукополисахариды).

Липиды очень плотно упакованы в мембране, между ними нет практически никаких расстояний, поэтому мембрана плохо пропускает воду, практически непроницаема для ионов и других крупных молекул.

Белковые молекулы могут быть погружены в слой липидов с внеклеточной или с цитоплазматической стороны, либо могут целиком пронизывать мембрану.

Если белки прикреплены к поверхности мембраны, их называют периферическими. С внутренней стороны это будут белки-ферменты, а с наружной — белки-рецепторы.

Если белки пронизывают всю толщу мембраны клеток, то их называют интегральными или трансмембранными.

Такие белки образуют структуры, обеспечивающие движение ионов через мембрану.

Если белки образуют стенки поры, сквозь которую путем простой диффузии проходят ионы, то это ионные каналы.

Если трансмембранные белки перекачивают ионы против концентрационного и электрического градиентов, то это ионные насосы.

Все каналы, имеющиеся в живых тканях, можно разделить на 2 типа:

  • первый тип — каналы покоя, которые спонтанно открываются и закрываются без всяких внешних воздействий;
  • второй тип — gate-каналы (воротные каналы) — в покое они закрыты и открываются под действием раздражителей.

Ионные каналы:

  • неспецифические (каналы утечки, всегда открыты),
  • специфические (селективные), обладающие способностью пропускать только определенные ионы при изменении заряда на мембране или действии химических веществ.

Транспорт веществ

Транспорт частиц через каналы является жизненно важным для клеток процессом.

Обычно транспорт веществ делят на пассивный (без затраты энергии), т.е. транспорт веществ по концентрационному, осмотическому и электрохимическому градиентам и активный (с затратой энергии).

Различают первично- и вторично-активный транспорт

Первично-активный транспорт ионов обеспечивается специальными ионными насосами, осуществляется с затратой энергии АТФ, против концентрационного градиента, т.е. перенос веществ происходит из меньшей концентрации через мембрану в большую концентрацию.

Вторично-активный транспорт:

  • Это вид транспорта для переноса веществ (глюкозы, аминокислот и др.) через мембрану также против градиента, но без затраты энергии.
  • Эти вещества проходят через мембрану с помощью специальных переносчиков (напр. ионов Na), на транспорт которых и затрачивается энергия, а эти вещества движутся как бы попутно.

Мембранный потенциал или потенциал покоя

В состоянии покоя между наружной и внутренней поверхностью мембраны возникает разность зарядов или потенциалов, которая в дальнейшем была названа мембранным потенциалом (МП) или потенциалом покоя (ПП).

Положительные заряды концентрируются на наружной поверхности мембраны, а отрицательные заряды — на внутренней поверхности.

Мембранный потенциал измеряется в отрицательных значениях, т.к. внутренняя поверхность мембраны заряжена отрицательно. Его величина колеблется от -60 до -90 мВ у разных клеток.

Методы измерения мембранного потенциала

В зависимости от места приложения электродов:

  • внеклеточный с помощью макроэлектродов,
  • внутриклеточный с помощью микроэлектродов.

1. Исследование ПП с помощью макроэлектродов осуществляют, прикладывая один из них к неповрежденному, а другой — к поврежденному участку ткани.

2. Микроэлетродный метод

Микроэлектрод представляет собой микропипетку диаметром 0,5 — 1 мкм, наполненную концентрированным солевым раствором (KCl). Внутри него может также находится неполяризующийся электрод — из серебра, золота или платины.

Второй электрод помещается во внеклеточную жидкость.

Оба электрода присоединяются к усилителю и осциллографу для регистрации потенциала. В момент прокалывания мембраны, осциллограф регистрирует появление отрицательного потенциала, соответствующего ПП.

1-ая причина — ионная асимметрия:

  • Ионов K находится в клетке в 30-50 раз больше, чем снаружи;
  • Ионов Na больше находится вне клетки, чем внутри нее в 8-10 раз;
  • Ионов Ca во много раз больше вне клетки;
  • Ионов Cl также больше во внеклеточной жидкости, чем внутри клетки в 50 раз;
  • Внутри клетки находится больше органических анионов по сравнению с наружной поверхностью.

Таким образом, для этих ионов направление концентрационного градиента различно!

  • Для K из клетки (из большей концентрации к меньшей);
  • Для Na, Ca и Cl в клетку.

2-ая причина, обуславливающая поляризацию мембраны:

  • различная проницаемость мембраны для различных ионов. В состоянии покоя мембрана в 25 раз более проницаема для ионов K, чем для Na, т.к. количество калиевых каналов на единицу площади мембраны намного больше, чем натриевых.
  • Поскольку концентрация ионов K в цитоплазме намного выше, чем снаружи клетки, они начинают двигаться через канал и выходят из клетки.
  • Ионы K несут положительные заряды, поэтому мембрана снаружи заряжается положительно.

Отрицательный заряд на внутренней поверхности мембраны обусловлен наличием органических анионов — крупномолекулярных соединений, которые заряжены отрицательно, и для которых мембрана непроницаема (глютамат, аспартат, органические фосфаты, сульфаты и др.)

Таким образов, на мембране формируется калиево-равновесный потенциал, т.к. уравновешиваются силы диффузии (выход K из клетки по градиенту концентрации) и электростатического взаимодействия (отталкивание выходящих ионов K положительным зарядом на наружной поверхности мембраны).

Калий является основным ионом, обеспечивающим формирование МП (ПП), что подтверждается формулой Нернста. По ней можно, зная концентрацию онов калия внутри и снаружи клетки, подсчитать величину ПП.

Натрий-калиевый насос или помпа

Для непрерывного активного переноса ионов Na и ионов K через мембрану клетки против концентрационного градиента существует Na-Л обменный насос. При каждом цикле он переносит 3 иона Na наружу и 2 иона K внутрь клетки.

Таким образом, МП представляет собой разность потенциалов между наружной и внутренней поверхностью мембраны клетки. Он является результатом разделения зарядов относительно клеточной мембраны, которое возникает за счет движения заряженных ионов (натрия и, преимущественно, калия) по концентрационным градиентам через ионные каналы, открытые в покое и за счет работы Na-K насоса.

Разделы с похожими страницами

Источник: https://medfsh.ru/teoriya/teoriya-po-normalnoy-fiziologii/lektsii-po-normalnoj-fiziologii/bioelektricheskie-yavleniya-v-zhivyh-tkanyah-potentsial-pokoya

Медик
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: