Biyopotansiyeller.

Biyopotansiyel kavram? ve t?rleri. Biyopotansiyellerin do?as?.

Dinlenme potansiyelinin nedeni. Sabit Goldman potansiyeli.

Aksiyon potansiyelinin olu?ma ko?ullar? ve a?amalar?.

Aksiyon potansiyeli olu?umunun mekanizmas?.

Biyopotansiyellerin kay?t ve deneysel ?al??ma y?ntemleri.

Biyopotansiyel kavramlar? ve t?rleri. Biyopotansiyellerin do?as?.

Biyopotansiyeller– canl? sistemlerdeki potansiyel farkl?l?klar: h?cre ile ?evre aras?ndaki potansiyel fark; h?crenin uyar?lm?? ve uyar?lmam?? alanlar? aras?nda; Ayn? organizman?n farkl? fizyolojik durumdaki alanlar? aras?nda

Potansiyel fark-elektrik gradyan?- T?m canl?lar?n karakteristik bir ?zelli?i.

Biyopotansiyel t?rleri:

Dinlenme potansiyeli(PP), sistemin dura?an durumunun ?zelli?i olan, canl? sistemlerde s?rekli var olan potansiyel bir farkt?r. S?rekli akan metabolik bile?enler taraf?ndan desteklenir.

Aksiyon potansiyeli(PD), ge?ici s?re?lerin ?zelli?i olan, h?zla ortaya ??kan ve tekrar kaybolan potansiyel farkt?r.

Biyopotansiyeller metabolik s?re?lerle yak?ndan ili?kilidir, bu nedenle sistemin fizyolojik durumunun g?stergeleri.

Biyopotansiyellerin b?y?kl??? ve do?as?, normal ko?ullar ve patoloji alt?nda h?crede meydana gelen de?i?ikliklerin g?stergeleridir.

B?y?k bir grup var elektrofizyolojik tan? y?ntemleri biyopotansiyellerin (EKG, EMG, vb.) kaydedilmesine dayan?r.

Biyopotansiyellerin k?keni iyonlar?n membrana g?re asimetrik da??l?m?na dayanmaktad?r. Membran?n farkl? taraflar?nda farkl? konsantrasyonlarda iyonlar bulunur. Acil sebep– membran?n se?icili?i taraf?ndan belirlenen, gradyanlar? boyunca iyonlar?n farkl? dif?zyon h?zlar?.

Biyopotansiyeller– a??rl?kl? olarak membran niteli?indeki iyonik potansiyeller – bu ana konumdur Biyopotansiyellerin membran teorisi(Bernstein, Hodgkin, Katz).

Dinlenme potansiyelinin nedeni. Sabit Goldman potansiyeli.

Sodyum pompas? - sodyum iyonu ve potasyum iyonunun konsantrasyon gradyan?n? olu?turur ve korur, h?creye giri? ve ??k??lar?n? d?zenler.

Dinlenme durumunda h?cre esas olarak potasyum iyonlar?na kar?? ge?irgendir. H?cre zar? boyunca bir konsantrasyon gradyan? boyunca h?creden ?evredeki s?v?ya yay?l?rlar. H?crede bulunan b?y?k organik anyonlar zar? ge?emez. B?ylece zar?n d?? y?zeyi pozitif, i? y?zeyi ise negatif olarak y?klenir.

Zardaki y?k de?i?imi ve potansiyel fark?, potasyum konsantrasyon gradyan?na neden olan kuvvetler, ortaya ??kan elektrik alan kuvvetleriyle dengelenene kadar devam eder, b?ylece sistemin dura?an durumu elde edilir.

Bu durumda membran boyunca potansiyel fark: dinlenme potansiyeli.

Dinlenme potansiyelinin ortaya ??kmas?n?n ikinci nedeni, potasyum-sodyum pompas?n?n elektrojenitesidir.

Dinlenme potansiyelinin teorik tan?m?:

Dinlenme halindeki zar?n yaln?zca potasyum ge?irgenli?i dikkate al?nd???nda dinlenme potansiyeli ?u ?ekilde hesaplanabilir: Nernst denklemi:

R – evrensel gaz sabiti

T – mutlak s?cakl?k

F – Faraday numaras?

?LE iK– h?cre i?indeki potasyum konsantrasyonu

C eK– h?cre d???ndaki potasyum konsantrasyonu

Asl?nda h?cre zar?, potasyum iyonlar?n?n yan? s?ra sodyum ve klor iyonlar?na da ge?irgendir, ancak daha az oranda. H?creye sodyum gradyan? girerse membran potansiyeli azal?r. H?creye klor gradyan? girerse membran potansiyeli artar.

, Nerede

P– belirli bir iyon i?in membran ge?irgenli?i.

Aksiyon potansiyelinin olu?ma ko?ullar? ve a?amalar?.

Tahri? edici maddeler– H?creye etki eden d?? ve i? fakt?rler.

Uyar?lar bir h?creye etki etti?inde h?cre zar?n?n elektriksel durumu de?i?ir.

Bir aksiyon potansiyeli yaln?zca yeterli g?? ve s?reye sahip bir uyaran uyguland???nda ortaya ??kar.

E?ik g?c?– Bir aksiyon potansiyelini ba?latmak i?in gereken minimum uyaran g?c?. Daha g??l? tahri? edici maddeler - e?ik ?st?; daha az g?? - bilin?alt?. Uyaran?n e?ik g?c?, belirli s?n?rlar dahilinde s?resi ile ters orant?l?d?r.

E?ik ?st? veya e?ik g?c?nde bir uyaran, tahri? b?lgesinde t?m membran boyunca yay?lan karakteristik bir ?ekle sahip bir elektriksel darbe ?retirse, o zaman bir aksiyon potansiyeli.

Aksiyon potansiyeli a?amalar?:

Y?kseliyor – depolarizasyon

Azalan – repolarizasyon

Hiperpolarizasyon(m?mk?n ama gerekli de?il)

- sitoplazmik potansiyel

- uyaran?n eylemi ((?st?nde) e?ik g?c?)

d – depolarizasyon

p - repolarizasyon

d – hiperpolarizasyon

Depolarizasyon a?amas?– membran?n h?zl? ?arj edilmesi: i?eride pozitif y?k, d??ar?da negatif y?k.

Repolarizasyon a?amas?– Membran y?k?n?n ve potansiyelinin orijinal seviyeye geri d?nd?r?lmesi.

Hiperpolarizasyon a?amas?– dinlenme potansiyelinin yeniden sa?lanmas?ndan ?nce, dinlenme seviyesinin ge?ici olarak a??lmas?.

Aksiyon potansiyelinin genli?i, dinlenme potansiyelinin genli?ini belirgin ?ekilde a??yor - " a??r?ya ka?mak"(u?u?).

Aksiyon potansiyeli olu?umunun mekanizmas?.

Aksiyon potansiyeli– Membran?n iyonik ge?irgenli?indeki bir de?i?ikli?in sonucu.

Membran ge?irgenli?i sodyum iyonlar? i?in bu, membran potansiyelinin do?rudan bir fonksiyonudur. Membran potansiyeli azal?rsa sodyum ge?irgenli?i artar.

E?ik uyaran? eylemi: membran potansiyelinin kritik bir de?ere d??mesi (membran?n kritik depolarizasyonu) -> sodyum ge?irgenli?inde keskin bir art?? -> gradyan boyunca h?creye sodyum ak???n?n artmas? -> membran?n daha fazla depolarizasyonu -> s?re? d?ng?ler halinde devam eder -> pozitif bir geri bildirim mekanizma devreye girer. H?creye sodyum ak???n?n artmas?, zar?n yeniden ?arj olmas?na ve depolarizasyon faz?n?n sona ermesine neden olur. Membran?n i? y?zeyindeki pozitif y?k, sodyum iyonu konsantrasyon gradyan?n? dengelemek i?in yeterli hale gelir. H?creye artan sodyum giri?i sona erer, dolay?s?yla depolarizasyon a?amas? sona erer.

P K:P Na:P Cl dinlenmede 1: 0,54: 0,045,

depolarizasyon a?amas?n?n zirvesinde: 1: 20: 0,045.

Depolarizasyon a?amas?nda, zar?n potasyum ve klor iyonlar? i?in ge?irgenli?i de?i?mez, ancak sodyum iyonlar? i?in 500 kat artar.

Repolarizasyon a?amas?: Potasyum iyonlar? i?in membran ge?irgenli?i artar -> konsantrasyon gradyan? boyunca h?creden potasyum iyonlar?n?n sal?n?m? artar -> membran?n i? y?zeyindeki pozitif y?kte azalma, membran potansiyelinde ters de?i?im -> sodyum ge?irgenli?inde azalma -> membran?n ters ?arj edilmesi -> Potasyum ge?irgenli?inde azalma, h?creden potasyum ??k???nda yava?lama.

Repolarizasyon a?amas?n?n sonunda dinlenme potansiyeli geri y?klenir. Membran potansiyeli ve membran?n potasyum ve sodyum iyonlar?na ge?irgenli?i dinlenme seviyelerine d?ner.

Hiperpolarizasyon a?amas?: Potasyum iyonlar? i?in zar?n ge?irgenli?i hala art?yorsa, ancak sodyum iyonlar? i?in zaten dinlenme d?zeyine d?nm??se olu?ur.

S?rd?rmek:

Aksiyon potansiyeli membrandan iki iyon ak???yla olu?ur. Sodyum iyonlar?n?n h?creye ak??? -> membran?n yeniden ?arj edilmesi. Potasyum iyonlar?n?n d??ar? do?ru ak??? -> dinlenme potansiyelinin restorasyonu. Ak??lar b?y?kl?k olarak hemen hemen ayn?d?r, ancak zaman i?inde kaym??t?r.

Bir aksiyon potansiyelinin olu?turulmas? s?ras?nda iyonlar?n h?cre zar?ndan dif?zyonu, olduk?a se?ici olan kanallar yoluyla ger?ekle?ir; belirli bir iyon i?in daha fazla ge?irgenli?e sahiptirler (bunun i?in ek kanallar a?arlar).

Aksiyon potansiyeli olu?tu?unda h?cre belirli miktarda sodyum kazan?r ve belirli miktarda potasyum kaybeder. Potasyum-sodyum pompas? nedeniyle bu iyonlar?n h?cre ile ?evre aras?ndaki konsantrasyonlar?n?n e?itlenmesi ger?ekle?mez.

Biyopotansiyellerin kay?t ve deneysel ?al??ma y?ntemleri .

1. H?cre i?i kur?un.

Bir elektrot h?creler aras? s?v?ya dald?r?l?r, di?eri (mikroelektrot) sitoplazmaya yerle?tirilir. Aralar?nda bir ?l??m cihaz? var.

Mikroelektrot, ucu ?ap? bir mikronun k???k bir k?sm?na kadar uzanan i?i bo? bir t?pt?r ve pipet potasyum klor?rle doldurulur. Mikroelektrot yerle?tirildi?inde membran ucu s?k?ca kaplar ve neredeyse hi? h?cre hasar? olu?maz.

Bir deneyde aksiyon potansiyeli yaratmak i?in h?cre e?ik ?st? ak?mlarla uyar?l?r. ba?ka bir ?ift elektrot bir ak?m kayna??na ba?lan?r. Mikroelektrota pozitif y?k uygulan?r.

Onlar?n yard?m?yla hem b?y?k hem de k???k h?crelerin biyopotansiyellerini ve ayr?ca ?ekirdeklerin biyopotansiyellerini kaydetmek m?mk?nd?r. Ancak ara?t?rman?n en uygun, klasik amac? b?y?k h?crelerin biyopotansiyelleridir. ?rne?in,

Nitella PP 120 mV (120*10 3 V)

Kalamar devi akson PP 60mV

?nsan miyokard h?creleri PP 90 mV

2. Membran ?zerindeki voltaj?n sabitlenmesi.

Belirli bir noktada aksiyon potansiyelinin geli?imi ?zel elektronik devreler kullan?larak yapay olarak kesintiye u?rar.

Bu durumda, belirli bir anda membran potansiyelinin de?eri ve membrandan ge?en iyon ak?lar?n?n b?y?kl??? kaydedilir, bu nedenle bunlar? ?l?mek m?mk?nd?r.

3. Sinir liflerinin perf?zyonu.

Perf?zyon, oksoplazman?n farkl? iyonik bile?ime sahip yapay ??zeltilerle de?i?tirilmesidir. B?ylece biyopotansiyellerin olu?umunda belirli bir iyonun rol?n? belirlemek m?mk?nd?r.

Sinir lifleri boyunca uyar?m?n iletilmesi.

Aksiyon potansiyelinin ya?amdaki rol?.

Aksonlar hakk?nda.

Kablo iletim teorisi.

Uygulaman?n y?n? ve h?z?.

S?rekli ve s??ramal? iletim.

Aksiyon potansiyelinin ya?amdaki rol? .

sinirlilik- uyaranlar?n (d?? veya i? ortam?n belirli fakt?rleri) etkisi alt?ndaki canl? h?crelerin dinlenme durumundan aktivite durumuna ge?me yetene?i. Bu durumda membran?n elektriksel durumu daima de?i?ir.

Heyecanlanma– ?zel uyar?labilir h?crelerin, bir uyaran?n etkisine tepki olarak, ?zel bir membran potansiyeli sal?n?m? olu?turma yetene?i – aksiyon potansiyeli.

Prensip olarak, uyar?labilir h?crelerin uyar?ma kar?? ?e?itli tepkileri m?mk?nd?r; ?zellikle lokal tepki ve aksiyon potansiyeli.

Aksiyon potansiyeli bir e?ik veya e?ik ?st? uyaran oldu?unda meydana gelir. Membran potansiyelinin kritik seviyeye d??mesine neden olur. Daha sonra ek sodyum kanallar?n?n a??lmas?, sodyum ge?irgenli?inde keskin bir art?? ve s?recin pozitif geri besleme mekanizmas?na g?re geli?mesi meydana gelir.

Yerel yan?t e?i?in %50-70'i kadar bir e?ik alt? uyaran varsa olu?ur. Bu durumda, zar?n depolarizasyonu kritikten azd?r, sodyum ge?irgenli?inde yaln?zca k?sa s?reli, hafif bir art?? meydana gelir, pozitif geri besleme mekanizmas? a??lmaz ve potansiyel h?zla orijinal durumuna geri d?ner.

Aksiyon potansiyelinin geli?imi s?ras?nda uyar?labilirlik de?i?ir.

Azalan uyar?labilirlik – g?receli refrakterlik.

Tamamen uyar?labilirlik kayb? - mutlak refrakterlik.

Gibi kritik depolarizasyon seviyesine yakla??yor Uyar?labilirlik artar, ??nk? bu seviyeye ula?mak ve aksiyon potansiyeli geli?tirmek i?in zar potansiyelinde k???k bir de?i?iklik yeterli olur. Depolarizasyon a?amas?n?n ba?lang?c?nda ve h?crenin uyar?ya verdi?i yerel tepki s?ras?nda uyar?labilirlik tam olarak bu ?ekilde de?i?ir.

?u tarihte: Membran potansiyelinin kritik noktadan uzakla?t?r?lmas? heyecanlanma azal?r. Depolarizasyon faz?n?n zirvesinde, h?cre art?k ilave sodyum kanallar? a?arak uyar?ma yan?t veremedi?inde, mutlak bir refrakterlik durumu ortaya ??kar.

Gibi repolarizasyon mutlak refrakterli?in yerini g?receli olan al?r; Repolarizasyon a?amas?n?n sonunda uyar?labilirlik yeniden artar (“normal?st?l?k” durumu).

Hiperpolarizasyon a?amas?nda uyar?labilirlik tekrar azal?r.

Uyarma- ?zelle?mi? h?crelerin e?ik ve e?ik ?st? uyaranlar?n etkisine tepkisi, aksiyon potansiyeline dayanan karma??k bir fizikokimyasal ve fizyolojik de?i?iklikler kompleksidir.

Uyar?m?n sonucu, i?inde geli?ti?i dokuya (aksiyon potansiyelinin ortaya ??kt??? yere) ba?l?d?r.

?zel uyar?labilir dokular ?unlar? i?erir::

• kas

  gland?ler

Aksiyon potansiyelleri sinir lifleri boyunca uyar?lman?n iletilmesini sa?lar ve kas kas?lmas? ve gland?ler h?crelerin salg?lanmas? s?re?lerini ba?lat?r.

Sinir lifinde ?retilen aksiyon potansiyeli sinir impulsu.

Aksonlar hakk?nda.

Aksonlar(sinir lifleri) sinir h?crelerinin (n?ronlar?n) uzun s?re?leridir.

Afferent yollar– duyulardan merkezi sinir sistemine

Efferent yollar– merkezi sinir sisteminden kaslara.

Uzunluk– metre.

?ap ortalama 1 ila 100 µm (dev kalamar aksonunda - 1 mm'ye kadar).

Miyelin k?l?f?n varl???na veya yoklu?una g?re aksonlar ay?rt edilir:

miyelinli(miyelin, pulpy) – miyelin k?l?f? var

miyelinsiz(amiyelinli, pulpas?z) - miyelin k?l?flar? yoktur

Miyelin k?l?f? Aksonun bir Schwann h?cresine (lemosit, oligodendrosit) n?fuz etmesiyle olu?an, aksonu ?evreleyen ek bir ?ok katmanl? (250 katmana kadar) zar ve bu h?crenin zar? aksonun etraf?na tekrar tekrar sar?l?r.

Miyelin– ?ok iyi bir yal?tkand?r.

Her 1-2 mm'de bir miyelin k?l?f? kesintiye u?rar Ranvier m?dahaleleri, her biri yakla??k 1 µm uzunlu?undad?r.

Sadece m?dahale alan?nda uyar?labilir membran d?? ortamla temas eder.

Kablo iletim teorisi.

Bir akson, bir dizi ?zellik bak?m?ndan bir kabloya benzer: i?i bo? bir t?pt?r, i? i?erikleri aksoplazmad?r - bir iletkendir (h?creler aras? s?v? gibi), duvar bir zard?r - bir yal?tkand?r.

Uyarma mekanizmas?(sinir impulsunun yay?lmas?) 2 a?amay? i?erir:

Yerel ak?mlar?n ortaya ??kmas? ve depolarizasyon dalgalar?n?n fiber boyunca yay?lmas?.

Lifin yeni alanlar?nda aksiyon potansiyellerinin olu?mas?.

Yerel ak?mlar Bu b?lgelerdeki zar?n farkl? polaritesinden dolay? sinir lifinin uyar?lm?? ve uyar?lmam?? alanlar? aras?nda dola??rlar.

H?cre i?inde uyar?lm?? b?lgeden uyar?lmam?? b?lgeye do?ru akarlar. D??ar?da ise durum tam tersi.

Yerel ak?m biti?ik b?l?m?n membran potansiyelinde bir kaymaya neden olur ve depolarizasyon dalgas?, bir kablodan ge?en bir ak?m gibi fiber boyunca yay?lmaya ba?lar.

Bir sonraki b?l?m?n depolarizasyonu kritik bir de?ere ula?t???nda ilave sodyum ve ard?ndan potasyum kanallar? a??l?r ve aksiyon potansiyeli olu?ur.

Fiberin farkl? k?s?mlar?nda aksiyon potansiyeli, yay?lma y?n?ne dik ba??ms?z iyonik ak??lar taraf?ndan olu?turulur.

Ayn? zamanda her sitede s?recin enerji takviyesi Kanallardan akan iyonlar?n gradyanlar?, ?al??mas? ATP hidrolizinin enerjisi ile sa?lanan pompalar taraf?ndan olu?turuldu?undan.

Yerel ak?mlar?n rol?- yaln?zca zar?n giderek daha fazla b?l?m?n? kritik seviyeye depolarize ederek s?recin ba?lat?lmas?.

Enerji temini sayesinde sinir uyar?s? lif boyunca yay?l?r zay?flama yok(sabit genlikle).

Uygulaman?n y?n? ve h?z?.

Sinir impulsunun tek tarafl? iletimi ?u ?ekilde sa?lan?r:

sinir sisteminde tek tarafl? iletimli sinapslar?n varl???

uyar?lma s?recini tersine ?evirmeyi imkans?z k?lan sinir lifinin refrakterlik ?zelli?i

?letim h?z? ne kadar y?ksek olursa, fiberin kablo ?zellikleri o kadar belirgin olur. Bunlar? de?erlendirmek i?in kullan?yorlar sinir lifi uzunlu?u sabiti:

, Nerede

D– lif ?ap?

B M– membran kal?nl???

- membran direnci

- aksoplazman?n spesifik direnci

Sabitin fiziksel anlam?: E?ik alt? potansiyelin azalaca?? mesafeye say?sal olarak e?ittir. e bir kere. Sinir lifinin uzunluk sabiti artt?k?a iletim h?z? da artar.

Aksiyon potansiyeli (AP)- MF'nin h?zl? sal?n?m?, iyon kanallar?n?n i?leyi?inden kaynaklanan zar?n iyonik iletkenli?inde meydana gelen de?i?ikliklerle ili?kili, kendi kendine yay?lan bir s?re?tir. PD, zay?flama olmadan, yani pratikte genlikte bir azalma olmadan yay?l?r.

PD'nin membran boyunca ta??nmas?, bir barut yolunun tutu?turulmas?na benzetilebilir: ate?lenen barut hemen ?ndeki par?ac?klar? ate?ler ve alev, yolun sonuna do?ru ileri do?ru hareket eder.

Aksiyon potansiyelinin zaman s?reci

S?re aksiyon potansiyeli sinir h?cresi milisaniye (ms) cinsinden ?l??l?r.

Aksiyon potansiyelleri Biri h?crenin i?inde, di?eri ?evredeki ??zeltide bulunan iki elektrot taraf?ndan kaydedilen g?r?nt?ler, ?ekil 2'de g?sterilmektedir. 5-3 ve 5-7.

Pirin?. 5–3. . ?eklin alt k?sm?ndaki dikey ok, tahri? edici uyaran?n ortaya ??kt??? an; –80 mV i?areti, ba?lang?? MF seviyesidir.

Tahri?in uygulanma an? ile PD'nin ilk belirtisi olan gizli d?nem aras?nda bir gecikme vard?r. Gizli d?nem, AP'nin sinir h?cresinin zar? boyunca stim?lasyon b?lgesinden ??k?? elektroduna do?ru hareket etti?i zamana kar??l?k gelir. Tahri? edici bir uyaran?n etkisi alt?nda, zar?n artan depolarizasyonu meydana gelir - lokal bir tepki. Ortalama -55 mV olan kritik bir depolarizasyon seviyesine ula??ld???nda depolarizasyon a?amas? ba?lar. Bu a?amada, MF seviyesi s?f?ra d??er ve hatta pozitif bir de?er elde eder (a??ma) ve ard?ndan orijinal seviyeye geri d?ner (polarizasyon a?amas?). Depolarizasyon, a?ma ve repolarizasyon a?amalar? AP'nin bir y?kseli?ini (zirvesini) olu?turur. Ani y?kseli?in s?resi 1-2 ms'dir. Ani y?kseli?ten sonra, potansiyelin bozunma h?z?nda bir yava?lama g?zlenir - (iz depolarizasyon s?releri. Ba?lang?? dinlenme seviyesine ula?t?ktan sonra s?kl?kla bir iz hiperpolarizasyon a?amas? g?zlemlenir. Bu iz potansiyelleri onlarca ve y?zlerce milisaniye s?rebilir. .

?yonik aksiyon potansiyeli mekanizmalar?

De?i?imin kalbinde membran potansiyeli(MP) s?ras?nda meydana gelen aksiyon potansiyeli(PD), iyonik mekanizmalar yalan s?yler. ?ek. ?ekil 5-7, bir sinir h?cresinin zar? boyunca akan toplam iyon ak?mlar?n? g?stermektedir. aksiyon potansiyeli.

Pirin?. 5-7.