Свойства канала, связанные с потенциалом действия

В ходе экспериментов методом пэтч-кламп на крысиных мышечных волокнах в культуре, проводимость потенциалзависимых натриевых каналов была измерена непосредственно и составила 20 пСм (рис. 1); подобные измерения в мотонейронах крысы выявили проводимость величиной 14 пСм. Плотность натриевых каналов была измерена в ряде тканей методом исследования плотности мест связывания ТТХ. Используя меченый тритием тетродотоксин, Левинсон и Мевес определили, что на один квадратный микрометр мембраны аксона кальмара приходится приблизительно 553 места связывания молекулы токсина. Цифры, полученные в других тканях, варьируют от 2 молекул на мкм2 в оптическом нерве новорожденных крысят до 2 000 в перехвате Ранвье седалищного нерва кролика. Плотность натриевых каналов в скелетной мышце была измерена методом локальной деполяризации небольшого участка мембраны с помощью внеклеточной пипетки при одновременном измерении натриевого тока, протекающего через этот участок мембраны. Результаты варьировали от одного участка к другому, что указывает на неравномерность распределения каналов в мембране. Плотность была наибольшей в районе концевой пластинки, снижалась по мере удаления от нее и достигала 10 % от максимального уровня по мере приближения к сухожилию. Кроме того, было показано, что натриевые каналы в мышце группируются в кластеры.

Проводимость калиевых каналов, ответственных за позднюю составляющую тока, была измерена в препарате вскрытого аксона кальмара. Каналы типа «выпрямитель с задержкой» обладают проводимостью 10, 20 и 40 пСм, причем наиболее часто встречается канал с проводимостью 20 пСм. Подобно натриевым, калиевые каналы мышцы лягушки распределены не равномерно, а кластерами. Тем не менее, паттерны расположения кластеров натриевых и калиевых каналов не совпадают между собой. Выпрямители с задержкой полностью отсутствуют в перехватах Ранвье миелинизированного нерва кролика, так как в ответ на деполяризацию поздний выходящий ток не возникает. В ходе потенциала действия реполяризация после быстрой инактивации натриевых каналов достигается за счет большого тока утечки.

Выводы

Потенциал действия в большинстве клеток возникает за счет кратковременного возрастания натриевой проводимости, которое стремится привести мембранный потенциал к уровню натриевого равновесного потенциала и за которым следует увеличение калиевой проводимости, возвращающее мембрану в состояние покоя.

Возрастание проводимостей возникает благодаря потенциалзависимости натриевых и калиевых каналов: вероятность их открытия возрастает при деполяризации.

Эксперименты на аксоне кальмара с фиксацией потенциала предоставили детальную информацию о потенциалзависимости и временном ходе изменений проводимостей. При деполяризации мембраны натриевая проводимость сначала быстро активируется, а затем инактивируется. Калиевая проводимость активируется с задержкой и остается на высоком уровне до тех пор, пока не кончится деполяризация.

Временной ход и потенциалзависимость изменений натриевых и калиевых проводимостей в точности определяют амплитуду и временной ход потенциала действия, а также такие характеристики мембраны, как порог активации и рефрактерный период.

Теоретически активация натриевой и калиевой проводимостей при деполяризации должна быть связана со смещением заряда внутри клетки. Эти смещения, называемые воротными токами, удалось измерить экспериментально.

Эксперименты с использованием метода пэтч-кламп дополнили сведения, полученные в более ранних опытах с фиксацией потенциала, новыми деталями о процессе возбуждения. Так, например, натриевые каналы открываются на довольно короткое время, и вероятность их открытия в ходе деполяризации сначала возрастает, а затем снижается, в соответствии с активацией и инактивацией натриевой проводимости в целой клетке. Различные кинетические модели были предложены с целью описания процессов активации и инактивации каналов.

Кальций играет важную роль в возбуждении. В некоторых клетках именно вход кальция, а не натрия, отвечает за фазу роста потенциала действия. Кроме того, внеклеточный уровень кальция определяет возбудимость мембраны. Снижение внеклеточной концентрации кальция приводит к увеличению возбудимости

Литература

1. Фролов М.В., Милованова Г.Б. Электрофизиологические помехи и контроль состояния оператора.

2. Системные аспекты психической деятельности. Под ред. Судакова К.В. и др.

3. Терлецкий Н.А. О пользе и вреде излучения для жизни. (Relata Refero.)