Die Funktion der Organe und Gewebe unseres Körpers hängt von vielen Faktoren ab. Einige Zellen (Kardiomyozyten und Nerven) sind auf die Übertragung von Nervenimpulsen angewiesen, die in speziellen Zellbestandteilen oder Knoten erzeugt werden. Grundlage des Nervenimpulses ist die Bildung einer bestimmten Erregungswelle, Aktionspotential genannt.
Was ist das?
Ein Aktionspotential wird allgemein als Erregungswelle bezeichnet, die sich von Zelle zu Zelle bewegt. Aufgrund ihrer Bildung und Passage durch Zellmembranen kommt es zu einer kurzfristigen Änderung ihrer Ladung (normalerweise ist die Innenseite der Membran negativ und die Außenseite positiv geladen). Die erzeugte Welle trägt zu einer Veränderung der Eigenschaften der Ionenkanäle der Zelle bei, was zur Wiederaufladung der Membran führt. In dem Moment, in dem das Aktionspotential die Membran passiert, kommt es zu einer kurzzeitigen Ladungsänderung, die zu einer Veränderung der Eigenschaften der Zelle führt.
Die Entstehung dieser Welle liegt der Funktion der Nervenfasern sowie dem Leitungssystem des Herzens zugrunde.
Wenn seine Bildung gestört ist, entwickeln sich viele Krankheiten, was die Bestimmung des Aktionspotentials notwendig machtein Komplex von diagnostischen und therapeutischen Maßnahmen.
Wie entsteht ein Aktionspotential und was ist dafür charakteristisch?
Forschungsgeschichte
Das Studium des Auftretens von Erregungen in Zellen und Fasern wurde schon vor langer Zeit begonnen. Die ersten, die es bemerkten, waren Biologen, die die Auswirkungen verschiedener Reize auf den freigelegten Schienbeinnerv des Frosches untersuchten. Sie bemerkten, dass Muskelkontraktionen beobachtet wurden, wenn sie einer konzentrierten Kochsalzlösung ausgesetzt wurden.
In der Zukunft wurde die Forschung von Neurologen fortgesetzt, aber die wichtigste Wissenschaft nach der Physik, die das Aktionspotential untersucht, ist die Physiologie. Es waren Physiologen, die die Existenz eines Aktionspotentials in Herzzellen und Nerven nachgewiesen haben.
Als wir tiefer in die Untersuchung von Potentialen eintauchten, wurde auch das Vorhandensein des Ruhepotentials bewiesen.
Seit Beginn des 19. Jahrhunderts wurden Methoden entwickelt, um das Vorhandensein dieser Potentiale zu erkennen und ihre Größe zu messen. Derzeit wird die Fixierung und Untersuchung von Aktionspotentialen in zwei instrumentellen Studien durchgeführt - der Entfernung von Elektrokardiogrammen und Elektroenzephalogrammen.
Aktionspotentialmechanismus
Die Erregungsbildung erfolgt aufgrund von Änderungen der intrazellulären Konzentration von Natrium- und Kaliumionen. Normalerweise enthält die Zelle mehr Kalium als Natrium. Die extrazelluläre Konzentration von Natriumionen ist viel höher als im Zytoplasma. Änderungen, die durch das Aktionspotential verursacht werden, tragen zu einer Änderung der Ladung auf der Membran bei, was zum Fluss von Natriumionen in die Zelle führt. Deswegendie Ladungen außerhalb und innerhalb der Zelle ändern sich (das Zytoplasma ist positiv geladen und die äußere Umgebung ist negativ geladen.
Dies geschieht, um den Durchgang der Welle durch die Zelle zu erleichtern.
Nachdem die Welle durch die Synapse übertragen wurde, wird die Ladung aufgrund des Stroms von negativ geladenen Chloridionen innerhalb der Zelle umgekehrt. Die anfänglichen Ladungsniveaus außerhalb und innerhalb der Zelle werden wiederhergestellt, was zur Bildung eines Ruhepotentials führt.
Ruhe- und Aufregungsphasen wechseln sich ab. In einer pathologischen Zelle kann alles anders passieren, und die Bildung von AP wird dort etwas anderen Gesetzen gehorchen.
PD-Phasen
Der Verlauf eines Aktionspotentials lässt sich in mehrere Phasen unterteilen.
Die erste Phase dauert an, bis ein kritisches Depolarisationsniveau gebildet wird (ein vorübergehendes Aktionspotential stimuliert eine langsame Entladung der Membran, die ein maximales Niveau erreicht, normalerweise etwa -90 meV). Diese Phase wird Prespike genannt. Es wird aufgrund des Eintritts von Natriumionen in die Zelle durchgeführt.
Die nächste Phase, das Spitzenpotential (oder Spike), bildet eine Parabel mit einem spitzen Winkel, wobei der ansteigende Teil des Potentials Membrandepolarisation (schnell) und der absteigende Teil Repolarisation bedeutet.
Dritte Phase - negatives Spurenpotential - zeigt Spurendepolarisation (Übergang vom Depolarisationspeak in den Ruhezustand). Verursacht durch das Eindringen von Chloridionen in die Zelle.
In der vierten Phase, der positiven PhaseSpurenpotential, die Ladungsniveaus der Membran kehren zum Original zurück.
Diese durch das Aktionspotential bestimmten Phasen folgen strikt aufeinander.
Aktionspotentialfunktionen
Zweifellos ist die Entwicklung des Aktionspotentials wichtig für das Funktionieren bestimmter Zellen. Erregung spielt eine große Rolle bei der Arbeit des Herzens. Ohne sie wäre das Herz einfach ein inaktives Organ, aber aufgrund der Ausbreitung der Welle durch alle Herzzellen zieht es sich zusammen, was dazu beiträgt, Blut durch das Gefäßbett zu drücken und alle Gewebe und Organe damit anzureichern.
Auch das Nervensystem könnte normalerweise seine Funktion ohne ein Aktionspotential nicht erfüllen. Organe könnten keine Signale empfangen, um eine bestimmte Funktion auszuführen, wodurch sie einfach nutzlos wären. Darüber hinaus ermöglichte die Verbesserung der Übertragung eines Nervenimpulses in Nervenfasern (das Auftreten von Myelin und Ranvier-Abschnitten) die Übertragung eines Signals in Sekundenbruchteilen, was zur Entwicklung von Reflexen und Bewusstsein führte Bewegungen.
Neben diesen Organsystemen wird das Aktionspotential auch in vielen anderen Zellen gebildet, spielt dort aber nur bei der Erfüllung der zellspezifischen Funktionen eine Rolle.
Anstieg eines Aktionspotentials im Herzen
Das Hauptorgan, dessen Arbeit auf dem Prinzip der Aktionspotentialbildung beruht, ist das Herz. Aufgrund der Existenz von Knoten zur Impulsbildung wird die Arbeit dieses Organs ausgeführt, dessen Funktion darin besteht, Blut an das Gewebe zu liefern undBehörden.
Das Aktionspotential im Herzen wird am Sinusknoten erzeugt. Sie befindet sich an der Einmündung der Vena cava in den rechten Vorhof. Von dort breitet sich der Impuls entlang der Fasern des Reizleitungssystems des Herzens aus - vom Knoten bis zum atrioventrikulären Übergang. Der Impuls geht entlang des His-Bündels, genauer gesagt entlang seiner Beine, zum rechten und linken Ventrikel. In ihrer Dicke befinden sich kleinere Bahnen – Purkinje-Fasern, durch die die Erregung jede Zelle des Herzens erreicht.
Das Aktionspotential von Kardiomyozyten ist zusammengesetzt, d.h. hängt von der Kontraktion aller Zellen des Herzgewebes ab. Bei Vorhandensein einer Blockade (einer Narbe nach einem Herzinfarkt) ist die Bildung eines Aktionspotentials gestört, das im Elektrokardiogramm aufgezeichnet wird.
Nervensystem
Wie entsteht PD in Neuronen - Zellen des Nervensystems. Hier geht alles etwas einfacher.
Externer Impuls wird durch Auswüchse von Nervenzellen wahrgenommen - Dendriten, die mit Rezeptoren verbunden sind, die sich sowohl in der Haut als auch in allen anderen Geweben befinden (Ruhepotential und Aktionspotential ersetzen sich auch). Die Reizung provoziert die Bildung eines Aktionspotentials in ihnen, wonach der Impuls durch den Körper der Nervenzelle zu ihrem langen Prozess - dem Axon - und von dort durch die Synapsen zu anderen Zellen geht. So erreicht die erzeugte Erregungswelle das Gehirn.
Ein Merkmal des Nervensystems ist das Vorhandensein von zwei Arten von Fasern - bedeckt mit und ohne Myelin. Das Auftreten eines Aktionspotentials und seine Übertragung in jenen Fasern, in denen sich Myelin befindet,wesentlich schneller durchgeführt als bei demyelinisierten.
Dieses Phänomen wird aufgrund der Tatsache beobachtet, dass die Ausbreitung von AP entlang myelinisierter Fasern aufgrund von „Sprüngen“erfolgt - der Impuls springt über die Myelinabschnitte, wodurch sein Weg verkürzt und dementsprechend beschleunigt wird seine Verbreitung.
Ruhepotential
Ohne die Entwicklung des Ruhepotentials gäbe es kein Aktionspotential. Unter dem Ruhepotential versteht man den normalen, unerregten Zustand der Zelle, in dem die Ladungen innerhalb und außerhalb ihrer Membran deutlich unterschiedlich sind (d. h. die Membran ist außen positiv und innen negativ geladen). Das Ruhepotential zeigt die Differenz zwischen den Ladungen innerhalb und außerhalb der Zelle. Normalerweise reicht sie von -50 bis -110 meV. In Nervenfasern liegt dieser Wert üblicherweise bei -70 meV.
Es ist auf die Migration von Chloridionen in die Zelle und die Bildung einer negativen Ladung auf der Innenseite der Membran zurückzuführen.
Bei Änderung der Konzentration intrazellulärer Ionen (wie oben erwähnt) ersetzt PP PD.
Normalerweise befinden sich alle Körperzellen in einem unerregten Zustand, so dass die Veränderung der Potentiale als physiologisch notwendiger Vorgang angesehen werden kann, da ohne sie das Herz-Kreislauf- und das Nervensystem ihre Tätigkeit nicht ausüben könnten.
Bedeutung der Ruhe- und Aktionspotentialforschung
Ruhepotential und Aktionspotential ermöglichen es Ihnen, den Zustand des Körpers sowie einzelner Organe zu bestimmen.
Fixierung des Aktionspotentials vom Herzen (Elektrokardiographie) ermöglichtbestimmen ihren Zustand sowie die Funktionsfähigkeit aller ihrer Abteilungen. Wenn Sie ein normales EKG studieren, können Sie sehen, dass alle Zähne darauf eine Manifestation des Aktionspotentials und des nachfolgenden Ruhepotentials sind (das Auftreten dieser Potentiale in den Vorhöfen zeigt die P-Welle bzw. die Ausbreitung der Erregung in die Ventrikel - die R-Welle).
Wie beim Elektroenzephalogramm ist das Auftreten verschiedener Wellen und Rhythmen darauf (insbesondere Alpha- und Beta-Wellen bei einer gesunden Person) auch auf das Auftreten von Aktionspotentialen in Gehirnneuronen zurückzuführen.
Diese Studien ermöglichen die rechtzeitige Erkennung der Entwicklung eines bestimmten pathologischen Prozesses und bestimmen fast 50 Prozent der erfolgreichen Behandlung der ursprünglichen Krankheit.
