Het functioneren van de organen en weefsels van ons lichaam hangt van veel factoren af. Sommige cellen (cardiomyocyten en zenuwen) zijn afhankelijk van de overdracht van zenuwimpulsen die worden gegenereerd in speciale celcomponenten of knooppunten. De basis van de zenuwimpuls is de vorming van een specifieke excitatiegolf, de actiepotentiaal genaamd.
Wat is dit?
Een actiepotentiaal wordt gewoonlijk een excitatiegolf genoemd die van cel naar cel beweegt. Vanwege de vorming en doorgang door celmembranen, treedt er een kortstondige verandering in hun lading op (normaal is de binnenkant van het membraan negatief geladen en de buitenkant positief geladen). De gegenereerde golf draagt bij aan een verandering in de eigenschappen van de ionkanalen van de cel, wat leidt tot het opladen van het membraan. Op het moment dat de actiepotentiaal door het membraan gaat, is er een kortstondige verandering in de lading, wat leidt tot een verandering in de eigenschappen van de cel.
De vorming van deze golf ligt ten grondslag aan de werking van de zenuwvezel, evenals het systeem van paden van het hart.
Wanneer de vorming ervan wordt verstoord, ontwikkelen zich veel ziekten, waardoor de bepaling van het actiepotentiaal noodzakelijk is ineen complex van diagnostische en behandelingsmaatregelen.
Hoe wordt een actiepotentiaal gevormd en wat is er kenmerkend voor?
Onderzoeksgeschiedenis
Het onderzoek naar het optreden van excitatie in cellen en vezels is vrij lang geleden begonnen. De eersten die het opmerkten, waren biologen die de effecten van verschillende stimuli op de blootgestelde scheenbeenzenuw van de kikker bestudeerden. Ze merkten dat bij blootstelling aan een geconcentreerde oplossing van tafelzout, spiercontractie werd waargenomen.
In de toekomst werd het onderzoek voortgezet door neurologen, maar de belangrijkste wetenschap na de natuurkunde die het actiepotentiaal bestudeert, is fysiologie. Het waren fysiologen die het bestaan van een actiepotentiaal in hartcellen en zenuwen bewezen.
Toen we dieper in de studie van potentiëlen doken, werd ook de aanwezigheid van het rustpotentieel bewezen.
Vanaf het begin van de 19e eeuw werden er methoden ontwikkeld om de aanwezigheid van deze potentiëlen te detecteren en hun omvang te meten. Momenteel wordt de fixatie en studie van actiepotentialen uitgevoerd in twee instrumentele onderzoeken - de verwijdering van elektrocardiogrammen en elektro-encefalogrammen.
Actiepotentiaalmechanisme
De vorming van excitatie vindt plaats als gevolg van veranderingen in de intracellulaire concentratie van natrium- en kaliumionen. Normaal gesproken bevat de cel meer kalium dan natrium. De extracellulaire concentratie van natriumionen is veel hoger dan in het cytoplasma. Veranderingen veroorzaakt door de actiepotentiaal dragen bij aan een verandering in de lading op het membraan, wat resulteert in de stroom van natriumionen in de cel. Vanwege ditde ladingen buiten en binnen de cel veranderen (het cytoplasma is positief geladen en de externe omgeving is negatief geladen.
Dit wordt gedaan om de doorgang van de golf door de cel te vergemakkelijken.
Nadat de golf door de synaps is verzonden, wordt de lading omgekeerd vanwege de stroom in de cel van negatief geladen chloride-ionen. De aanvankelijke ladingsniveaus buiten en binnen de cel worden hersteld, wat leidt tot de vorming van een rustpotentiaal.
Perioden van rust en opwinding wisselen elkaar af. In een pathologische cel kan alles anders gebeuren, en de vorming van AP daar zal aan enigszins andere wetten gehoorzamen.
PD-fasen
Het verloop van een actiepotentiaal kan in verschillende fasen worden verdeeld.
De eerste fase gaat door totdat een kritiek niveau van depolarisatie is gevormd (een passerende actiepotentiaal stimuleert een langzame ontlading van het membraan, die een maximum bereikt, meestal rond -90 meV). Deze fase wordt de prespike genoemd. Het wordt uitgevoerd door het binnendringen van natriumionen in de cel.
De volgende fase, de piekpotentiaal (of piek), vormt een parabool met een scherpe hoek, waarbij het stijgende deel van de potentiaal membraandepolarisatie (snel) betekent en het dalende deel repolarisatie.
Derde fase - negatieve sporenpotentiaal - toont sporendepolarisatie (overgang van de piek van depolarisatie naar de rusttoestand). Veroorzaakt door het binnendringen van chloride-ionen in de cel.
In de vierde fase, de fase van positieftraceerpotentieel, de ladingsniveaus van het membraan keren terug naar het origineel.
Deze fasen, bepaald door de actiepotentiaal, volgen elkaar strikt op.
Actiepotentiaalfuncties
Ongetwijfeld is de ontwikkeling van de actiepotentiaal belangrijk voor het functioneren van bepaalde cellen. Opwinding speelt een belangrijke rol in het werk van het hart. Zonder dit zou het hart gewoon een inactief orgaan zijn, maar door de voortplanting van de golf door alle cellen van het hart trekt het samen, wat helpt om bloed door het vaatbed te stuwen en alle weefsels en organen ermee te verrijken.
Het zenuwstelsel zou normaal ook zijn functie niet kunnen uitoefenen zonder een actiepotentiaal. Organen zouden geen signalen kunnen ontvangen om een bepaalde functie uit te voeren, waardoor ze simpelweg nutteloos zouden zijn. Bovendien maakte de verbetering van de overdracht van een zenuwimpuls in zenuwvezels (het verschijnen van myeline en onderscheppingen van Ranvier) het mogelijk om een signaal in fracties van een seconde te verzenden, wat leidde tot de ontwikkeling van reflexen en bewuste bewegingen.
Naast deze orgaansystemen wordt de actiepotentiaal ook in veel andere cellen gevormd, maar daarin speelt het alleen een rol bij het uitvoeren van de specifieke functies van de cel.
Opkomst van een actiepotentiaal in het hart
Het belangrijkste orgaan waarvan het werk is gebaseerd op het principe van actiepotentiaalvorming is het hart. Vanwege het bestaan van knooppunten voor de vorming van impulsen, wordt het werk van dit orgaan uitgevoerd, waarvan de functie is om bloed aan de weefsels af te geven enautoriteiten.
De actiepotentiaal in het hart wordt gegenereerd bij de sinusknoop. Het bevindt zich aan de samenvloeiing van de vena cava in het rechter atrium. Van daaruit plant de impuls zich voort langs de vezels van het geleidingssysteem van het hart - van de knoop naar de atrioventriculaire junctie. Passend langs de bundel van His, meer bepaald langs zijn benen, gaat de impuls naar de rechter en linker ventrikels. In hun dikte zijn kleinere paden - Purkinje-vezels, waardoor excitatie elke cel van het hart bereikt.
De actiepotentiaal van hartspiercellen is samengesteld, d.w.z. hangt af van de samentrekking van alle cellen van het hartweefsel. Bij aanwezigheid van een blokkade (een litteken na een hartaanval) is de vorming van een actiepotentiaal verstoord, wat wordt vastgelegd op het elektrocardiogram.
Zenuwstelsel
Hoe wordt PD gevormd in neuronen - cellen van het zenuwstelsel. Alles is hier een beetje makkelijker gedaan.
Externe impuls wordt waargenomen door uitgroeisels van zenuwcellen - dendrieten geassocieerd met receptoren die zich zowel in de huid als in alle andere weefsels bevinden (rustpotentiaal en actiepotentiaal vervangen elkaar ook). Irritatie veroorzaakt de vorming van een actiepotentiaal in hen, waarna de impuls door het lichaam van de zenuwcel gaat naar zijn lange proces - het axon, en van daaruit door de synapsen naar andere cellen. Zo bereikt de opgewekte golf van opwinding de hersenen.
Een kenmerk van het zenuwstelsel is de aanwezigheid van twee soorten vezels - bedekt met en zonder myeline. Het optreden van een actiepotentiaal en de overdracht ervan in die vezels waar myeline aanwezig is,veel sneller uitgevoerd dan bij gedemyeliniseerd.
Dit fenomeen wordt waargenomen vanwege het feit dat de voortplanting van AP langs gemyeliniseerde vezels plaatsvindt als gevolg van "sprongen" - de impuls springt over de myeline-secties, wat als gevolg daarvan zijn pad verkleint en dienovereenkomstig versnelt zijn voortplanting.
Rustpotentieel
Zonder de ontwikkeling van het rustpotentiaal zou er geen actiepotentiaal zijn. Het rustpotentiaal wordt opgevat als de normale, niet-opgewonden toestand van de cel, waarin de ladingen binnen en buiten het membraan significant verschillend zijn (dat wil zeggen, het membraan is buiten positief geladen en binnen negatief geladen). De rustpotentiaal toont het verschil tussen de ladingen binnen en buiten de cel. Normaal varieert het van -50 tot -110 meV. In zenuwvezels is deze waarde meestal -70 meV.
Het komt door de migratie van chloride-ionen in de cel en het creëren van een negatieve lading aan de binnenkant van het membraan.
Bij het veranderen van de concentratie van intracellulaire ionen (zoals hierboven vermeld), vervangt PP PD.
Normaal gesproken bevinden alle cellen van het lichaam zich in een niet-opgewonden toestand, dus de verandering van potentiëlen kan worden beschouwd als een fysiologisch noodzakelijk proces, omdat zonder hen het cardiovasculaire en zenuwstelsel hun activiteiten niet zouden kunnen uitvoeren.
Betekenis van onderzoek naar rust- en actiepotentialen
Rustpotentieel en actiepotentiaal stellen u in staat om de toestand van het lichaam te bepalen, evenals individuele organen.
Fixatie van de actiepotentiaal vanuit het hart (elektrocardiografie) maakt het mogelijkbepalen de toestand, evenals het functionele vermogen van al zijn afdelingen. Als je een normaal ECG bestudeert, kun je zien dat alle tanden erop een manifestatie zijn van de actiepotentiaal en de daaropvolgende rustpotentiaal (respectievelijk, het optreden van deze potentialen in de boezems geeft de P-golf weer, en de spreiding van excitatie in de ventrikels - de R-golf).
Wat betreft het elektro-encefalogram, het optreden van verschillende golven en ritmes erop (met name alfa- en bètagolven bij een gezond persoon) is ook te wijten aan het optreden van actiepotentialen in hersenneuronen.
Deze onderzoeken maken een tijdige detectie van de ontwikkeling van een bepaald pathologisch proces mogelijk en bepalen bijna 50 procent van de succesvolle behandeling van de oorspronkelijke ziekte.
