Механизмы изменения ионной проводимости во время генерации потенциала действия

Известно, что восходящая фаза потенциала действия связана с повышением натриевой проницаемости. Процесс повышения g Nₐ развивается следующим образом.

В ответ на начальную деполяризацию мембраны, вызванную раздражителем, открывается лишь небольшое число натриевых каналов. Их открывание, однако, приводит к возникновению входящего внутрь клетки потока ионов Na ⁺ (входящий натриевый ток), который увеличивает начальную деполяризацию. Это ведет к открыванию новых натриевых каналов, т. е. к дальнейшему повышению g Nₐ соответственно входящего натриевого тока, а следовательно, к дальнейшей деполяризации мембраны, что, в свою очередь, обусловливает еще большее повышение g Nₐ и т. д. Такой круговой лавинообразный процесс получил название регенеративной (т. е. самообновляющейся) деполяризации.

Схематически он может быть изображен следующим образом:

Теоретически регенеративная деполяризация должна была бы завершаться повышением внутреннего потенциала клетки до величины равновесного нернстовского потенциала для ионов Na ⁺:

где Na₀⁺— наружная, а Nai⁺ — внутренняя концентрация ионов Na⁺,

При наблюдаемом соотношении

Эта величина является предельной для потенциала действия. В действительности, однако, пиковый потенциал никогда не достигает величины E Nₐ, во-первых, потому, что мембрана в момент пика потенциала действия проницаема не только для, ионов Na ⁺, но и для ионов К ⁺ (в значительно меньшей степени). Во-вторых, подъему потенциала действия до величины E Nₐ противодействуют восстановительные процессы, ведущие к восстановлению исходной поляризации (реполяризация мембраны).

Такими процессами являются снижение значения g Nₐ и повышение уровня gK-

Снижение gNₐ обусловлено тем, что активация натриевых каналов во время деполяризации сменяется их инактивацией; это приводит к быстрому уменьшению числа открытых натриевых каналов. Одновременно под влиянием деполяризации начинается медленная активация калиевых каналов, обусловливающая рост значения gk. Следствием увеличения gK является усиление выходящего из клетки потока ионов К ⁺ (выходящий калиевый ток).

В условиях понижения g Nₐ, связанного с инактивацией натриевых каналов, выходящий ток ионов К ⁺ приводит к реполяризации мембраны или даже к ее временной («следовой») гиперполяризации, как это имеет место, например, в гигантском аксоне кальмара.

Реполяризация мембраны в свою очередь ведет к закрыванию калиевых каналов и, следовательно, ослаблению выходящего калиевого тока. Вместе с тем под влиянием реполяризации происходит медленное устранение натриевой инактивации: открываются инактивационныё ворота и натриевые каналы возвращаются в состояние покоя.

На рис. 9 схематически показано состояние натриевых и калиевых каналов в различные фазы развития потенциала действия.

Все агенты, блокирующие натриевые каналы (тетродотоксин, местные анестетики и многие другие препараты), снижают крутизну нарастания и амплитуду потенциала действия и тем в большей степени, чем выше концентрация этих веществ.