Потенциал действия

Потенциал действия — это быстрое колебание (спайк) мембранного потенциала, возникающее при возбуждении нервных, мышечных, некоторых железистых и растительных клеток. Это электрический сигнал, обеспечивающий быструю передачу информации в организме.

Ключевые свойства

  • Подчиняется правилу «всё или ничего»: возникает только при достижении раздражителем порогового значения. Дальнейшее увеличение силы раздражителя не влияет на амплитуду или длительность потенциала действия.
  • Основан на ионных потоках: его механизм заключается в быстрых и обратимых изменениях ионной проницаемости клеточной мембраны, которые связаны с активацией электровозбудимых ионных каналов.

Механизм генерации (на примере нервных и скелетных мышечных волокон)

  1. Восходящая фаза (деполяризация): связана с резким повышением проницаемости мембраны для ионов натрия (Na⁺). Поток Na⁺ внутрь клетки по открытым каналам приводит к быстрой перезарядке мембраны: если в покое её внутренняя сторона заряжена отрицательно относительно наружной (см. Потенциал покоя), то во время пика потенциала действия заряд становится положительным.
  2. Нисходящая фаза (реполяризация): инактивация натриевых каналов и активация калиевых (K⁺) каналов приводит к выходу K⁺ из клетки и падению мембранного потенциала.
  3. Следовые потенциалы: полному восстановлению потенциала до исходного уровня часто предшествуют небольшие колебания — следовая деполяризация или следовая гиперполяризация мембраны.

Длительность и роль в организме

  • Длительность варьирует в разных типах клеток:

    • В нервных и скелетных мышечных волокнах — от долей миллисекунды до 2–3 миллисекунд.
    • В клетках сердечной мышцы — от десятков до сотен миллисекунд.

  • Функциональная роль:

    • В нервных волокнах распространяющийся потенциал действия (нервный импульс) обеспечивает передачу сигналов от рецепторов к телу нейрона и от него — к синаптическим окончаниям. Приходя в окончание, потенциал действия вызывает выделение нейромедиатора, который оказывает возбуждающее или тормозящее действие на следующую клетку.
    • В мышечных клетках распространяющийся потенциал действия служит пусковым сигналом для внутриклеточных процессов, активирующих сократительный аппарат волокна.

Возникновение потенциала действия сопровождается временным падением возбудимости клетки — рефрактерностью.

См. также: Биоэлектрические потенциалы.