Мебранно-ионные механизмы возникновения

Потенциала действия

 

Учебно-исследовательская цель занятия: на основе общебиологических представлений изучить физиологические механизмы возникновения потенциала действия и основных законов раздражений.

Вопросы для самоподготовки

1. История изучения природы биопотенциалов (Ю. Бернштейн, В.Г. Нернст, Д. Гольдман, А.Л. Ходжкин, А.Ф. Хаксли, Дж.К. Эклс, Э. Неер и Б. Сакман).

2. Понятие о деполяризации и гиперполяризации клеточной мембраны.

3. Мембранно-ионные механизмы происхождения ПД, роль и работа ионных каналов при возбуждении, следовые потенциалы.

4. Методы регистрации ПД и его физические характеристики.

5. Динамика ионных токов при возбуждении, методы их регистрации.

6. Основные физиологические характеристики ПД, изменение возбудимости при возбуждении. Закон «всё или ничего».

 

ДЕМОНСТРАЦИИ

Учебный видеофильм: «Потенциал действия».

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА

РАБОТА № 1

Виртуальный физиологический эксперимент. Определение величины мембранного потенциала действия

Необходимо: персональный компьютер, обучающая программа LuPraFi-Sim (разделы «Физиология нервной системы», «Физиология мышечной системы»).

Учебно-исследовательская цель работы: изучить методы регистрации потенциалов действия.

Ход работы

1. Мембранный потенциал действия.

2. Демонстрация воздействия анестезирующих веществ и низкой температуры на потенциал действия.

 

РАБОТА № 2

Компьютерное моделирование потенциала действия аксона кальмара с помощью математической модели

Необходимо: персональный компьютер с установленной программой «хх-new».

Учебно-исследовательская цель работы: научиться моделировать потенциала действия с помощью математической модели

Примечание:

1. Загрузите программу «хх-new» двойным щелчком мышки, затем пользуйтесь только клавишами «Еsc», «Enter» и стрелками «↑», «↓».

2. Во избежание ошибки, не забывайте после каждого выполненного задания возвращать параметры к исходному состоянию.

3. Прежде чем написать цифру, клавишей «Backspace» сотрите предыдущую цифру; эту клавишу нажимайте столько раз, сколько знаков нужно поставить. Например, перед написанием 0.75 нажмите 4 раза. При написании дробных чисел используйте точку, запятую программа не воспринимает.

4. Проверяйте задаваемые параметры («Условия», «Параметры потенциала», «Параметры экрана»), пороговые, сверхпороговые или подпороговые значения стимула задаете Вы в каждом новом задании.

 

Задание № 1. Моделирование генерации потенциала действия аксона кальмара при нанесении раздражения электрическим током

Учебно-исследовательская цель задания: убедиться в том, что представлена модель возбудимой клетки.

Ход работы

1. В окне «Параметры потенциала» задать:

- Амплитуда стимула 1–1 (мкА).

- Продолжительность стимула 1–5 (мсек).

2. В окне «Параметры экрана» задать:

- МАХ значение времени – 25 мсек.

3. Двойным нажатием «Esc» перейти к графическому отображению полученного потенциала действия (ПД).

4. Зарисовать в своих отчетах ПД и обозначить его фазы.

5. Сделать вывод.

 

Задание № 2. Моделирование влияния содержания внеклеточного натрия («Na⁺_вне») на параметры потенциала действия

Учебно-исследовательская цель задания: изучить влияние содержания внеклеточного натрия на величину потенциала покоя и потенциала действия.

Ход работы

1. В окне «Условия» меняя содержание внеклеточного натрия от 140 до 40 с интервалом 20 мМоль, проследите за изменениями величины ПД и времени его возникновения по пику овершута. Полученные результаты («V_K», «V_Na», начальное значение потенциала и время возникновения) занесите в таблицу 3.

Таблица 3

Внеклеточный натрий (мМоль)	140	120	100	80	60	40
VNa
VK
Начальное значение потенциала (мВ)
Время возникновения (мсек)
Величина амплитуды стимула (мВ)

 

2. В окне «Условия» изменяя содержание внеклеточного натрия (40, 30, 20, 10, 5, 2.5 и 2 мМоль), меняя величину амплитуды стимула 1 до 5 мкА (при исчезновении генерации ПД), проследите за изменениями величины ПД и времени его возникновения по пику овершута. Полученные результаты («V_K», «V_Na», начальное значение потенциала и время возникновения) занесите в таблицу 4.

 

 

Таблица 4

Внеклеточный натрий (мМоль)	40	30	20	10	5	2,5	2
VNa
VK
Начальное значение потенциала (мВ)
Время возникновения

 

3. Сделайте выводы.

 

Задание № 3. Моделирование влияния изменения соотношения внутриклеточного калия («К⁺_внут») и внеклеточного натрия («Na⁺_вне») на параметры потенциала действия

Учебно-исследовательская цель задания: изучить влияние изменения соотношения основных потенциалобразующих ионов на величину потенциала покоя и потенциала действия.

Ход работы

1. В окне «Условия» пропорционально снижая содержание внеклеточного натрия и внутриклеточного калия (до 110, 100, 90, 80 и 70 мМоль), при величине амплитуды стимула 1 в 1 мкА проследите за изменениями величины ПД и времени его возникновения по пику овершута. Полученные результаты («V_K», «V_Na», начальное значение потенциала и время возникновения) занесите в таблицу 5.

Таблица 5

Внеклеточный натрий (мМоль)	70	80	90	100	110
Внутриклеточный калий (мМоль)	70	80	90	100	110
VNa
VK
Начальное значение потенциала (мВ)
Время возникновения (мсек)

 

2. В окне «Условия» пропорционально снижая содержание внеклеточного натрия и внутриклеточного калия (до 70, 60, 50, 40, 30, 20, 10 и 5 мМоль), меняя величину амплитуды стимула 1 до 10 мкА (при условии исчезновения генерации ПД), проследите за изменениями величины ПД и времени его возникновения по пику овершута. Полученные результаты (V_K», «V_Na», начальное значение потенциала и время возникновения) занесите в таблицу 6.

 

Таблица 6

Внеклеточный натрий (мМоль)	5	10	20	30	40	50	60	70
Внутриклеточный калий (мМоль)	5	10	20	30	40	50	60	70
VNa
VK
Начальное значение потенциала (мВ)
Время возникновения (мсек)
Величина амплитуды стимула (мВ)

 

3. Сделайте выводы.

РАБОТА № 3