Le fonctionnement des organes et des tissus de notre corps dépend de nombreux facteurs. Certaines cellules (cardiomyocytes et nerfs) dépendent de la transmission de l'influx nerveux généré dans des composants ou nœuds cellulaires particuliers. La base de l'influx nerveux est la formation d'une onde d'excitation spécifique, appelée potentiel d'action.
Qu'est-ce que c'est ?
Un potentiel d'action est communément appelé une onde d'excitation se déplaçant d'une cellule à l'autre. En raison de sa formation et de son passage à travers les membranes cellulaires, un changement à court terme de leur charge se produit (normalement, la face interne de la membrane est chargée négativement et la face externe est chargée positivement). L'onde générée contribue à une modification des propriétés des canaux ioniques de la cellule, ce qui conduit à la recharge de la membrane. Au moment où le potentiel d'action traverse la membrane, il se produit une modification à court terme de sa charge, ce qui entraîne une modification des propriétés de la cellule.
La formation de cette onde sous-tend le fonctionnement de la fibre nerveuse, ainsi que le système des voies du cœur.
Lorsque sa formation est perturbée, de nombreuses maladies se développent, ce qui rend nécessaire la détermination du potentiel d'action dansun complexe de mesures de diagnostic et de traitement.
Comment se forme un potentiel d'action et quelles sont ses caractéristiques ?
Histoire de la recherche
L'étude de l'apparition de l'excitation dans les cellules et les fibres a commencé il y a assez longtemps. Les premiers à remarquer son apparition ont été des biologistes qui ont étudié les effets de divers stimuli sur le nerf tibial exposé de la grenouille. Ils ont remarqué que lorsqu'ils étaient exposés à une solution concentrée de sel de table, une contraction musculaire était observée.
À l'avenir, les recherches ont été poursuivies par les neurologues, mais la principale science après la physique qui étudie le potentiel d'action est la physiologie. Ce sont des physiologistes qui ont prouvé l'existence d'un potentiel d'action dans les cellules cardiaques et les nerfs.
Au fur et à mesure que nous approfondissions l'étude des potentiels, la présence du potentiel de repos a également été prouvée.
Dès le début du 19ème siècle, des méthodes ont commencé à être créées pour détecter la présence de ces potentiels et mesurer leur ampleur. Actuellement, la fixation et l'étude des potentiels d'action sont réalisées dans deux études instrumentales - la suppression des électrocardiogrammes et des électroencéphalogrammes.
Mécanisme potentiel d'action
La formation d'excitation se produit en raison de changements dans la concentration intracellulaire des ions sodium et potassium. Normalement, la cellule contient plus de potassium que de sodium. La concentration extracellulaire d'ions sodium est beaucoup plus élevée que dans le cytoplasme. Les changements provoqués par le potentiel d'action contribuent à un changement de la charge sur la membrane, entraînant le flux d'ions sodium dans la cellule. À cause de celes charges à l'extérieur et à l'intérieur de la cellule changent (le cytoplasme est chargé positivement et l'environnement externe est chargé négativement.
Ceci est fait pour faciliter le passage de l'onde à travers la cellule.
Après que l'onde a été transmise à travers la synapse, la charge est inversée en raison du courant à l'intérieur de la cellule d'ions chlorure chargés négativement. Les niveaux initiaux de charge à l'extérieur et à l'intérieur de la cellule sont restaurés, ce qui conduit à la formation d'un potentiel de repos.
Les périodes de repos et d'excitation alternent. Dans une cellule pathologique, tout peut se passer différemment, et la formation de PA y obéira à des lois quelque peu différentes.
phases PD
Le déroulement d'un potentiel d'action peut être divisé en plusieurs phases.
La première phase se poursuit jusqu'à ce qu'un niveau critique de dépolarisation soit formé (un potentiel d'action passant stimule une décharge lente de la membrane, qui atteint un niveau maximum, généralement autour de -90 meV). Cette phase s'appelle le prespike. Elle est réalisée en raison de l'entrée d'ions sodium dans la cellule.
La phase suivante, le potentiel de crête (ou pointe), forme une parabole avec un angle aigu, où la partie ascendante du potentiel signifie la dépolarisation de la membrane (rapide) et la partie descendante signifie la repolarisation.
Troisième phase - potentiel de trace négatif - montre une dépolarisation de trace (transition du pic de dépolarisation à l'état de repos). Causé par l'entrée d'ions chlorure dans la cellule.
À la quatrième étape, la phase de positifpotentiel de trace, les niveaux de charge de la membrane reviennent à l'original.
Ces phases déterminées par le potentiel d'action se succèdent strictement les unes après les autres.
Fonctions potentielles d'action
Sans aucun doute, le développement du potentiel d'action est important dans le fonctionnement de certaines cellules. L'excitation joue un rôle majeur dans le travail du cœur. Sans lui, le cœur serait simplement un organe inactif, mais en raison de la propagation de l'onde à travers toutes les cellules du cœur, il se contracte, ce qui aide à pousser le sang à travers le lit vasculaire, en enrichissant tous les tissus et organes.
Le système nerveux ne pourrait normalement pas non plus remplir sa fonction sans potentiel d'action. Les organes ne pourraient pas recevoir de signaux pour remplir une fonction particulière, ce qui les rendrait tout simplement inutiles. De plus, l'amélioration de la transmission d'un influx nerveux dans les fibres nerveuses (apparition de myéline et interceptions de Ranvier) a permis de transmettre un signal en quelques fractions de seconde, ce qui a conduit au développement de réflexes et de conscience mouvements.
En plus de ces systèmes d'organes, le potentiel d'action se forme également dans de nombreuses autres cellules, mais dans celles-ci, il ne joue un rôle que dans l'exécution des fonctions spécifiques de la cellule.
Montée d'un potentiel d'action dans le cœur
L'organe principal dont le travail est basé sur le principe de la formation du potentiel d'action est le cœur. En raison de l'existence de nœuds pour la formation d'impulsions, le travail de cet organe est effectué, dont la fonction est de fournir du sang aux tissus etautorités.
Le potentiel d'action dans le cœur est généré au niveau du nœud sinusal. Il est situé au confluent de la veine cave dans l'oreillette droite. De là, l'impulsion se propage le long des fibres du système de conduction du cœur - du nœud à la jonction auriculo-ventriculaire. En passant le long du faisceau de His, plus précisément le long de ses jambes, l'impulsion passe aux ventricules droit et gauche. Dans leur épaisseur se trouvent des voies plus petites - les fibres de Purkinje, à travers lesquelles l'excitation atteint chaque cellule du cœur.
Le potentiel d'action des cardiomyocytes est composé, c'est-à-dire dépend de la contraction de toutes les cellules du tissu cardiaque. En présence d'un bloc (une cicatrice après une crise cardiaque), la formation d'un potentiel d'action est perturbée, ce qui est enregistré sur l'électrocardiogramme.
Système nerveux
Comment se forme la MP dans les neurones - les cellules du système nerveux. Tout se fait un peu plus facilement ici.
L'impulsion externe est perçue par des excroissances de cellules nerveuses - des dendrites associées à des récepteurs situés à la fois dans la peau et dans tous les autres tissus (le potentiel de repos et le potentiel d'action se remplacent également). L'irritation provoque la formation d'un potentiel d'action en eux, après quoi l'impulsion traverse le corps de la cellule nerveuse jusqu'à son long processus - l'axone, et de celui-ci à travers les synapses vers d'autres cellules. Ainsi, l'onde d'excitation générée atteint le cerveau.
Une caractéristique du système nerveux est la présence de deux types de fibres - recouvertes de myéline et sans. L'apparition d'un potentiel d'action et sa transmission dans les fibres où il y a de la myéline,effectué beaucoup plus rapidement que dans démyélinisé.
Ce phénomène est observé en raison du fait que la propagation de l'AP le long des fibres myélinisées se produit en raison de «sauts» - l'impulsion saute par-dessus les sections de myéline, ce qui, par conséquent, réduit son chemin et, par conséquent, accélère sa propagation.
Potentiel de repos
Sans le développement du potentiel de repos, il n'y aurait pas de potentiel d'action. Le potentiel de repos est compris comme l'état normal et non excité de la cellule, dans lequel les charges à l'intérieur et à l'extérieur de sa membrane sont significativement différentes (c'est-à-dire que la membrane est chargée positivement à l'extérieur et chargée négativement à l'intérieur). Le potentiel de repos montre la différence entre les charges à l'intérieur et à l'extérieur de la cellule. Normalement, il varie de -50 à -110 meV. Dans les fibres nerveuses, cette valeur est généralement de -70 meV.
Elle est due à la migration des ions chlorure dans la cellule et à la création d'une charge négative à l'intérieur de la membrane.
Lors de la modification de la concentration des ions intracellulaires (comme mentionné ci-dessus), le PP remplace le PD.
Normalement, toutes les cellules du corps sont dans un état non excité, de sorte que le changement de potentiel peut être considéré comme un processus physiologiquement nécessaire, car sans elles, les systèmes cardiovasculaire et nerveux ne pourraient pas mener à bien leurs activités.
Importance de la recherche sur les potentiels de repos et d'action
Le potentiel de repos et le potentiel d'action vous permettent de déterminer l'état du corps, ainsi que des organes individuels.
La fixation du potentiel d'action du cœur (électrocardiographie) permetdéterminer son état, ainsi que la capacité fonctionnelle de tous ses départements. Si vous étudiez un ECG normal, vous pouvez voir que toutes les dents qui s'y trouvent sont une manifestation du potentiel d'action et du potentiel de repos ultérieur (respectivement, l'apparition de ces potentiels dans les oreillettes affiche l'onde P et la propagation de l'excitation dans les ventricules - l'onde R).
Quant à l'électroencéphalogramme, l'apparition de diverses ondes et rythmes sur celui-ci (en particulier, les ondes alpha et bêta chez une personne en bonne santé) est également due à l'apparition de potentiels d'action dans les neurones du cerveau.
Ces études permettent une détection rapide du développement d'un processus pathologique particulier et déterminent près de 50 % du succès du traitement de la maladie d'origine.
