Rabota_1_Pilunov_A_M


Отчет
«компьютерная модель ПД гигантского аксона кальмара (модель Ходжкина-Хаксли) »
Выполнил
Студент III курса
Кафедры иммунологии
314 группа
Пилунов Артем
Преподаватель
Зыбина А. М.
Москва, 2013г
Мембранный потенциал покоя – разность потенциалов между внутренней и внешней стороной мембраны. Причина его возникновения – разность концентраций калия и натрия с разных сторон Натрия больше снаружи примерно на порядок, калия больше внутри более чем на порядок. С внутренней стороны мембраны заряд отрицательный из-за дефицита положительных зарядов . В покое величина потенциала составляет -70 мВ.
В покое мембрана непроницаема для ионов натрия, поскольку специфические натриевые каналы закрыты. При этом имеется непрерывный калиевый ток, направленный по градиенту концентрации, то есть наружу. Ток осуществляется через специальные калиевые каналы.
Потенциал действия – волна деполяризации, возникающая на мембране клетки в процессе проведения импульса. Под действием локальной деполяризации мембраны натриевые каналы открываются на небольшой промежуток времени, в течение которого происходит интенсивный ток натрия в клетку. Натрий несет положительный заряд, и волна деполяризаций идет дальше по мембране. Величина деполяризации во время потенциала действия достигает в среднем +40мВ.
Натриевые каналы быстро закрываются и натриевый ток ослабевает. Параллельно этому растет калиевый ток из клетки, который выносит положительный заряд, и через некоторое время в процессе реполяризации потенциал достигает своей величины в покое.
Потенциал действия можно вызвать искусственно, прикладывая к мембране электрический ток. Минимальная сила тока, достаточная, чтобы вызвать лавинообразное открытие натриевых каналов и тем самым создать потенциал действия, называется пороговым значением.
Возможность повторного проведения импульса лимитируется возможностью натриевых каналов снова открыться. Абсолютная рефрактерность – время, в течение которого невозможно вызвать ПД током любой величины. Относительная рефрактерность – время, в течение которого ПД нельзя вызвать пороговым значением тока.
Установлена обратная зависимость между амплитудой и продолжительностью порогового тока.  Реобазой называют минимальную силу тока, вызывающую ПД, при неограниченном времени воздействия. Хронаксия  — минимальное время, требуемое для возбуждения ПД током удвоенного значения реобазы.
Натриевые каналы являются потенциал-зависимыми ион-селективными каналами. Канал состоит из нескольких субъединиц. Домен S4 альфа-субъединицы обладает чувствительностью к потенциалу, и когда происходит деполяризация, этот домен перемещается в сторону от центра клетки, открывая ионам натрия доступ в клетку. Практически сразу же внутримембранный домен альфа-субъединицы закрывает ионный канал, прекращая ток. На восстановление изначальной конформации белков требуется время. Таким образом, можно выделить 3 фазы для натриевых каналов: закрытые, открытые, инактивированные.
Ход работы
Для изучения потенциала действия использовалась компьютерная модель аксона гигантского кальмара Ходжкина-Хаксли. Были поставлены следующие задачи:
Выявить зависимость амплитуды ПД от амплитуды стимула.
Исследовать зависимость пороговой амплитуды ПД от длительности стимула. Устанавливалась длительность сигнала 0.05 мс. Изменяя амплитуду стимула, определялся порог возникновения ПД при этой длительности. Увеличивая длительность стимула, на каждом шаге определялся порог возникновения ПД.
Измерение длительности фаз относительной и абсолютной рефрактерности. Устанавливались 2 стимула: первый – 50 мкА, 5мс. Второй 11Б2 мкА, (амплитуда порога при данной продолжительности), длительность 0.5 мс. Интервал – 10 мс. Увеличивался интервал между импульсами с шагом 1мс до тех пор, пока не появится второй ПД. Этот интервал равен сумме АРФ и ОРФ. Для определения АРФ увеличивалась амплитуда стимула до 100мкА. Уменьшался интервал между стимулами до тех пор, пока не исчезал второй ПД, это значение и есть АРФ.
Изучение влияния блокатора натриевых каналов тетродотоксина (ТТХ), блокатора калиевых каналов тетраэтиламмония (ТЭА) и блокатора натриевой инактивации вератридина на ПД в гигантском аксоне кальмара. Устанавливалась амплитуда стимула 50 мкА, длительность 0.5 мс. В программе поочередно имитировалось воздействие блокаторов.
Исследование зависимости амплитуды ПД от наружной концентрации ионов натрия. Устанавливалась амплитуда 50 мкА, длительность 0.25 мс. Вводилась концентрация натрия снаружи мембраны. По полученным данным строился график зависимости пикового значения ПД от наружной концентрации ионов.
Результаты и обсуждение
Опыт 1. Определение зависимости амплитуды ПД от амплитуды стимула.
Амплитуда ПД от силы стимула практически не зависит, поскольку ПД создается за счет разности концентраций ионов натрия и калия.

рисунок 1.
Амплитуда стимула,мкА5 10 13,2 20 40 60 100
Амплитуда ПД, мВ 0 0 98 105 106 107 107
таблица 1.
Опыт 2. Исследование зависимости пороговой амплитуды ПД от длительности стимула.
Была определена обратная зависимость порога раздражения от длительности стимула. То есть чем больше время стимуляции, тем меньше порог. Значение реобазы составило 2,3 мкА. Графическим методом хронаксия была определена как 2,2 мс, полезное время составило 4,5 мс.

Рисунок 2. Зависимость порога раздражения от длительности стимула.
Длительность стимула, мс 0,05 0,1 0,2 0,5 1 2 5 10
Порог раздражения, мкА 128,7 58,6 32,3 13,2 6,9 3,9 2,4 2,3
таблица 2.
Опыт 3. Измерение длительности фаз относительной и абсолютной рефрактерности.
Суммарная длительность рефрактерности составила 15 мс. Длительность абсолютной рефрактерности была определена как 5 мс, а относительной – 10мс. АРФ меньше, так как связана с перестройкой натриевых каналов, а в ОРФ к этому времени добавляется время на перекачку ионов.
Опыт 4. Изучение влияния блокаторов.
При использовании ТТХ блокируются натриевые каналы, поэтому ПД не возникает. ТЭА блокирует калиевые каналы, поэтому после работы натриевых каналов потенциал не может восстановиться до состояния покоя. Вератридин блокирует инактивацию натриевых каналов, поэтому натриевый ток продолжается. Стремясь уравновесить потенциал, не прекращается и калиевый ток. Потенциал не может восстановиться до уровня покоя.

Рисунок 3. Действие ТТХ

Рисунок 4. Действие ТЭА

Рисунок 5. Действие вератридинаОпыт 5. При увеличении концентрации натрия ПД увеличивался, поскольку потенциал по уравнению Нернста логарифмически прямо пропорционален концентрации натрия снаружи клетки и обратно – концентрации изнутри клетки. Теоретическая кривая находится немного выше, так как она не учитывает калиевый потенциал, который дает отрицательное значение в покое.

Рисунок 6. ПД при разных концентрациях натрия

Рисунок 7. Зависимость амплитуды ПД от концентрации натрия
Синий график – практические результаты. Красный – расчет по уравнению Нернста.
Наружняя концентрация Na (mM) 836 418 209 105 52
Пиковое значение ПД (мВ) 52 35 19 1 -59
таблица 3.
Выводы.
Опыт 1. Амплитуда ПД от силы стимула практически не зависит, поскольку ПД создается за счет разности концентраций ионов натрия и калия.
Опыт 2. Значение реобазы составило 2,3 мкА. Графическим методом хронаксия была определена как 2,2 мс, полезное время составило 4,5 мс.
Опыт 3. Суммарная длительность рефрактерности составила 15 мс. Длительность абсолютной рефрактерности была определена как 5 мс, а относительной – 10мс.
Опыт 4. При блокировании натриевых каналов ТТХ не возникает ПД. При блокировании калиевых каналов или блокировании инактивации натриевых каналов потенциал не может восстановиться до значения в покое. Следовательно, натриевый ток ответственен за возникновение ПД, а калиевый – за потенциал покоя.
Опыт 5. При увеличении концентрации натрия снаружи клетки ПД увеличивался, что соответствует уравнению Нернста. Отличия между теоретической и практической кривой объясняются тем, что в уравнении не учитывалось действие калиевых каналов.

Приложенные файлы

  • docx 18045601
    Размер файла: 89 kB Загрузок: 0

Добавить комментарий