Нервы и мышцы: учебное руководство

Главные идеи

Нервные клетки передают сигналы в виде изменений мембранного потенциала, а мышечные клетки укорачиваются, когда тонкие и толстые филаменты скользят. Вопросы объединяют ионное равновесие, время проведения и фазы потенциала действия.

• Равновесный потенциал иона при 37 °C равен E = (61,5 мВ ÷ z) × log₁₀([снаружи] ÷ [внутри]). Для K⁺ он сильно отрицателен, что задаёт потенциал покоя около −70 мВ.
• Потенциал действия возникает, если мембрана достигает порога. Открываются Na⁺-каналы (деполяризация), затем K⁺-каналы (реполяризация), и следует краткая гиперполяризация.
• Скорость проведения — это расстояние ÷ время. Миелин и более толстый аксон её повышают. Чтобы достичь порога, несколько малых ВПСП должны суммироваться.
• Мышца сокращается, когда тонкие филаменты скользят по толстым, что укорачивает саркомер, а сами филаменты сохраняют длину.

Основные формулы

• E = (61.5 mV ÷ z) × log₁₀([out] ÷ [in])
• velocity = distance ÷ time
• EPSPs needed = (threshold − rest) ÷ size
• length after = rest length × (1 − fraction shortened)

Разобранный пример

Для K⁺ при 5 мМ снаружи и 140 мМ внутри E = 61,5 × log₁₀(5 ÷ 140) = 61,5 × (−1,45) = −89 мВ. Нейрону с потенциалом −70 мВ и порогом −55 мВ при ВПСП по 5 мВ нужно (−55 − (−70)) ÷ 5 = 3 ВПСП. Импульс, проходящий 120 мм за 4 мс, имеет скорость 30 м/с.

Частые ошибки

• Размещение внутренней концентрации над внешней в уравнении Нернста, что меняет знак.
• Утверждение, что потенциал действия больше при более сильном стимуле. Действует закон «всё или ничего»; меняется только частота.
• Мнение, что филаменты укорачиваются при сокращении. Они скользят, а укорачивается саркомер.

Практика

Проверьте себя на тренировочных вопросах по этой теме: Нервы и мышцы