Реполяризация¶
Реполяризация — это восстановление исходного (покоящегося) электрического потенциала клеточной мембраны после деполяризации, то есть возвращение мембранного потенциала к отрицательному значению, характерному для неактивной клетки. Процесс лежит в основе возбудимости нервных и мышечных клеток и является обязательной фазой действия потенциала. Реполяризация обеспечивается прежде всего закрытием потенциал-зависимых натриевых каналов и открытием потенциал-зависимых калиевых каналов, в результате чего ионы калия выходят из клетки по градиенту концентрации, восстанавливая отрицательный заряд внутренней поверхности мембраны.
¶Биофизические основы
Мембранный потенциал покоя нейрона и мышечной клетки составляет примерно −70 мВ (в скелетных мышцах — около −90 мВ). Он поддерживается работой натрий-калиевого насоса и разной проницаемостью мембраны для ионов. При возбуждении потенциал-зависимые натриевые каналы открываются, натрий входит в клетку, и мембранный потенциал резко возрастает до +30…+40 мВ — это деполяризация.
Сразу после пика начинается реполяризация. Она протекает в несколько последовательных этапов:
- Инактивация натриевых каналов. Через 1–2 мс после открытия ворот h-типа (инактивирующие ворота) закрываются, вход натрия прекращается, даже если мембрана остаётся деполаризованной.
- Открытие калиевых каналов. Потенциал-зависимые калиевые каналы (каналы delayed rectifier) открываются с задержкой и остаются открытыми дольше натриевых. Калий выходит из клетки по электроградиенту, унося положительный заряд.
- Восстановление потенциала покоя. Внутренняя поверхность мембраны снова становится отрицательной.
¶Роль ионных каналов
Ключевую роль в реполяризации играют калиевые каналы. Их блокаторы (тетраэтиламмоний, 4-аминопиридин) удлиняют потенциал действия, что подтверждает их участие. Некоторое вклад вносит также натрий-калиевый насос, восстанавливающий ионный градиент, однако непосредственную форму фазы реполяризации определяют именно калиевые токи.
Отдельную роль играют калиевые каналы большой проводимости (BK-каналы), чувствительные к кальцию и к мембранному потенциалу. В гладких мышцах и нейронах они связывают деполяризацию с выходом кальция из внутриклеточных депо.
¶Реполяризация и рефрактерность
После реполяризации клетка входит в состояние рефрактерности — периода, в течение которого повторное возбуждение либо невозможно (абсолютная рефрактерность), либо требует более сильного раздражителя (относительная рефрактерность). Абсолютная рефрактерность связана с инактивацией натриевых каналов и длится 1–3 мс. Относительная рефрактерность сохраняется ещё несколько миллисекунд после полной реполяризации, пока часть калиевых каналов остаётся открытой и часть натриевых ещё не восстановилась из инактивации.
Рефрактерность обеспечивает однонаправленность распространения возбуждения по нервному волокну и ограничивает частоту разрядов, задавая максимальную частоту следования потенциалов действия (обычно до 500–1000 Гц).
¶Классификация по типу клеток
¶В нервных клетках
У нейронов реполяризация занимает 2–4 мс. Быстрое восстановление потенциала покоя необходимо для высокочастотного разрядного кодирования.
¶В кардиомиоцитах
В сердечной мышце реполяризация существенно удлинена и занимает 200–300 мс. Она формирует плато фазы 2 потенциала действия кардиомиоцита за счёт баланса медленного кальциевого тока (вход Ca²⁺) и позднего калиевого тока (выход K⁺). Фаза 3 соответствует собственно реполяризации, когда кальциевые каналы инактивируются, а калиевые токи преобладают.
Клиническое значение имеет интервал QT на электрокардиограмме, отражающий суммарную длительность деполяризации и реполяризации желудочков. Удлинение QT связано с риском жизнеугрожающих аритмий (torsades de pointes), а укорочение — с преждевременным возбуждением.
¶В скелетных мышцах
Реполяризация занимает около 3–5 мс. Мутации генов натриевых каналов (SCN4A), нарушающие инактивацию и замедляющие реполяризацию, лежат в основе натриевых миопатий и периодических параличей.
¶Патология
Нарушения реполяризации проявляются в ряде заболеваний:
- Синдром удлинённого QT — генетически обусловленные мутации калиевых каналов (KCNQ1, KCNH2) или натриевых каналов (SCN5A), приводящие к замедлению реполяризации желудочков.
- Синдром короткого QT — мутации, увеличивающие калиевые токи.
- Синдром Бругада — нарушения реполяризации в правом желудочке, связанные с мутацией SCN5A.
- Синдром удлинённого синдром QT, приобретённый — развивается при приёме ряда лекарственных средств (антиаритмики IA и III классов, некоторые антидепрессанты, антибиотики), а также при гипокалиемии и гипомагниемии.
В кардиологии для оценки гетерогенности реполяризации используются параметры Tp-e (длительность между пиком и концом волны T) и Tp-e/QT.
¶Реполяризация в физиологии дыхания
В гладкой мускулатуре дыхательных путей реполяризация определяет длительность сокращения и тонус бронхов. Калиевые каналы BK и KCa — мишени для бронходилататоров.
¶См. также
- Потенциал действия
- Деполяризация
- Мембранный потенциал
- Рефрактерный период
¶Источники
- Ходорков Л. А., Зефиров А. Л. «Физиология клетки» — М.: Издательство МГУ.
- Альтшулер Г. Б. «Физиология сердца».
- Кассельс Дж. «Биофизика мембран».
- Лазарев А. Н. «Общая физиология нервной системы».
- Guyton A. C., Hall J. E. «Textbook of Medical Physiology».