Ionok a szervezetben, ingerület és ingerületvezetés

2015.12.24 11:11
A kálium és a nátrium a sejtben és a sejtek közötti állományban ionos állapotban találhatók meg. A sejtek belsejében a pozitív kálium ionra (K+) és több atomból álló negatív ionra disszociált káliumot tartalmazó fehérje jellegű óriásmolekulák, a sejtfalon kívül pedig víz található, amelyben a disszociált konyhasó (NA+ és CL-)  is található. A sejtfal félig áteresztő membránként működik: csak a kisebb mérető ionokat és molekulákat engedi át, illetve képes a koncentrációkülönbséget kiegyenlíteni.
 

"Századunk huszas-harmincas éveiben vált világossá, hogy az élô sejteken belül az ionösszetétel jelentôsen különbözik a sejteket körülvevô vérplazma vagy szöveti folyadék összetételétôl. A sejten belüli magas kálium-, ill. alacsony nátriumkoncentrációra az elsô magyarázat a sejthártya "átjárhatatlansága" volt e kationokra nézve. Az 1940-es években azonban a magyar származású Hevesy György munkássága nyomán (aki 1943-ban kapott Nobel-díjat) kiderült, hogy a nátrium ill. a kálium viszonylag gyorsan kicserélôdik a sejtek és környezetük között. Az angol Keynes és Hodgkin kutatásai alapján (az utóbbi 1963-ban kapott Nobel-díjat) arra is fény derült, hogy az ideg- és az izomszövet aktivitása során nátriumionok tömege áramlik be az ingerlékeny sejtekbe, míg e sejtek nyugalmi állapotában helyreáll a nátriumkoncentráció eredeti jelentôs különbsége.

A sejtek és környezetük között fennálló ionkoncentrációk különbségére a magyarázat a sejthártyában elhelyezkedô aktív transzportrendszer, az ATP energiáját igénylô nátrium–kálium pumpa mûködése. " (http://www.termeszetvilaga.hu/tv98/tv9802/atp.html)

 
 
Az oldatoknak az a jellemzője, hogy az oldott anyag az oldatban egyenletesen oszlik el. A sejtben és a környezetében is ez történik, de a sejtfalon csak a kisebb mérető, pozitív töltésű kálium ionok jutnak át.

Ennek következtében a sejt és a környezete között 40-80 mV nagyságú membrán feszültség jön létre (A feszültség az egyes sejttípusok esetén változik, sőt az egyes élőlényekre jellemző módon is változik). A sejt a környezetéhez képest negatív. A sejt és a környezete között fellépő feszültséget nyugalmi feszültségnek nevezzük, mert a sejt ingermentes állapotára jellemző.
Az ingerlés hatására keletkezett feszültséget akciós feszültségnek nevezzük, amely a nyugalmi feszültséggel ellentétes polaritású. Ingerlés hatására tehát megváltoznak a sejtfal ion-áteresztő tulajdonságai: a nátrium ionokat átengedi, emellett a kálium ionok is vissza tudnak áramlani a sejtbe. Ezt a folyamatot nevezzük kálium pumpának. Így azonban a feszültség polaritása is megváltozik, a sejt lesz a környezetéhez képest pozitív. Ez a feszültség csak rövid ideig jelentkezik, 1-5 ms után visszaáll az eredeti állapot. 
A gyakorlatban a környezetnek a sejthez viszonyított feszültségét ábrázolják, ami ezzel ellentétes polaritást jelent.

 

Az elektromos ingerlés

 

A sejtek és a szövetek többféle módon ingerelhetőek, de most csak az elektromos ingerléssel foglalkozunk. Az elektromos ingerlés a sejthez képest pozitív feszültségű beavatkozást jelent. Ennek oka, hogy egy sejtben a külső behatás vagy a mellette található másik sejt csak akkor vált ki ingerületet, ha a sejt környezetéhez képest negatív nyugalmi feszültségének nagysága 15-40 mV-tal csökken. A nyugalmi feszültség polaritásával megegyező, vagyis negatív polaritású feszültség nem vált ki ingerületet, hanem gátlást okoz, amely bizonyos ideig megakadályozza az ingerület kiváltását. Az ingerlő feszültség csak akkor változtatja meg 15-40 mV-tal a nyugalmi feszültséget, ha értéke ettől kicsit nagyobb, és legyőzi a nátrium pumpa hatását. 

 

Az ingerület továbbterjedése a szervezetben


Az ingerületi állapot az idegsejtnek csak kis részére terjed ki, majd ingerületi hullám formájában terjed tovább rajta. A terjedés sebessége határozza meg a reflexidőt.

Az idegsejtet idegszálnak vagy idegfonatnak is nevezzük, mert a hossza 1 m-nél is több lehet.

Az izmokban sok sejt található egymás mellett, ezek egymásnak is átadják az ingerületet (és a vele járó akciós feszültséget), így az ingerület az idegszálak mellett az izomrostokban is továbbterjed, csak lényegesen kisebb sebességgel.


Az ingerület terjedési sebessége:


• idegsejtekben: 100ms,
• izmokban: 10ms,
• a szív izomzatában: 0,01ms.