Кратко и по делу.
1) Основные формулы (температура ≈ 37 °C)
- Потенциал равновесия иона (Нернст):
$E_{ion}=\frac{RT}{zF}\ln \frac{[ion{]}_o}{[ion{]}_i}$ (при 37 °C $\frac{RT}{F}\approx 26.7\mathrm{mV}$ для натурального логарифма).
Примеры: $E_K\approx 26.7\ln \frac{[K^{+}{]}_o}{[K^{+}{]}_i},E_{Na}\approx 26.7\ln \frac{[N{a}^{+}{]}_o}{[N{a}^{+}{]}_i}.$ - Мембранный потенциал (приближённо, Голдман):
$$V_m=\frac{RT}{F}\ln \frac{P_K[K^{+}{]}_o+P_{Na}[N{a}^{+}{]}_o+P_{Cl}[C{l}^{-}{]}_i}{P_K[K^{+}{]}_i+P_{Na}[N{a}^{+}{]}_i+P_{Cl}[C{l}^{-}{]}_o}.$$
2) Как изменение концентраций влияет на проведение импульса
- Изменение вне-/внутриклеточного K+:
- Повышение $[K^{+}{]}_o$ делает $E_K$ менее отрицательным → деполяризация покоящегося мембранного потенциала $V_m$. Небольшая деполяризация может повысить возбудимость, но сильная или длительная деполяризация приводит к инактивации Na+-каналов и снижению способности генерировать и проводить ПД (блок проводимости, слабые или отсутствующие ПД).
- Понижение $[K^{+}{]}_o$ гиперполяризует мембрану → уменьшает возбудимость, повышает порог для ПД.
- Изменение Na+:
- Снижение $[N{a}^{+}{]}_o$ уменьшает $E_{Na}$ и драйвинг силы для входа Na+ во время фазы деполяризации → уменьшаются амплитуда и скорость нарастания фазового потенциала, падает скорость проведения и может нарушаться генерация ПД.
- Повышение $[N{a}^{+}{]}_o$ усиливает драйвинг силу и может слегка увеличить амплитуду/скорость ПД (эффект менее выражен, чем при изменении K+).
- Итог по проводимости: скорость нарастания (dV/dt) и амплитуда ПД зависят от градиентов Na+; устойчивость и порог зависят в большей степени от градиента K+ и V_m.
3) Что происходит при блокаде Na+/K+-АТФазы
- Немедленные эффекты:
- Убирается электрогенная составляющая насоса (3 Na+ наружу / 2 K+ внутрь) — малый гиперполяризующий вклад исчезает (порядка нескольких мВ).
- Через минуты (в зависимости от размера клетки и метаболизма) — постепенный коллапс ионных градиентов:
- Внутриклеточный Na+ растёт, внутриклеточный K+ падает → $E_K$ становится менее отрицательным, $E_{Na}$ уменьшается. В совокупности $V_m$ деполяризуется.
- Деполяризация сначала может повысить спонтанную активность, но затем: инактивируются Na+-каналы → снижение амплитуды и блок ПД, нарушение проведения.
- Повышение $[N{a}^{+}{]}_i$ нарушает работу Na+/Ca2+-экспортёра (NCX) → накапливается внутриклеточный Ca2+ → повышенная возбудимость и/или токсичность (избыточный Ca2+ вызывает выделение нейромедиаторов, ферментативные повреждения).
- Осмотическое накопление Na+ → вход воды → клеточный отёк и возможное разрушение.
- Клинические/физиологические последствия: электрофизиологическая нестабильность (аритмии, судороги), постепенная потеря способности генерировать и проводить ПД, нарушение синаптической передачи, клеточная дисфункция и гибель при длительной блокаде.
- Временные рамки: первые изменения в мВ — быстро; полное нарушение проводимости и клеточная декомпенсация — минуты–часы в зависимости от доступности резервов и метаболизма.
Коротко: K+-градиенты главным образом регулируют покой и порог возбудимости; Na+-градиенты — амплитуду и скорость ПД. Блок Na+/K+-АТФазы приводит к деполяризации, сначала кратковременной повышенной возбудимости, затем к инактивации Na+-каналов, нарушению проведения, нарастанию внутриклеточного Ca2+, отёку и возможной гибели клетки.