Генератор графика потенциала действия
Графики потенциала действия с подписями: потенциал покоя, порог, деполяризация, реполяризация и гиперполяризация с событиями Na⁺- и K⁺-каналов, для нейронов, кардиомиоцитов и мышечных клеток. Написано для физиологии.
Примеры графиков потенциала действия
Реальные результаты их промптов: потенциал действия нейрона с подписями, школьная версия с пятью подписями, потенциал действия кардиомиоцита (фазы 0–4) и пустой бланк. Клик загружает промпт для правки.
График потенциала действия с подписями: один спайк от стимула до покоя
Читайте кривую слева направо: мембранный потенциал в милливольтах по вертикали, время в миллисекундах по горизонтали, порог и уровень покоя — две пунктирные линии.
- 1
Стимул → порог (−55 мВ)
На 1 мс стимул поднимает мембрану от уровня покоя −70 мВ до порога.
- 2
Деполяризация → пик (+30 мВ)
Потенциал-зависимые Na⁺-каналы открываются, и Na⁺ устремляется внутрь; кривая проходит 0 мВ гораздо быстрее чем за миллисекунду.
- 3
Реполяризация
Na⁺-каналы инактивируются, открываются потенциал-зависимые K⁺-каналы, K⁺ выходит, и кривая падает.
- 4
Следовая гиперполяризация → покой
K⁺ продолжает выходить, поэтому кривая опускается ниже −70 мВ, а затем возвращается к покою около 4 мс.
Нейрон, сердце, мышца: графики и схемы потенциала действия в сравнении
Форма кривой зависит от клетки, а на некоторых рисунках вместо графика показаны мембрана или аксон. Укажите тип клетки и значения из вашего курса; вот самые частые варианты.
Потенциал действия нейрона
Вариант по умолчанию, как выше: покой около −70 мВ, порог около −55 мВ, пик около +30 мВ, следовая гиперполяризация к равновесному потенциалу K⁺ около −90 мВ, всё за 2–4 мс. Для курса физиологии добавьте под спайком кривые проводимости для Na⁺ и K⁺: проводимость для Na⁺ растёт и спадает в пределах восходящей фазы, для K⁺ растёт позже и держится до следовой гиперполяризации.
Проведение потенциала действия по аксону
Участок аксона вместо графика: в активной зоне Na⁺ входит внутрь и внутренняя сторона заряжается положительно, сразу за ней K⁺ выходит и мембрана рефрактерна, впереди мембрана ещё в покое. Стрелки локальных токов показывают, почему импульс идёт вперёд, а не назад. Попросите нарисовать потенциал-зависимый Na⁺-канал в трёх состояниях: закрытом, открытом, инактивированном.
Потенциал действия кардиомиоцита
Клетка рабочего миокарда желудочка, фазы пронумерованы от 0 до 4: фаза 4 — покой около −90 мВ; фаза 0 — быстрый подъём через Na⁺-каналы; фаза 1 — небольшая зазубрина при открытии транзиторных K⁺-каналов; фаза 2 — плато около 0 мВ, пока Ca²⁺ входит через каналы L-типа и уравновешивает выход K⁺; фаза 3 — реполяризация, когда преобладают K⁺-каналы. Вся кривая длится около 250–300 мс, поэтому ось времени размечена в сотнях миллисекунд.
Потенциал действия синоатриального узла
Кривая пейсмекера без ровной линии покоя. Фаза 4 медленно ползёт вверх примерно от −60 мВ за счёт медленного входящего «funny»-тока, а затем Ca²⁺-каналов T-типа; около −40 мВ открываются Ca²⁺-каналы L-типа и дают медленный округлый подъём (фаза 0) примерно до +15 мВ; K⁺-каналы возвращают потенциал вниз (фаза 3). Фаз 1 и 2 нет. Нарисуйте несколько циклов подряд, чтобы показать автоматию.
Потенциал действия скелетной мышцы
Короткий, как у нейрона, несколько миллисекунд, но начинается от потенциала покоя около −90 мВ. Он возникает в нервно-мышечном синапсе, где ацетилхолин открывает лиганд-зависимые каналы и потенциал концевой пластинки доводит волокно до порога, а затем распространяется по сарколемме и вглубь по Т-трубочкам. Нарисуйте его над вызванным им одиночным сокращением, которое длится десятки миллисекунд, чтобы было видно, что идёт первым.
Потенциал покоя
Мембрана до любого спайка: внутри около 140 мМ K⁺ против 4–5 мМ снаружи, снаружи около 145 мМ Na⁺ против 10–15 мМ внутри. K⁺-каналы утечки позволяют K⁺ просачиваться наружу и делают внутреннюю сторону отрицательной; Na⁺/K⁺-насос выводит 3 Na⁺ и вводит 2 K⁺ на каждую молекулу АТФ и поддерживает градиенты.
Сальтаторное проведение
Миелинизированный аксон, где потенциал действия перескакивает от одного перехвата Ранвье к следующему, а миелин между ними изолирует аксон, и ток быстро распространяется внутри него. Для контраста подпишите скорости: до примерно 120 м/с в толстых миелинизированных волокнах и около 1 м/с в тонких безмиелиновых.
Локальные потенциалы: ВПСП и ТПСП
Небольшие подъёмы разной высоты ниже линии порога — ВПСП, и провалы ниже уровня покоя — ТПСП. Покажите суммацию: один ВПСП затухает, а два, пришедшие близко друг к другу, складываются выше −55 мВ и запускают полноценный спайк. Это график, который объясняет, почему важен порог.
Фазы потенциала действия: ионные каналы и мембранный потенциал
Фазы, которые обычно показывает график потенциала действия с подписями, что в каждой из них делают ионные каналы и где она лежит на оси напряжения. Это набор подписей по умолчанию, если вы не попросите короче.
| Фаза | Что делают ионные каналы | Мембранный потенциал |
|---|---|---|
| Потенциал покоя | Потенциал-зависимые каналы закрыты; K⁺-каналы утечки и Na⁺/K⁺-насос удерживают мембрану в стабильном состоянии | Около −70 мВ |
| Стимул | Локальный потенциал, например от синапса, впускает положительный заряд и деполяризует мембрану | От −70 мВ к −55 мВ |
| Порог | Открывается достаточно потенциал-зависимых Na⁺-каналов, чтобы подъём стал самоподдерживающимся | Около −55 мВ |
| Деполяризация (восходящая фаза) | Потенциал-зависимые Na⁺-каналы открываются полностью, Na⁺ входит в клетку | От −55 мВ выше 0 мВ |
| Пик (овершут) | Na⁺-каналы инактивируются, открываются более медленные потенциал-зависимые K⁺-каналы | Около +30 мВ |
| Реполяризация (нисходящая фаза) | K⁺ выходит через открытые потенциал-зависимые K⁺-каналы | От пика обратно к −70 мВ |
| Следовая гиперполяризация | K⁺-каналы закрываются с опозданием, K⁺ ещё недолго выходит | Ненадолго ниже −70 мВ |
| Возврат к потенциалу покоя | K⁺-каналы закрываются; каналы утечки и Na⁺/K⁺-насос восстанавливают покой | Снова около −70 мВ |
| Абсолютный рефрактерный период | Na⁺-каналы открыты или инактивированы — никакой стимул не вызовет второй потенциал действия | От порога через пик и большую часть спада |
| Относительный рефрактерный период | Часть Na⁺-каналов уже восстановилась, но K⁺ ещё выходит — сработает только более сильный стимул | Конец спада и следовая гиперполяризация |
Курсы различаются тем, сколько фаз они называют. Вводные рабочие листы подписывают потенциал покоя, порог, деполяризацию, реполяризацию и гиперполяризацию; старшая школа и вуз добавляют стимул, пик, работу каналов и оба рефрактерных периода, а в некоторых учебниках пик стоит на +40 мВ, а не на +30 мВ. Укажите нужные подписи и значения — будут нарисованы только они.
Что показывает график потенциала действия?
График потенциала действия показывает мембранный потенциал нейрона в милливольтах в зависимости от времени в миллисекундах: от потенциала покоя около −70 мВ мембрана деполяризуется выше порога около −55 мВ, резко поднимается примерно до +30 мВ, реполяризуется, ненадолго опускается ниже уровня покоя и возвращается к −70 мВ. Каждая фаза подписана вместе с ионными каналами, которые её вызывают.
Коротко
- В нейроне потенциал действия длится около 1–2 миллисекунд. Мембранный потенциал меняется примерно на 100 мВ — от −70 мВ в покое до около +30 мВ на пике — и через несколько миллисекунд возвращается к покою.
- Деполяризацию вызывают потенциал-зависимые Na⁺-каналы. Когда стимул доводит мембрану примерно до −55 мВ, они открываются, Na⁺ входит в клетку, и подъём усиливает сам себя — положительная обратная связь делает восходящую фазу почти вертикальной.
- Реполяризацию вызывают потенциал-зависимые K⁺-каналы. Они открываются медленнее Na⁺-каналов — примерно тогда, когда те инактивируются на пике, — K⁺ выходит из клетки, и потенциал падает.
- Следовая гиперполяризация возникает из-за K⁺-каналов, которые закрываются с опозданием. Калий ещё недолго выходит после возврата к покою и уводит мембрану ниже −70 мВ, к равновесному потенциалу K⁺ около −90 мВ, пока Na⁺/K⁺-насос и каналы утечки не восстановят покой.
- Потенциал действия подчиняется закону «всё или ничего». Стимул ниже порога не вызывает его вовсе, а любой пороговый стимул вызывает одинаковый потенциал с одинаковым пиком; более сильный стимул повышает частоту импульсов, а не их амплитуду.
Локальный потенциал и потенциал действия: в чём разница?
Локальный (градуальный) потенциал — небольшое местное изменение мембранного потенциала, величина которого зависит от силы стимула и которое затухает с расстоянием; потенциал действия — импульс по закону «всё или ничего» примерно до +30 мВ, который возникает только на пороге и проходит весь аксон без ослабления. Локальные потенциалы дендритов и тела клетки суммируются в начале аксона, и потенциал действия возникает там, только если их сумма достигает порога.
| Локальный потенциал | Потенциал действия | |
|---|---|---|
| Амплитуда | Зависит от силы стимула | Всегда одинакова, около 100 мВ от покоя до пика («всё или ничего») |
| Направление | Деполяризующий или гиперполяризующий | Всегда деполяризация, затем реполяризация |
| Порог | Нет — возникает при любом стимуле | Возникает, только когда мембрана достигает около −55 мВ |
| С расстоянием | Быстро затухает по мере удаления от места возникновения | Восстанавливается вдоль аксона в полную силу |
| Где возникает | Дендриты, тело клетки и сенсорные рецепторы | Аксон — от начального сегмента до аксонных окончаний |
| Суммация и рефрактерность | Могут суммироваться; рефрактерного периода нет | Не суммируются; за ними следует рефрактерный период |
На графике локальный потенциал — небольшой бугорок, не достающий до линии порога, или провал ниже уровня покоя; потенциал действия — высокий пик, который пересекает порог, поднимается выше 0 мВ и опускается ниже уровня покоя. Если на рисунке разные стимулы дают пики разной высоты, это локальные потенциалы, а не потенциалы действия.
Частые вопросы о графике потенциала действия
Какие 5 фаз у потенциала действия?
В большинстве курсов называют пять: потенциал покоя, порог, деполяризация, реполяризация и следовая гиперполяризация, после чего мембрана возвращается к покою. Некоторые учебники вместо порога считают фазой стимул или пик. На графике они идут в этом порядке слева направо и в нейроне укладываются примерно в 2 мс.
Что должно быть на графике потенциала действия с подписями?
Мембранный потенциал (мВ) по вертикальной оси и время (мс) по горизонтальной, пунктирные линии потенциала покоя (−70 мВ) и порога (−55 мВ), а на одной кривой — стимул, деполяризация, пик (+30 мВ), реполяризация, гиперполяризация и возврат к покою. Физиология и медицина добавляют работу Na⁺- и K⁺-каналов и абсолютный и относительный рефрактерные периоды. Это вариант по умолчанию — попросите меньше подписей, и будут нарисованы только они.
Что такое потенциал покоя?
Это разность потенциалов на мембране нейрона, когда он не генерирует импульсы: около −70 мВ, причём внутренняя сторона заряжена отрицательно относительно наружной. Он создаётся в основном выходом K⁺ через открытые каналы утечки по градиенту примерно 140 мМ внутри против 4–5 мМ снаружи; Na⁺/K⁺-насос, который выводит 3 Na⁺ и вводит 2 K⁺ на каждую молекулу АТФ, не даёт градиентам исчезнуть. У клеток сердца и скелетных мышц потенциал покоя ближе к −90 мВ.
Почему мембранный потенциал поднимается до +30 мВ?
Потому что Na⁺ продолжает входить в клетку и после того, как внутренняя сторона мембраны перешла через 0 мВ, — его гонит крутой концентрационный градиент. Мембрана стремится к равновесному потенциалу Na⁺, около +60 мВ, но раньше Na⁺-каналы инактивируются, а K⁺-каналы открываются, поэтому пик останавливается около +30 мВ.
Что такое рефрактерный период?
Время после потенциала действия, когда мембрана вообще не может возбудиться снова (абсолютный рефрактерный период) или возбуждается только более сильным, чем обычно, стимулом (относительный рефрактерный период). Абсолютный длится, пока Na⁺-каналы открыты или инактивированы; относительный следует за ним, пока K⁺ ещё выходит. Он разделяет импульсы и заставляет возбуждение идти по аксону в одну сторону.
Что происходит при деполяризации и реполяризации?
При деполяризации открываются потенциал-зависимые Na⁺-каналы, Na⁺ входит, и внутренняя сторона мембраны меняется с −70 мВ примерно до +30 мВ; при реполяризации открываются потенциал-зависимые K⁺-каналы, K⁺ выходит, и потенциал снова падает. Na⁺ входит на восходящей части кривой, K⁺ выходит на нисходящей.
Почему после потенциала действия возникает гиперполяризация?
Потенциал-зависимые K⁺-каналы закрываются с небольшим опозданием, и K⁺ продолжает выходить, когда мембрана уже вернулась к −70 мВ. Потенциал опускается ниже уровня покоя, к равновесному потенциалу K⁺, затем каналы закрываются, и каналы утечки вместе с Na⁺/K⁺-насосом возвращают его к −70 мВ.
Что такое пороговый потенциал?
Мембранный потенциал — в типичном нейроне около −55 мВ, — при котором открывается достаточно потенциал-зависимых Na⁺-каналов, чтобы деполяризация поддерживала сама себя. Ниже порога стимул угасает как локальный потенциал; на пороге и выше возникает полный потенциал действия — закон «всё или ничего».
Чем потенциал действия нейрона отличается от потенциала действия сердца?
Потенциал действия кардиомиоцита желудочка длится около 250–300 мс вместо примерно 2 мс, начинается примерно с −90 мВ вместо −70 мВ и имеет длинное плато (фаза 2), во время которого Ca²⁺ входит через медленные каналы. Плато даёт миокарду рефрактерный период около 250 мс, так что он не может возбудиться снова, пока не сократится.
Продолжить изучение
Другие наши инструменты для схем и руководства к ним.
Нарисуйте свой график потенциала действия
От описания в одну строку до подписанного графика для печати — примерно за минуту.
Начать