Фаза инверсии.

После исчезновения ПП вход Na⁺ в клетку продолжается (активационные ворота Na-каналов еще открыты), поэтому число положительных ионов в клетке превосходит число отрицательных ионов, заряд внутри клетки становится положительным, снару­жи — отрицательным. Процесс перезарядки мембраны представляет собой вторую фазу потенциала действия — фазу инверсии. Теперь электрический гради­ент препятствует входу Na⁺ внутрь клетки (положительные заряды отталкиваются друг от друга), Na-проводимость снижается. Тем не менее, некоторый период времени (доли миллисекунды) Na⁺ продолжает входить в клетку — об этом свидетельствует продол­жающееся нарастание ПД. Это означает, что концентрационный градиент, обеспечивающий движение Na⁺ в клетку, сильнее элект­рического, препятствующего входу Na⁺ в клетку. Во время деполяризации мембраны увеличивается проницаемость ее и для Са²⁺, он также идет в клетку, но в нервных волок­нах, нейронах и клетках скелетной мускула­туры роль Са²⁺ в развитии ПД мала. В клет­ках гладкой мышцы и миокарда его роль су­щественна. Таким образом, вся восходящая часть пика ПД в большинстве случаев обеспечивается в основном входом Na⁺ в клетку.

Примерно через 0, 5—2 мс и более после начала деполяризации (это время зависит от вида клетки) рост ПД прекращается вследст­вие закрытия натриевых инактивационных ворот и прекращения поступления Na⁺ в клетку и открытия ворот К-каналов, ведущего к резкому возрастанию выхода К⁺ из клетки. Пре­пятствуют также росту пика ПД электричес­кий градиент (клетка внутри в этот момент заряжена положительно), а также выход К⁺ из клетки по каналам утечки. Поскольку К⁺ находится преимущественно внутри клетки, он, согласно концентрационному градиенту, быстро выходит из клетки после открытия ворот К⁺ каналов, вследствие чего уменьша­ется число положительно заряженных ионов в клетке. Заряд клетки снова начинает умень­шаться. К⁺ вытал­кивается положительным зарядом из клетки и притягивается отрицательным зарядом сна­ружи клетки. Так продолжается до полного исчезновения положительного заряда внутри. Калий выходит из клетки не только по управляемым каналам, ворота которых от­крыты, но и по неуправляемым — каналам утечки, что несколько замедляет ход восходя­щей части ПД и ускоряет ход нисходящей со­ставляющей ПД.

Таким образом, изменение мембранного потенциала покоя ведет к последовательному открытию или закрытию электроуправляемых ворот ионных каналов и движение ионов, согласно электрохимическому гради­енту, — возникновению ПД.

Фаза реполяризации

Связана с тем, что проницаемость клеточной мембраны для К⁺ все еще высока (активационные ворота калиевых каналов открыты), К⁺ продолжает быстро выходить из клетки согласно концентрационному градиенту. По­скольку клетка теперь уже снова внутри имеет отрицательный заряд, а снаружи — по­ложительный, электрический градиент препятствует выходу К⁺ из клетки, что снижает его проводимость, хотя он продолжает выходить. Это объясняется тем, что действие концентрационного гради­ента выражено значительно сильнее электри­ческого градиента. Таким образом, вся нис­ходящая часть пика ПД обусловлена выходом К⁺ из клетки. Нередко в конце ПД наблюда­ется замедление реполяризации, что объясняется уменьшением проницаемости клеточ­ной мембраны для К⁺ и замедлением выхода его из клетки из-за закрытия значительной части ворот К-каналов. Вторая причина за­медления тока К⁺ из клетки связана с возрас­танием положительного заряда наружной по­верхности клетки и формированием противоположно направленного электрического гра­диента.

ПД уменьшается, если частично заблоки­ровать Na-каналы тетродотоксином. При их полной блокаде ПД вообще не возникает. Возможность временного нарушения работы Na-каналов широко используется в клини­ческой практике. Так, с помощью местных анестетиков расстраивается механизм управ­ления ворот Na-каналов. Это приводит к прекращению проведения возбуждения в со­ответствующем участке нерва, устранению болевых ощущений, например, при хирурги­ческих вмешательствах. Таким образом, главную роль в возникновении ПД играет Na⁺, входящий в клетку при повышении проницаемости клеточной мембраны и обеспечивающий всю восходящую часть пика ПД. При замене Na⁺ в среде на другой ион, например холин, ПД в нервной и мышечной клетках скелетной мускулатуры не возникает. Однако проницаемость мембраны для К⁺ тоже играет важную роль. Если повышение проницаемос­ти для К⁺ предотвратить тетраэтиламмонием, мембрана после ее деполяризации реполяризуется гораздо медленнее, только за счет мед­ленных неуправляемых каналов (каналов утечки ионов), через которые К⁺ будет выхо­дить из клетки.

Са²⁺ играет важную роль в возникновении ПД в сердечной и гладкой мышцах, в передаче импульсов от одного нейрона к другому, от нервного во­локна к мышечному, в обеспечении мышеч­ного сокращения. Снижение содержания Са²⁺ в крови на 50 %, что иногда встречается в клинической практике, может привести к судорожным сокращениям скелетных мышц. Это объясняется значительным повышением возбудимости нервных и мышечных клеток в результате снижение ПП из-за уменьшения степени нейтрализации отрицательных фик­сированных зарядов на поверхности клеточ­ной мембраны и отрицательно заряженных карбоксильных групп интерстиция. Вследст­вие этого повышается реактивность нейро­нов, так как ПП приближается к Е_кр, кроме того, начинается активация Na-каналов. В ответ на поступление самой незначитель­ной импульсации нейроны начинают генери­ровать ПД в большом количестве, что прояв­ляется в судорожных сокращениях скелетной мускулатуры. При этом нейроны ЦНС и нервные волокна могут разряжаться и спон­танно.