Біоелектричні явища - реферат, сторінка 1
2. Поняття про збудливих тканинах ........................................................................ 5
3. Мембранний потенціал спокою ...................................................................... 7
4. Мембранний потенціал дії .................................................................. ..9
4.1. Поширення потенціалу дії ......................................................... .11
4.2. Міжклітинна передача збудження .......................................................... 11
Здатність відповідати збудженням на дію подразника є одним з найбільш характерних властивостей живих клітин. Тому вивчення проблеми збудливості завжди приділялася велика увага. Спостерігається в даний час стрімкий ріст наших знань у цій області пов'язаний з широким використанням в фізіологічної практиці нових, вельми тонких і точних прийомів дослідження, що дозволяють дратувати поодинокі збудливі освіти, реєструвати їх електричну активність, фіксувати на заданому рівні мембранний потенціал, безпосередньо вимірювати іонні потоки через мембрану.
1. Поняття про біоелектричних явищах
Перші дані про існування біоелектричних явищ ( «тварина електрику») були отримані в третій чверті XVIII ст. при вивченні природи електричного розряду, що наноситься деякими рибами при захисті та нападі. Багаторічний науковий спір (1791 - 1797) між фізіологом Л. Гальвані і фізиком А. Вольта про природу «тваринної електрики» завершився двома великими відкриттями: були встановлені факти, що свідчать про наявність електричних потенціалів в нервовій і м'язовій тканинах, і відкритий новий спосіб отримання електричного струму за допомогою різнорідних металів - створений гальванічний елемент. Однак перші прямі вимірювання потенціалів в живих тканинах стали можливі тільки після винаходу гальванометрів. Систематичне дослідження потенціалів в м'язах і нервах в стану спокою і збудження було розпочато Дюбуа-Реймон (1848). Подальші успіхи у вивченні біоелектричних явищ були тісно пов'язані з удосконаленням техніки реєстрації швидких коливань електричного потенціалу і методів їх відведення від одиночних збудливих клітин. За допомогою внутрішньоклітинних мікроелектродів вдалося зробити пряму реєстрацію електричних потенціалів клітинних мембран. Успіхи електроніки дозволили розробити методи вивчення іонних струмів, що протікають через мембрану при змінах мембранного потенціалу або при дії на мембранні рецептори біологічно активних сполук. Останнім часом розроблений метод, що дозволяє реєструвати іонні струми, що протікають через поодинокі іонні канали.
Отже, біоелектричні явища в тканинах - це різниця потенціалів, яка виникає в тканинах в процесі нормальної життєдіяльності. Ці явища можна реєструвати, використовую трансмембранний спосіб реєстрації.
При такому способі реєструються:
потенціал спокою або мембранний потенціал;
2.Понятие про збудливих тканинах
Всі клітини і тканини живого організму під дією подразників переходять зі стану відносного фізіологічного спокою в стан активності (збудження). Найбільша ступінь активності спостерігається в нервовій і м'язовій тканині.
Головними властивостями збудливих тканин є: а) збудливість; б) провідність; в) рефрактерность і лабільність, які пов'язані з одним з найбільш загальних властивостей живого - подразливістю.
Зміни в навколишньому середовищі або організмі називають - подразниками. а їх дія - роздратуванням.
За природою подразники бувають: механічні, хімічні, електричні, температурні.
За біологічному ознакою подразники діляться на: 1) адекватні, які сприймаються відповідними спеціалізованими рецепторами (наприклад, рецепторами очі - світло, вуха - звук, шкіри - біль, температура, дотик, тиск, вібрація); 2) неадекватні, до яких спеціалізовані рецептори не пристосовані, але сприймають їх при надмірній силі і тривалості (наприклад, удар - очей - світло).
Найбільш загальним, адекватним і природним подразником для всіх клітин і тканин організму є нервовий імпульс.
Основні фізіологічні властивості нервової тканини (збудливість, провідність, рефрактерність і лабільність) характеризують функціональний стан нервової системи людини, визначають його психічні процеси.
Збудливість - здатність живої тканини відповідати на дію подразника виникненням процесу збудження зі зміною фізіологічних властивостей.
Кількісною мірою збудливості є поріг збудження. тобто мінімальна величина подразника, здатна викликати відповідну реакцію тканин.
Подразник меншої сили називають - підпороговим. а більшою - набпороговим.
Збудливість є, в першу чергу, зміна обміну речовин в клітинах тканин. Зміна обміну речовин супроводжується переходом через клітинну мембрану негативно і позитивно заряджених іонів, які змінюють електричну активність клітини. Різниця потенціалів в спокої між внутрішнім
вмістом клітини і клітинної оболонкою, складова 50 - 70 мВ (мілівольт) називається -мембранним потенціалом спокою.
При порушенні клітини проникність іонів Na + різко збільшується, і вони спрямовуються в цитоплазму, знижуючи потенціал спокою до нуля, а потім збільшуючи різницю потенціалів протилежного значення до 80-110 мВ. Таке короткочасне (0,004-0,005 сек) зміна різниці потенціалів називаетсяпотенціалом дії.
Отже збудження нервової клітини пов'язано зі зміною обміну речовин і супроводжується появою електричних потенціалів (нервових імпульсів).
Провідність - це здатність живої тканини проводити хвилі збудження - Біоелектричні імпульси.
Для забезпечення гомеостатичного єдності всі структури організму (клітини, тканини, органи і т.д.) повинні мати можливість просторового взаємодії. Поширення збудження від місця його виникнення до виконавчих органів - один з основних способів такого взаємодії. Виниклий в місці нанесення роздратування потенціал дії є причиною подразнення сусідніх, збудженому ділянок нервового (або м'язового) волокна. Завдяки цьому явищу хвиля потенціалу дії створює струм дії. який поширюється по всій довжині нервового волокна. У безміелінових нервових волокнах збудження проводиться з деяким загасанням - декрементом, а в мієлінових нервових волокнах - без загасання. Проведення збудження також супроводжується зміною обміну речовин і енергії.
Рефрактерність - тимчасове зниження збудливості тканини, що виникає при прояві потенціалу дії. У цей момент повторні роздратування не викликають відповідної реакції (абсолютна рефрактерність). Вона триватиме не більше 0,4 мілісекунди, а потім настає фаза відносної рефрактерності. коли роздратування може викликати слабку реакцію. Ця фаза змінюється фазою підвищеній збудливості - супернормальності.
Така динаміка збудливості обумовлена процесами зміни і відновлення рівноваги іонів на мембрані клітини.
Професор Н.Є. Введенський досліджував особливості цих процесів і встановив, що збудливі тканини можуть відповідати різним числом потенціалів дії на певну частоту подразнень. Він назвав це явище лабільністю (функціональної рухливістю).
Лабільність - властивість збудливою тканини відтворювати максимальну кількість потенціалів дії в одиницю часу.
3. Мембранний потенціал спокою
Нервові клітини, подібно до інших клітин організму, обмежені липопротеиновой мембраною, яка є хорошим електричним ізолятором. По обидва боки мембрани між вмістом клітини (цитоплазмой) і позаклітинної рідиною існує електрична різниця потенціалів - мембранний потенціал. У нервових клітинах зміни мембранного потенціалу складає основу діяльності клітини - переробки інформації. На рис.1 представлено розподіл іонів по обидві сторони мембрани.
Рис.1 Внутрішньо-і позаклітинні концентрації іонів для клітини теплокровного тваринного, ммоль / л.
У нервових і м'язових клітинах мембранний потенціал довго зберігається постійним, якщо клітина не активізується будь-якими зовнішніми факторами. Мембранний потенціал такої покоїться клітини називається мембранним потенціалом спокою (МПП). Потенціал спокою нервової і м'язової клітини завжди негативний, його величина постійна для кожного типу клітин і коливається в діапазоні від -50 до -100мВ.
Нерівномірний розподіл різних іонів між поза- і внутрішньоклітинним простором необхідно для існування потенціалу спокою. Цей потенціал між внутрішньоклітинної середовищем і міжклітинної рідиною виникає тому, що мембрана не є досконалим ізолятором, а до деякої міри проникна для певних іонів. Найбільш проникна мембрана для іонів калію, дещо менше для іонів хлору і ще менш проникна для іонів натрію. Як приклад, що пояснює механізми трансмембранного руху іонів розглянемо струм іонів калію. Можна уявити, що мембрану пронизують пори - канали, через які здатні проходити іони калію. Всякий раз, коли ці іони наштовхуються на отвір пори, вони дифундують через мембрану. Оскільки з внутрішньої сторони мембрани іонів калію набагато більше, то такі зіткнення відбуватиметься тут набагато частіше, ніж зовні, так що більше іонів буде проходити зсередини назовні, ніж у зворотному напрямку. Спостерігається чистий вихід іонів калію з клітки. При цьому мається сила, що протидіє цьому процесу. Ця сила обумовлена електричним зарядом іонів калію. У міру виходу калію з клітки зменшується число позитивно заряджених іонів на внутрішній стороні мембрани. Одночасно збільшується позитивний заряд із зовнішнього боку мембрани. Виникає при цьому мембранний потенціал перешкоджає виходу катіонів з клітки. Таким чином, вихід позитивних зарядів створює електричний потенціал, який заважає виходу інших позитивних іонів. Мембранний потенціал продовжує наростати до тих пір, поки сила, що перешкоджає виходу калію, не стане дорівнює осмотичного тиску калію. При такому рівні потенціалу вхід і вихід калію знаходяться в рівновазі, тому він називається калієвих рівноважним потенціалом (). Величина калієвого рівноважного потенціалу може бути обчислена за допомогою рівняння Нернста (ф.1).