Механизм биоэлектричества.

Живые клетки и ткани состоят из электролитов, представляющих собой растворы органических и не органических солей и мембран, которые являются диэлектриками. Проводимость мембран и тканей определяется возникновением ионных каналов, способные пропускать заряженные частицы. Влияние внешних электрических полей на диэлектрические вещества мембран, определяющихся поляризацией диэлектриков и проявляются в виде дисперсии, т.е. зависимости диэлектрической проницаемости от частоты электрического поля. Особое значение имеют низкие частоты, в результате их воздействия диэлектрическая проницаемость некоторых мембран изменяется в 3-10 раз. Кроме электрических свойств, клетки обладают магнитными свойствами, однако, поскольку ткани являются диэлектрическими, то магнитные свойства существенным образом в них не проявляются. Живая клетка является активным генератором электричества. Основная причина возникновения электрического поля- разделение электрических ионов по обе стороны мембраны. Самая простая модель источника электрического тока- концентрационный элемент Нерцта. В нем раствор соли разделен мембраной, обладающей различной проводимостью для ионов разных сортов. В результате перехода дополнительного числа ионов через мембрану на ней образуется 2-й электрический слой. Разбавленный раствор принимает знак того иона, который проникает сквозь мембрану. При одинаковой проницаемости анионов и катионов электрическое поле не возникает.

ЭДС концентрированного элемента Нерцта вычисляется по формуле:

Однозарядные ионы оказывают наибольшее влияние действий на электрические свойства клетки. В цитоплазме клетки преобладают каменные соли высокомолекулярной кислоты, в межклеточном пространстве преобладают растворы солей Na, неорганических кислот.

Таким образом соли K и Na играют важную роль в создании электрических полей на поверхности мембраны. Значение мембраны потенциально для десятикратной разности потенциальных ионов, составляющих порядка 60 мВт и зависит от вида мембран. Для возникновения электрического поля необходимо выполнение 2-х условий:

1. Существование концентрации градиентов по обе стороны мембраны.
2. Наличие селективной проницаемости мембран, для различных ионов.

В состав клетки входят определенные ионы, поэтому потенциал модно рассчитать на основании уравнения Гольдма, которое является следствием уравнения Нернцта:

Проницаемость мембраны зависит от типа мембраны: - межклеточная среда;

- цитоплазма.

Это уравнение позволяет вычислить разность потенциалов по обе стороны мембран, как в состоянии покоя, так и в состоянии возбуждения. Причиной возникновения разных потенциалов по обе стороны мембраны клетки, находящейся в состоянии покоя, является разная скорость диффузии ионов K и анионов органических кислот через мембрану. Проницаемость мембран для ионов K больше проницаемости ионов Na в 400 раз.

Концентрация ионов K в условиях покоя клетки составляет .За пределами клетки Для ионов Na внутри клетки , вне клетки

В уравнении Гольдмана основными ионами, создающими амплитуду потенциального покоя являются ионы K, поэтому амплитуда потенциала покоя.

Межклеточная среда в этом случае преобладает знак свободного выходного иона K⁺, а цитоплазма принимает знак минус. Знак потенциала покоя устраняется за счет 2-х механизмов:

1. Малой проницаемостью мембран. Для анионов, за счет чего возникает избыток электронов в нутрии клетки.
2. В следствии того, что концентрация ионов K в межклеточной среде меньше, чем внутри клетки, но именно неклеточная среда преобразует плюс.

Существование ионных градиентов по обе стороны мембраны требуют дополнительную энергию, т.к. необходимый grad концентрации ионов K и Na осуществляется за счет работы активного транспорта. С другой стороны, возникающий потенциал покоя своей полярностью создает условия для снижения расчета своей энергии необходимой для поддержания grad концентрации.

Потенциал действия.

При действии на живые клетки внешними раздражителями, изменяются условия генерации ЭДС. При возбуждении нервной и мышечной ткани процесс отвечает реакцией клетки на раздражение связанное с проницаемостью мембран. Прежде всего это касается для изменения катионов. Изменение проницаемости продолжается короткое время, несколько микросекунд. В этот момент отношение проницаемости ионов Na к ионам K увеличивается во много раз:

На время возбуждения сопротивление мембраны резко падает, что приводит к изменению ионного состава клетки. Т.к. проницаемость ионов Na становится больше проницаемости анионов кислот и органических и не органических.

За счет поступления дополнительных ионов Na в клетку приводит к изменению знака цитоплазмы. Процесс изменения знака- инверсия. Значение потенциала действия достигает +55мВт., т.е. при возбуждении участка мембраны, цитоплазма меняет знак по отношению к межклеточной среде. Процесс инверсии сопровождается несколько секунд и сменяется процессом возращения клетки в стационарное состояние является изменением знака цитоплазмы с плюса на минус называется деполяризацией. Увеличение положительного потенциала клетки называется гиперполяризацией. Возвращение клетки в стационарное состояние называется реполяризацией.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: