Презентация "Биоэлектрические потенциалы" – проект, доклад

Министерство здравоохранения и социального развития Южно-Казахстанская государственная фармацевтическая академия Кафедра мед биофизики, математики и информатики БИОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПОТЕНЦИАЛЫ

План

Введение Потенциал покоя. Стационарный потенциал Гольдмана-Ходжкина-Катца. Потенциал действия и его распространение. Основные понятия и формулы. основные классы методов исследования биоэлектрических потенциалов Вывод

Введение

В живых организмах происходят разнообразные электрические процессы. Функционирование живых тканей сопровождается электрическими явлениями. Генерация и распространение электрических потенциалов - важнейшее физическое явление в живых клетках и тканях. Биоэлектрический потенциал - разность потенциалов между двумя точками живой ткани, определяющая ее биоэлектрическую активность. Биопотенциал имеет мембранную природу.

Потенциал покоя

В нормально функционирующей клетке поддерживается наиболее благоприятный состав ионов. Различие в их концентрациях по разные стороны мембраны приводит к появлению разности потенциалов. Потенциал покоя - разность потенциалов между цитоплазмой и окружающей средой в нормально функционирующей клетке. В 1902 г. Бернштейн предположил, что потенциал покоя обусловлен проницаемостью мембраны для ионов К+. В состоянии покоя плотность потока ионов равна нулю, и уравнение (12.5) принимает следующий вид: Потенциал, определяемый формулой (12.7), называют равновесным потенциалом. Расчеты, выполненные по этой формуле, существенно расходятся с экспериментальными данными при низких концентрациях К+. Это указывает на то, что «калиевая» теория потенциала несовершенна.

Стационарный потенциал Гольдмана-Ходжкина-Катца

В стационарном состоянии (когда параметры системы не изменяются) суммарная плотность потока равна нулю, т.е. число различных ионов, проходящих в единицу времени через мембрану внутрь клетки, равно числу ионов, выходящих из клетки через мембрану: J = 0

Потенциал действия и его распространение

Все живые клетки при действии различных раздражителей переходят в возбужденное состояние. При возбуждении разность потенциалов между клеткой и окружающей средой изменяется, появляется электрический импульс, возникает потенциал действия. Общее изменение разности потенциалов на мембране, происходящее при возбуждении клеток, определяет потенциал действия. Потенциал действия - разность потенциалов между цитоплазмой и окружающей средой при возбуждении. Распространение импульса определяется изменением состояния мембраны. В состоянии покоя в результате активного транспорта концентрация ионов К+ в мембране значительно выше (в 36 раз), чем во внешней среде.

Возникновение потенциала действия и деполяризация мембраны

Для ионов Na+ все наоборот (концентрация ионов Na+ снаружи мембраны в 6 раз выше, чем внутри). При этом на внутренней поверхности мембраны находится отрицательный заряд. При возбуждении будет происходить следующее. 1) В начале увеличивается проницаемость мембраны для ионов Na+. Натриевые каналы открываются лишь при возбуждении. Ионы Na+ входят через мембрану внутрь клетки, в результате чего внутренняя поверхность мембраны изменяет свой заряд с «-» на «+», т.е. происходит деполяризация мембраны (рис. 12.1, б). Натриевый канал открыт малое время (0,5-1 мс). В течение этого времени происходит изменение мембранного потенциала от -60 до +30 мВ (генерация импульса величиной 90 мВ).

2) Во время генерации импульса натриевый канал закрывается и открывается калиевый канал. Ионы К+ частично выходят наружу (покидают клетку), что приводит к восстановлению отрицательного заряда на внутренней стороне мембраны (рис. 12.1, в). Во время импульса проводимость мембраны увеличивается в 1000 раз. Всего за время генерации одного импульса через квадратный микрон поверхности волокна проходит по 20 000 ионов натрия и калия. 3) Наступает рефрактерный период. Мембрана не воспринимает импульс, а возвращается в основное физиологическое состояние (рис. 12.1, г). Таким образом, в мембране для ионов каждого вида (прежде всего для натрия и калия) имеется свой канал, пребывающий в открытом или в закрытом состоянии в зависимости от электрического потенциала мембраны. Благодаря такому устройству удается обеспечить быстрые потоки ионов через мембраны и, как следствие, быстрое изменение разности потенциалов между клеткой и окружающей средой.

Ионный канал

Ионный канал впервые описал Р. Мак-Киннон. Канал состоит из внешней и внутренней полостей, разделенных фильтром (рис. 12.2). Между внутренней полостью и телом клетки расположены ворота. Фильтр устроен хитро. Обычно ион калия или натрия движется по окружающей клетку среде в гидратированном виде: к нему присоединена «шуба» из четырех молекул воды. Фильтр же содержит четыре атома кислорода, которые в случае, например, калиевого канала расположены на точно таком же расстоянии друг от друга, на каком расположены молекулы воды вокруг иона калия. Попав в фильтр, такой ион сменит шубу и даже этого не заметит. Если же ион будет другого размера, например маленький ион натрия, то пройти ему не удастся: водяная шуба не отцепится и будет мешать. Что же касается ворот, то они открываются в результате изменения конформации белка. Именно это изменение и происходит в ответ на изменение электрического потенциала мембраны.

Схема ионного канала (из нобелевской лекции Р. Мак-Киннона)

Сравнение потенциала покоя и потенциала действия

Распространение потенциала действия

При деполяризации мембраны возникают токи, замыкающиеся через наружную проводящую среду. Между возбужденным и невозбужденным участками нервного волокна потечет электрический ток, так как у возбужденного участка внутренняя поверхность имеет положительный заряд, а у невозбужденного - отрицательный, и между ними возникнет разность потенциалов. Этот локальный ток служит раздражителем для невозбужденных участков нервного волокна, непосредственно примыкающих к месту деполяризации. В них также возникает возбуждение, т.е. потенциал действия (или деполяризация), и так далее. По поверхности клетки локальный ток течет от невозбужденного участка к возбужденному; внутри клетки он течет в обратном направлении. Локальный ток, как и любой электрический ток, раздражает соседние невозбужденные участки и вызывает увеличение проницаемости мембраны.

Это приводит к возникновению потенциалов действия в соседних участках. В то же время в ранее возбужденном участке происходят восстановительные процессы реполяризации. Вновь возбужденный участок, в свою очередь, становится электроотрицательным, и возникающий локальный ток раздражает следующий за ним участок. Этот процесс многократно повторяется и обусловливает распространение импульсов возбуждения по всей длине клетки в обоих направлениях. Процесс распространения потенциала действия происходит гораздо медленнее, чем течет локальный электрический ток. Распространение потенциала действия по нервному волокну называется волной возбуждения. Эта волна не затухает, так как получает энергию из среды - от заряженной мембраны. Волна возбуждения является автоволной в активной среде возбудимых клеток.

Основные понятия и формулы

В зависимости от биоэлектрической активности тканей или органов различают следующие основные классы методов исследования биоэлектрических потенциалов:

электрокардиографию - метод регистрации контактным способом биопотенциалов на различных участках поверхности тела или внутри него; электроэнцефалографию - метод регистрации контактным способом разности потенциалов на поверхности головы, характеризующий биоэлектрическую активность различных участков мозга; электромиографию - метод регистрации контактным способом разности потенциалов и электрического поля на поверхности мышцы (интерференционная электромиография) или внутри нее(локальная электромиография); электроокулографию - метод регистрации изменений биопотенциалов, обусловленных движением глазного яблока; кожно-гальваническую реакцию (КГР) - метод регистрации разности потенциалов на кожном покрове тела, возникающей в ответ на раздражение и являющейся выражением возбуждения вегетативной нервной системы. Этот метод широко используется при психофизиологических исследованиях.

Вывод

Электрические потенциалы, возникающие в живых клетках, органах и тканях человека и животных, - биопотенциалы являются предметом изучения одного из обширных разделов современной электрофизиологии. Биоэлектрические потенциалы отражают тонкие физиологические процессы, протекающие в организме, поэтому любые функциональные и патологические изменения в исследуемых системах и органах сказываются на их параметрах и форме. Необходимость регистрации этих изменений появляется при изучении жизненных процессов, диагностике, лечении и профилактике заболеваний, контроле состояния и работоспособности человека и т. д