А. Наблюдение биоэлектрических явлений.

A 20 Биотоки. Опыты Гальвани и Дюбуа-Реймона. Потенциал покоя и его природа. Мембранно-ионная теория Ю. Бернштейна. Условия и причины поляризации мембран. Величина МП в различных возбудимых тканях.

A 22 Потенциал действия и история его открытия. Методы регистрации одно- и двухфазного ПД. Составные части ПД и ионный механизм. Механизм проведения возбуждения.

Электрофизиология процесса возбуждения. Одиночный цикл возбуждения характеризуется множеством признаков, из которых наиболее значимыми являются электрографические, электрохимические и функциональные.

Электрографические признаки. На экране осциллографа на большой развертке биоток имеет вид мно­гокомпонентного графика, в котором выделяют: изоэлектрическую линию (изолиния); предспайк; спайк (восходящая и нисходящая части, или перед­ний и задний фронты); отрицательный и положительный следовые потен­циалы. Кроме того, на графике отмечают критическую точку деполяриза­ции (КТД), так называемый овершут (линия нулевого потенциала), точку инверсии заряда и ряд других компонентов. При регистрации физиологических процессов на графической записи всегда должны присут­ствовать отметка раздражения, вызвавшего возбуждение, и отметка времени.

Электрохимические признаки. На протяжении одиночного цикла возбуждения мембрана последователь­но меняет свое электрохимическое состояние. Длительность его колеблется в различных клетках от 1—2 до нескольких десятков мс. Выделяют: а) статическую поляризацию – предшествующее собственно возбуждению состояния покоя; б) деполяризацию; в) реполяризацию; г) гипероляризацию.

Степени возбудимости в разные фазы потенциала действия. Если принять уровень возбуди­мости в условиях физиологического покоя за норму, то в ходе развития одиночного цикла возбуждения можно наблюдать ее циклические колеба­ния. Периоду статической поляризации соответствует исходная, фоновая возбудимость.

В период развития начальной деполяризации на очень короткое время возбудимость незначительно повышается по сравнению с исходной (фаза экзальтации). Во время развития полной деполяризации и инверсии заряда возбудимость падает до нуля. Время, в течение которого отсутствует возбудимость, называется периодом абсолютной рефрактер­ности: ни один, даже очень сильный раздражитель не может дополни­тельно вызвать возбуждение ткани. В фазе восстановления мембранного потенциала, т.е. с началом бы­строй реполяризации, возбудимость начинает восстанавливаться, но она еще ниже исходного уровня. Время восстановления ее от нуля до исходной ве­личины называется периодом относительной рефрактер­ности: ткань может ответить возбуждением, но только на сильные, надпороговые раздражения.

Вслед за периодом относительной рефрактерности, т.е. с началом фазы медленной реполяризации, наступает короткий период супернормаль­ной— повышенной (по сравнению с исходной) возбудимости.

Заключительный этап одиночного цикла возбуждения — повторное снижение возбудимости ниже исходного уровня (но не до нуля), называемое периодом субнормальной возбудимости, совпадает с разви­тием гиперполяризации мембраны.

После завершения указанных процессов возбудимость восстанавлива­ется, и клетка готова к осуществлению следующего цикла.

 

A 20 Биотоки. Опыты Гальвани и Дюбуа-Реймона. Потенциал покоя и его природа. Мембранно-ионная теория Ю. Бернштейна. Условия и причины поляризации мембран. Величина МП в различных возбудимых тканях.

А. Наблюдение биоэлектрических явлений.

В конце XVIII в. (1786 г.) профессор анато­мии Болонского университета Луиджи Гальвани провел ряд опытов, положивших начало целенаправленным исследованиям биоэлект­рических явлений. В первом опыте, подвеши­вая препарат обнаженных задних лапок лягу­шек с помощью медного крючка на железной решетке, Л.Гальвани обнаружил, что всякий раз при касании мышцами решетки они от­четливо сокращались. Л.Гальвани высказал предположение о том, что сокращение мышц является следствием воздействия на них электричества, источником которого высту­пают «животные ткани» — мышцы и нервы. Однако другой итальянский исследователь — физик и физиолог Вольта оспорил это заклю­чение. По его мнению, причиной сокраще­ния мышц был электрический ток, возни­кающий в области контакта двух разнород­ных металлов (медь и железо — гальваничес­кая пара) с тканями лягушки. С целью про­верки своей гипотезы Л.Гальвани поставил второй опыт, в котором нерв нервно-мышеч­ного препарата набрасывался на мышцу стеклянным крючком так, чтобы он касался поврежденного и неповрежденного ее участ­ков. В этом случае мышца также сокраща­лась. Второй опыт Л.Гальвани считается опытом, в котором были получены абсолютные доказательства существования «животного электричества».

Б. Регистрация биоэлектрических явлений впервые осуществлена с помощью гальвано­метра, одна из клемм которого присоединя­лась к поврежденному участку мышцы, дру­гая — к неповрежденному [Маттеучи, 1838], при этом стрелка гальванометра отклоня­лась. Размыкание цепи гальванометра со­провождалось возвращением стрелки гальва­нометра в прежнее (нулевое) положение. В настоящее время существует много раз­личных вариантов регистрации биоэлектри­ческих явлений, но их можно объединить в

две основные группы: по местоположению электродов (внутриклеточное и внеклеточ­ное отведения) и по числу отводящих элек­тродов (монополярное, биполярное, мульти-полярное отведения). Электроды могут быть металлическими и стеклянными. В случае монополярного отведения один электрод ак­тивный, второй — индифферентный, его площадь в десятки раз больше активного электрода. При внутриклеточном отведении применяется стеклянный микроэлектрод,ко­торый представляет собой микропипетку с диаметром кончика 0,5—1 мкм (рис. 4.1, 2). Микроэлектрод заполняется 3 М КС1. В ши­рокую часть микроэлектрода вставляется се­ребряная проволочка, соединяемая с реги­стрирующим устройством. Индифферент­ным внеклеточным электродом является хлорированная серебряная пластинка. При внутриклеточном отведении клетка способ­на функционировать в течение нескольких часов. Микроэлектродный способ регистра­ции биопотенциалов обеспечил изучение механизмов создания электрических зарядов клеткой, возникновения возбуждения в жи­вых клетках. Однако еще задолго до появ­ления микроэлектродной техники (конец XIX в.) стало ясно, что «животное электри­чество» обусловлено процессами, происхо­дящими на клеточной мембране (Герман, Дюбуа-Реймон, Бернштейн). В настоящее время достаточно хорошо изучены механиз­мы формирования мембранного потенциала покоя (ПП) и потенциала действия (ПД), т.е. процесса возбуждения клетки.

В. Сущность процесса возбуждения за­ключается в следующем. Все клетки орга­низма имеют электрический заряд, обеспе­чиваемый неодинаковой концентрацией анионов и катионов внутри и вне клетки. Различная концентрация анионов и катио­нов внутри и вне клетки является следстви­ем работы ионных насосов и неодинаковой проницаемости клеточной мембраны для разных ионов. Однако свойства мембран возбудимых клеток существенно отличаются от таковых невозбудимых клеток. При дей-

и сокращения в мышце. Нарушение процес­сов возбуждения в кардиомиоцитах ведет к остановке сердца.

Согласно мембранно-ионной теории [Бернштейн, Ходжкин, Хаксли, Катц, 1902— 1952], непосредственной причиной формиро­вания ПП является неодинаковая концентра­ция анионов и катионов внутри и вне клетки (табл. 4.1).

ствии раздражителя на клетку возбудимой ткани изменяется проницаемость ее мембра­ны (обычно сначала для Na⁺ и быстро воз­вращается к норме, затем для К⁺ и быстро возвращается к норме), вследствие чего ионы быстро перемещаются согласно эле­ктрохимическому градиенту (совокупность концентрационного и электрического гради­ентов) — это и есть процесс возбуждения. Его основой является потенциал покоя (мембранный потенциал).