Вопрос 6 Электрические явления

Электрические явления имеют собственное значение или сопровождают многие жизненные процессы, если происходит перемещение ионов и имеется несимметричное распределение ионов по разные стороны биологических мембран. Это обусловливает наличие электрических потенциалов и возникновение электрических токов. Электрический ток имеет определенное значение в жизни рыб. Он служит для передачи сигналов в некоторых синапсах, приводит к действию отдельные клеточные механизмы, электрические токи, генерируемые рыбами, позволяют им общаться другом, а также используются для поиска, ловли, защиты и нападения

6.1. Природа биотоков и биопотенциалов

Клеточная мембрана отделяет внутреннюю среду клетки, богатую ионами калия, от межклеточной жидкости, богатой ионами натрия. Она окружена снаружи электростатически фиксированными ионами натрия, изнутри - слоем ионов хлора, которые притянуты электростатическими силами к ионам натрия. Ионы калия оттеснены в глубь клетки. Наличие ионной оболочки из положительно заряженных ионов натрия снаружи клетки и ионной подкладки из отрицательно заряженных ионов хлора изнутри мембраны создает электрическую поляризацию мембраны с разностью потенциала 60—70 мВ в нервных клетках, около 80 мВ в мышечных клетках и 20 мВ в эпителиальных клетках. Эта поляризация и электрический потенциал поддерживаются низкой проницаемостью мембран для ионов и постоянной работой ионных насосов. Клеточная мембрана обладает высоким электрическим сопротивлением — порядка 1000 Ом/см² и электрической емкостью около 1 мкФ/см².

Движение ионов по градиенту концентрации и работа ионных насосов порождают ток покоя (рис. 5). Токи действия возникают при проведении нервного импульса по нерву при сокращении миофибриллы, при работе клетки почечного канальца, энтероцита и т.д. Специфические электрические явления возникают при освещении светочувствительных клеток, раздражении механорецепторов, хеморецепторов (рис. 6). При возбуждающем воздействии на клетку потенциал ее мембраны изменяется. Например, при раздражении нервной или мышечной клетки ее мембрана деполяризуется, т.е. мембранный потенциал уменьшается, а затем возвращается к норме через фазу гиперполяризации. Весь процесс занимает тысячные доли секунды.

Сложение токов действия отдельных клеток вызывает возникновение так называемых биотоков, которые обнаруживаются даже на некотором расстоянии от места их возникновения. Запись биотоков работающей мускулатуры называют электромиограммой. По ним можно судить о том, когда и какие группы мышц работают при различных двигательных актах. Биотоки регистрируются при плавании рыб, дыхательных движениях. Электрокардиограммы рыб, несмотря на отличие сердца рыб от человеческого, имеют те же характерные «зубцы» PQRST. Перед зубцом Р, являющимся результатом сокращения предсердия, у рыб имеется волна возбуждения венозного синуса. Зубец R сопровождает сокращение желудочка, а зубец Т возникает при электрической переполяризации поверхности желудочка. Для того чтобы обнаружить ток действия (акционный ток), один электрод надо приложить к невозбужденному участку ткани, другой — к возбужденному и соединить их с регистрирующим прибором (см. рис. 5).

Записи биотоков сетчатки глаза (ретины) называются ретинограммами. Характерной особенностью их является то, что волна тока действия в них в отличие от мышц и нервов является волной гиперполяризации, а не волной деполяризации. При освещении колбочек и палочек разность потенциалов между внутренней и внешней поверхностями мембраны растет. По характеру сигналов от сетчатки можно определить спектральную чувствительность.

Запись биотоков головного мозга называется энцефалограммой. Как и у других позвоночных животных, энцефалограммы рыб имеют характер коротких спайков и медленных волн. Их изучение может служить для определения действия медикаментов и токсикантов, а также для решения многих научных задач, связанных с изучением нервной деятельности рыб.

При повреждении ткани в участке повреждения анионы выходят на поверхность и этот участок становится заряженным отрицательно по отношению к другим участкам. Таким образом, если поставить один электрод на поврежденный (отрицательный) и второй на неповрежденный (положительный) участки, то регистрирующий прибор покажет наличие тока — тока повреждения (см. рис. 5). Величина этого тока меньше клеточного потенциала, так как межклеточная и внеклеточная жидкости производят шунтирование (укорочение) при его измерении. У амфибий при повреждении скелетных мышц разность потенциалов равна 25—50 мВ, седалищного нерва — 20—30 мВ.

Биотоки возникают при работе органов и тканей у разных животных, но только у рыб имеются специализированные органы, генерирующие электрический ток. Различают три группы рыб.

1. Сильноэлектрические рыбы обладают хорошо развитыми электрическими органами, генерирующими сильные электрические поля, служащие для нападения и защиты. К ним относятся рыбы, создающие электрические поля напряжением выше электрический угорь, электрический сом и др.

2.Слабоэлектрические рыбы имеют специальные электрические органы, создающие поля до 17 В, используемые для локации и связи. Представителями этой группы являются нильская щука и нильский длиннорыл.

3.Неэлектрические рыбы не имеют специализированных ■ лектрических органов, но тем не менее они могут воспринимать и перерабатывать электрическую информацию.

Ь19