Вопрос 17) Величина, характеризующая способность вещества проводить электрический ток, называется электрическая проводимость.

Электрическая проводимость клеток и тканей в норме и при патологии.

Живой организм с точки зрения электрохимии можно рассматривать как открытую систему, состоящую из клеток и межклеточного пространства, заполненного раствором электролитов.

Удельная электрическая проводимость клеток составляет приблизительно , а межклеточной жидкости - .

По электрической проводимости биологические жидкости и ткани можно расположить в такой последовательности: кровь, лимфа, ликвор, желчь мышечная ткань, серое вещество мозга ткань легких, сердечная мышца, ткань печени жировая ткань, костная ткань роговой слой эпидермиса кожи.

Изменение электрической проводимости тканей и клеток широко используют для диагностических целей. Патологические процессы, а также отмирание тканей приводят к изменению проницаемости клеточных мембран. Это, в свою очередь, приводит к тому, что уменьшается зависимость электрической проводимости от частоты тока, а при полной гибели клеток она вообще перестает зависеть от частоты тока. Так как электрическая проводимость клеток и тканей определяется концентрацией свободных ионов, по электр. проводимости судят о проницаемости клеточных мембран для ионов. Повышение электрической проводимости указывает на увеличение содержания свободных ионов, а уменьшение – на то, что их концентрация падает. Сравнение электрических проводимостей цитоплазмы и водного раствора, имеющего изоионный состав, позволяет определить долю свободных и связанных ионов.

Вопрос 18) Если две фазы содержат заряженные частицы (ионы и электроны), то при их контакте возможен переход частиц в неэквивалентном количестве из одной фазы в другую фазу. При этом в поверхностных слоях каждой из фаз возникают электрические заряды, равные по величине, но противоположные по знаку. Образуется двойной электрический слой (ДЭС)

ДЭС – это упорядоченное распределение противоположно заряженных частиц на границе двух фаз.

ДЭС характеризуется возникновением скачка потенциала. В зависимости от природы соприкасающихся фаз различают четыре вида электрических потенциалов:

1. Электродный потенциал, возникающий на границе металл-раствор, содержащий катионы этого металла.

2. Окислительно-восстановительный (редокс) потенциал, возникающий на границе инертный металл-раствор, содержащий сопряженную окислительно-восстановительную пару.

3. Диффузионный потенциал, возникающий на границе двух растворов, содержащих разные ионы или разные концентрации одних и тех же ионов.

4. Мембранный потенциал, возникающий по обе стороны мембраны, обладающей избирательной проницаемостью, разделяющей растворы различной концентрации. В живом организме содержится множество различных соприкасающихся фаз, содержащих ионы, поэтому возникновение межфазных потенциалов имеет важное значение для жизнедеятельности организма.

Электродные потенциалы. Электрод состоит из металла (электронного проводника) и раствора соли этого металла (ионного проводника). Схема электрода:

Ме │ Меz+

электронный проводник ионный проводник

Величина потенциала на границе металл–раствор зависит от: а) природы металла; б) активности ионов металла в растворе; в) температуры.

Стандартный электродный потенциал. Стандартный электродный потенциал возникает на границе металл–раствор при активности потенциалопределяющих ионов в растворе 1 моль/л и Т = 298 К. Абсолютное значение о измерить или рассчитать невозможно. Определяют относительно стандартного электрода. По Международному соглашению в качестве стандартного электрода используют стандартный водородный электрод.

Вопрос 19) Гальванический элемент – это устройство, в котором химическая энергия окислительно-восстановительной реакции превращается в электрическую энергию за счет пространственного разделения процессов окисления и восстановления.

Гальванический элемент состоит из двух электродов, соединенных во внешней цепи металлическим проводником, а во внутренней цепи – электролитическим мостиком – стеклянной трубкой, заполненной насыщенным раствором КСl, или пористой перегородкой. В гальваническом элементе различают анод и катод.

Анод – электрод, на котором протекает процесс окисления. Катионы металла переходят в раствор, масса анода уменьшается. Анод заряжается отрицательно.

Катод – электрод, на котором протекает процесс восстановления катионов металла из раствора, масса катода увеличивается. Катод заряжается положительно.

Условная запись гальванического элемента:

(–) Анод | Анодный раствор || Катодный раствор | Катод (+)

Способность гальванического элемента к переносу электронов во внешней цепи характеризуется электродвижущей силой (ЭДС). В обратимых условиях ЭДС гальванического элемента равна разности потенциалов катода и анода: Е = (катода) – (анода).

ЭДС гальванического элемента зависит от: 1) природы электродов; 2) активности потенциалопределяющих ионов в анодном и катодном растворах; 3) температуры.

Вопрос 20) Мембранный потенциал возникает между сторонами избиратель- но проницаемой мембраны, разделяющей два раствора различного состава, в результате направленного перехода ионов через эту мембрану.

Электрические потенциалы устанавливаются на клеточных мембранах возбудимых клеток. К возбудимым клеткам относятся нервные, мышечные и железистые клетки. Электрический импульс может передаваться вдоль мембраны. Возникновение биоэлектрических потенциалов определяется, главным образом, калий – натриевой избирательностью мембран и неравно- мерным распределением ионов между клеткой и внеклеточной средой, которое поддерживается механизмами активного переноса ионов, локализованными в мембране.

Мембранные потенциалы клеток подразделяются на потенциалы по- коя и потенциалы действия. Потенциал покоя – мембранный потенциал, возникающий между внутренней и наружной сторонами клеточной мембраны, находящейся в невозбужденном состоянии.

Согласно теории Ходжкина-Хаксли-Катца клеточная мембрана в состоянии покоя проницаема в основном для ионов калия. Ионы калия диффундируют по градиенту концентраций через клеточную мембрану в окружающую жидкость, анионы не могут проникать через мембрану и ос- таются на ее внутренней стороне, поэтому внутренняя поверхность мембраны имеет отрицательный заряд, а внешняя – положительный. Измеренное значение потенциала покоя во многих случаях соответствует вычисленному по уравнению Нернста. В некоторых случаях между измеренной и вычисленной величинами имеются значительные отличия. Это объясняется тем, что на величину потенциала покоя оказывает влияние диффузия ионов натрия.

Потенциал действия – амплитуда колебания (деполяризация и реполяризация) мембранного потенциала, возникающая при возбуждении клетки.

Потенциал действия, генерируемый нервной клеткой, может быть передан в мышечную клетку. Например, каждому биению сердца предшествует генерация большого по величине потенциала действия. Этот потенциал действия создает ток, который удается регистрировать с помощью электродов, размещенных на грудной клетке (электрокардиография).