25. Электрогенез в биологических системах.

Под биологическим электрогенезом, или биоэлектрогенезом, понимают комплекс механизмов, приводящих к генерации Б. п. В основе современной мембранной концепции биоэлектрогенеза лежат следующие главные положения. 1. Местом электрогенеза является поверхностная мембрана (на внутриклеточных мембранах тоже могут возникать разности электрических потенциалов, но электрические свойства клетки определяются преимущественно электрогенезом на поверхностной мембране). 2. Разность потенциалов на поверхностной мембране имеет ионную природу (а не электронную, как в металлах). 3. Генерация разностей потенциалов на поверхностной мембране обусловлена возникновением Ионной асимметрии. то есть неодинаковым распределением по обе ее стороны катионов и анионов.

Первые попытки по изучению биоэлектрических явлений («животного электричества») известны с ХVIII века. В 1786 г. итальянский врач и физиолог Гальвани сделал вывод, что если между нервом и мышцей устанавливается замыкание посредством металлического проводника, и при этом мышца сокращается, то это есть доказательство проявления «животного электричества». Он считал, что нерв и мышца заряжены противоположно. Потенциал покоя

Между наружной поверхностью клетки и ее протоплазмой в состоянии покоя существует разность потенциалов порядка 60-90 мв., причем поверхность клетки заряжена электроположительно по отношению к протоплазме. Эта разность потенциала называется мембранным потенциалом, или потенциалом покоя. Точное его измерение возможно только с помощью внутриклеточныхмикроэлектродов.

Согласно мембранно-ионной теории Ходжкина-Хаксли, биоэлектрические потенциалы обусловлены неодинаковой концентрацией ионов К+, Na+, Сl- внутри и вне клетки, и различной проницаемостью для них поверхностной мембраны.

На основании данных электронной микроскопии, химического анализа и электрофизиологических исследований предполагают, что мембрана состоит из двойного слоя молекул фосфолипидов, покрытого изнутри слоем белковых молекул, а снаружи - слоем молекул белка и мукополисахаридов. На структурных элементах мембраны фиксируются различные заряженные группы, что придает стенкам каналов тот или иной заряд. Величина потенциала покоя нервных волокон и клеток определяется соотношением положительно заряженных ионов К+, диффундирующих в единицу времени из клетки наружу по градиенту концентрации, и положительно заряженных ионов Na+ диффундирующих по градиенту концентрации в обратном направлении.

Потенциал действия

Потенциалом действия называют быстрое изменение мембранного потенциала, возникающее при возбуждении нервных, мышечных и некоторых железистых клеток. В основе его возникновения лежат изменения ионной проницаемости мембраны. В развитии потенциала действия выделяют четыре последовательных периода: локальный ответ, деполяризация, реполяризация и следовые потенциалы.

26 .Действие физических факторов на биосистемы. Ультразвук.

Диагностические методы, основанные на применении ультразвука, в по­следнее время широко используются для получения информации о глубинных структурах живых организмов. Ультразвуковые методы применяют для изу­чения некоторых особенностей строения теток и клеточных органелл, для оценки механической прочности цитоплазматических мембран. Ультразвуко­вые методы диагностики безвредны и весьма информативны. Это делает их ведущими среди физических средств интроскопии и функциональной диагно­стики человека и животных.

Применение ультразвука в медицине, ветеринарии, биотехнологии можно рассматривать как способ управления биообъектами на любом уровне иерархии их построения: молекулы   органеллы   клетки   ткани   организмы   популяция.

Результаты исследования механизмов действия ультразвука на биомакромолекулы и биомакромолекулярные комплексы, в том числе цитоплазматические мембраны и клеточные органеллы, хорошо укладываются в рамки физико-химических, биохимических и биофизиче­ских закономерностей. Параметры, характеризующие чувствитель­ность биомакромолекул к ультразвуку, могут заметно меняться, отра­жая изменения в их составе и структуре. Эти изменения, в свою очередь, зависят от характера физиологических и патологических про­цессов в организме. Однако смоделировать процессы на более высо­ких уровнях биологической организации по изменению свойств мак­ромолекул весьма непросто. Примером может служить квазихимическая модель ультразвукового воздействия на рост и развитие клеточных популяций организма.

Наблюдая за клеткой после облучения ультразвуком, можно обна­ружить, что в течение достаточно длительного времени в клетке раз­виваются процессы последействия, приводящие к морфологическим и функциональным изменениям.

Некоторые из наблюдаемых процессов, например увеличение проницаемости и уменьшение мембранного потенциала под действи­ем ультразвука и последующее возвращение этих параметров к исход­ным значениям, но крайней мере, частично, обусловлены достаточно простыми физико-химическими явлениями.

Так, состояние поверхности клетки, нарушенное ультразвуковы­ми микропотоками, способными «смыть» поверхностно-активные биомакромолекулы, самопроизвольно восстановится, по меньшей ме­ре, через несколько минут.

Исследования механизмов биологического и лечебною действия ультразвука, разработка новых ультразвуковых методик для медицины, экспериментальной биологии, ветеринарии, биотехнологии и других областей народного хозяйства продолжаются.

Представляется бесспорным, что дальнейшее исследование механизмов биологического действия ультразвука, разработка новых ульт­развуковых методов и оборудования принесут ощутимую пользу практической медицине, ветеринарии, биотехнологии и связанным с ними областям народного хозяйства - растениеводству, кормопроиз­водству, перерабатывающей промышленности, а также теоретической и экспериментальной медицине.