10. –

11. Ионные насосы в биологических мембранах: их виды, схемы действия. Сопряжённые процессы в ионных насосах.

Ионные насосы миокардиальных клеток. Сохранение ион­ного баланса в кардиомиоцитах обеспечивает К⁺- Na+ и Са²⁺-насосы, активно перекачивающие ионы Na+ и Са+ наружу, а ионы K⁺ - внутрь клетки Работу этих насосов обес­печивают ферменты K⁺- Na+ АТФаза и Са2+-АТФаза, находя­щиеся в сарколемме миокардиальных клеток.

Потенциал действия клетки миокарда имеет три характер­ные фазы: деполяризация (I), плато (II) и реполяризация (III).

I фаза — деполяризация, определяется рез­ким ростом проницаемости мембраны для ионов натрия:

Рк : PNa = 1 : 20 в момент превышения фим порогового значения при возбуждении. Порог активации натриевых каналов пример­но -60 мВ, а время жизни 1 - 2 мс и может доходить до 6 мс.

I фаза — плато - характерна медленным спадом фим от пико­вого значения (= + 30 мВ) до нуля. В этой фазе одновременно работают два типа каналов - медленные кальциевые каналы и калиевые каналы.

Кальциевые каналы имеют порог активации около -30 мВ, а время их жизни примерно 200 мс. В результате открывания кальциевых каналов возникает деполяризующий медленный входящий в клетку кальциевый ток:

Одновременно с ростом кальциевого тока растет проводи­мость для ионов калия, что приводит к возникновению вы­текающего калиевого тока, реполяризующего мембрану. Во II фазе gp^ уменьшается, a g^ увеличивается (см. рис. 4.9), происходит постепенное выравнивание текущих навстречу друг Другу токов, а потенциал мембраны (р понижается почти до нуля. Для II фазы характерно, что суммарный ток мембраны I стремится к 0, то есть

I I фаза — реполяризация - характеризуется закрытием кальциевых каналов, ростом величины gк и усилением выхо­дящего тока K⁺.

Модифицируя уравнение (3.8), можно получить уравнение для мембранного тока при возбуждении кардиомиоцита:

10. Внешние электрические поля тканей и органов. Электрография, её прямая и обратная задачи, принцип эквивалентного генератора.

Для оценки функционального состояния органа по его электрической активности используется принцип эквивалентного генератора. Он состоит в том, что изучаемый орган, состоящий из множества клеток, возбуждающихся в различ­ные моменты времени, представляется моделью единого эк­вивалентного генератора. Считается, что этот эквивалентный генератор находится внутри организма и создает на поверх­ности тела электрическое поле, которое изменяется в соответ­ствии с изменением электрической активности изучаемого органа.

Метод исследования работы органов или тканей, основанный на регистрации во времени потенциалов электрического поля на поверхности тела, называется электрографией. Два элект­рода, приложенные к разным точкам на поверхности тела, ре­гистрируют меняющуюся во времени разность потенциалов. Временная зависимость изменения этой разности потенциалов называется электрограммой.

Название электрограммы указывает на органы (или ткани), функционирование которых приводит к появлению регистри­руемых изменений разности потенциалов: сердца - ЭКГ (элек­трокардиограмма), сетчатки глаза - ЭРГ (электроретинограмма), головного мозга - ЭЭГ (электроэнцефалограмма), мышц - ЭМГ (электромиограмма), кожи - КГР (кожногальваническая реакция) и др.

В электрографии существуют две фундаментальные задачи:

1) прямая задача - расчет распределения электрического по­тенциала на заданной поверхности тела по заданным характе­ристикам эквивалентного генератора;

2) обратная задача — определение характеристик эквивалентного генератора (изучаемого органа) по измеренным потенциалам на поверхности тела.

Электроэнцефалография. Использование теоремы Фурье для спектрального анализа ЭЭГ.

Электроэнцефалография применяется медицине для опре­деления области опухоли мозга, для оценки функционального состояния мозга до и после введения лекарственного препарата.

Электроэнцефалограмма - это график изменения разности потенциалов между различными участками (точками съема) поверхности головы человека во времени. Количество точек съема может существенно меняться (от 2 до нескольких десят­ков) в зависимости от целей исследования.

ЭЭГ отражает интегральную активность огромного числа ней­ронов коры головного мозга и распространение волн возбужде­ния в нейронных сетях.

Электроэнцефалограмма имеет вид сложных регулярных ко­лебаний с различными частотами и амплитудой. Для исследо­вания электрической активности мозга при различных функци­ональных состояниях обычно рассматриваются спектральные составляющие (простые синусоидальные колебания различных частот и амплитуд, на которые, согласно теореме Фурье, можно разложить сложное колебание - электроэнцефалограмму). У взрослого бодрствующего человека доминирует а-ритм - коле­бания с частотой 8-13 Гц. Кроме того, при исследовании элект­рической активности головного мозга наблюдается (3-ритм с ча­стотой 14 - 35 Гц, у-ритм - 35 - 70 Гц. Выделяют еще 8-ритм - 0,5-3 Гц, 9-ритм - 4 - 7 Гц и др. По виду электроэнцефалог­рамм, по появлению или исчезновению определенных ритмов можно судить о характере и степени сдвигов функционального состояния нервных структур головного мозга, о динамике изме­нений, обнаруживать область коры головного мозга, где эти из­менения наиболее выражены.