Распространение потенциала действия. (проведение возбуждения по нервным волокнам).
Потенциал действия,
возникнув в одном участке нервной
клетки, распространяется по всей её
поверхности.
В результате возбуждения между возбужденным и невозбужденным участками возникает разность потенциалов. Эта разность потенциалов создает электрический ток, называемый локальным током (от невозбужденного участка к возбужденному). Локальный ток оказывает на соседний невозбужденный участок такое же действие как и исходный возбудитель и увеличивает проница-емость мембраны для ионов . В результате и в этом участке снижкется потенциал покоя и возникает потенциал действия.
В участке, который был ранее возбужден, происходят восстановительные процессы реполяризации.
Э
тот
процесс повторяется многократно и
обусловливает распространение импульсов
по всей длине клетки в обоих направлениях.
Разность потенциалов между возбужденным
и невозбужденным участками изменяется
как
Волна возбуждения под влиянием локальных токов распространяется по нервному волокну без затухания. Это обусловлено тем, что локальные токи только деполяризуют мембрану, а потенциал действия в каждом участке мембраны поддерживается независимыми потоками, перпендикулярно направлению распространения возбуждения, т.е. источником энергии такой электромагнитной волны является сама среда.
Если в нервных волокнах нет миелиновых оболочек, то возбуждение в них распространяется так, как мы рассмотрели.
Если же имеются миелиновые оболочки (миелин – жироподобное вещество - диэлектрик), то локальные токи распространяются между участками, на которых оболочки прерываются – между перехватами Ранвье, т.к. миелин является изолятором:
Лекция 8
Электромагнитные явления в биологических системах Природа биопотенциалов и способы их описания
Все процессы жизнедеятельности организмов сопровождаются появлением в клетках и тканях электродвижущих сил. Электрические явления играют большую роль в важнейших физиологических процессах: возбуждение клеток и проведение возбуждения по клеткам.
В возникновении биопотенциалов решающую роль играет разность потенциалов, обусловленная несимметричным распределением ионов. К таким разностям потенциалов относятся диффузионные, мембранные и фазовые.
1. Диффузионные потенциалы возникают на границе раз-
дела двух жидких
сред в результате различной подвижности
ионов. Рассмотрим пример: имеется раствор
серной кислоты, разделенный пористой
перегородкой. Пусть концентрация
в левой части больше, чем в правой. Ионы
и
будут диффундироватьи
з
левой части в правую часть сосуда с
разной скоростью по градиенту концентрации.
Скорость диффузии определяется
подвижностью ионов. Подвижность ионов
больше подвижности ионов
:
Следовательно, ионы
будут намного опережать ионы
.
По обе стороны перегородки установятся
потенциалы: слева “-“ справа “+”.
Возникает диффузионная разность
потенциалов. Эта разность потенциалов
будет замедлять “быстрые“ ионы и
ускорять “медленные“, т.е. возникающее
электрическое поле направлено против
сил диффузии. Диффузионная разность
потенциалов максимален в тот момент,
когда скорости диффузии становятся
равными:
.
Здесь
- ;подвижность катионов;
- подвижность анионов;
- универсальная газовая постоянная;
- абсолютная температура;
-валентность ионов;
-
число Фарадея;
- активная концентрация в области откуда
идет диффузия;
- активная концентрация в области куда
идет диффузия.
2. Мембранный потенциал. В рассматриваемом примере пористую перегородку заменим полупроницаемой мембраной, пропускающую только катионы – положительно заряженные ионы (это может быть мембрана с большой концентрацией фиксированных отрицательных ионов).
В этом случае подвижность ионов при переходе через мембрану не является определяющим фактором – в правую часть переходят только положительно заряженные ионы водорода. Через некоторое время диффузия ионов прекратится, т.к. они испытывают притяжение со стороны оставшихся в левой части ионов . Поэтому установится равновесие , в результате чего возникает двойной электрический слой: слева заряды “-“, справа заряды “+”, между сторонами мембраны возникнет разность потенциалов, называемая мембранным потенциалом, величина которого есть
уравнение Нернста.
3. Фазовый потенциал возникает на границе раздела двух несмешивающихся фаз (например, раствор электролита в воде и какое-нибудь масло) в результате различной растворимости анионов и катионов в неводной фазе. Если, например, катионы растворимы в неводной фазе, то они активнее перейдут в нее и зарядят ее положительно относительно водной фазы. Наблюдается фазовый потенциал при механическом повреждении мембраны.