Биоэлектрические явления в тканях история их открытия

Сегодня мы и рассмотрим, что лежит в основе электрических процессов передачи информации.

Изучение электрических потенциалов, сопровождающих процессы возбуждения и торможения в живых тканях, имеет большое значение, как для понимания природы этих процессов, так и для выявления характера нарушений деятельности возбудимых клеток при различных видах патологии.

В современной клинике особенно широкое распространение получили методы регистрации электрических потенциалов сердца (электрокардиография), мозга (электроэнцефалография) и мышц (электромиография[Б1] ).

План лекции

Мотивационная характеристика темы лекции. 1

История изучения биоэлектрических явлений. 1

Понятие «мембранный потенциал». 1

Мембранный потенциал покоя. 2

Регистрация потенциала покоя. 2

Изменения потенциала покоя. 3

Механизм формирования (электрогенез) потенциала покоя 4

История изучения биоэлектрических явлений

Первые данные о существовании биоэлектрических явлений («животного электричества») были получены в третьей четверти XVIII в. при изучении природы электрического разряда, наносимого некоторыми pыбами при защите и нападении[Б2] .

[Б3] Начало систематического изучения биоэлектрических явлений связывают с именем итальянского физика и анатома[Б4] Луиджи Гальвани (Galvani L[Б5] .). Л.Гальвани был первым, кто убедился в существовании «живого электричества[Б6] «. Это произошло в 1771 г. [[Б7] ]. По данным других источников — в 1780 г., но опубликованы результаты открытия были только в 1791 г. [[Б8] ]. Термин «животное электричество» тоже принадлежит Л.Гальвани.

Первый («балконный») опыт Л.Гальвани состоял в том, что препарат задних лапок лягушек на медном крючке был подвешен в грозу к железному балкону[Б9] . Учёного интересовало влияние электрических грозовых разрядов на мышцы лягушки. Влияние молнии на мышцы лягушки он не заметил, но отметил другое — от ветра в дождь препарат задевал балконные перила, и в этот момент мышцы сокращались[Б10] .

По Гальвани, это было результатом замыкания цепи тока, в результате чего «живое электричество» вызывало сокращение[Б11] . Л.Гальвани считал, что мышцы и нервы заряжены электричеством наподобие лейденской банки. И в этом он оказался в конце концов почти прав.

Однако итальянский физик Александро Вольта (Volta A.) [Б12] не согласился с таким объяснением. Он считал, что результаты опыта Гальвани неибходимо трактовать по другому — источником электрического является «гальваническая пара» — железо-медь[Б13] . Схема этого опыта, который Вы воспроизведёте на практических занятиях показан на рисунке.

В ответ Гальвани поставил второй опыт (опыт без металла), который доказывал идею автора: набрасывался нерв между поврежденной и неповрежденной поверхностями мышцы и в ответ — сокращение интактной мышцы [Б14] .

Многолетний научный спор (1791-1797) между Л.Гальвани и А.Вольта о природе «животного электричества» завершился двумя крупными открытиями: были установлены факты, свидетельствующие о наличии электрических потенциалов в нервной и мышечной тканях, и открыт новый способ получения электрического тока при помощи разнородных металлов — coздан гальванический элемент («вольтов столб[Б15] », 1800).

Однако первые прямые измерения потенциалов в живых тканях стали возможны только после изобретения гальванометров[Б16] . Систематическое исследование потенциалов в мышцах и нервах в состоянии покоя и возбуждения было начато немецким физиологом Эмилем[Б17] Дюбуа-Реймоном (du Bois-Reymond E.) в 1848 г[Б18] .

Kачественно новый этап в изучении электрических явлений в живых тканях — 40—50-е годы XX века[Б19] . С помощью внутриклеточных микроэлектродов удалось произвести прямую регистрацию электрических потенциалов клеточных мембран[Б20] .

Понятие «мембранный потенциал»

Биологическую мембрану можно рассматривать как электрический конденсатор, в котором пластинами являются электролиты наружного и внутреннего растворов (внеклеточного и цитоплазмы) с погруженными в них «головами» липидных молекул[Б21] . Проводники разделены диэлектрическим слоем, образованным неполярной частью липидных молекул — двойным слоем их «хвостов[Б22] [Б23] » (рис. ).

Мембрана как электрический конденсатор способна накапливать электрические заряды и использоваться клеткой в качестве элемента с сосредоточенной электрической емкостью[Б24] .

Что такое «мембранный потенциал»? Мембранный потенциал (МП) – это [Б25] разность потенциалов, существующую между цитоплазмой (φ_вн) и окружающим клетку наружным раствором[Б26] (φ_нар).

Читайте также: Куртка из пальтовой ткани женская демисезонная с капюшоном

При электрофизиологических исследованиях способы регистрации потенциалов вообще и мембранного потенциала в частности принято делить на униполярные (или монополярные) и биполярные. В первом случае используется один активный (референтный) электрод, во втором два[Б28] . Необходимо подчеркнуть, что термин «униполярный» способ весьма условен, поскольку всегда регистрируется разность потенциала, а не абсолютное значение.

При измерении мембранного потенциала активный электрод располагают внутри клетки, пассивный – снаружи.

В электрофизиологии принято задавать потенциал окружающей клетку среды (наружной поверхности мембраны) и придавать ему значение «0 мВ».

Если потенциал наружной поверхности мембраны равен –5 мВ, а внутренней –95 мВ, мембранный потенциал будет равен -90 мВ. Т.е. потенциал внутри клетки будет меньше наружного потенциала на 90 мВ.

Чему будет равен мембранный потенциал, если относительно Земли[Б29] потенциал наружной поверхности мембраны равен +5 мВ, а внутренней –95 мВ? Ответ — -100 мВ.

Мембранный потенциал равен –90. Чему он был бы равен потенциал наружной поверхности мембраны, если бы за нулевой потенциал мы бы приняли потенциал внутренней поверхности мембраны? Конечно +90.

Дата добавления: 2015-08-21 ; просмотров: 3367 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Вопрос 10. Электрические явления в возбудимых тканях. История их открытия.

Одним из важных свойств живых клеток является их электрическая возбудимость, т.е. способность возбуждаться в ответ на действие электрического тока. Высокая чувствительность возбудимых тканей к действию слабого электрического тока впервые была продемонстрирована Гальвани в опытах на нервно-мышечном препарате задних лапок лягушки. Если к нервно-мышечному препарату лягушки приложить две соединенные между собой пластинки из различных металлов, например медь—цинк, таким образом, что бы одна пластинка касалась мышцы, а другая — нерва, то мышца будет сокращаться (первый опыт Гальвани).

Детальный анализ результатов опытов Гальвани, проведенный А. Вольта, позволил сделать другое заключение: электрический ток возникает не в живых клетках, а в месте контакта разнородных металлов с электролитом, поскольку тканевые жидкости представляют собой раствор солей. В результате своих исследований А.Вольта создал устройство, получившее название «вольтов столб» — набор по следовательно чередующихся цинковых и серебряных пластинок, раз деленных бумагой, смоченной солевым раствором. В доказательство справедливости своей точки зрения Гальвани предложил другой опыт: набрасывать на мышцу дистальный отрезок нерва, который иннервирует эту мышцу, при этом мышца также сокращалась (второй опыт Гальвани, или опыт без металла). Отсутствие металлических про водников при проведении опыта позволило Гальвани подтвердить свою точку зрения и развить представления о «животном электричестве», т. е. электрических явлениях, возникающих в живых клетках. Окончательное доказательство существования электрических явлений в живых тканях было получено в опыте «вторичного тетануса» Маттеуччи, в котором один нервно-мышечный препарат возбуждался током, а биотоки сокращающейся мышцы раздражал нерв второго нервно-мышечного препарата.

В конце XIX века благодаря работам Л. Германа, Э. Дюбуа-Раймона, Ю. Бернштейна стало очевидно, что электрические явления, которые возникают в возбудимых тканях, обусловлены электрическими свойствами клеточных мембран.

Электрические явления в возбудимых тканях

Классификация:

Биопотенциалы — общее название всех видов электрических процессов в живых системах.

Потенциал повреждения — исторически первое понятие об электрической активности живого (демаркационный потенциал). Это разность потенциалов между неповрежденной и поврежденной поверхностями живых возбудимых тканей (мышцы, нервы). Разгадка его природы привела к созданию мембранной теории биопотенциалов.

Мембранный потенциал (МП) — это разность потенциалов между наружной и внутренней поверхностями клетки (мышечного волокна) в покое. Обычно МП, или потенциал покоя, составляет 50-80 мВ, со знаком «-» внутри клетки. При возбуждении клетки регистрируется потенциал действия (его фазы: пик, следовая негативность, следовая позитивность) — быстрое изменение мембранного потенциала во время возбуждения.

Внеклеточно-регистрируемый потенциал действия, внутриклеточно-регистрируемый потенциал действия — это варианты потенциалов действия, форма которых зависит от способа отведения (см. ниже).

Рецепторный (генераторный) потенциал — изменение МП рецепторных клеток во время их возбуждения.

Читайте также: Lounge 13 ткань аметист

Постсинаптические потенциалы (варианты: возбуждающий постсинаптический потенциал — ВПСП, тормозной постсинаптический потенциал — ТПСП, частный случай возбуждающего постсинаптического потенциала — ПКП — потенциал концевой пластинки).

Вызванный потенциал — это потенциал действия нейрона, возникающий в ответ на возбуждение рецептора, несущего информацию к этому нейрону.

Электрические явления в возбудимых тканях. История их открытия.

История открытия связана с работами Гальвани – трактат «Животное электричество», согласно кот в живых тканях обр-ся электричество. В основу этого провел опыты. 1й опыт Гальвани. Балконный опыт: подвешивал лягешек на медных крючках к железным перилам балкона, лягушки раскачиваясь под влиянием ветра касались перил и наблюдалось сокращение лапки. Вывод: сокращ-е лапок связано с животным электричеством, возник-щим в СМ и проходящим по метал честям. Вольтавозразил и предположил, что дело не в животном электрич-ве, а в разности потенциалов, обусловленных различными металлами. 2й опыт Гальвани: Взял лягушку с отпрепарированным седалищным нервом и при помощи стеклянной палочки набрасывал нерв на мышцу, в рез-те соприкосновения нерва с мышцей лапка сокращалась. При повреждении мышцы и набрасывании нерва в это место мышца сокращ-сь сильнее. Вывод: сама ткань генерирует электрич-во. Опыт Маттеучи брались 2 нервно-мышечных препарата лягушки. Нерв 2го препарата набрасывался на мышцу 1го. При раздражении электрич током нерва 1го препарата сокращались мышцы 2го. Вывод: Токи действия при возбуждении 1го препарата, раздражают нерв 2го,в рез-те мышца сокращ-ся. Бернштейнвыдвинул мемранную теорию возникн-я биопотенциалов. Предположил,что любая кл покрыта мембраной, которая обладает избират-ной прониц-тью для ионов К, благодаря которой м/д наружной и внутренней мембраной возник-ет ионная ассиметрия.в последующем многие занимались изучением природы электрических явлений в тканях (Ходжкин, Хаксли) и в нач 50х годов на основании полученных данных была предложена мембранно- ионная теория .

Мембранный потенциал и его происхождение.(1 рис)

Мембранный потенциал (МПП) – стационарная разность потенциалов м/д наружной и внутренней пов-тью мембраны. Внутренняя сторона мембраны клетки заряжена отриц-но по отношению к наружной. Принимая потенциал наружного раствора за нуль, МПП записывают со знаком «минус». Величина МПП зависит от вида ткани и варьирует от 60 до -100 мв. Следовательно, в состоянии покоя клеточная мембрана поляризована.Уменьшение величины МПП называют деполяризацией, увеличение — гиперполяризацией, восстановление исходного значения МПП—реполяризацией мембраны. Происхождение обусловлено: 1)концентрация К внутри клетки >, чем снаружи. 2)мебрана всегда проницаема для ионов К, ион К выходит по градиенту концентрации – пассивный транспорт. Ионы К из окружающей среды входят в рез-те работы Nа-К-насоса, который работает с затратой энергии метаболизма. Ионов Nа>cнаружи,чем внутри. Мембрана для Nа в покое непроницаема

История изучения биоэлектрических явлений