Биопотенциал (биоэлектрический потенциал, устар. биоток) — обобщенная характеристика взаимодействия зарядов, находящихся в исследуемой живой ткани, например, в различных областях мозга, в клетках и др. структурах.
Измеряется не абсолютный потенциал, а разность потенциалов между двумя точками ткани, отражающая ее биоэлектрическую активность, характер метаболических процессов. Биопотенциал используют для получения информации о состоянии и функционировании различных органов.
Причины возникновения
Разность потенциалов между возбужденной и невозбужденной частями отдельных клеток всегда характеризуется тем, что потенциал возбужденной части клетки меньше потенциала невозбужденной части. Для ткани разность потенциалов определяется совокупностью потенциалов отдельных клеток.
Разность электрических потенциалов в одних случаях играет очень важную роль для жизнедеятельности организма (Электрический скат), а в других — побочную, являясь следствием биохимических превращений.
Потенциал действия и потенциал покоя
Потенциалом действия, называют потенциал, возникающий благодаря возбуждению ткани. Обычно он быстро достигает своего максимума (за время
0,1-10 мсек), а затем более медленно (миллисекунды — секунды) снижается до нуля.
Потенциал покоя — потенциал, существующей между средой, в которой находится клетка, и ее содержимым.
Потенциал повреждения — потенциал между поврежденной и не поврежденной частями ткани. Поврежденная часть ткани получает отрицательный потенциал по отношению к неповрежденной.
Измерение
Напряжение, создаваемое мышечной или нервной тканью, меньше напряжения, создаваемого отдельным волокном, вследствие шунтирующего действия внеклеточных жидкостей или соединительных оболочек. При регистрации биопотенциалов между электродами, отводящими потенциал, обычно находится не одно волокно, а целая система мышечных или нервных волокон. Измеряемая величина ЭДС при этом остается примерно той же, что и у одиночного волокна, но сопротивление источника ЭДС (сопротивление ткани) уменьшается. Так, сопротивление одного сантиметра одиночного нервного волокна составляет несколько десятков МОм, а сопротивление одного см нервного ствола — десятки кОм.
Регистрация потенциалов действия производится наружными электродами (двухполюсное отведение и соответствующей ему двухфазный потенциал действия).
Медицинская диагностика
- В электроэнцефалографии кожный потенциал, измеряемый с помощью хлорсеребряного электрода, сравнивают с потенциалом наложенного на эту область электрода. В этом случае биопотенциал количественно измеряется напряжением между электродом и условным нулем (землей).
- Электрокардиография
- Детектор лжи и кожногальванический рефлекс (КГР)
- Электрогастрография — метод исследования моторной деятельности желудка
- Электронистагмография (ЭНГ)
- Электромиография (ЭМГ)
- Электрореография (ЭРГ)
- Разработана система диагностикимастита коров по данным уровня биопотенциала точек (БАТ) на коже животного (в поверхностно локализованных биологически активных центрах).
Электростимуляторы
Наглядные проявления биопотенциалов в природе
У некоторых животных в организме существуют специализированные клетки, способные создавать, для защиты или нападения, высокий потенциал. Образуемая в этом случае ЭДС может достигать нескольких сотен вольт:
Биопотенциал
- Найти и оформить в виде сносок ссылки на авторитетные источники, подтверждающие написанное.
- Добавить иллюстрации.
Биопотенциал (биоэлектрический потенциал, устар. биоток) — энергетическая характеристика взаимодействия зарядов, находящихся в исследуемой живой ткани, например, в различных областях мозга, в клетках и других структурах.
Читайте также: Пальто женское зимнее из ткани с мехом
Измеряется не абсолютный потенциал, а разность потенциалов между двумя точками ткани, отражающая её биоэлектрическую активность, характер метаболических процессов. Биопотенциал используют для получения информации о состоянии и функционировании различных органов.
Причины возникновения
Разность потенциалов между возбуждённой и невозбуждённой частями отдельных клеток всегда характеризуется тем, что потенциал возбуждённой части клетки меньше потенциала невозбуждённой части. Для ткани разность потенциалов определяется совокупностью потенциалов отдельных клеток.
Разность электрических потенциалов в одних случаях играет очень важную роль для жизнедеятельности организма (Электрический скат), а в других — побочную, являясь следствием биохимических превращений.
Потенциал действия и потенциал покоя
Потенциалом действия называют потенциал, возникающий при возбуждении ткани. Обычно он быстро достигает своего максимума (за
0,1—10 миллисекунд), а затем более медленно (миллисекунды — секунды) снижается до нуля.
Потенциал покоя — потенциал, существующей между средой, в которой находится клетка, и её содержимым.
Потенциал повреждения — потенциал между повреждённой и не повреждённой частями ткани. Повреждённая часть ткани получает отрицательный потенциал по отношению к неповреждённой.
Измерение
Напряжение, создаваемое мышечной или нервной тканью, меньше напряжения, создаваемого отдельным волокном, вследствие шунтирующего действия внеклеточных жидкостей или соединительных оболочек. При регистрации биопотенциалов между электродами, отводящими потенциал, обычно находится не одно волокно, а целая система мышечных или нервных волокон. Измеряемая величина ЭДС при этом остается примерно той же, что и у одиночного волокна, но сопротивление источника ЭДС (сопротивление ткани) уменьшается. Так, сопротивление одного сантиметра одиночного нервного волокна составляет несколько десятков МОм, а сопротивление одного сантиметра нервного ствола — десятки кОм.
Регистрация потенциалов действия производится наружными электродами (двухполюсное отведение и соответствующей ему двухфазный потенциал действия).
Медицинская диагностика
- В электроэнцефалографии кожный потенциал, измеряемый с помощью хлорсеребряного электрода, сравнивают с потенциалом наложенного на эту область электрода. В этом случае биопотенциал количественно измеряется напряжением между электродом и условным нулем (землей).
- Электрокардиография
- Детектор лжи и кожногальванический рефлекс (КГР)
- Электрогастрография — метод исследования моторной деятельности желудка
- Электронистагмография (ЭНГ)
- Электромиография (ЭМГ)
- Электрореография (ЭРГ)
- Разработана система диагностикимастита коров по данным уровня биопотенциала точек (БАТ) на коже животного (в поверхностно локализованных биологически активных центрах).
Электростимуляторы
Наглядные проявления биопотенциалов в природе
У некоторых животных в организме существуют специализированные клетки, способные создавать, для защиты или нападения, высокий потенциал. Образуемая в этом случае ЭДС может достигать нескольких сотен вольт:
ИСТОРИЯ ОТКРЫТИЯ БИОПОТЕНЦИАЛОВ
Биопотенциал – показатель биоэлектрической активности, определяемый разностью потенциалов между двумя точками живой ткани.
История открытия биопотенциалов началась в конце 18 века, когда профессор анатомии в Болонье Луиджи Гальвани дал первые (1791 г.) экспериментальные доказательства существования электрических явлений в мышце лягушки. Он обратил внимание на то, что отпрепарированные задние лапки лягушки приходили в движение, как только касались железной решетки балкона, к которой были подвешены на медный крючок, проходящий через позвоночник и спинной мозг (изучалось статическое атмосферное электричество).
Читайте также: Ассортимент шерстяных тканей презентация
Алессандро Вольта взглядам Гальвани о существовании электричества в мышце противопоставил свое утверждение: электричество возникает при соприкосновении разнородных металлов через влажную среду. Попутно Вольта изобрел первый в мире источник постоянного тока (“вольтов столбик”), открыв “металлическое электричество”. Ирония судьбы: электричество в живых тканях, открытое Л. Гальвани, измеряют в Вольтах, а устройства, в основе которых лежит “металлическое электричество”, открытое Вольта, называют гальваническим элементом.
Справедливости ради следует отметить, что Гальвани поставил второй опыт (“сокращение без металлов”), подтвердив свое предположение о существовании “животного электричества”. Сокращение мышцы нервно-мышечного препарата возникало, когда нерв приводили в соприкосновение с поврежденной и неповрежденной поверхностями мышцы (рис. 1).
Рис. 1. Второй опыт Гальвани.
В 1840 г. Маттеуччи, используя зеркальный гальванометр, открывает потенциал повреждения (демаркационный потенциал). Участок повреждения мышцы оказался электроотрицательным по отношению к неповрежденному.
В 1848 г. – Эмиль Дюбуа-Реймон установил, что возбужденный участок нерва электроотрицателен по отношению к невозбужденному (рис. 2).
В конце Х1Х века благодаря работам Дюбуа-Реймона, Л.Герман и Ю.Бернштейн пытались связать электрические явления, возникающие в возбудимых тканях, со свойствами полупроницаемых клеточных мембран.
С 1949 г. Ходжкин, Хаксли, Катц, усовершенствовав микроэлектродную технику, положили начало экспериментальной разработке мембранной теории возбуждения.
Рис. 2. Распространение нервного импульса.
Запись, получаемая при перемещении волны активности последовательно под 2-мя электродами, когда оба они лежат на нерве.
ПОТЕНЦИАЛ ПОКОЯ И ПОТЕНЦИАЛ ДЕЙСТВИЯ
2.1. Потенциал покоя. Микроэлектродная техника (внутриклеточная регистрация биопотенциалов).
Микроэлектрод – стеклянная микропипетка, заполненная раствором электролита. Диаметр кончика менее 0,5 мкм позволяет ввести электрод внутрь клетки, не нарушая ее функции. Второй электрод (электрод сравнения) – в питающий раствор с исследуемой тканью. Потенциал внеклеточной среды принимается равным нулю. Электроды соединяются с согласующим устройством, потом с усилителем постоянного тока. В качестве регистратора используется осциллограф.
В момент прокола мембраны клетки микроэлектродом на экране осциллографа происходит резкое смещение нулевого уровня книзу (рис 3). Наблюдается поляризация мембраны — внутренняя сторона мембраны заряжена отрицательно относительно внешней. Это же касается заряда внутреннего содержимого клетки относительно внешней среды. Перемещение кончика микроэлектрода внутри клетки не приводит к изменению измеряемой разности потенциалов, если электрод не повредил клетку. Зарегистрированная разность потенциалов получила название потенциала покоя (ПП) или мембранного потенциала покоя (МПП).
Обычно величина МПП колеблется от – 70 до – 95 мВ.
Смещение мембранного потенциала кверху, т.е. уменьшение значения мембранного потенциала по модулю (уменьшение поляризации) называется уменьшением мембранного потенциала или деполяризацией; смещение книзу, т.е. увеличение по модулю значения мембранного потенциала (увеличение поляризации), называется увеличением мембранного потенциала или гиперполяризацией(рис. 4).
Читайте также: Образовательная ткань временная или постоянная
Потенциал действия.
При неизменном функциональном состоянии клетки величина мембранного потенциала не изменяется. Поддержание постоянной его величины обеспечивается нормальным протеканием клеточного метаболизма.
Рис. 3. Внутриклеточная регистрация мембранного потенциала.
А – схема установки для регистрации; Б – момент введения микроэлектрода в клетку. 1 – стеклянный микроэлектрод; 2 – электрод сравнения; 3 – усилитель; 4 – регистратор.
Рис. 4. Изменения поляризации (потенциала) мембраны.
При нанесении на клетку, в которой находится микроэлектрод, допороговых стимулов, можно зарегистрировать уменьшение мембранного потенциала (деполяризацию), которое обратимо (быстро проходит) и зависит от силы стимула, но до определенного уровня.
Ответы клетки при действии на нее допороговых раздражений могут суммироваться.
При деполяризации до определенного уровня (обычно – это смещение мембранного потенциала на 20-30% от величины МПП), называемого критический уровень деполяризации (КУД), возникает резкое колебание мембранного потенциала (рис 5), получившее название потенциала действия (ПД) или спайка или пик – потенциала. И как бы мы дальше не увеличивали силу раздражения, амплитуда потенциала действия уже не изменится (закон “все или ничего”).
Все изменения мембранного потенциала до КУД отображают местный процесс возбуждения, нераспространяющееся возбуждение или локальный ответ.
В ПД различают пик и следовые потенциалы. Восходящая часть пика – деполяризация, нисходящая – реполяризация.
Овершут – перезарядка мембраны или перескок – основная причина распространения возбуждения.
Именно эти овершуты, перескоки ПД и регистрировал в своих экспериментах Эмиль Дюбуа-Реймон. ПД – это всегда распространяющееся возбуждение.
Следовые потенциалы: отрицательный следовый потенциал (следовая деполяризация); положительный следовый потенциал (следовая гиперполяризация).
Амплитуда потенциала действия: нервные клетки 110 –100 мВ; скелетные и сердечные мышцы 110 – 120 мВ.
Продолжительность ПД нервных клеток 1 –2 мс.
Фазовые изменения возбудимостипри генерации ПД (рис. 5).
Мерило возбудимости – порог раздражения. При местном, локальном, возбуждении возбудимость увеличивается. Т.е. когда мембранный потенциал достигает КУД, возбудимость повышена.
ПД сопровождается многофазными изменениями возбудимости:
Период абсолютной рефрактерности (АРП) соответствует фазе деполяризации потенциала действия, пику и началу фазы реполяризации, возбудимость снижена вплоть до полного отсутствия во время пика.
Период относительной рефрактерности соответствует оставшейся части фазы реполяризации, возбудимость постепенно восстанавливается к исходному уровню.
Супернормальный период соответствует фазе следовой деполяризации потенциала действия (отрицательный следовый потенциал), возбудимость повышена.
Субнормальный период соответствует фазе следовой гиперполяризации потенциала действия (положительный следовый потенциал), возбудимость снижена.
Если потенциал покоя присущ всем живым клеткам без исключения, то потенциал действия генерируется только возбудимыми клетками, является электрофизиологическим показателем возникновения и распространения процесса возбуждения по мембранам нервных и мышечных клеток.
Рис. 5. ПД и изменения возбудимости во время ПД.
- Свежие записи
- Балкон в многоквартирном доме: является ли он общедомовым имуществом?
- Штраф за остекление балкона в 2022: что это и как избежать наказания
- Штраф за мусор с балкона: сколько заплатить за выбрасывание окурков
- Оформление балконного окна: выбираем шторы из органзы
- Как выбрать идеальные шторы для маленькой кухни с балконом