Мембранный потенциал. Определение. Величина. Микроэлектродный метод измерения МП.

Одна из важнейших функций биологической мембраны - генерация и передача биопотенциалов. Это явление лежит в основе возбудимости клеток, регуляции внутриклеточных процессов, работы нервной системы, регуляции мышечного сокращения, рецепции.                     

Мембранный потенциал - разность потенциалов между внутренней (цитоплазматической) и наружной поверхностями мембраны живой клетки в состоянии физиологического покоя.                                                                          Внешняя поверхность клетки несет положительный заряд, а внутренняя сторона мембраны (цитоплазма) – отрицательный. ∆φ= φвн- φнар

Величина МП=-60-90 мВ.                                                                                                                                                                                     Мембранные потенциалы подразделяются на потенциалы покоя и потенциалы действия.                                                                                 

Потенциал покоя присущ как невозбудимым клеткам (например, эритроциту), так и возбудимым (аксоны, кардиомиоциты).           Потенциалы действия существуют только в возбудимых клетках и тканях.                                                                                                       

Мембранный потенциал покоя образуется за счёт двух процессов:                   1. Работа калий-натриевого насоса мембраны.                                                 Работа калий-натриевого насоса, в свою очередь, имеет 2 следствия:                1.1. Непосредственное электрогенное (порождающее электрические явления) действие ионного насоса-обменника. Это создание небольшой электроотрицательности внутри клетки (-10 мВ). Виноват в этом неравный обмен натрия на калий. Натрия выбрасывается из клетки больше, чем поступает в обмен калия. А вместе с натрием удаляется и больше "плюсиков" (положительных зарядов), чем возвращается вместе с калием. Возникает небольшой дефицит положительных зарядов. Мембрана изнутри заряжается отрицательно (примерно -10 мВ).                   

1.2. Создание предпосылок для возникновения большой электроотрицательности. Эти предпосылки - неравная концентрация ионов калия внутри и снаружи клетки. Лишний калий готов выходить из клетки и выносить из неё положительные заряды. Об этом мы скажем сейчас ниже. 2. Утечка ионов калия из клетки. Из зоны повышенной концентрации внутри клетки ионы калия выходят в зону пониженной концентрации наружу, вынося заодно положительные электрические заряды. Возникает сильный дефицит положительных зарядов внутри клетки. В итоге мембрана дополнительно заряжается изнутри отрицательно (до -70 мВ).      

Вывод:  Калий-натриевый насос создает предпосылки для возникновения потенциала покоя. Это - разность в концентрации ионов  между внутренней и наружной средой клетки. Отдельно проявляет себя разность концентрации по натрию и разность концентрации по калию. Попытка клетки выровнять концентрацию ионов по калию приводит к потере калия, потере положительных зарядов и порождает электроотрицательность внутри клетки. Эта  электро отрицательность составляет большую часть потенциала покоя. Меньшую  его  часть составляет непосредственная электрогенность ионного насоса, т.е. преобладающие потери натрия при его обмене на калий.     

                                                                                                                                                                                                            

Микроэлектродный метод измерения биопотенциалов.                               Микроэлектроды бывают металлическими и стеклянными.                                         Металлический микроэлектрод представляет собой стержень из специальной высокоомной изолированной проволоки с регистрирующим кончиком.                                                                                             Стеклянный микроэлектрод диаметром около 1 мм изготавливается из специального стекла - пирекса, с тонким незапаянным кончиком, заполненным раствором электролита.                                                                                               Схема регистрации мембранного потенциала.                                                                               Микроэлектроды подводят к изучаемым отделам головного мозга, отвечающих за память у животных, и наблюдают графическую запись импульсной активности нейронов.

Микроэлектродный метод дал возможность измерить биопотенциалы не только на гигантском аксоне кальмара, но и на клетках нормальных размеров: нервных волокнах других животных, клетках скелетных мышц, клетках миокарда и других.             

                                                                          

 

  В медицине на исследование электрических полей, созданных биопотенциалами органов и тканей, основаны диагностические методы: электрокардиография, электроэнцефалография, электромиография и другие. Практикуется и лечебное воздействие на ткани и органы внешними электрическими импульсами при электростимуляции.                                                                                                      

 

II.

Модуль № 1