Электрический стимул при электрофизиологических исследованиях

Общая характеристика электрического стимула

 

Электрический ток широко используется в экспериментальной физиологии[Б26] вообще и при электрофизиологических экспериментах не случайно. [A27]

Во-первых, электрический ток является адекватным раздражителем при электрофизиологических исследованиях. Как можно ещё более эффективно изменять электрические параметры возбудимых структур, если не прямым воздействием электрического тока?

Во-вторых, этот раздражитель обладает рядом ценных качеств, т.е. его применение позволяет наиболее точно и тонко дозировать стимул по силе, длительности, частоте[Б28]. [A29]

Чаще в электрофизиологических исследованиях используется постоянный (не меняющий полярность) импульсный ток (импульсы). Для прямоугольного стимула задается полярность (положительная или отрицательная), амплитуда (В или мА), длительность (мкс, мс, с). Для трапецевидного - полярность, сила тока, длительность переднего фронта, основной фазы, заднего фронта. Для треугольного по форме стимула длительность основной фазы равна нулю.

 

Внимание! Часто при демонстрации деполяризации мембраны импульсными токам допускаются следующие ошибки: прекращается деполяризация мембраны при продолжающемся действии импульса тока или продолжается деполяризация вплоть до развития потенциала действия в бестоковый период. Проверьте правильность рисунков в Ваших учебниках.

 

При серийных раздражениях (например, при показанном на рис. однополярном меандре) задаются длительность, частота (Гц), скважность.

Скважность – это отношение длительности периода следования импульсов к длительности одного импульса. Например, скважность, равная трём, означает, что длительность одного импульса ток в три раза меньше длительности периода следования импульсов и в два раза меньше длительности бестоковой паузы.

Рис.. Определение скважности. Объяснения в тексте.

 

Рис.. Однополярный меандр со скважностью 3. Объяснения в тексте.

 

Место приложения электрического стимула

 

Раздражающий (активный) электрод может быть расположен на поверхности клетки и внутри клетки (рис.). При этом в первом случае он должен иметь отрицательную полярность, а во втором – положительную. Условно принимают, что приложенный ток входит в ткань в области анода и выходит в области катода.

 

Рис.. Место расположения и полярность раздражающего электрода. Объяснение в тексте.

 

Другими словами возбуждение может возникнуть только в месте прохождения токов выходящего направления (рис.).

 

 

Рис.. Направление деполяризующих выходящих (А, B) и гиперполяризующих входящих токов (C, D). Объяснение в тексте.

 

Эффективность раздражения определяется не только абсолютным значением тока, но и плотностью тока под стимулирующим электродом. Плотность тока определяется отношением величины тока, протекающего по цепи, к величине площади электрода. Поэтому при монополярном раздражении площадь активного электрода всегда меньше пассивного (рис.)[Б30].

 

Рис.. Соотношение площадей активного и пассивного электродов. Объяснение в тексте.

 

Недостаток внеклеточного подведения тока заключается в значительном ветвлении его тока: только часть его проходит через мембраны клеток, часть же ответвляется в межклеточные щели. Вследствие этого при раздражении приходится применять ток значительно большей силы, чем необходимо для возникновения возбуждения.

 

 

Рис. 210041846. Ветвление тока в ткани при раздражении через наружные (внеклеточные) электроды (схема). Волокна возбудимых клеток (ткани) обведены толстой линией, между ними – межклеточные щели [++421+c62]. Объяснение в тексте.

По вышеперечисленным причинам и в первом опыте Гальвани лучше наносить стимул биметаллическим пинцетом на нерв

Рис.. Направление деполяризующих выходящих (А, B) и гиперполяризующих входящих токов (C, D). Объяснение в тексте.

 

При внутриклеточном способе подведения тока к клеткам —– микроэлектрод вводят в клетку, а пассивный электрод прикладывают к поверхности ткани. В этом случае весь ток проходит через мембрану клетки, что позволяет точно определить наименьшую силу тока, необходимую для возникновения потенциала действия. При таком способе раздражения отведение потенциалов производят с помощью второго внутриклеточного микроэлектрода. Пороговая сила тока, необходимая для возникновения возбуждения различных клеток при внутриклеточном раздражающем электроде, равна 10^-7 ‑ 10^-9 А.