ПОРУШЕННЯ, ПОРУШЕННЯ ТА МЕМБРАНІ ПОТЕНЦІАЛИ, Мембранний потенціал та спокою (МПС)
Організм та його клітини можуть перебувати у стані спокою або у діяльному стані. Діяльний стан виникає внаслідок на клітину, що у стані фізіологічного спокою, роздратування. Відповідь клітини на роздратування називається біологічною реакцією, яка може бути локальною і не поширюватися на сусідні ділянки, або виразно поширюватися. Поширена реакція називається збудженням, а здатність клітин до збудження називається збуджуваність.
Збудливими структурами називають такі, які створюють та передають інформацію, або викликають функцію шляхом зміни мембранних потенціалів. До збудливих структур відносяться нервові, м'язові та частково секреторні клітини. Основною функцією всіх збуджуваних клітин є збудження.
Порушення - це фізико-хімічний процес, що виникає на мембрані збудливої клітини при подразненні та супроводжується зміною її мембранного потенціалу. Чинники, здатні викликати збудження, називаються подразниками. Подразники можуть бути як зовнішні, і внутрішні. Зовнішні – фізичні, біологічні, хімічні та ін. Внутрішні – фізіологічно активні речовини (гормони, медіатори, продукти обміну речовин), утворюються в організмі та змінюють діяльність його органів. За силою подразники поділяються на: порогові, допорогові, надпорогові.
Поріг роздратування – мінімальна сила подразника, яка здатна викликати збудження. Між порогом роздратування і збудливістю існує зворотна залежність - що нижчий поріг роздратування, то вища збудливість, і навпаки - що стоїть поріг роздратування, то нижче збудливість. Допорогові роздратування не здатні викликати достовірні реакції; надпорогові - викликаютьмаксимальні або надмаксимальні відповіді.
Прояви збудження: специфічні характерні для конкретної тканини (для м'язів – скорочення, нервової тканини – біоструми), неспецифічні характерні для всіх збудливих тканин (зміни концентрації іонів, обміну речовин та енергії, підвищення температури тощо).
Відкриття електричних явищ у живих тканинах пов'язане з великими іменами Гальвані, Альдіні, Маттеучі, які використовували реоскопічні препарати жаби (лапки), що дратувалися гальванічним струмом (струмом, що виникає між двома різними металами). Гальванічний струм досі використовується у медичній практиці як метод гальванізації.
Наразі електрофізіологічні дослідження проводяться за допомогою унікальної мікроелектродної техніки з реєстрацією активності окремих клітин та навіть фрагментів біологічних мембран.
Враховуючи, що збудливі тканини в цілісному організмі забезпечують його здатність реагувати на дію зовнішніх та внутрішніх подразників, реєстрація та аналіз параметрів електричної активності збудливих тканин має не лише теоретичне, а й практичне значення. Запис сумарних електричних потенціалів, зумовлені змінами мембранних потенціалів під час збудження, є основою таких клінічних методів дослідження, як електрокардіографія (ЕКГ), електроенцефалографія (ЕЕГ), електроміографія (ЕМГ) та інші.
Мембранний потенціал та спокою (МПС)
Мембранно-іонна теоріяпоходження біопотенціалів базується на дослідженнях В. Ю. Чаговця, Ю. Бернштейна, Ходжкіна і Хакслі, згідно з якими біоелектричні потенціали обумовлені неоднаковою концентрацією іонів К+, Na+, Сl- всередині та поза клітиною та різною проникністю їм зовнішньої мембрани . Клітинні мембрани маютьвибіркову проникність та здатні змінювати її залежно від функціонального стану. На внутрішній та зовнішній поверхні мембрани можуть утримуватися іони завдяки електричним силам протилежно заряджених частинок.
Клітинна мембрана пронизана іонними керованими каналами для Na+, K+, які можуть відкриватися та закриватися у відповідь на подразнення. Іонний канал складається з пори та воріт каналу (білкової молекули, здатної змінювати свою конфігурацію), що реагує на зміну напруги.
Потенціал спокою (МПС)- це різниця потенціалів між зовнішньою (е) та внутрішньою (і) поверхнями клітинної мембрани. У стані спокою поверхня збудливих клітин електропозитивні (+) щодо цитоплазми (-). Ця різниця потенціалів - величина постійна й у різних клітин коливається від -60 до -90мВ. Схему реєстрації мембранних потенціалів показано на рис. 2.6. Датчиком, який виявляє потенціал у клітині, є скляний мікроелектрод (діаметр кінчика капіляра менше 1 мкм), заповнений В-молярним розчином КСl, який проводить струм. Індиферентним електродом у позаклітинному середовищі служить срібна хлорована пластинка. На початку реєстрації обидва електроди розташовані у позаклітинному середовищі, тому різниці потенціалів між ними немає, вольтметр та графік (рис. 2.6, Б, В, зліва) показують нульову величину "позаклітинного потенціалу". Коли мікроелектрод проникає
МАЛ. 2.6.Внутрішньоклітинна реєстрація мембранного потенціалу.
А. Клітина розташована в камері з розчином, який за складом відповідає позаклітинному середовищу. Б. Зліва: обидва електроди розташовані у позаклітинному середовищі - вольтметром реєструється відсутність між ними різниці потенціалів. Праворуч: реєструючий електрод введено в клітину,а індиферентний знаходиться позаклітинно – вольтметром реєструється величина потенціалу спокою. 6. Потенціал до та після введення електрода в клітину
через мембрану в клітину (див. рис. 2.6, Б і В, праворуч), реєструється стрибкоподібна зміна потенціалу - МПС.