Види біопотенціалів

Фізіологічний сенс біопотенціалів

Біопотенціали - носії інформації

Організм здатний існувати як єдине ціле завдяки тому, що між його клітинами відбувається обмін інформацією. Цей обмін здійснюється за допомогою двох типів сигналів: гуморальних та електричних. Гуморальні сигнали - це хімічні речовини, що викликають певні реакції клітин-мішеней; Типовим прикладом є гормони, що виділяються в кров спеціалізованими ендокринними залозами.

¾ генералізована (на речовини, що виділяються в кров, реагують всі клітини, що мають рецептори до цих речовин);

¾ повільна (хімічні речовини підносяться до клітин за досить великий час, і діють на клітини також досить довго);

¾ неточно дозована (неможливо з високою точністю створити певну концентрацію речовини біля клітини-мішені).

Така сигналізація ідеальна для формування тривалих програм, в яких задіяний організм у цілому (наприклад, стресу, росту та розвитку), проте вона не підходить для коротких, швидких та точних реакцій, керованих нервовою системою (наприклад, м'язового скорочення). У таких випадках використовуються електричні сигнали або біопотенціали.

Біопотенціали за своїми властивостями прямо протилежні до гуморальних сигналів; вони:

¾ локалізовані (електричний сигнал може бути спрямований лише до однієї клітини);

¾ швидкі (електричні сигнали швидкопоширюються та можуть бути дуже короткими);

¾ точно дозовані (величина сигналу може регулюватися з точністю до тисячних часток вольту і навіть вище).

Види біопотенціалів

За допомогою біопотенціалів здійснюється:

¾ місцева обробка інформації.

Для цих двох різновидів інформаційних процесів використовуються відповідно два види біопотенціалів (рис. 1.1):

¾ поширені потенціали, абопотенціали дії - для передачі інформації;

¾місцеві потенціали - для місцевої обробки інформації.

Ці два види біопотенціалів мають багато в чому протилежні властивості.

Поширювані потенціали призначені передачі інформації на великі відстані (наприклад, по нервових волокнах) без спотворення. Ідеальний спосіб для цього — кодування, при якому всі сигнали однакові, а інформація, що передається, залежить від кількості сигналів, але не від їх величини. Такі потенціали мають такі властивості (рис. 1.1,А):

¾ підкоряютьсязакону «все чи нічого»: сигнал або є, або його немає, і його величина не залежить від сили подразника (принцип двійкового коду: «так-ні», 0-1) (рис. 1.1 ,А,1). Відповідно, ці потенціали характеризуються порогом: мінімальним значенням подразника, при якому виникає потенціал. Якщо сила подразника нижча від порогової, потенціал не виникає; якщо вона дорівнює або вище порогової, то розвивається потенціал,величина якого не змінюється за подальшого підвищення сили подразника;

¾ поширюютьсябез загасання: їх величина не знижується в міру поширення, наприклад, по нервових волокнах (рис. 1.1,А,2);

¾ маютьрефрактерність, або незбудливість: поки не закінчився один потенціал, неможливо викликати наступний (рис. 1.1,А,3). Завдяки цьому потенціали, що поширюються, ніколи не зливаються один з одним, але виникають і поширюються як окремі імпульси.

Місцеві потенціали призначені для місцевої обробки інформації, наприклад, для перетворення подразника, що діє на нервове закінчення, у форму електричного сигналу. У зв'язку з цим вони підпорядковуються іншим принципам кодування: величина та інші показники цих потенціалів залежить від показників подразника. Такі потенціали мають такі властивості (рис. 1.1,Б):

¾ вони підпорядковуються закону силових відносин: чим сильніше подразник, тим більше величина сигналу (рис. 1.1,Б,1). Відповідно, ці потенціали не характеризуються порогом: навіть найслабші подразники можуть спричинити невеликі за величиною потенціали;

¾ вони поширюютьсяз загасанням (рис. 1.1,Б,2);

¾ вони не мають рефрактерності, але, навпаки, здатні досумації: якщо під час місцевого потенціалу діє повторний подразник, то виникає черговий потенціал, що складається з попереднім (рис. 1.1,Б,3). Завдяки цьому величина та тривалість місцевого потенціалу відображають сумарну силу та тривалість діючих подразників.

До місцевих потенціалів відносяться багато різновидів біопотенціалів (локальні відповіді, рецепторні потенціали, генераторні потенціали, синаптичні потенціали та ін; вони розглядаються нижче та в інших розділах). До потенціалів, що поширюються, відносяться тільки потенціали дії (ПД).