Распространение возбуждения как волновой процесс

Сегодня нам пригодятся Ваши знания по волновым процессам, в частности, вопросам распространения автоволн. С этими вопросами Вы знакомились на занятиях по биофизике. Вспомним наиболее важные вопросы, которые непосредственно касаются распространения возбуждения. Рассмотрим автоволны с позиций и в терминах нормальной физиологии.

Волна — это процесс распространения колебаний или отдель­ных возмущений в пространстве.

Примером волн может быть распространение механических, электромагнитных волн.

Основным механизмом передачи волн возбужде­ния в живом организме является распространение потенциалов действия.

Характеристики волны:

1. период

2. длина

3. скорость распространения

4. амплитуда

5. форма.

Процесс распространения волн возбуждения в тканях орга­низма имеет ряд существенных особенностей по сравнению с механическими и электромагнитными волнами. Главное — эти волны распространяются в активных сре­дах.

Активная среда — это среда, состоящая из большого числа отдельных элементов, каждый из ко­торых является автономным источником энергии.

Примером активных сред в организме являются возбудимые ткани. Примеры элементов активных сред — клетки возбудимых тканей, участков плазматической мембраны.

Элементы активной среды имеют контакт между собой и могут переда­вать импульс возбуждения от одной клетки к другой. В таких средах распространяются волны возбуждения, называе­мые автоволнами.

Автоволны — это самоподдерживающиеся волны возбуждения в активной среде, сохраняющие свои харак­теристики постоянными за счет распределенных в среде источ­ников энергии.

Характеристики автоволны в установив­шемся в режиме зависят только от локальных свойств активной среды и не зависят от начальных условий.

При распространении автоволны не происходит переноса энергии. Энергия не переносится, а освобождается, когда до участка активной среды доходит возбуждение.

Можно провести аналогию с пожаром в степи. Пламя распрос­траняется по области с распределенными запасами энергии (по сухой траве). Каждый последующий элемент (сухая травинка) зажигается от предыдущего. И таким образом распространя­ется фронт волны возбуждения (пламя) по активной среде (сте­пи).

В реальной системе некоторая часть ΔЕ собственной энер­гии элемента расходуется на возбуждение последующего элемента, который в свою очередь выделяет собственную энергию Е. При этом в активных средах будет выполняться нера­венство: ΔЕ « Е.

Механические и электромагнитные волны в неактивной сре­де переносят энергию от источника возмущения. Интенсив­ность волны при этом уменьшается по мере удаления от источ­ника возмущения, то есть волна затухает. Другими словами волна распространяется с декрементом.

Декремент от латинского decrementurn — убывание, уменьшение. Англ.: decrement ['dekrimэnt] [n] - уменьшение, степень убыли, успокоение, демпфирование

Декремент проведения— постепенное ослабление возбуждения (затухание волны депо­ляризации) по мере его распространения по возбудимой структуре.

Потенциалы действия распространяются по нервным и мышечным волокнам без затухания (бездекрементно). В каждой точке возбудимой активной среды, до которой дошло возбуждение, заново генерируется потенциал действия. Мышечные и нервные волокна являются средами с распределенными источниками энергии метаболизма клеток.