Механизм биоэлектричества.

Живые клетки и ткани состоят из электролитов, представляющих собой растворы органических и не органических солей и мембран, которые являются диэлектриками. Проводимость мембран и тканей определяется возникновением ионных каналов, способные пропускать заряженные частицы. Влияние внешних электрических полей на диэлектрические вещества мембран, определяющихся поляризацией диэлектриков и проявляются в виде дисперсии, т.е. зависимости диэлектрической проницаемости от частоты электрического поля. Особое значение имеют низкие частоты, в результате их воздействия диэлектрическая проницаемость некоторых мембран изменяется в 3-10 раз. Кроме электрических свойств, клетки обладают магнитными свойствами, однако, поскольку ткани являются диэлектрическими, то магнитные свойства существенным образом в них не проявляются. Живая клетка является активным генератором электричества. Основная причина возникновения электрического поля- разделение электрических ионов по обе стороны мембраны. Самая простая модель источника электрического тока- концентрационный элемент Нерцта. В нем раствор соли разделен мембраной, обладающей различной проводимостью для ионов разных сортов. В результате перехода дополнительного числа ионов через мембрану на ней образуется 2-й электрический слой. Разбавленный раствор принимает знак того иона, который проникает сквозь мембрану. При одинаковой проницаемости анионов и катионов электрическое поле не возникает.

ЭДС концентрированного элемента Нерцта вычисляется по формуле:

Однозарядные ионы оказывают наибольшее влияние действий на электрические свойства клетки. В цитоплазме клетки преобладают каменные соли высокомолекулярной кислоты, в межклеточном пространстве преобладают растворы солей Na, неорганических кислот.

Таким образом соли K и Na играют важную роль в создании электрических полей на поверхности мембраны. Значение мембраны потенциально для десятикратной разности потенциальных ионов, составляющих порядка 60 мВт и зависит от вида мембран. Для возникновения электрического поля необходимо выполнение 2-х условий:

1. Существование концентрации градиентов по обе стороны мембраны.

2. Наличие селективной проницаемости мембран, для различных ионов.

В состав клетки входят определенные ионы, поэтому потенциал модно рассчитать на основании уравнения Гольдма, которое является следствием уравнения Нернцта:

Проницаемость мембраны зависит от типа мембраны: - межклеточная среда;

- цитоплазма.

Это уравнение позволяет вычислить разность потенциалов по обе стороны мембран, как в состоянии покоя, так и в состоянии возбуждения. Причиной возникновения разных потенциалов по обе стороны мембраны клетки, находящейся в состоянии покоя, является разная скорость диффузии ионов K и анионов органических кислот через мембрану. Проницаемость мембран для ионов K больше проницаемости ионов Na в 400 раз.

Концентрация ионов K в условиях покоя клетки составляет .За пределами клетки Для ионов Na внутри клетки , вне клетки

В уравнении Гольдмана основными ионами, создающими амплитуду потенциального покоя являются ионы K, поэтому амплитуда потенциала покоя.

Межклеточная среда в этом случае преобладает знак свободного выходного иона K⁺, а цитоплазма принимает знак минус. Знак потенциала покоя устраняется за счет 2-х механизмов:

1. Малой проницаемостью мембран. Для анионов, за счет чего возникает избыток электронов в нутрии клетки.

2. В следствии того, что концентрация ионов K в межклеточной среде меньше, чем внутри клетки, но именно неклеточная среда преобразует плюс.

Существование ионных градиентов по обе стороны мембраны требуют дополнительную энергию, т.к. необходимый grad концентрации ионов K и Na осуществляется за счет работы активного транспорта. С другой стороны, возникающий потенциал покоя своей полярностью создает условия для снижения расчета своей энергии необходимой для поддержания grad концентрации.