Эмиссия газов от очистных сооружений канализации: В последние годы внимание мирового сообщества сосредоточено на экологических проблемах...
История создания датчика движения: Первый прибор для обнаружения движения был изобретен немецким физиком Генрихом Герцем...
Топ:
Характеристика АТП и сварочно-жестяницкого участка: Транспорт в настоящее время является одной из важнейших отраслей народного...
Определение места расположения распределительного центра: Фирма реализует продукцию на рынках сбыта и имеет постоянных поставщиков в разных регионах. Увеличение объема продаж...
Интересное:
Средства для ингаляционного наркоза: Наркоз наступает в результате вдыхания (ингаляции) средств, которое осуществляют или с помощью маски...
Уполаживание и террасирование склонов: Если глубина оврага более 5 м необходимо устройство берм. Варианты использования оврагов для градостроительных целей...
Финансовый рынок и его значение в управлении денежными потоками на современном этапе: любому предприятию для расширения производства и увеличения прибыли нужны...
Дисциплины:
2019-12-21 | 159 |
5.00
из
|
Заказать работу |
Введение.
Живые клетки при действии различных раздражителей — химических веществ, электрического тока, нагревания, механического воздействия и других — способны переходить в возбужденное состояние. Это выражается в возникновении разности потенциалов между возбужденным и покоящимся участками, что указывает на наличие перераспределения ионов в возбужденном участке. Эта разность потенциалов при возбуждении клетки получила название потенциала действия.
До сих пор остаётся открытый вопрос: “Что такое потенциал действия?”, — биологический сигнал для участка нервной системы или это следствие открытия ионных каналов и движения тока. Ещё больше вопросов возникает при рассмотрении распространения потенциала действия — упорядоченное движение тока, формирование нового потенциала в перехватах Ранвье, а также распространение потенциала действия по аксонам без миелиновой оболочки.
Исследование потенциала действия, а если говорить точнее, то биофизических механизмов его формирования, распространения и принципа устройства очень важно на сегодняшний день. Кроме нейронов ПД генерируют самые разнообразные клетки, например, мышечные клетки скелетной мускулатуры, кардиомиоциты, клетки стенки желудка, интерстициальные клетки и многие другие. В связи с этим, нам очень важно понимать его суть, ведь в будущем это может помочь людям с ограниченными возможностями и травмами, в результате которых те имеют паралич конечностей или проблемы с сердцем и нервной проводимостью. Если мы научимся влиять и взаимодействовать с потенциалом действия внутри нашего организма, то можно будет поставить на ноги парализованных людей, привести к корректной работе сердцебиение, а также вернуть чувствительность органов восприятия внешней среды человека. Возможно, что когда-нибудь в далёком будущем понимание процессов, протекающих в организме при работе потенциала действия, приведёт к созданию интерфейсов “человек - машина” или “человек – искусственный интеллект”.
Где и как формируется потенциал действия? Что участвует в его формировании, каковы его законы? Чем он описывается и как? Как до этого дошли люди? На все эти и другие вопросы, связанные с изучением формирования потенциала действия, рассмотрим в это работе.
Методы измерения потенциала действия.
Отведение потенциала действия от аксона кальмара.
Экспериментально было установлено, что, если в нервное волокно аксона кальмара поместить два электрода, на первый с помощью внешнего генератора подавать напряжение, а второй, расположенный дистально, является измерительным и способен регистрировать изменение внутриклеточного потенциала. Типичная схема измерения при подобных действиях выглядит следующим образом.
Рис.1 Схема измерения потенциала действия нервного волокна.
Н - нервное волокно; Э1 - микроэлектрод для возбуждения волокна; Г - генератор П-образных деполяризующих импульсов; Э2, Э3 - микроэлектроды для измерения потенциала действия; У - усилитель; О - осциллограф; V1 - деполяризующий потенциал; V2, V3 - потенциалы действия, измеренные электродами Э2 и Э3; ∆x/∆t - скорость распространения потенциала действия.
После подачи напряжения на Э1, через какое-то время можно установить отрицательный внутриклеточный потенциал покоя, значение нуля на графиках V2 и V3 для электродов Э2 и Э3 есть тот самый отрицательный внутриклеточный потенциал, относительно которого мы и рассматриваем последующие изменения потенциалов действия с разностью в ∆t на расстоянии ∆x.
Основы формирования потенциала действия.
Инактивация Na каналов.
Инактивация рассматривается как мономолекулярная реакция, которой подвергнуты в равной степени как открывающие, так и закрывающие каналы. Доля неинактивированных каналов принимается равной h, а инактивированных — (1-h). Процесс инактивации соответствует обратимой реакции:
h ¾¾bh ®1 - h
|
Тогда по аналогии с уравнением (6) имеем:
; (9)
; .
Начальный Na ток будет описываться следующим уравнением (аналогичным уравнению (8)):
; (10)
То есть для того, чтобы канал работал, нужно что бы он был открытым () и он не был инактивирован (h(t)).
Подобрав по экспериментальным данным , Ходжкин и Хаксли получили уравнение кинетики тока Na на его начальном участке (соответствует ситуации (а) и (б) на рисунке 10).
Аналогично рассуждают, когда говорят о каналах, с той лишь разницей, что они инактивируются медленно и на этапе формирования потенциала действия можно рассмотреть только процесс активации канала. Это привело к тому, что выражение для проницаемости было получено в следующем виде:
; (11)
; ;
Показатель степени 4, в уравнении (12), также является эмпирическим.
Приведём выражение для математического описания проницаемости мембраны для ионов Na и K. Это позволяет записать выражение для общего трансмембранного тока при формировании потенциала действия:
; (13)
Где –ёмкостной ток перезарядки мембраны; ёмкость мембраны в невозбуждённом состоянии; текущий потенциал покоя; равновесный Нернстовский потенциал ; пассивные токи утечки для всех типов ионов.
Вся совокупность уравнений, описывающих ионные токи через возбудимые мембраны при изменении потенциала на величину V, называется уравнениями Ходжкина–Хаксли. К ним относятся и уравнения (4)–(13). Использование этих уравнений позволяет математически описать не только ионные токи при фиксированном потенциале, но и изменения потенциала в функционирующем нервном волокне.
Заключение.
В данной работе мы ознакомились с методами исследования потенциала действия и собственно с его изучением. Благодаря микроэлектродному методу, мы смогли померить потенциал действия, а метод меченных атомов помог нам подтвердить важность роли иона Na в формировании потенциала действия (максимум потенциала действия на графиках всегда превышает 0, смотри рисунок 4). Это все привело к открытиям Ходжкина-Хаксли, которые создали гипотезу, а на сегодняшний день – принятую теорию о формировании потенциала действия. Так как в потенциале действия большую и важную роль играют ионы натрия, чья концентрация при возбуждении возрастает в 500 раз (смотри раздел 3.1 на странице 7). Мы смогли описать работу Na и K каналов, участвующих в управлении потенциала действия, то есть мы теперь понимаем работу любого ионного канала. Бесспорно, воротная модель является хорошим представлением о работе каналов (и является принятой в научном мировом сообществе), управляющих поступлением ионов в клетку, однако сейчас нет таких микроскопов или систем, способных разглядеть канал, поэтому принцип работы канала и ворот (на рисунках 10 и 9) являются лишь примерным нашим представлением, так же как и структурно-функциональная схема канала (смотри рисунок 8). Ещё одной важной проблемой становится тот факт, что мы всегда рассматриваем клетку в как правило не живой среде, то есть создаётся ситуация, чем-то отличающаяся от реальных условий и процессов, протекающих в теле, тем более, большую часть опытов очень сложно провести на живом человеке (а потенциал действия есть только у живого организма).
Очевидно, что потенциал действия задействован в нервной проводимости и возбуждении, а значит все наши органы чувств и движения конечностей зависят от потенциала действия. Изучение формирования и передачи потенциала действия может вернуть парализованному человеку возможность двигаться, осязать на ощупь, вернёт чувствительность в конечностях. Также одна элементарная клетка является очень мощным (пусть и частотно уступающим, но далеко обходящей по мощности) вычислительным аппаратом, возможно, что исследование потенциала действия поможет нам в развитии вычислительной техники (“делай по аналогии”).
Список литературы:
1. Либерман, Е.А. Генераторы и насосы клетки [Текст]: учеб. для вузов — Москва: Знание, 1965.
2. Косицкий, Г.И. Физиология человека [Текст]: учеб. литература для студентов мед. Институтов — Москва: Медицина, 1985.
3. Осипов, А.Н.// Электронные лекции МГУ — (http://fumo.phys.msu.ru/ArxivOldSite_UMS_Physics/med/cell/cel_10pd.pdf)
4. Огурцов, А.Н. Механизмы мембранных процессов [Текст]: учебно-методическое пособие по курсу “Биологические мембраны” — Харьков: НТУ “ХПИ”, 2006.
Введение.
Живые клетки при действии различных раздражителей — химических веществ, электрического тока, нагревания, механического воздействия и других — способны переходить в возбужденное состояние. Это выражается в возникновении разности потенциалов между возбужденным и покоящимся участками, что указывает на наличие перераспределения ионов в возбужденном участке. Эта разность потенциалов при возбуждении клетки получила название потенциала действия.
До сих пор остаётся открытый вопрос: “Что такое потенциал действия?”, — биологический сигнал для участка нервной системы или это следствие открытия ионных каналов и движения тока. Ещё больше вопросов возникает при рассмотрении распространения потенциала действия — упорядоченное движение тока, формирование нового потенциала в перехватах Ранвье, а также распространение потенциала действия по аксонам без миелиновой оболочки.
Исследование потенциала действия, а если говорить точнее, то биофизических механизмов его формирования, распространения и принципа устройства очень важно на сегодняшний день. Кроме нейронов ПД генерируют самые разнообразные клетки, например, мышечные клетки скелетной мускулатуры, кардиомиоциты, клетки стенки желудка, интерстициальные клетки и многие другие. В связи с этим, нам очень важно понимать его суть, ведь в будущем это может помочь людям с ограниченными возможностями и травмами, в результате которых те имеют паралич конечностей или проблемы с сердцем и нервной проводимостью. Если мы научимся влиять и взаимодействовать с потенциалом действия внутри нашего организма, то можно будет поставить на ноги парализованных людей, привести к корректной работе сердцебиение, а также вернуть чувствительность органов восприятия внешней среды человека. Возможно, что когда-нибудь в далёком будущем понимание процессов, протекающих в организме при работе потенциала действия, приведёт к созданию интерфейсов “человек - машина” или “человек – искусственный интеллект”.
Где и как формируется потенциал действия? Что участвует в его формировании, каковы его законы? Чем он описывается и как? Как до этого дошли люди? На все эти и другие вопросы, связанные с изучением формирования потенциала действия, рассмотрим в это работе.
Методы измерения потенциала действия.
Семя – орган полового размножения и расселения растений: наружи у семян имеется плотный покров – кожура...
Типы оградительных сооружений в морском порту: По расположению оградительных сооружений в плане различают волноломы, обе оконечности...
Биохимия спиртового брожения: Основу технологии получения пива составляет спиртовое брожение, - при котором сахар превращается...
Особенности сооружения опор в сложных условиях: Сооружение ВЛ в районах с суровыми климатическими и тяжелыми геологическими условиями...
© cyberpedia.su 2017-2024 - Не является автором материалов. Исключительное право сохранено за автором текста.
Если вы не хотите, чтобы данный материал был у нас на сайте, перейдите по ссылке: Нарушение авторских прав. Мы поможем в написании вашей работы!