Биоэлектрические потенциалы

Все процессы жизнедеятельности организмов сопровождаются появлением в клетках и тканях электродвижущих сил. Электрические явления играют большую роль в важнейших физиологических процессах: возбуждении клеток и проведении возбуждения по клеткам.

Благодаря непосредственной связи биопотенциалов с метаболическими процессами и физиологическим состоянием клеток они являются чувствительным и точно измеримым показателем различных изменений в клетках в норме и при патологии. Для более эффективного и плодотворного использования электрофизиологических методов в медицине необходимо выяснение механизмов возникновения биоэлектрических потенциалов.

Для возникновения биопотенциалов решающее значение имеют потенциалы, обусловленные несимметричным, неравномерным распределением ионов. К таким потенциалам могут быть отнесены диффузионные, мембранные и фазовые.

Диффузионные потенциалы возникают на границе раздела двух жидких сред в результате различной подвижности ионов.

Частным видом диффузионного потенциала можно считать мембранный потенциал. Пусть в сосуде, имеется полупроницаемая мембрана, пропускающая только катионы (рис. 2.3.). Такой мембраной может быть мембрана с большой концентрацией фиксированных отрицательных зарядов — катионообменная мембрана. В таком случае подвижность ионов хлора в мембране равна нулю и в правую часть сосуда диффундируют только ионы водорода. Диффузия ионов водорода не будет бесконечным процессом, поскольку они испытывают притяжение к оставшимся по другую сторону мембраны ионам хлора. После установления равновесия между силами диффузии и силами электрического поля на мембране возникает двойной электрический слой и диффузия ионов прекращается. Если подвижность анионов равна нулю, то мембранная разность потенциалов вычисляется с помощью уравнения Нернста:

(17)

Где R – универсальная газовая постоянная, Т – абсолютная температура, Z – валентность ионов, F – число Фарадея, С₁ – активность ионов в области, откуда идет диффузия, С₂ – активность ионов в области, куда идет диффузия.. Как следует из уравнения (17), мембранный потенциал зависит от температуры и от величины концентрационного градиента диффундирующих через мембрану ионов.

В соответствии с современными представлениями, потенциалы покоя, повреждения и действия являются по своей природе мембранными потенциалами.