7 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

121 потенциал покоя микроэлектродная техника внутриклеточная регистрация биопотенциалов

Методы регистрации биопотенциалов — реферат

Введение 3
1. Биопотенциалы и методы их регистрации 4
1.1 Понятие внутриклеточной регистрации 4
1.1 Электрографические методы регистрации биопотенциалов 6
2. Значение электрофизиологических методов в медицине 11
Заключение 12
Библиографический список 13

Биопотенциал (биоэлектрический потенциал, устар. биоток) – обобщенная характеристика взаимодействия зарядов, находящихся в исследуемой живой ткани, например, в различных областях мозга, в клетках и др. структурах.
Измеряется не абсолютный потенциал, а разность потенциалов между двумя точками ткани, отражающая ее биоэлектрическую активность, характер метаболических процессов. Биопотенциал используют для получения информации о состоянии и функционировании различных органов.
Изучением регистрации биопотенциалов занимается электрофизиология. А.Б Коган (1969) в учебном пособии по электрофизиологии дает подробное определение, согласно которому: электрофизиология – это наука, изучающая электрические проявления жизнедеятельности клеток, тканей и органов для выяснения их природы и возможного физиологического значения, а также использования как тонких и точных показателей функционирования [3].
Самые первые исследования в области электрофизиологии относятся к XVIII веку. Физики, занимавшиеся изучением электрических зарядов, неоднократно сталкивались с фактом их раздражающего действия на организм. Раздражение это вызывало своеобразное субъективное ощущение и некоторые объективные изменения. Эти факты привлекли внимание врачей, физиологов. Последние стали применять электрические заряды для раздражения нервов и мышц в опытах; появились высказывания о том, что раздражающее действие электричества может иметь лечебное действие.
Итак, только к концу XIX столетия физиологи получили определенное представление об электрических явлениях в живых организмах.
Цель данного реферата – изучить методы регистрации биопотенциалов и определить значение электрофизиологических методов в медицине.

1. Биопотенциалы и методы их регистрации
1.1 Понятие внутриклеточной регистрации

Луиджи Гальвани 1791 г. в эксперименте показал, что живые ткани содержат «животное электричество», его научный оппонент, физик Вольта — что это электричество от разнородных металлов, он создал первый источник постоянного тока, который носит название гальванический элемент.
Виды биопотенциалов:
1. Биопотенциал покоя (мембранный) — МПП.
2. Биопотенциал действия (возбуждения) — ПД.
Биопотенциал покоя – это разность потенциалов между наружной и внутренней поверхностью мембраны клетки в покое. Наружная поверхность мембраны клетки имеет положительный заряд, а внутренняя – отрицательный.
Биопотенциал покоя регистрируется внутриклеточным методом – с помощью микроэлектродов, один из которых вводится внутрь клетки (рис.1).

Рисунок 1 – Схематическое представление метода регистрации биопотенциалов [5]
В эксперименте биопотенциал покоя можно зарегистрировать между повреждённым и неповреждённым участком ткани. Повреждённый участок является моделью внутренней поверхности мембраны клетки.
При внутриклеточном отведении перезарядка мембраны регистрируется под одним электродом (однофазный ПД), при внеклеточном отведении потенциал действия проходит через два электрода (регистрируется двухфазный ПД).
Биопотенциал действия – это кратковременные высокоамплитудные изменения МПП, которые возникают при возбуждении. ПД регистрируется в раздражаемых тканях, в которых возникает волна возбуждения (рис.2). Измеряется ПД с помощью внутриклеточного отведения и внеклеточного отведения.

Рисунок 2 –Потенциал действия, основные его фазы.

Методики регистрации биопотенциалов

Биопотенциал (биоэлектрический потенциал, устар. биоток) – обобщенная характеристика взаимодействия зарядов, находящихся в исследуемой живой ткани, например, в различных областях мозга, в клетках и др. структурах.

Измеряется не абсолютный потенциал, а разность потенциалов между двумя точками ткани, отражающая ее биоэлектрическую активность, характер метаболических процессов. Биопотенциал используют для получения информации о состоянии и функционировании различных органов.

Биоэлектрические явления в тканях – это разность потенциалов, которая возникает в тканях в процессе нормальной жизнедеятельности. Эти явления можно регистрировать, используя трансмембранный способ регистрации. При этом один электрод располагается на наружной поверхности клетки, другой – на внутренней.

При таком способе регистрируются:

— потенциал покоя или мембранный потенциал;

Методы регистрации биопотенциалов:

1. Электроэнцефалография (ЭЭГ) – метод регистрации электрической активности (биопотенциалов) головного мозга. Разность потенциалов, возникающая в тканях мозга, очень мала (не более 100 мкВ), и потому может быть зарегистрирована и измерена только при помощи специальной электронно-усилительной аппаратуры – электроэнцефалографов Применение электроэнцефалографии помогает определить локализацию патологического очага, а нередко и характер заболевания.

Читать еще:  Как использовать корицу для восстановления потенции

2. Реовазография – метод изучения сосудистой системы с использованием высокочастотного переменного тока для определения сопротивляемости участков тела. В момент притока крови сопротивление увеличивается и регистрируется кривая, совпадающая со сфигмограммой (записью пульса), но отличающаяся от последней формой. В неврологической практике часто производят реовазографию конечностей (при радикулите, неврите, невралгии, полиневрите и т. д.).

3. Эхоэнцефалография является важным методом диагностики объемных процессов головного мозга (опухоли, кисты, эпи- и субдуральные гематомы, абсцессы) и основан на принципе ультразвуковой локации – направленные в мозг короткие ультразвуковые импульсы отражаются от его внутренних структур и регистрируются.

Эхоэнцефалограмму (ЭхоЭГ) получают с помощью эхоэнцефалографа, снабженного специальным пьезоэлектрическим датчиком, работающим в двойном режиме – излучателя и приемника ультразвуковых импульсов, регистрируемых после возвращения на экране осциллографа.

4. Электромиография – это метод регистрации колебаний биопотенциалов мышц для оценки состояния мышц и нейродвигательного аппарата в покое, при активном расслаблении, а также при рефлекторных и произвольных движениях. С помощью электромиографии можно выявить, связано ли изменение электрической активности с поражением мотонейрона или синаптических и надсегментарных структур.

Электромиографические данные широко используются для уточнения топического диагноза и объективизации патологических или восстановительных процессов. Высокая чувствительность этого метода, позволяющая выявлять субклинические поражения нервной системы, делает его особенно ценным.

В период функциональной активности нервов и мышц возникают чрезвычайно слабые (от миллионных до тысячных долей вольта), быстрые (тысячные доли секунды) и частые колебания электрического потенциала.

Электромиография широко применяется не только в неврологической практике, но и при изучении поражения других систем, когда возникают вторично обусловленные нарушения двигательной функции (сердечно-сосудистые, обменные, эндокринные заболевания).

Дата добавления: 2018-04-04 ; просмотров: 1433 ;

121 потенциал покоя микроэлектродная техника внутриклеточная регистрация биопотенциалов

Мембранный потенциал покоя

Kогда клетка находится [Б30] в состоянии физиологического покоя, ее внутренний потенциал, отрицателен по отношению к наружному, условно принимаемому за нуль[Б31] . Этот потенциал называют потенциалом покоя (мембранным потенциалом покоя, трансмембранным потенциалом покоя).

Довольно часто термин «мембранный потенциал» используют как синоним термина «потенциал покоя»[Б32] . На наш взгляд, это недопустимо, поскольку термин «мембранный потенциал» просто необходим для обозначения любого значения трансмембранной разницы потенциала, наблюдаемое как в состоянии покоя клетки, так и при возбуждении, в любое время и в любом состоянии[Б33] .

Как можно обнаружить мембранный потенциал покоя?

1. методом повреждения

2. методом внутриклеточного отведения (рис. ).

Рис. . Методы регистрации мембранного потенциала покоя: слева – метод повреждения, справа – метод внутриклеточного отведения[Б34] .

Студенты на этот вопрос часто отвечают так: методами внутриклеточного и внеклеточного отведения. Типичная ошибка! Методом внеклеточного отведения можно зарегистрировать возбуждение участка мембраны, сравнив его потенциал с потенциалом мембраны в состоянии покоя, но не потенциал покоя. Но об этом позже.

Метод повреждения чаще используется при регистрации потенциала покоя на макропрепарате – мышце, нерве (рис. ).

Рис. . Схема регистрации мембранного потенциала покоя методом повреждения на макропрепарате.

Впервые таким способом регистрировали потенциал покоя в середине XIX века Дюбуа-Реймон (на срезе нерва[Б35] ) и Маттеучи (на срезе мышцы). Этот же метод лежит в основе второго опыта Гальвани[Б36] , в этом случае мышечно-нервный препарат выполняет роль регистрирующего прибора.

Методом повреждения достаточно точно измерить потенциал покоя невозможно.

Чтобы измерить потенциал покоя и тем более проследить его изменения, вызываемые каким-либо воздействием на клетку, применяют технику внутриклеточных микроэлектродов (рис. ).

Рис. . Схема измерения потенциала покоя клетки с помощью внутриклеточного электрода.

Читать еще:  Продукты питания для повышения потенции у мужчин

К – объект исследования – клетка, М – микроэлектрод, И – индифферентный электрод, Р – регистрирующее устройство. Момент прокола на кривой «разность потенциалов – время» показан стрелкой.

Микроэлектрод представляет собой микропипетку, т.е. тонкий капилляр, вытянутый из стеклянной трубочки. Диаметр его кончика около 0,5 мкм[Б37] . Микропипетку заполняют солевым раствором (обычно 3 М KС1), погружают в него металлический электрод (хлорированную серебряную проволочку) и соединяют с электроизмерительным прибором[Б38] , снабженным усилителем постоянного тока[Б39] .

Микроэлектрод устанавливают над исследуемым объектом, например скелетной мышцей, а затем при помощи микроманипулятора — прибора, снабженного микрометрическими винтами, вводят внутрь клетки[Б40] . При удачном введении микроэлектрода мембрана плотно охватывает его кончик и клетка сохраняет способность функционировать в течение нескольких часов, не проявляя признаков повреждения[Б41] .

Микроэлектрод является активным (референтным). Электрод сравнения (индифферентный) обычных размеров погружают в нормальный солевой раствор, в котором находится исследуемая ткань[Б42] .

До прокола мембраны микроэлектродом разность потенциалов между активным и индифферентным электродом равна нулю (рис. и рис. А). Kак только микроэлектрод прокалывает поверхностную мембрану клетки, регистрируется разность потенциалов между поверхностью и содержимым клетки, равная потенциалу покоя клетки[Б43] . На рис. показано, что продвижение микроэлектрода внутри протоплазмы (рис. B, C, D) или изменение положения электрода внутри клетки (рис. E) на показаниях вольтметра не сказываются[Б44] . После прокола (рис. F) микроэлектродом мембраны на противоположной стенке клетки от входа в клетку электрода разность потенциалов вновь не регистрируется. Это свидетельствует о том, что разница потенциал действительно определяется между цитоплазмой и окружающим клетку наружным раствором[Б45] .

[Б47] Рис. . Результаты измерения разности потенциала микроэлектродным методом при разном расположении активного электрода.

У различных клеток мембранный потенциал покоя варьирует от –50 до –90 мВ[Б48] .

Биопотенциалы (потенциал действия клеточных мембран, мембранный потенциал покоя)

Биопотенциалы (от греческого слова — Bios — жизнь и латинского слова — Potentia — сила) — разность потенциалов между двумя точками живой ткани, которая отражает ее биоэлектрическую активность. Мембраны всех живых клеток в покое находятся в процессе поляризации, то есть имеют разный электрический потенциал внутренней и наружной поверхностей. Разность биопотенциалов между внутренней и наружной поверхностями клеточной мембраны называется мембранным потенциалом покоя. Разность биопотенциалов — величина постоянная и для разных типов клеток возбудимых тканей колеблется от -60 до -100 мВ. Возникновение мембранного потенциала покоя обусловлено разной концентрацией ионов натрия, калия, хлора, кальция снаружи и внутри клетки, а также различной проницаемостью для них мембраны. Так, концентрация ионов калия внутри клетки в 40-50 раз больше, чем в межклеточной жидкости, а концентрация ионов натрия, наоборот, больше снаружи клетки. Та же разница концентраций характерна для ионов кальция. В состоянии покоя мембрана проницаема для ионов калия, так как большинство калиевых каналов открыты, слабопроницаемые для натрия, так как практически все натриевые каналы закрыты, и непроницаемы для органических анионов и хлора, поскольку все каналы для них закрыты. Такое положение мембранных ионных каналов очень важен для генерации мембраннрго потенциала покоя.

Кроме указанных фактов, поляризация клеточной мембраны при открытых калиевых каналах объясняется еще, хотя и небольшим, но существующей утечкой ионов внутриклеточного калия в окружающую среду. Утечка калия создает разницу электрических биопотенциалов в условиях, когда вход ионов натрия в клетку, а также выход из нее органических анионов, которые могли бы нарушить градиент ионов, исключены свойствами клеточной мембраны, в покое.

В указанной выше ситуации на мембране клетки образуется двойной электрический слой: снаружи — катионы, в основном ионы натрия, внутри — анионы, преимущественно органических кислот. Таким образом, выход ионов калия из клетки создает избыток позитивного электрического заряда на внешней поверхности клеточной мембраны, присоединяясь к положительных зарядов ионов натрия. Негативно же заряженные ионы цитоплазмы клеток концентрируются у внутренней поверхности клеточной мембраны, создавая негативный электрический биопотенциал.

Читать еще:  Чай для потенции

При воздействии на клетку раздражителя в ней происходят сложные изменения в обмене веществ, микроструктуре, концентрации ионов и формируется специфическая реакция, обусловленная электрическим биопотенциалом, которая называется потенциалом действия (синоним потенциал возбуждения).

Потенциал действия — очень быстрое колебание мембранного потенциала покоя, формирующее при возбуждении клеток раздражителем пороговой силы. С помощью указанного потенциала действия передаются сигналы от нервов к мышечным клеткам, осуществляется передача информации в нервной системе от одной клетки к другой.

Если достигается критический уровень деполяризации, то происходит быстрое открытие натриевых каналов, которое приводит к лавинообразному поступлению ионов натрия внутрь клетки. Вход ионов натрия в клетку обеспечивает полную деполяризацию клеточной мембраны. В это время поступления позитивных зарядов в клетку вызывает снижение позитивного электрического заряда на внешней стороне мембраны и увеличение его в цитоплазме. Разность биопотенциалов падает до 0, а затем, по мере поступления ионов натрия в клетку, происходит изменение заряда мембранного потенциала покоя.

Внешняя поверхность становится электронегативной по внутренней поверхности клеточной ембраны, то есть происходит инверсия потенциала действия.

Таким образом, вход ионов натрия обеспечивает восходящую фазу пика потенциала действия — деполяризацию. В развитии потенциала действия участвуют, кроме натриевых и калиевых каналов, кальциевые каналы.

Но они способны активизироваться лишь при наличии во внутриклеточной среде факторов, необходимых для реакции фосфорилирования мембранных белков:

Ионы кальция играют главную роль в генерации потенциала действия в клетках синусового узла — водителя ритма сердца. В возникновении потенциала действия ионы кальция участвуют путем взноса в процесс деполяризации, осуществляя регуляцию калиевой и натриевой проницаемости клеточных мембран.

Однако ведущая роль кальциевых каналов заключается в обеспечении взаимосвязи между процессами деполяризации клеточной мембраны и процессов внутри клетки. При достижении определенного значения потенциала действия (≈120 мВ) натриевые каналы закрываются, и движение ионов натрия внутрь клетки останавливается (так называемая натриевая инактивация), но продолжается существенный выход ионов калия. Это приводит к приостановке повышения тока действия, пик потенциала действия заканчивается и начинается восстановление поляризации мембраны — реполяризация. В результате натриевой инактивации поток натрия в цитоплазму ослабевает, а увеличение калиевой проницаемости вызывает усиление потока калия в межклеточное пространство. Начинают работать калиевые и натриевые насосы. Сначала натриевый выкачивает ионы натрия наружу, восстанавливая первоначальную разницу концентраций. Затем включается механизм калиевого насоса, который возвращает ионы калия внутрь клетки из межклеточного пространства.

В результате указанных выше процессов внутренняя поверхность клетки вновь приобретает отрицательный заряд по внешней среды. На мембранный потенциал покоя влияет много лекарственных средств, механизм действия которых связан с изменением функциональной активности ионных каналов мембраны. Так, местные анестетики, отдельные противосудорожные препараты (дифенил, карбамазепин) и антиаритмические препараты (этмозин, этацизин, новокаинамид и др.) блокируют натриевые каналы, благодаря чему мешают развитию деполяризации.

Блокаторы медленных кальциевых каналов (верапамил и др.) уменьшают возбудимость клеток синусового узла и таким образом производят противоаритмическое действие. Гипогликемические препараты — производные сульфонилмочевины (глибенкламид и др.) Являются блокаторами АТФ-зависимых калиевых каналов в β-клетках поджелудочной железы. Это способствует деполяризации мембран, открытию потенциалзависимых Са 2+ -каналов, повышению уровня Са 2+ в β-клетках, стимулирует секрецию инсулина. Активаторы К+ -каналов (миноксидил) имеют гипотензивное действие, обусловленное расширением артериол.

Полезно знать

© VetConsult+, 2015. Все права защищены. Использование любых материалов, размещённых на сайте, разрешается при условии ссылки на ресурс. При копировании либо частичном использовании материалов со страниц сайта обязательно размещать прямую открытую для поисковых систем гиперссылку, расположенную в подзаголовке или в первом абзаце статьи.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector