Физиология человека (том 1) (Покровский, Коротько - Физиология человека), страница 9

Активация кальциевых каналов обеспечивается деполяризацней клеточной мембраны, например входящим натрневым током. Процесс ннактнвацин кальциевых каналов достаточно слоыен. С одной стороны, повышение внутриклеточной концентрацни свободного калъция приводит к инактивации кальциевых каналов. С другой стороны, белки цитоплазмм клеток связывают калъций, что поззолжт поддер~кивать длительное время стабильную величину кальциевого тока, хотя и на низком уровне; при этом натриевый ток полностью подавляется. Кальциевые каналы играют существенную роль в клетках сердца.

Электрогенез кардиомиоцитов рассматривается в главе 7. Электрофизиологические характернсгики клеточных мембран исследуют с помгвцъю специальных методов. 2.!.2. Методы изучения возбудимых клеток Электрические явления, которые возникают в возбудимых тканях, обусловлены электрическими свойствами клеточных мембран. 34 Поэтому необходимо остйнопитасд на методических подходах современной фидиологии возбудимых тканей. исполъэуеммх при исследовании электрических характеристик клеточных мембран. Любав физиологическая установка, преднвзначеннвэ длв изучения во)будим«и клеток н тканей, должна содержать следующие основные элементы: 1) эхяктж)ды дяа репктрации и стимуляции; 2) усилители биаэлектрическюг сгптшлаа1 3) регнсцштор) е) стнмулвтор; 6) систему дла обработки фнзиологмчешюй инфоривции.

В зависимости от задач исследования обычно требуетсп дополнительное оборудование. Поскольку в современной мелициие широко используются методы электрофизиалогического исследования и вощейстеиа электрическим током. необходимо кратко познаммитасв с основными меюдическими приемами. При Работе на изолированньш органах, тканшг и отдельных клепшк применяют спеюшльные камеры и раствор«» определенного состава, например Рингерв-локка, Тироле, Хэнксв, позволяющие в течение длительного времени полдервсивать нормальную воцнедевтельность бмояопгческогп объекта.

Во время эксперимента раствор должен быть насыщен кислородом н имшь аютветствующую температуру (для клвднокрааных мишиных +20'С. Для теплокровнъш +27 СХ В процессе экспериьвхпв неабишнмо использовать проточные камеры дла непрерывною обновления распюра, в котором находится биолшычесгсий объект. При электрофизиавогнческих исследованиях испаиауют резяичнъж тном этак«родов. детальное описание котарык мшкно найти в ссответстауншош рукааадстшх. В то вге время есть определенные требования ко всем без исключения элекгрожгым сжтемхм.

Электроды. котарме используют в эксперименте. долхгды оказывать минимальное влияние иа абьект исследования, т. е. ани должны толща перелаввть информацию ат объекта или иа объект. Если в электрофизнолагическом эксперименте несла)очот собственно процесс шгзбуж)юнна, то неабгюдимо применять дяа электрода с рзхвичнай величиной плон)зли контактной поверхности (желательно в соотношении не менее 1:!00), при этом электрод меньшей плошади называют активным, или референтным, большей плошади — пассивным. или индифферентным. При исследовзиии процесса распространения вазбувшениа необходимо испожаоцзть два активиык электрода с одинаковой площадью контактных поверхностей.

уюцняшливвемык нв возбудимой ткани на некотором расстоянии друг от друга, и индифферентный электрод. который успшввлиааетсв в отдалении. В первом случае п)ворат о моно-(уни-)полярном способе отведения потенциала (раздражении), ао втором — о биполярном способе. необходима подчеркнуть, что термин «униполвримй» способ весьма условен„поскольку всегда Регтктрнруепн Резвость гююнциалав; а не абсолютное значение потенциала. Поскольку работа с биологическим объектом пшдхшумеввет контакт электрода с жндкостыю, содержащейся в бножвыческом объекте, высока вероятность возникновения контактных полврмзвпионных потенциалов.

которые могут сущесшенно исказить результаты иссяедоввния. чтобы избевшть возможных искажений в электрюфнзналшнчк~нх экспериментак. как правило, исгюльзуют специальные слвбаполвризующиеся электроды. например хлорсеребряиме или каломельные, имеющие незначительный полврышционный потенциал. При исследовании элекграфизиолюгических характеристик отдельных клеток используют стеклянные микроэлектроды. 0ни представляют собой иикрапипетку с диаметром кончика менее 0»6 мкм, заполненные ЗМ рвспюром хлорнда калия. В электрюфизнологическнх эксперименгшг при»шивют самые разяичиме усилители бгя)элегических снпшлов.

позеалшащие измерять минимальные изменения тока (до!О Л) и напрявшниа (до 10 В). В саши с тем что регистрируемые сигнвлм могут иметь высокую скорость ивраствнив переднею фронта. усилители должнм иметь достаточно широкую полосу пропускання (сотни кГц). Наибольшие требшшиия предъавлвютаг ко входным каскадам уоглителей, которые должны быть согласованы с внутренним сопротнвгшнием измерительного электрода. причем наибольшие труди(к«и экспериментатор встречает прн использовании микроэяектродов дла регистрации бис«рык изменений тока или потенциала, посколыгу микроэвектрады могут иметь очень высокое внутреннее сопротивление (до 1Я) мОм).

Стнмулвтары, рычит)шторы, системы управления экспериментам и обработки бхвзналагической информации еще более разнообразны и ик описание мшкио найти в специальной литературе. 2» ЗЗ На рис. 2.5, А показана схема простейшей установки для измерения трансмембраннои разности потенциалов и изучения реакций возбудимой мембраны при ее электрической стимуляции. Исследуемый биообъект (клетка, кусочек ткани) помещен в камеру, содержащую солевой раствор и электрод сравнения. Если измерительный электрод также находится в растворе, то разность потенциалов между ннм и электродом сравнения стремится к нулю. В момент проникновения микроэлектрода внутрь клетки регистрируют отрицательный потенциал относительно внешней среды (рис. 2.5, Б). Перемещение кончика микроэлектра(а внутри клетки ие приводит к изменению измеряемой разности потенциалов, если электрод не повредил клетку.

У покоящейся клетки с нормальным метаболизмом и стабильными условиями внешней и внутренней среды постоянная разность потенциалов будет регнсгрироваться неопределенно долго. Эта постоянная разность потенциалов называется потенциалом покоя, или хембранньсч потенциалом покоя. При этом потенциал внеклегочной среды принимается равным нулю. Величина потенциала покоя неодинакова у различных типов клепж и колебзекя обычно от — 7() до — 95 мВ. В том случае, если в клетку введен второй, стимулирующий микроэлектрод, можно исследовать реакцию возбудимой мембраны на действие электрического тока.

Если сгимулирукхций электрод электроотрипдтелен по отношению к внутренней среде клетки„то говорят о вхадюцем токе, при этом общая трансмембрзнная разность потенциалов увеличивается, т. е. происходит гиперполяризация клеточной мембраны. Напротив, если сгимулирующий электрод электроположителен по отношению к внутренней среде клетки, то говорят о выходящем токе, при этом общая трансмембранная разность потенциалов уменыпается, т. е.

происходит деполяризация клеточной мембраны (рис. 2.6). Как правило, црн действии гиперполяризующего тока потенциал мембраны изменяется в соответствии с законом Ома. При этом изменение потенциала не зависит от молекулярных процессов в мембране, поэтому говорвт, что изменюотся пассивные электрические свойства мембраны. При действии деполяризующего тока потенциал мембраны ие подчиняется закону Ома, что связано с изменением функциональных характеристик ионных каналов клеточной мембраны. Если деполяризации клеточной мембраны достигает так называемого критического уровня, происходит активация ионных каналов клеточной мембраны и возникает потенциал действия.

Критический гютенциал (Е ) — уровень мембранного потенциала, при котором начинается генерация потенциала действия. Потенциал дейсзпвия (ПД, спайк, импульс) — быстрое колебание мембранного потенциала покоя в положительном направлении. В этом случае мембрана реагирует активно, поскольку изменение трансмембранной разности потенциалов обусловлено изменением функциональных свойств ионных каналов. Детальный анализ процессов, протекающих в мембранах возбудимых клепж, был проведен Ход:ккиным, Хаксли и Катцем в опытах иа гигантском аксоне кальмара и привел к созданию современной теории происхождения потенциала покоя н потенциала дейсгвия. зт Б +20 мд Рис.

2.б. Реамцип возбудимой мембраим иа действие депплпризующпко и уиперполпризукнпетп пмюм. а — залива л ю н о м нбранм на и мрп мрн*р ю а о, н н люпюл р ау вне сз. лу ъме  — аалмюмна и намрммюнмю тмпарююлюрмкиюпмтп (3',3'т м люпюлюрнаумвмю О Ф') ютммулнруммппа тюка. 2Л.З. Потенциал покои Схема опмта Ходжкииа — Хаксли приведена на рис. 2.7.

В аксон кальмара диаметром около 1 мм„помещеннмй в морскудз воду, вводнлн активный электрод, второй электрод (электрод сравненив) -уе м > нес угас. З.т. Опыт Хпднкннд — Хаксли нв гпгвнтскпм дкепмс кдлвеедрд. Л "огммулекпв аксмм «лееггрносскнм стнмулсее прммугплоной формы: З вЂ” форма Патснвнаем дайстеню, эарегнстрнресаннав а леннокс спенс. ! акына 2 — мтнамей элскгрод; 3 элсатрод сраанснн»: 4 — уснлнтсле.

Стрелкам» покаэано напревееннс распрктранннм воебукннна. находился в морской ваде. В момент введения электрода внутрь аксона регистрировали скачок отрицательного потенциала, т. е. внутренняя среда аксона была заряжена отрицательно относительно внеюней среды. Как указывалось в разделе 2.1.2„электрический потенциал содерзсимого живых клеток принято измерять относительно потенцяала внепуней среды, который обычно принимают равным нулю. Поэтому считают синонимами такие понятия, как траисмембранная разность потенциалов в покое, потенциал покоя, мембранный потенциал. Обычно величина потенциала покоя колеблется от — 70 до — 95 мйе Согласно концепции Ходжкина и Хаксли, величина потенциала покоя зависит от ряда факторов, в частности от селективной (избирательной) проницаемости клеуочной мембраны для различных ионов; различной концентрации ионов цнтаплазмы клетки и монов окружзквций среды (ионной асимметрии); работы механизмов активного транспорта зонов.