В.Ф. Антонов - Биофизика мембран (статья), страница 4

Две встречных волны гасятдруг друга (рис. 6). Это объясняется тем, что возбуждение связано с рефрактерностью АВС в течение некоторого времени.Аналогично гасят друг друга два встречных лесных пожара. Позади огненного фронта остаетсявыжженная земля, зона рефрактерности, лишеннаяисточников энергии.Автоволновые процессы возникают в средах,неоднородных по рефрактерности, когда в разныхучастках среды разные периоды рефрактерности.ëéêéëéÇëäàâ éÅêÄáéÇÄíÖãúçõâ ÜìêçÄã, ‹6, 1996ϕМбаϕМПорогvПокойxtПорог(R – τ)vτvλ=RvПокойτR–τ123RРис. 5. τ- Модель. а – Упрощенный график временной зависимости мембранного потенциала в АВС при возбуждении: τ – время возбуждения, R − τ – “рефрактерный хвост”, R – период рефрактерности; б – упрощенная схемараспространения возбуждения в ABC: υ – скорость распространения возбуждения, Rυ – ширина зоны рефрактерности, длина волны возбуждения, τυ – ширина зоны возбуждения, (R − τ)υ – ширина зоны “хвоста рефрактерности”, 1 – покой, 2 – хвост рефрактерности, 3 – фронт волны.Иначе будет, если в кольце АВС имеется участокСД, период рефрактерности элементов которого,больше, чем период рефрактерности остальной среды.

В этом случае может возникнуть циркуляциявозбуждения в кольце. Это произойдет, если в точкеабIвгВВВААABCIIДРис. 6. Аннигиляции (взаимное гашение) волн.Условные обозначения см. на рис. 5.ÇÓÁÌËÍÌÓ‚ÂÌË ˆËÍÛÎflˆËË ‚ÓÁ·ÛʉÂÌËfl‚ ÍÓθˆÂ ÄÇëПервыми попытками объяснить сердечныеаритмии и фибрилляцию были построения моделейвозникновения циркулирующих волн в кольце АВС(рис.

7). Если кольцо АВС однородно по рефрактерности, то есть каждый элемент АВС имеет одинаковую рефрактерность, две волны возбуждения,идущие по кольцу от источника возбуждения А навстречу друг другу, гасят друг друга в точке В (рис. 7).ÄçíéçéÇ Ç.î. ÅàéîàáàäÄ åÖåÅêÄçВДСАСАРис. 7. Взаимное гашение волн в кольце однородной по рефрактерности ABC (I) и образованиециркуляции возбуждения в кольце неоднороднойпо рефрактерности ABC (II).А – место рождения волны, В – область ABC равноудаленная от А; CД – область повышенной рефрактерности; а – начало движения второй волны(вверху кольца показана область рефрактерности,выявленная первой волной (СД); б – блокированиевторой волны, идущей влево (волна, идущаявправо, движется без помех); в – продолжениедвижения второй волны, идущей вправо (областьрефрактерности CД перешла в состояние покоя);г – незатухающая циркуляция волны возбуждения.11А внешнее воздействие создает подряд два возбуждения. Причем вторая волна возникает через время,меньшее, чем период рефрактерности участка СД.Тогда волна 2, идущая влево, может дойти до участка СД к моменту времени, когда он еще остается рефрактерным, и гасится.

Остается одна волна 2, идущая вправо. Если она дойдет до участка СД черезвремя, за которое он успеет прийти в состояние покоя, волна 2 пройдет дальше и в кольце так и будетпродолжаться незатухающий процесс – циркуляциявозбуждения. Условия возникновения циркуляции:время между посылкой двух импульсов возбуждениядолжно быть меньше периода рефрактерности участка СД; длина окружности кольца должна бытьбольше длины волны возбуждения.Автоволновыми процессами, возникающимивследствие циркуляций волн возбуждения вокруготверстий, образуемых в сердце полыми венами,можно объяснить аритмические сокращения предсердий.áÄäãûóÖçàÖРазвитие естественных наук в настоящее времяпроисходит стремительно. Среди них особенно быстро развиваются биологические науки, и можносогласиться с учеными, которые считают, что наукаXXI века будет в значительной степени направленана решение проблем молекулярной биологии и медицины.

С момента открытия “спирали жизни” –двойной спирали ДНК – прошло не так много времени, но уже сформировалась молекулярная биология и современная биотехнология; в медицине появились и стали доминирующими представления онаследственном характере многих заболеваний.Научная программа “Геном человека” позволит ужев начале XXI века расшифровать полную карту генома человека, что кардинально изменит биологиюи медицинскую науку.Наибольшего успеха биология мембран достиглав расшифровке механизмов возбудимости нервныхи мышечных клеток. Поразительно, что эти исследования, с одной стороны, оказали существенноевлияние на митохондриологию, где была сформулирована знаменитая хемиосмотическая теорияокислительного фосфорилирования; а с другой стороны, они привели к установлению автоволновойприроды распространения импульса биопотенциала в возбудимых тканях.

На основе физической мо-12дели – бислойной липидной мембраны – стала возможна полная реконструкция клеточной мембраныс ее многочисленными функциями – транспортной, электрической и рецепторной. Липосомы (искусственные мембранные частицы) используются вмедицине с целью направленной доставки лекарств. Вековая мечта фармакологов об инструменте, с помощью которого можно оказывать лечебноевоздействие на отдельную клетку, близка к осуществлению.Совершенно очевидно, что школьники, мечтающие заниматься естественными науками, должныбыть знакомы с достижениями современной наукив интегрированном целостном виде, чему и призвана способствовать данная статья.Автор считает своим приятным долгом поблагодарить своих коллег: профессора А.М.

Черныша,профессора В.И. Пасечника, доцента С.А. Вознесенского за полезное обсуждение, Соросовского аспиранта Н.Э. Богатырева и Соросовского студентаВ. Чекина за помощь в подборе материала, А.А. Черныша за помощь в компьютерном оформлениистатьи.êÖäéåÖçÑìÖåÄü ãàíÖêÄíìêÄ1. Биологические мембраны. Двенадцать очерков оструктуре, свойствах и функциях мембран /Под ред.Д. Парсона/ М.: Атомиздат, 1978.2. Рубин А.Б. Биофизика. Книга 2.

Биофизика клеточных процессов. М.: Высшая школа, 1987.3. Современные достижения физики (в помощьшкольнику). М.: Наука, 1990.4. Ивков В.Г., Берестовский Г.Н. Динамическая структура липидного бислоя. М.: Наука, 1978.5. Антонов В.Ф., Смирнова Е.Ю., Шевченко Е.В. Липидные мембраны при фазовых превращениях. М.:Наука, 1992.6. Беркинблит М.Б., Глаголева Е.Г. Электричество вживых организмах. Библиотечка “Квант”, вып. 69. М.:Наука, 1988.7. Биофизика сложных систем и радиационных нарушений. М.: Наука, 1977.8. Ходжкин А. Нервный импульс. М.: Мир, 1965.* * *Валерий Федорович Антонов, доктор биологических наук, профессор, зав. кафедрой медицинскойи биологической физики Московской медицинскойакадемии им.

И.М. Сеченова. Автор более 200 статей и двух монографий по биофизике мембран.ëéêéëéÇëäàâ éÅêÄáéÇÄíÖãúçõâ ÜìêçÄã, ‹6, 1996.