Диффузионные, мембранные и фазовые потенциалы

БИОФИЗИЧЕСКИЕ ПРЕДПОСЫЛКИ ВОЗНИКНОВЕНИЯ БИОПОТЕНЦИАЛОВ.

БИОПОТЕНЦИАЛЫ.

Измерение биопотенциалов является объективным, универсальным точным показателем течения физиологических функций различных органов.

Все процессы жизнедеятельности органов 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 (БП) 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 использования измерения БП в медицине необходимо выяснение механизмов их возникновения.

Для возникновения БП 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. Диффузионная разность потенциалов может быть найдена из уравнения Гендерсона: Е = [ (U - V) RT ln (a1/a2) ] / (U + V) ZF,

где U - подвижность катиона; V - подвижность аниона; R - газовая постоянная; T - абсолютная температура; Z - валентность ионов; F - число Фарадея; a1 - активность ионов в области, откуда идет диффузия; a2 - активность ионов в области, куда идет дифффузия.

Под активностью ионов понимают их активную концентрацию. Активность ионов всегда меньше их абсолютной концентрации, что обусловлено взаимодействием ионов друг с другом, а также их взаимодействием с электрически заряженными группами других молекул. Активность выражается произведением коэффициента активности f, определяемым эмпирически, на абсолютную концентрацию С ионов: a = f C

Частным случаем диффузионного потенциала является мембранный потенциал. Он возникает при наличии пористой перегородки (в клетке - мембрана), которая избирательно пропускает катионы и анионы, например, пропускающей только катионы. Это приводит к возникновению разности потенциалов, которую можно найти из формулы:

E = (RT / ZF) ln (a1/ a2) - она называется уравнением Нернста. Если перейти от натуральных логарифмов к десятичным и подставить значения постоянных, то при 20° С получим: E = 58 lg (a1 / a2) ] / Z [mB] - это уравнение обычно используют при практическом расчете мембранных потенциалов.

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

Фазовые потенциалы возникают на границе раздела двух несмешивающихся фаз (например, раствор электролита в воде и какое-либо масло) в результате различной растворимости катионов и анионов в неводной фазе. Величину фазовых потенциалов можно определить из уравнения Гендерсона.