Распространение автоволн в однородных средах

План.

Тема: Автоволновые процессы в активных средах.

1. Автоколебания и автоволны в органах и тканях.

2. Распространение автоволн в однородных средах.

3. Циркуляция волн возбуждения в кольце.

4. Ревербератор в среде с отверстием.

5. Ревербераторы в неоднородных средах.

Автоволновыми процессами называют процессы распространения волн возбуждения в активных средах, и являются одним из характерных проявлений самоорганизации систем.

Толчком к изучению автоволновых процессов послужило открытие Б.П. Белоусовым в 1959 году автоколебательных процессов при реакции окисления лимонной кислоты броматом с катализатором – ионами церия.

Жаботинский А М с сотрудниками в 70-е годы провели исследования и доказали, что автоколебания и автоволны существуют не только в химических, но и в биологических системах (фотосинтез), гликолиз.

В организме волны возбуждения обеспечивают электромеханическое сопряжение и координацию сокращений мышечных структур, синхронизацию отдельных частей и систем органов, работу двигательного аппарата, осуществляют многие жизненно важные функции.

Нарушение распространения автоволн приводит к нарушениям функционирования различных органов и систем организма. Такие нарушения могут возникнуть в проводящей и мышечной системах сердца, в гладкомышечных структурах сосудов, в сетчатке глаза.

Нарушение распространения автоволн в сердце может вызывать аритмии, а образование спиральных автоволн — фибрилляцию желудочков.

Процессы, которые повторяются во времени, называют колебаниями. В биологических объектах наблюдаются колебания различных видов на всех уровнях их организации /механические колебания в стенке сосудов/.

Различают: свободные, вынужденные и автоколебания.

Свободные — это колебания, которые совершаются без энергии извне, являются затухающими колебаниями. К ним относятся колебания тканей при перкуссии (постукивании), когда определяются границы печени, сердца.

Вынужденные колебания — совершаются под воздействием внешней, периодически изменяющиейся силы. Например, колебания голосовых связок под воздействием воздушного потока.

Важные функции организма осуществляются за счет автоколебательных систем, в них восполнение затрачиваемой энергии происходит за счет внутреннего источника энергии, содержащегося в самой автоколебательной системе, к которой относится синусопредсеодный узел сердца.

Волна —это процесс распространения колебаний или отдельных возмущений в пространстве — механические, электромагнитные волны.

Основным механизмом передачи потенциалов действия в живом организме является распространение волн возбуждения, которые могут распространяться по клеткам скелетной мускулатуры, мочевого пузыря, кровеносных сосудов, по нервным волокнам и мышечным структурам сердца.

Процесс распространения волн возбуждения в тканях организма имеет особенности по сравнению с механическими и электромагнитными волнами, так как ткани организма являются активными средами.

Активная среда — среда состоящая из большого числа отдельных элементов (клеток), каждый из которых является автономным источником энергии. Элементы активной среды контактируют между собой и могут передавать импульс возбуждения от одной клетки к другой. В таких средах волны возбуждения называются автоволнами. /мышечные структуры сердца, гладкие волокна сосудов, желудка/.

Автоволны – это самоподдерживающиеся волны возбуждения в активной среде, сохраняющие свои характеристики постоянными за счет распределенных в среде источников энергии.

Характеристика волны — период, длина, амплитуда и форма зависят от локальных свойств активной среды, и не зависит от начальных условий. Механические и электромагнитные волны в неактивной среде переносят энергию от источника возмущения. Интенсивность волны уменьшается по мере удаления от источника возмущения — волна затухает.

Электрические импульсы возбуждения – потенциалы действия распространяются по нервным и мышечным волокнам без затухания, так как в каждой точке возбудимой активной среды, куда дошло возбуждение, генерируется потенциал действия. / Мышечные и нервные волокна являются средами с распределенными источниками энергии катаболизма клетки/.

Каждая клетка, являющаяся элементом активной среды, может находиться в одном из трех состояний:

1. возбуждение – в этом состоянии клетка не возбудима, но может возбудить соседнюю клетку, находящуюся в покое.

2. «рефрактерный» хвост – в этом состоянии клетка не возбудима, но не может возбудить клетку, находящуюся в покое.

3. покой—в этом состоянии клетка может быть возбуждена соседней клеткой, если трансмембранный потенциал соседней клетки выше значения порога данной клетки.

Свойства автоволн в активных средах:

1. Автоволна распространяется без затухания.

2. Автоволны не отражаются от препятствий.

3. Направление распространения автоволны определяется зонами рефрактерности и покоя. /В однородных средах длина волны возбуждения постоянна, две встречные волны гасят друг друга, т.к. каждая из волн накладывается на невозбудимую зону встречной волны/.