Биоэлектрические потенциалы

Биоэлектрический потенциал – это разность потенциалов между двумя точками живой ткани, определяющая ее биоэлектрическую активность. Биопотенциал имеет мембранную природу.

Для подвижности иона U_m А. Эйнштейном получена формула:

.

Здесь R – универсальная газовая постоянная.

Можно считать, что поле внутри мембраны однородно. Тогда ; ‑ разность потенциалов между стенками мембраны; L ‑ ее толщина. Уравнение Нернста-Планка примет вид:

Введем величину – называемую безразмерным потенциалом.

;

Решая это уравнение методом разделения переменных получим:

,

здесь ‑ коэффициент распределения вещества; и – концентрации частиц внутри и снаружи клетки соответственно.

(53.1)

– коэффициент проницаемости мембраны.

а) Потенциал покоя – разность потенциалов между цитоплазмой и окружающей средой в нормально функционирующей клетке. Основной вклад в суммарный поток ионов через мембрану, а, следовательно, в создание и поддержание потенциала покоя вносят ионы Na⁺, K⁺, Cl^‑. Суммарная плотность потока равна:

; – стационарное состояние. С учетом уравнения (53.1):

Это уравнение логарифмируем и заменяем на , Z=1 (одновалентные ионы).

Это уравнение Гольдмана–Ходжкина–Катца. Оно отражает состояние системы в том случае, когда через мембрану идут встречные потоки ионов. Диффузия K⁺ и Cl^‑ идет в обе стороны, Na⁺ только внутрь. Однако АТФ интенсивно выводит Na⁺ из клетки, а K⁺ в клетку. Основной вклад в потенциал покоя вносят только K⁺ и Cl^‑. Расчет дает ≈ –90 мВ ((–) со стороны цитоплазмы). Такое состояние мембраны является поляризованным.

Все живые клетки при действии различных раздражителей переходят в возбужденное состояние. При этом разность потенциалов меняется, появляется электрический импульс. Он определяет потенциал действия.