Реферат: Постоянный электрический ток
Электрический ток в живых тканях.
Важная
роль электрических импульсов для жизнедеятельности организмов предполагалась
еще более 200 лет назад. Сейчас известно, что эти импульсы используются для
обеспечения управления работой органов и передачи информации между ними в
процессе жизнедеятельности. Роль кабелей для передачи сигналов в сложнейшем
“биологическом компьютере” играют нервы, основу которых составляют узко
специализированные клетки - нейроны. Основные функции этих клеток - прием,
обработка и усиление электрических сигналов. Нейроны связываются друг с другом
в “сеть” при помощи специальных удлиненных выростов - аксонов, выполняющих
функции проводников. Исследования распространения электрических сигналов в
аксонах выполнялись совместно биологами, химиками и физиками в 30-60 годах
нашего века и явились одним из первых удачных примеров плодотворного
сотрудничества представителей смежных естественных наук.
Как
оказалось, свойства электрических импульсов, распространяющихся в аксонах
существенно отличаются от привычных для электротехники: 1) скорость
распространения импульсов по аксону оказывается на несколько порядков меньше
характерных для металлических; 2) после прохождения электрического импульса
существует “мертвое” время, в течение которого распространение следующего
импульса невозможно; 3) существует пороговое значение напряжения (импульсы с
амплитудой ниже пороговой не распространяются); 4) при медленном нарастании
напряжения даже до превышающего порог значения импульс по аксону не передается
(“аккомодация”).
Перечисленные
нехарактерные для традиционной электротехники особенности проводимости аксонов
нашли объяснения в рамках весьма специфического электро-химического механизма,
центральная роль в котором принадлежит полу проницаемой для ионов клеточной
мембране, отделяющей содержащий аномально высокую концентрацию ионов K+ и
низкую - Na+ внутренний объем клетки (и ее аксона) от окружающей среды,
заполненной физиологическим раствором. В результате хаотического теплового
движения частиц через границу между областями с различными концентрациями
положительных ионов возникают диффузионные потоки (K+ - из клетки, Na+ - внутрь
ее), скорости которых регулируются проницаемостью клеточной мембраны и
электрической разностью потенциалов по обе стороны от нее. Изменения
проницаемости мембраны для каждого из ионов приводит к изменению количества
заряженных частиц, пересекающих границу и, следовательно, к изменению
электрического потенциала аксона относительно внешней среды. Как показали
опыты, проводимость участка мембраны изменяется в зависимости от приложенной к
нему разности потенциалов. Т.о. подаваемый на участок аксона электрический
импульс изменяет на небольшое время (зависящее от свойств аксона) проводимость
мембраны, что ведет к перераспределению зарядов, усилению импульса и
формированию его заднего фронта. При этом аксон одновременно играет роль
проводника и “усиливающих подстанций - ретрансляторов”, что позволяет избежать
затухания сигналов, передаваемых в организме на достаточно большие расстояния.
Интересно,
что весьма сходную проблему с той, что была решена природой, незадолго до
раскрытия механизма проводимости аксона пришлось решать в радиотехнике при
попытке организовать транс Атлантическую кабельную связь. Для того, чтобы
избежать затухания и искажения сигнала в длинной линии, кабель пришлось
разделить на сравнительно короткие звенья, между которыми были помещены
усилители. Опыт, накопленный физиками при создании длинных линий кабельной
связи существенно облегчил решение проблемы о механизме электропроводности
аксона.
Список литературы
Для
подготовки данной работы были использованы материалы с сайта http://study.online.ks.ua/
|