Лекция: Ысқаша теория

Жасуша ішілік процестерді реттеу механизмінде, жасушалардың қозуы, нерв талшықтарының бойымен импулстердің таралуы, сыртқы тітіркендіргіштерге жауап реакцияларында, бұлшық ет жиырылуы механизмінде, энергия түрленуінің әртүрлі жағдайларында электрлік потенциалдардың пайда болуы мен таралуы тұрғысындағы электрлік процесстер үлкен роль атқарады.

Тірі жүйелерде биоэлектрлік потенциалдардың пайда болуына жеке ұлпалардың арасында, жасушалық қосылыс пен қоршаған сұйық жасушасының арасында, жеке жасушалық органоидтардың арасында белгілі бір физика-химиялық градиенттердің болуы себепші.

Стационар күйде болатын тірі жүйелерге тән тұрақты потенциалдар айырмасы болады, бұл градиенттер зат алмасудың нәтижесінде үнемі қолдау тауып отырады.

Потенциалдар айырмасы – бұл қарама – қарсы таңбадағы электр зарядтарының кеңістіктік бөлінуінің салдары.

Потенциалдар электрондық және иондық түрлерде бола алады.

Электрондық түрі – потенциалдар еркін электрондардың болуынан пайда болады.

Иондық түрі – потенциалдар иондардың болуынан пайда блады.

Биологиялық потенциалдардың пайда болуы жүйедегі иондар концентрациясының тең еместігіне негізделген.

Ұлпалар мен жасушаларда диффузиялық, мембраналық, фазалық, тотықтырушы-орнықтырушы биопотенциалдар пайда болады.

Жасуша мембранасында әрқашанда потенциалдар айырмасы болады, яғни жасуша ішілік электрлік потенциал сыртқыдан басқаша болады. Бұл потенциалдар айырымы тыныштық потенциалы деп аталады.

Жасушаға қандай да бір тітіркендіргіш әсер еткенде оның трансмембраналық потенциалы өзгереді де, әсер потенциалы немесе дәнекер деп аталатын потенциал пайда болады. Тыныштық потенциалының мұндай тербелісінің себебі мембрана өтімділігінің натрий үшін өзгеруі, бұл өз кезегінде натрийлік иондық арналардың ашылуына байланысты. Нерв талшықтары бойымен қозудың таралуы ағзаның қалыпты өмір сүруі жасушалар арасында ақпараттардың алмасуынсыз мүмкін емес, солардың бір көрінісі жасушалардың нерв импульстарын генерациялау мен қабылдау мүмкіншілігі болып табылады. Ағзада қозған жасушалар деп аталатындар өмір сүреді, оларға бұлшық еттік, нервтік және секреторлық жасушалар жатады. Бұл жасушалар қандай да бір жолмен басқалардың қозуына әсер етеді. Бұлшық ет жасушалары жиырылады, секреторлықтар биологиялық белсенді заттарды бөледі, ал нервтік жасушалар электрлік тербелістерді генерациялайды – нервтік импульс.

Нерв талшықтары миелинизирленген (майланған) және миелинизирленбеген (майланбаған).болып бөлінеді. Миелинизирленген нерв талшықтары цитоплазмалық мембранамен жабылған және құрамында аксоплазмасы бар остік цилиндрден тұрады. Оның айналасында бірнеше қабатты шванновский жасушалары (перефериялық нерв жүйесінде) немесе олигодендроглилер (орталық нерв жүйесінде) орап тұрады, бұл қабаттар бірігеді және нерв талшықтарының миелиндік қабықшасын жасайды. (1-сурет.)

Бұл жасушаларға тән қасиет бірдей аралықтардан кейін (0,2 ден 2 мм дейін), бұл қабықша жыртылады, және остік цилиндрдің мембранасы ашық қалады. Талшықтың мұндай бөліктерін Ранвье қамтып алуы деп атайды. Олардың ұзындығы шамамен 1 мкм-ді құрайды.

Мембраналық липидтер мен ақ уыздардан тұратын милендік қабықша нерв жасушасының сенімді оқшаулаушысы болып табылады, соның арқасында қозу аксон мембранасының тек ашық жерлерінде ғана болады. Миелинизирленбеген нерв талшықтары мұндай тығыз майлы қабықшаға ие емес. Шванновский жасушалары оларды бір-ақ рет орап тұрады.

Милеинизирленбеген нерв талшықтарының қандай да бір бөлігінің қозуы мембрананың локальдық деполяризациясына соқтырады. Сол уақытта мембрананың қалған (қозбаған) бөлігі өзінің кәдімгі потенциалдар айырмасын сақтайды: сыртқы бөлігі оң, ал ішкі бөлігі теріс зарядталады. Қозған және қозбаған облыстардың аралығында жергілікті токтар пайда болады. Бұл көрші бөліктердің деполяризациялануын туғызады, ал ол осы ретпен келесісін деполяризациялайды. Осциллографтың электродтарын жасушалық мембрананың екі бөлігіне жалғап әсер потенциалының таралуын бақылауға болады. Қозудың мұндай өту тәсілдерін үздіксіздік деп атайды.

Миелинизирленбеген нерв талшықтарында нерв импульстерінің үздіксіз өтуі мүмкін емес. Қозу (деполяризация) мембрананың барлық жерінде емес, тек Ранвье қамтып алуларында ғана болуы мүмкін. Мұндай бөліктердің бірі А-ның деполяризациясы көрші Б бөліктің деполяризациясын тудырады.(2-сурет.)

Ары қарай қозу В бөлікке өтеді де А бөлігі біраз уақыт қозуға сезімсіз (рефракторлық) болып қалады. Сол себептен нерв талшықтары бойымен импульстің таралуы бір бағытта ғана жүреді. Пайда болған әсер потенциалы Ренвьенің келесі қамтып алуында қозудың пайда болуына қажетті табалдырықтан бірнеше рет артық болады, сол себептен ұлпааралық сұйықтар мен аксоплазмалар кедергісінің нәтижесінде әлсірейтін сигналдарды күшейтеді және тасымалдаушы генератор түрінде қызмет етеді. Мелинизирленген талшықтар бойымен қозудың таралу механизмі секірмелі немесе сальтаторлы деп аталады.

Аутоиммундік аурулар – шашыраған склероз — кезінде ағзаның иммундік жүйесі миелиндік қабықшаны бұзады да, нерв талшықтарының жалаңаштануы (демиелинизация) пайда болады. Бұл жағдайда нерв импульстерінің бүлінген бөлік арқылы өтуі бұзылады да, әртүрлі жағдайлардың болуына соқтырады: көру мен бағдарлаудың бұзылуы, бұлшық ет әлсіздігі, бұлшық ет тонусының жоғарылауы және т.б. Демиелинизация мынандай ауруларда да: невралгия, радикулит, әртүрлі полиневропатия пайда болады.

Нерв импульстерінің өту жылдамдығы

Миелинизирленбеген нерв талшықтары бойымен әсер потенциалы -дің ара қашықтық х пен t уақытқа тәуелділі өзгерісі телеграфты теңдеу деп аталатын теңдеумен анықталады:

мұндағы D – талшықтың диаметрі, l – мембрана қалыңдығы, СМ – электр сыйымдылық, — аксоплазманың меншікті кедергісі, — мембрананың қозу кезінде бірден төмендеп кететін меншікті кедергісі.

Бұл теңдеудің стационар күйдегі шешуі келесі түрде беріледі ( болғанда): ,

мұндағы — нүктесіндегі потенциал; — талшық ұзындығының тұрақтысы, ол мынаған тең:

.

Нерв импульстерінің миелинизирленбеген нерв талшықтары бойымен таралу жылдамдығы ұзындық тұрақтысы сияқты талшық диаметрінің квадрат түбіріне тура пропорциональ. Диаметрдің үлкеюі мен қозудың таралу жылдамдығына әсер етеді.

Шамамен бірдей диаметрдегі нерв талшықтары үшін қозудың таралу жылдамдығы сенімділік факторы деп аталатын -ге тәуелді, ол келесі түрде өрнектеледі:

мұндағы — әсер потенциалының амплитудасы, әсер потенциалының генерациясын тудыратын деполяризацияның критикалық деңгейі. Қалыпты жағдайда сенімділік факторы 5-6 тең, яғни әсер потенциалының шамасы деполяризацияның табалдырық мембрананың келесі бөлігін қоздыруға қабілетті.

Тапсырмалар:

1. Егер талшық ұзындығының тұрақтысы болса, миелинизирленбеген нерв талшықтарының трасмембраналық потенциалдар айырымы қандай х қашықтықта төрт есе кемиді?

2. Миелинизирленбеген нерв талшықтарындағы трансмембраналық потенциалдар айырымы ара қашықтықта екі есе кішірейеді. Талшықтың ұзындық тұрақтысы -ны есептеңіз.

3. Мембрана қалыңдығының меншікті кедергісі аксоплазманың меншікті кедергісі ұзындық тұрақтысы болғандағы аксонның диаметрі D-ні есептеңіз.

Дебиет

1. В.А.Тиманюк, Е.Н.Животова. Биофизика.М., 2004ж. стр.394-397

2. А.Н.Ремизов, А.Г.Максина, А.Я.Потапенко. Медицинская и биологическая физика.М. «Высшая школа». 2004г.

3. Ф.А.Антонов, А.М. Черныш, В.И.Пасечник и др. Практикум по биофизике, М. Владос, 2001г.

4. Ю.А.Владимиров, Д.И.Рощупкин А.Я.Потапенко, А.И.Деев.Биофизика. М., 1983г.

5. Н.И.Губанов, А.А.Утепбергенов. Медицинская биофизика.М.,1978г.