Материал: Компендиум
мембрана имеет непосредственный контакт с внешним раствором (рисунок 40). Наличие миелиновой оболочки позволяет увеличить скорость распространения возбуждения примерно в 25 раз по сравнению с немиелинизированным волокном, уменьшает энергозатраты организма, так как уменьшается общее количество ионов, пересекающих мембрану – ионы перемещаются только в области перехватов Ранвье.
Рассмотрим процесс распространения возбуждения по безмиелиновым нервным волокнам.
При возбуждении участка нервного волокна (рисунок 41) происходит деполяризация данного участка. При деполяризации с наружной стороны мембран возникает отрицательный электрический потенциал, а с внутренней стороны – положительный потенциал. Между возбужденным и невозбужденным участками нервного волокна возникнут локальные электрические токи, так у возбужденного участка внутренняя поверхность имеет положительный заряд, а у невозбужденного участка – отрицательный электрический заряд и между ними возникает разность потенциалов. По поверхности нервного волокна локальный электрический ток течет от невозбужденного участка к возбужденному, внутри волокна электрический ток течет в обратном направлении – от возбужденного участка к невозбужденному.
Эти локальные токи являются раздражителями для невозбужденных участков, непосредственно примыкающих к возбужденному участку. В них также возникает возбуждение (потенциал действия). В то же время локальные токи приводят к
|
тому, что возбужденные |
|||
|
участки |
приходят |
в |
|
|
состояние покоя – в них |
|||
|
ПД сменяется ПП. |
|
|
|
|
|
Возбужденные |
||
|
участки, |
в |
свою |
|
|
очередь, |
предают |
||
|
сигнал |
дальше, |
и |
|
|
|
процесс |
||
|
|
|||
Рисунок 41. Распространение потенциала |
распространяется |
вдоль |
||
действия по волокну |
аксона. |
(Существует |
||
111
внешняя аналогия между распространением нервного импульса и распространением огня по бикфордову шнуру).
В миелинизированном волокне распространение импульса возбуждение происходит за счет локальных токов, которые вынуждены циркулировать между соседними перехватами Ранвье (рисунок 42). Передача возбуждения происходит быстрее, чем в немиелинизированном волокне.
Рисунок 42. Распространение потенциала действия по миелинизированному волокну
Калиевые и натриевые каналы открываются только в перехватах Ранвье, так как миелин является хорошим изолятором, таким образом, импульс «перескакивает» с одного перехвата на другой – такое поведение называется сальтаторным. Миелинизация аксона позволяет достигать высокой скорости передачи импульса при очень малом диаметре волокна. Это дало позвоночным важное эволюционное преимущество, и во многом обусловило их дальнейшее развитие.
112
ВНЕШНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПОЛЯ ТКАНЕЙ И ОРГАНОВ
1. Электрическое поле и его характеристики
Электрическое поле – это разновидность материи, посредством которой осуществляется силовое воздействие на электрические заряды, находящиеся в данном поле.
Силовой характеристикой электрического поля является напряженность (E), равная отношению силы, действующей в данной точке поля на точечный заряд, к величине этого заряда.
E Fq
Напряженность – вектор, направление которого совпадает с направлением силы, действующей в данной точке поля на положительный точечный заряд. Напряженность электрического поля, созданная точечным зарядом q на расстоянии r от него, равна:
E |
q |
4 0 r 2 |
Электрическое поле изображается графически силовыми линиями, касательные к которым совпадают с направлением напряженности поля в соответствующих точках. Силовые линии направлены от положительных зарядов к отрицательным. Линии проводят с такой густотой, чтобы число линий, проходящих через единичную площадку, перпендикулярную им, было пропорционально значению напряженности электрического поля в месте расположения площадки. Электрическое поле называют однородным, если напряженность во всех точках пространства
одинакова по величине и направлению (рисунок 43): E const.
113
Рисунок 43. Однородное и неоднородное электрические поля
При перемещении заряда из одной точки поля в другую силы поля совершают работу, которая не зависит от формы пути. Отношение работы к заряду не зависит от заряда и является энергетической характеристикой поля, относящейся к двум конкретным точкам. Эта характеристика называется разностью потенциалов:
U1,2 1 2 qA
Потенциал точки электрического поля численно равен работе, совершаемой силами поля, по перемещению единичного положительного заряда из данной точки в бесконечно удаленную точку пространства.
qA
Потенциал поля точечного заряда в точке, удаленной на расстояние r, можно найти по формуле:
|
q |
|
4 0 r |
||
|
Работа, совершаемая электрическим полем по перемещению заряда из одной точки в другую:
A q( 1 2 ) qU
Как видно, работа не зависит от траектории, по которой перемещается заряд. Если заряд перемещается по замкнутой траектории, работа равна нулю.
Для электрических полей применим принцип суперпозиции:
EE1 E2 ... En
1 2 ... n
114
2. Электрический диполь. Поле диполя. Диполь в электрическом поле
Система, состоящая из двух равных, но противоположных по знаку, точечных электрических зарядов, расположенных на расстоянии l друг от друга, называется электрическим диполем.
Основной характеристикой диполя является электрический (дипольный) момент p, равный произведению заряда q на плечо диполя l. Дипольный момент – это вектор, который направлен от отрицательного заряда к положительному (рисунок 44):
p ql
Рисунок 44. Электрический диполь
Поместим диполь во внешнее однородное электрическое поле напряженностью E (см. рисунок 45). На положительный заряд будет действовать сила F qE , направленная по полю, а
на отрицательный заряд – сила F qE направленная против поля. Силы равны по модулю и образуют момент пары сил:
M p E
Или в скалярной форме:
M pE sin qEl sin
Рисунок 45. Диполь в однородном Рисунок 46. Диполь в неоднородном
электрическом поле |
электрическом поле |
|
Рассмотрим диполь |
в неоднородном электрическом поле |
|
(рисунок 46). |
|
|
На диполь будут действовать силы F qE и F |
qE |
|
115