Генерация потенциала действия, его формула и характеристики.
Генерация потенциала действия. Его форма и характеристики. Рефрактерный период. Распространение потенциала действия по безмиелиновому нервному волокну.
Возбудимость – состояние ткани, клетки отвечать на раздражение активной специфической реакцией (генерацией нервного импульса, сокращением).
Раздражение или стимуляция – процесс воздействия на живой объект внешних факторов, (раздражители – электрический ток, возбуждение при условии I>=Iпор).
Порог возбуждения – min сила раздражителя, необходимая для возникновения возбуждения, (кол-венная мера возбудимости тканей).
Действие раздражителя приводит к изменению мембранного потенциала клетки: фм=ф0+U, где ф0 – потенциал покоя.
Деполяризация – если мембранный потенциал становится выше потенциала покоя, U>0.
Гиперполяризация - ниже потенциала покоя, U<0.
Возбуждение (только при деполяризации) до определенного значения – критический потенциал, Екр.
Потенциал действия - кратковременное изменение мембранного потенциала во времени, которое происходит при возбуждении клетки.
Если сила раздражителя ниже порога возбуждения фм<Екр – подпороговый раздражитель. Нет раздражения, есть локальный ответ, проявляющийся в небольшом изменении мембранного потенциала, не достигающем Екр.
Если фм>=Екр и клетка возбуждается – пороговый раздражитель.
Фаза деполяризации (0,5-1мс). Концентрация Na+ снаружи клетки в десятки раз больше, чем внутри. При достижении Екр в мембране увеличивается проницаемость натриевых каналов и Na+ начинают лавинообразно входить в клетку, быстро повышая мембранный потенциал до фmax. Тогда Na+ накалы закрываются.
Проницаемость мембран аксона кальмара:
В покое РК+:РNa+:РCl- =1:0,04:0,45
В фазе деполяризации РК+:РNa+:РCl- =1:20:0,45
Фаза реполяризации обусловлена выходом ионов К+ из клетки.
Для нервных волокон: 0,5-1мс; для скелетных мышц: 5-10мс; для сердечной мышцы: 300мс.
Следовой потенциал продолжается до восстановления потенциала покоя клетки и обусловлен изменением проводимости К+ каналов при возбуждении клетки.
Амплитуда потенциала действия равна сумме абсолютных значений потенциала покоя и максимально достигаемого потенциала и составляет 90-120мВ: фд=фmax-ф0. Для каждых клеток она своя.
Рефрактерный период – min время, которое разделяет два последовательных потенциала действия.
Абсолютная рефрактерность – состояние полной не возбудимости мембран.
Относительная рефрактерность – период, когда путем значительного порогового воздействия можно вызвать потенциал действия, хотя его амплитуда будет ниже нормы.
Возбуждение на каком-то участке приводит к полной деполяризации мембраны в этом месте, в результате чего потенциал внутри аксона в этом месте повышается до значения φmax, тог как в невозбужденных участках он остается отрицательным и равным потенциалу покоя φ0. Под действием разности потенциалов (φmax-φ0) между возбужденными и невозбужденными участками аксона в аксоплазме возникает локальный ответ, подобный и снаружи. Локальный токи приводят к изменению концентрации зарядов по обе стороны мембраны. Когда мембранный потенциал достигает величины порогового потенциала возбуждения, натриевые каналы открываются, ионы натрия входят в клетку. Тем временем в раннее возбужденном участке идет процесс реполяризации, обусловленный выходом калия наружу. Увеличение диаметра аксона приводит к снижению электрического сопротивления и увеличению силы локальных токов.
Как зависит сопротивление живой ткани от частоты переменного тока? Приведите график, формулу и соответствующую эквивалентную схему. Как определяется коэф. жизнестойкости ткани?
Сопротивление ткани max и равно R1 на постоянном токе (ω=0), а с увеличением частоты импеданс сначала быстро уменьшается, а затем, достигнув некоторого значения Z2, остаётся практически неизменным. Такая зависимость указывает на то, что в живой ткани нет элементов, обладающих индуктивностью, но есть элементы, обладающие св-вами ёмкости. Z=R1√(R22+XC2)/√((R1+R2)2+XC2). Емкостное сопротивление ткани XC=1/ωC определяется её диэлектрическими составляющими. На очень высоких частотах сопротивление емкости стремится к нулю и импеданс живой ткани стремится к min значению: Z=R1R2/R1+R2. R1- сопротивление кожи, R2 – сопротивление цитоплазмы, крови. Зависимость импеданса ткани от частоты переменного тока определяется физиологическими особенностями ткани, что позволяет использовать измерения их электропроводимости в биологических и мед. исследованиях. Для живой ткани обычно R1>>R2, поэтому на средних частотах, когда (1/ωC)<<R1, импеданс описывается формулой Z=√(R22+(1/ ωC)2). Три вида ткани: живая, дефектная, мертвая. Коэф. поляризации (жизнестойкость) ткани К=ZН(v=103)/ZB(v=106). Для живой ткани К>>1.
В чём сущность метода дефибрилляции сердца? Укажите примерные значения параметров используемых при этом электрических импульсов.
Дефибрилляция – воздействие на сердце мощным одиночным импульсом тока длительностью tи=2-5мс,применяется либо при остановке сердца, либо при нерегулируемой аритмии. Один электрод под лопатку, другой на грудь. Напряжение 5-7 кВ, сила тока – 1А. На обнаженном сердце напряжение 1,5-2,5кВ. Мощный кратковременный импульс вызывает одновременное сокращение мышц миокарда.
Найдите эквивалентную дозу, полученную организмом при полном бета-распаде в нем фосфора 32Р (период полураспада 14 суток) с начальной активностью 0,3мКи. Эффективная энергия одного бета-распада 0,69МэВ. Масса человека равна 70кг. Считать, что радионуклид из организма не выводится.
14 суток – 120960секунд; 0,3мКи=0,3*10-3*3,7*1010=1,11*107Бк; 0,69МэВ=0,69*106*1,6*10-19=1,104*10-13Дж.
А=0,69N/T; N=АТ/0,69. D=E/m=E1N/m=E1AT/0,69m. k=1.
H=kD=1*1,104*10-13*1,11*107*120960/0,69*70=3,1*10-3Зв.
Явление самоиндукции. Энергия магнитного поля.
Рассмотрим замкнутый контур, по которому течет ток I, который создает магнитное поле, индукция И которого пропорциональна силе тока I. B=µµ0I/2r. Магнитный поток Ф через этот контур тоже будет пропорционален силе тока в контуре: Ф=LI, где L – коэф. пропорциональности (коэф. самоиндукции или индуктивность контура), [1Гн=1Вб/А] – индуктивность контура, в котором ток в 1 А создаёт магнитный поток через контур в 1 Вб. Если ток в контуре постоянный, то и магнитный поток Ф постоянный. Но если I контуре изменяется, то и Ф изменяется, в результате в контуре возникает ЭДС самоиндукции:
ЭДСсамоинд=(-dФ/dt)= -L(dI/dt). При быстром замыкании или размыкании цепи величина этой ЭДС может быть очень большой, и вызываемые ею индукционные токи (экстратоки) могут выводить из строя приборы, включенные в эту цепь. Поэтому мощные нагрузки включаются в цепь медленно, через специальные устройства (реостаты). Магнитное поле обладает энергией, которая зависит от силы тока, создающего это магнитное поле, и магнитного потока через контур с током, а также от силы тока и индуктивности контура: Wм=1/2ФI=1/2LI2=Ф2/2L. Электрический ток создаёт магнитное поле, которого определяется силой тока и индуктивностью контура.
В широкой части горизонтальной трубы вода (р=1000кг/м3) течет со скоростью 50cм/с (0,5м/с). Определите её скорость в узкой части трубы, если разность статических давлений в широкой и узкой частях равна 1,32кПа.
Всасывающее действие трубы. Уравнение Бернули: рv12/2+P1=рv22/2+P2; v2=√(2∆P/p+v12)=1,7м/с.
Возбудимость – состояние ткани, клетки отвечать на раздражение активной специфической реакцией (генерацией нервного импульса, сокращением).
Раздражение или стимуляция – процесс воздействия на живой объект внешних факторов, (раздражители – электрический ток, возбуждение при условии I>=Iпор).
Порог возбуждения – min сила раздражителя, необходимая для возникновения возбуждения, (кол-венная мера возбудимости тканей).
Действие раздражителя приводит к изменению мембранного потенциала клетки: фм=ф0+U, где ф0 – потенциал покоя.
Деполяризация – если мембранный потенциал становится выше потенциала покоя, U>0.
Гиперполяризация - ниже потенциала покоя, U<0.
Возбуждение (только при деполяризации) до определенного значения – критический потенциал, Екр.
Потенциал действия - кратковременное изменение мембранного потенциала во времени, которое происходит при возбуждении клетки.
Если сила раздражителя ниже порога возбуждения фм<Екр – подпороговый раздражитель. Нет раздражения, есть локальный ответ, проявляющийся в небольшом изменении мембранного потенциала, не достигающем Екр.
Если фм>=Екр и клетка возбуждается – пороговый раздражитель.
Фаза деполяризации (0,5-1мс). Концентрация Na+ снаружи клетки в десятки раз больше, чем внутри. При достижении Екр в мембране увеличивается проницаемость натриевых каналов и Na+ начинают лавинообразно входить в клетку, быстро повышая мембранный потенциал до фmax. Тогда Na+ накалы закрываются.
Проницаемость мембран аксона кальмара:
В покое РК+:РNa+:РCl- =1:0,04:0,45
В фазе деполяризации РК+:РNa+:РCl- =1:20:0,45
Фаза реполяризации обусловлена выходом ионов К+ из клетки.
Для нервных волокон: 0,5-1мс; для скелетных мышц: 5-10мс; для сердечной мышцы: 300мс.
Следовой потенциал продолжается до восстановления потенциала покоя клетки и обусловлен изменением проводимости К+ каналов при возбуждении клетки.
Амплитуда потенциала действия равна сумме абсолютных значений потенциала покоя и максимально достигаемого потенциала и составляет 90-120мВ: фд=фmax-ф0. Для каждых клеток она своя.
Рефрактерный период – min время, которое разделяет два последовательных потенциала действия.
Абсолютная рефрактерность – состояние полной не возбудимости мембран.
Относительная рефрактерность – период, когда путем значительного порогового воздействия можно вызвать потенциал действия, хотя его амплитуда будет ниже нормы.
Возбуждение на каком-то участке приводит к полной деполяризации мембраны в этом месте, в результате чего потенциал внутри аксона в этом месте повышается до значения φmax, тог как в невозбужденных участках он остается отрицательным и равным потенциалу покоя φ0. Под действием разности потенциалов (φmax-φ0) между возбужденными и невозбужденными участками аксона в аксоплазме возникает локальный ответ, подобный и снаружи. Локальный токи приводят к изменению концентрации зарядов по обе стороны мембраны. Когда мембранный потенциал достигает величины порогового потенциала возбуждения, натриевые каналы открываются, ионы натрия входят в клетку. Тем временем в раннее возбужденном участке идет процесс реполяризации, обусловленный выходом калия наружу. Увеличение диаметра аксона приводит к снижению электрического сопротивления и увеличению силы локальных токов.
Как зависит сопротивление живой ткани от частоты переменного тока? Приведите график, формулу и соответствующую эквивалентную схему. Как определяется коэф. жизнестойкости ткани?
Сопротивление ткани max и равно R1 на постоянном токе (ω=0), а с увеличением частоты импеданс сначала быстро уменьшается, а затем, достигнув некоторого значения Z2, остаётся практически неизменным. Такая зависимость указывает на то, что в живой ткани нет элементов, обладающих индуктивностью, но есть элементы, обладающие св-вами ёмкости. Z=R1√(R22+XC2)/√((R1+R2)2+XC2). Емкостное сопротивление ткани XC=1/ωC определяется её диэлектрическими составляющими. На очень высоких частотах сопротивление емкости стремится к нулю и импеданс живой ткани стремится к min значению: Z=R1R2/R1+R2. R1- сопротивление кожи, R2 – сопротивление цитоплазмы, крови. Зависимость импеданса ткани от частоты переменного тока определяется физиологическими особенностями ткани, что позволяет использовать измерения их электропроводимости в биологических и мед. исследованиях. Для живой ткани обычно R1>>R2, поэтому на средних частотах, когда (1/ωC)<<R1, импеданс описывается формулой Z=√(R22+(1/ ωC)2). Три вида ткани: живая, дефектная, мертвая. Коэф. поляризации (жизнестойкость) ткани К=ZН(v=103)/ZB(v=106). Для живой ткани К>>1.
В чём сущность метода дефибрилляции сердца? Укажите примерные значения параметров используемых при этом электрических импульсов.
Дефибрилляция – воздействие на сердце мощным одиночным импульсом тока длительностью tи=2-5мс,применяется либо при остановке сердца, либо при нерегулируемой аритмии. Один электрод под лопатку, другой на грудь. Напряжение 5-7 кВ, сила тока – 1А. На обнаженном сердце напряжение 1,5-2,5кВ. Мощный кратковременный импульс вызывает одновременное сокращение мышц миокарда.
Найдите эквивалентную дозу, полученную организмом при полном бета-распаде в нем фосфора 32Р (период полураспада 14 суток) с начальной активностью 0,3мКи. Эффективная энергия одного бета-распада 0,69МэВ. Масса человека равна 70кг. Считать, что радионуклид из организма не выводится.
14 суток – 120960секунд; 0,3мКи=0,3*10-3*3,7*1010=1,11*107Бк; 0,69МэВ=0,69*106*1,6*10-19=1,104*10-13Дж.
А=0,69N/T; N=АТ/0,69. D=E/m=E1N/m=E1AT/0,69m. k=1.
H=kD=1*1,104*10-13*1,11*107*120960/0,69*70=3,1*10-3Зв.
Явление самоиндукции. Энергия магнитного поля.
Рассмотрим замкнутый контур, по которому течет ток I, который создает магнитное поле, индукция И которого пропорциональна силе тока I. B=µµ0I/2r. Магнитный поток Ф через этот контур тоже будет пропорционален силе тока в контуре: Ф=LI, где L – коэф. пропорциональности (коэф. самоиндукции или индуктивность контура), [1Гн=1Вб/А] – индуктивность контура, в котором ток в 1 А создаёт магнитный поток через контур в 1 Вб. Если ток в контуре постоянный, то и магнитный поток Ф постоянный. Но если I контуре изменяется, то и Ф изменяется, в результате в контуре возникает ЭДС самоиндукции:
ЭДСсамоинд=(-dФ/dt)= -L(dI/dt). При быстром замыкании или размыкании цепи величина этой ЭДС может быть очень большой, и вызываемые ею индукционные токи (экстратоки) могут выводить из строя приборы, включенные в эту цепь. Поэтому мощные нагрузки включаются в цепь медленно, через специальные устройства (реостаты). Магнитное поле обладает энергией, которая зависит от силы тока, создающего это магнитное поле, и магнитного потока через контур с током, а также от силы тока и индуктивности контура: Wм=1/2ФI=1/2LI2=Ф2/2L. Электрический ток создаёт магнитное поле, которого определяется силой тока и индуктивностью контура.
В широкой части горизонтальной трубы вода (р=1000кг/м3) течет со скоростью 50cм/с (0,5м/с). Определите её скорость в узкой части трубы, если разность статических давлений в широкой и узкой частях равна 1,32кПа.
Всасывающее действие трубы. Уравнение Бернули: рv12/2+P1=рv22/2+P2; v2=√(2∆P/p+v12)=1,7м/с.