5.6.1. Биоэлектрические явления в нервной и мышечной ткани

Мембранный потенциал или потенциал покоя - разность потенциалов (около 60-90 мВ) между наружной и внутренней поверхностями мембраны мышечной или нервной клетки. При этом наружная

поверхность клетки заряжена электроположительно по отношению к внутренней поверхности, заряженной электроотрицательно.

Потенциал действия возникает при нанесении на участок нервного или мышечного волокна раздражения достаточной силы и длительности, вызывающего формирование возбуждения. Колебание мембранного потенциала - наиболее важный признак возбуждения. При этом возбуждённый участок заряжается электроотрицательно по отношению к невозбуждённому.

Мембранный потенциал регистрируют с помощью электродов, введённых внутрь клетки. Потенциал действия можно зарегистрировать двумя способами: с помощью микроэлектродов, приложенных к внешней поверхности волокна (внеклеточное отведение), и микроэлектродов, введённых в цитоплазму (внутриклеточное отведение).

Происхождение потенциала покоя и потенциала действия

Установлено, что в основе биоэлектрических явлений лежат физико-химические процессы. Результат этих процессов - различие концентраций ионов Na+, K+ и Cl- в цитоплазме клетки и окружающей её среде, обусловленное неодинаковой проницаемостью клеточной мембраны для указанных ионов. Так, в цитоплазме нервных и мышечных клеток концентрация ионов К+ больше, а ионов Na+ и Cl- меньше, чем во внеклеточной жидкости. Кроме того, в состав цитоплазмы клетки входят отсутствующие во внеклеточной среде органические анионы (крупномолекулярные соединения, несущие положительный заряд).

Предполагают, что в клеточной мембране для каждого иона существуют специальные каналы. В состоянии покоя мембрана обладает повышенной проницаемостью для ионов К+, проницаемость же её для ионов Na+ резко снижена. При возбуждении проницаемость клеточной мембраны для ионов Na+ резко возрастает и превышает проницаемость для ионов К+. В связи с этим, ионы Na+ лавинообразно устремляются в клетку, что приводит в перезарядке клеточной мембраны. Наружная поверхность мембраны заряжается отрицательно по отношению к внутренней поверхности. Восстановление исходного уровня мембранного потенциала происходит за счёт резкого снижения натриевой проницаемости и активного переноса ионов Na+ из цитоплазмы клетки в окружающую среду.

Таким образом, возникновение биопотенциалов - функция клеточной мембраны, обладающей избирательной проницаемостью для ионов. Величину потенциала покоя и потенциала действия обусловливает разница концентраций ионов в системе, состоящей из клетки и окружающей среды.

5.6.2. Фазические и тонические мышечные волокна

Различают два типа мышечных волокон: медленные (тонические) и быстрые (фазические). Некоторые мышцы состоят только из одного вида волокон - быстрых или медленных, другие включают оба вида волокон. Возможность поддержания позы и совершения различных движений - результат наличия в организме двух видов мышечных волокон.

Тонические волокна характеризуются большим количеством митохондрий. Кислородное (аэробное) дыхание - источник АТФ в митохондриях. Саркоплазматический ретикулум развит слабо. В ответ на раздражение возникает медленное сокращение мышцы с постепенным расслаблением. Тонические волокна, расположенные в глубоких слоях мышц туловища и конечностей, обеспечивают длительное сокращение мышц и выполняют работу по поддержанию позы.

Фазические волокна содержат меньше митохондрий. Источником энергии в них служит АТФ, образующийся в результате анаэробных процессов, происходящих без кислорода. Саркоплазматический ретикулум в фазических мышечных волокнах развит хорошо. В ответ на раздражение в них происходит гораздо более быстрое сокращение, чем в тонических мышцах. Утомление и кислородная недостаточность также развиваются быстрее. Фазические мышцы расположены ближе к поверхности тела, обеспечивают частые сокращения, необходимые для быстрых движений.

Быстрые (фазические) мышцы потребляют в единицу времени больше энергии, чем медленные (тонические). Именно поэтому в поддержании позы участвуют исключительно тонические мышечные волокна.