Раздражение при возбуждении. Порог раздражения
Живые клетки, ткани, органы реагируют на воздействие различных факторов внешней и/или внутренней среды. Это воздействие называется – раздражением. Реакцию на это воздействие – возбуждением.
Раздражение à Биофизическая система à возбуждение
Природы раздражения: физическая, химическая, механическая, любая.
Чтобы наступило возбуждение, энергия раздражения должна преодолеть определенный порог.
Порог раздражения (ПР) – это min сила раздражения, вызывающая реакцию возбужденной ткани.
В случае воздействия электрического тока, ответная реакция проявляется в виде сокращения мышц, болевого ощущения и т.д.
Пороговая сила тока ( i П ) – это min значение силы тока, при котором возникает ответная реакция организма.
Раздражающее действие Э.Т. Закон Дюбуа-Реймона.
Термическое действие постоянного Э.Т. (i>iП), связано со смещением заряженных частиц, преимущественно ионов тканевых электролитов.
Положительные и отрицательные ионы движутся в противоположных направлениях вдоль силовых линий электрического поля.
Вблизи клеточных мембран, ограничивающих их разделение и накопление – возникает поляризация.
В результате этого изменяется обычный состав ионов по обе стороны клеточной мембраны.
Изменение ионной среды, приводит к изменению функционального состояния клетки в сторону торможения или возбуждения ее деятельности.
Говорят, что этим самым Э.Т. оказывает раздражающее действие.
Поляризация на мембране à раздражающее действие.
В 1845г – Дюбуа-Реймон установили, что:
Раздражающее действие Э.Т. прямопропорционально скорости нарастания (изменения) силы Э.Т.
ε~di/dt – раздражающее действие (раздражение) – математическое выражение закона
i – сила тока
di/dt=i` - первая производная силы тока по времени.
Согласно физическому смыслу производной – i` - это υi – скорость нарастания силы тока.
ε=k*di/dt, где k – коэффициент пропорциональности.
Экспериментальный график i = f ( t )
i
1
2
α
α t
1 – быстрое нарастание силы тока (iП1 – п.р.1)
2 – медленное нарастание силы тока (iП2 – п.р.2)
На основании геометрического смысла производной:
y` = tgα
α1 > α2 à tgα1 > tgα2
(di/dt)1 > (di/dt)2 à ε1 > ε2
iП1 < iП2
iП~1/(di/dt) – обратно пропорциональная зависимость.
Раздражающее действие одиночных импульсов Э.Т. определяется в основном передним и задним фронтом нарастания, т.е. углами α1 и α2.
i
α1 α2 t
tgα=S – крутизна фронта импульса
При ↑α à↑S à↑ε
Установлено, что при α=π/2(900); tgπ/2à∞ à Smax àεmax
Поэтому прямоугольные импульсы тока – нашли наибольшее применение в электростимуляции.
i
t
Зависимость порогового тока от длительности прямоугольных импульсов. Уравнение Вейса-Лапика.
Рассмотрим поведение клетки под действием прямоугольного импульса тока.
T – время импульсного воздействия
tП – время паузы
T= tП + tИМП
i
T
tП
t
+ E -
- +
L
E – вектор напряженности электрического поля
L~i * tИМП
При ↑ tИ ài↓
При ↓ tИ ài↑
При этом достигается одно и тоже раздражающее действие.
За t=tИ – ионы должны сместиться на расстояние L. L= υq * tИ, где υq – скорость движения ионов в клетке.
i=dq/dt=q` - первая производная заряда по времени.
Согласно физическому смыслу 1 производной: q` = υq
После включения Э.Т. ионы в клетке начинают двигаться вдоль силовых линий электрического поля. Для того чтобы вблизи клеточной мембраны произошло их разделение и накопление, т.е. возникла поляризация, ионы в клетке должны за время длительности импульса двигаться со скоростью равной силе тока.
i~1/tИ à iП ~ 1/ tИ
i П = а/ t И + b – уравнение Вейса-Лапика, где a и b – коэффициенты зависящие от природы раздражения и функционального состояния ткани.