Cтраница 3
Жизненно важный для всех нас конденсатор с утечкой, образованный стенкой живой клетки, является изолятором ( одна из его многочисленных функций. Его электрические свойства особенно интересны в случае нервной ячейки, так как распространение нервного импульса сопровождается быстрыми изменениями разности потенциалов между внутренним и внешним пространством. В сноске раздела 3.5 мы указывали, что емкость конденсатора с клеточной мембраной обычно близка к 1 мкФ на 1 см2 площади мембраны. [31]
Богену поневоле самому приходится прибегать к упрощениям. Однако это обстоятельство неизменно оговаривается. Она посвящена главным образом молекулярной биологии и биохимии. В ней вовсе не затронут ряд интереснейших областей современной биологии, например наука о поведении ( этология), бионика, такие вопросы нейрофизиологии, как проблема распространения нервного импульса, и другие. Но в этом не следует винить автора. [32]
При действии раздражителя на нервное или мышечное волокно мембранный потенциал в месте раздражения нарушается. Это нарушение начинает распространяться вдоль волокна приблизительно с постоянной скоростью. В первый момент состояния возбуждения резко возрастает проницаемость мембраны для ионов Na, поток которых устремляется внутрь клетки. Затем возникает ток ионов К, направленный во внешнюю среду. Распространяющаяся по волокну волна называется волной потенциала действия. Схема распространения нервного импульса может быть смоделирована на основе некоторых электрохимических систем, а само явление можно феноменологически описать, если задаться электрической емкостью, сопротивлением утечки мембраны, формой нервного импульса, и рассматривать его как распространение электрического сигнала в кабеле с определенными параметрами. [33]
Известны сравнительно простые электрохимические процессы, сходные с движением нервного импульса. В частности, такойг процесс происходит при погружении железной проволоки в концентрированную азотную кислоту. На поверхности проволоки образуется пассивирующая пленка окисла. Если разрушить пленку в каком-нибудь месте, то идет бурное растворение железа. Этот процесс распространяется вдоль проволоки, движется фронт активации, за которым следует репассивация железа. Это модель, тщательно изученная Лилли, а также Маркиным. Теория показывает далеко идущую формальную аналогию между моделью Лилли и распространением нервного импульса. Имеются: и другие модели. [34]
На данном этапе большинство вопросов биоэлектрохимии связано с изучением свойств биологических мембран и их моделей. Клеточные или плазменные мембраны отделяют внутреннюю часть любой клетки живого организма от окружающей клетку среды. Так как состав раствора внутри клетки и в окружающей среде различен, то между ними всегда имеется некоторая разность потенциалов, а следовательно, вдоль мембраны всегда образуются двойные слои. Образование и взаимодействие двойных слоев позволяет объяснить целый ряд процессов в живом организме, например такой важный процесс, как передача информации посредством нервного импульса. Созданы искусственные фосфолипидные мембраны. При введении в них некоторых активных веществ ( например, валиномицина, динитрофенола, пентахлорфенола и др.) эти мембраны во многих отношениях воспроизводят свойства тканей нервного волокна, но оказываются более удобными для экспериментального и теоретического исследования, чем ткани живого организма. Это привело к новым подходам в изучении молекулярного механизма нервного возбуждения и распространения нервных импульсов, в результате которых сделаны попытки феноменологического описания процесса распространения нервного возбуждения при помощи физических моделей. Быстрое развитие биоэлектрохимии, безусловно, окажет влияние на решение прикладных задач в области биологии и медицины. [35]