Проводимость нервов и электрокардиограммы

Физика > Проводимость нервов и электрокардиограммы

 

Рассмотрите скорость проводимости нерва электрических импульсов и принцип действия электрокардиограммы: эффекты диффузии и кулоновская сила, клеточная мембрана.

Потенциалами действия именуют импульсы напряжения вдоль клеточной мембраны. Они дают возможность ощущать все вокруг себя, думать и контролировать части тела.

Задача обучения

• Изучить важность электрокардиограммы и выявить функции, которые выполняют электрические токи.

Основные пункты

• Нервы передают сообщения от органов чувств к центральной нервной системе, а далее в мышцы.
• Эффекты диффузии и кулоновская сила работают вместе, чтобы ионы (как Na +, K + и Cl-) сформировали напряжение сквозь клеточные мембраны.
• Изменение проницаемости клеточной мембраны из-за электрических токов именуют потенциалом действия.
• Деполяризация вызывает сокращение мышц и может привести к сокращениям в смежных мышечных клетках. Созданная волна деполяризации стимулирует ритмические сокращения. Электрокардиограмма (ЭКГ) – запись напряжения в сердце.

Термины

• Потенциал действия – кратковременное изменение в электрическом потенциале, путешествующем вдоль клетки (нервное или мышечное волокно).
• Диффузия – смешивание молекул в жидкости из-за случайного теплового взбалтывания.
• ЭКГ – визуальная картинка, созданная электрокардиографом.

Проводимость нервов

В сложной человеческой нервной системе присутствуют электрические токи, благодаря которым мы можем ощущать окружающий мир, думать и контролировать свое тело. Нервы выполняют три главных функции. Они транспортируют сигналы от органов чувств к центральной нервной системе (мозг и спинной мозг). Далее это послание идет к мышцам и прочим органам. И третье – нервы транспортируют и обрабатывают сигналы в центральной нервной системе.

Нервная проводимость – общий термин для транспортирующихся нервными клетками электрических сигналов. Напряжение формируется сквозь клеточную мембрану нейрона в состоянии покоя. Мембрана делит электрически нейтральные жидкости с разными концентрациями ионов, среди которых первыми по важности выступают Na +, K + и Cl- (натрий, калий и хлор). Свободные ионы диффундируют из части с высокой концентрации в низкую.

Клеточная мембрана – полупроницаемая, то есть определенные ионы способны пройти сквозь нее, а другие нет. В позиции покоя она проницаема для K+ и Cl- и непроницаема для Na+. Поэтому диффузия первых двух формирует слои положительного и отрицательного зарядов внутри и снаружи мембраны. А кулоновская сила не дает диффузии ионов проявить себя максимально.

Когда слой заряда накапливается, отталкивание подобных мешает двигаться сильнее, а притяжение одинаковых не позволяет отдаляться с каждой стороны. В итоге, мембрана обретает два заряженных слоя, где диффузия вынуждена достигать баланса через кулоновскую силу. Небольшая часть зарядов смещается поперек и жидкость остается нейтральной, а через мембрану создается разделение заряда и напряжения.

Электрические токи вдоль нее формируются при любом стимуле, меняющем проницаемость мембраны. Временно она становится проницаемой для Na+, который далее впадает внутрь, двигаясь в подчинении диффузии и кулоновской силы. Сначала это нейтрализует внутреннюю мембрану, а потом делает ее немного положительной. Деполяризация приводит к тому, что мембрана опять становится непроницаемой для Na+, а перемещение K+ возвращает клетку в потенциал покоя (реполяризация). Эта цепочка вызывает импульс напряжения – потенциал действия.

Только небольшая часть ионов перемещается так, что клетка способна выстреливать сотни раз, избегая истощения Na+ и K+. Потенциал действия отображает импульс напряжения в конкретном месте.

Как же передается этот импульс? Изменения в напряжении и электрическом поле влияют на проницаемость мембраны, в которой уже происходит этот процесс. Прилегающая мембрана депополяризует, продолжая процесс. Выходит, что потенциал действия, стимулируемый в одном месте, вызывает нервный импульс, медленно перемещающийся (1 м/с) вдоль клеточной мембраны.

Электрокардиограммы

Что определяет электрокардиограмма? Вызывающая сокращения мышц деполяризация может стимулировать и смежные клетки к деполяризации и сокращению. Поэтому волна деполяризации способна транспортироваться по всему сердцу, координируя ритмические сокращения и позволяя продвинуть кровь по системе кровообращения.

Электрокардиограмма (ЭКГ) – запись напряжения, созданного волной деполяризации в сердце. В истории для ЭКГ нужно было прикрепить электроны на левой и правой руках, а также левой ноге. Напряжение между ногами создавало потенциал свинца II, и отображало показатели сердечно-мышечной функции.

Главные характеристики передаются через P, Q, R, S и T. P-волна генерируется деполяризацией и сокращением предсердий при прокачке крови в желудочки. Комплекс QRS обладает характерной формой, временным потенциалом и формируется деполяризацией желудочков при перекачке крови в организм. T-волна вызывается реполяризацией желудочков и движется в сопровождении Р-волны при следующем сердцебиении. Артериальное давление меняется с каждой частотой сердцебиения при максимальном давлении.

---