Біопотенціали

Біопотенціа́ли (від грец. βιος — життя і лат. potentia — сила), біоелектричні потенціали — потенціали електричні, що виникають у клітинах, тканинах та органах живих організмів, пов’язані з процесами обміну речовин і відображають функціональні та патологічні зміни в організмі.

Види біопотенціалів

Розрізняють біопотенціали спокою, метаболічні, дії (чину).

Перші виникають, коли живий об’єкт перебуває у стані фізіологічного спокою (наприклад, різниця потенціалів між внутрішнім і зовнішнім середовищами клітин, між нормальною та пошкодженою частинами біологічних тканин). За величиною біопотенціали не перевищують 100–150 мВ. Потенціали внутрішнього вмісту клітин та пошкодженої збуджуваної тканини мають від’ємні значення.
Метаболічні потенціали переважно пов’язані з рівнем обміну речовин, особливо з активністю дихальних процесів, у різних ділянках тканин та органів. У нормі метаболічні потенціали мають постійне значення, яке істотно змінюється при патологічних станах, під впливом наркотиків та інших отрут.
Потенціали дії пов’язані з виникненням та розповсюдженням процесів збудження, коли жива тканина переходить у стан активної діяльності. Збуджена ділянка тканини порівняно з незбудженою є електровід’ємною. Потенціали дії можуть бути одиничними та множинними, що представляють серію послідовних одиничних імпульсів. Максимальне значення таких імпульсів, які генеруються рибами, досягає 600–800 мВ. Різні біологічні структури мають різні характер та форму потенціалів.

Характеристика

Складні за будовою нервові та м’язові структури створюють біопотенціали характерної форми й періодичності (для залозових органів біопотенціали є повільно наростаючими та спадаючими електричними потенціалами). Реєструють біопотенціали залежно від їхніх характеристик за допомогою різних фізичних приладів (електрометри, осцилографи). Біопотенціали мають малу величину, високий питомий опір біологічних об’єктів і наявні шунтуючі опори, що пов’язані з особливістю структури живої тканини. Для одного й того ж об’єкта біопотенціали можуть мати різну частотну характеристику, що викликає необхідність міряти потенціали в декількох точках одночасно. За допомогою спеціальних внутрішньоклітинних мікроелектродів можна досліджувати одиничні збуджувані утворення (нервові або м’язові волокна, окремі клітини). Природа біопотенціалів пов’язана переважно з нерівномірним розподілом у живій протоплазмі катіонів (а+, К+, Са++ та Мо++) і аніонів (С–), фосфатних йонів. Існують різні теоретичні пояснення причин нерівномірного розподілу калію, натрію та хлору між клітинами та оточуючим середовищем. За мембранною теорією, розподіл калію і хлору між клітинним вмістом та розчином, що омиває клітину, визначається рівновагою Даннана. Введено поняття про існуванння «натрієвих помп», які працюють за рахунок обміну речовин і підтримують низьку концентрацію натрію клітини в стані спокою. Відповідно до цієї теорії потенціал спокою існує завжди і не пов’язаний із пошкодженням клітин. Коли виникає збудження, різко зростає проникність мембран для йонів натрію, створюються потоки йонів натрію із зовнішнього середовища в клітину, а йонів калію в протилежному напрямку, що й призводить до появи потенціалів дії.

Теорії пояснення біопотенціалів

Існують інші теорії, де зроблено спроби пояснити біопотенціали. Так, за однією з теорій, всередині клітини вмістиме середовище веде себе подібно до електролітного гемо, який вибірково сорбує (див. Сорбція) йони калію. За допомогою такої моделі можна пояснити розподіл йонів, який реально існує в клітинах, а також існування потенціалів спокою в непошкодженій клітині. Проте теорія біопотенціалів ще чекає вирішення. Біопотенціали розглядають під час вивчення рівноваги Доннана, поліелектролітів, йонної теорії збудження, збудження мембранної теорії, конденсаторної теорії збудження.

Значення

Біопотенціали мають важливе значення для вивчення фізіологічних процесів у живих організмах, для діагностики серцевих захворювань (електрокардіографія), у клініці нервових захворювань, у нейрохірургії (електроенцефалографія) тощо.

Література

Блюменфельд Л. А. Проблемы биологической биофизики. 2-е изд., испр. и доп. Москва : Наука, 1977. 336 с.
Иваницкий Г. И., Кринский В. И., Сельков Е. Е. Математическая биофизика клетки. Москва : Наука, 1978. 308 с.
Котын А., Яначек К. Мембранный транспорт. Москва : Мир, 1980. 341 с.
Степанова Н. В., Чернавский Д. С. Математическая биофизика. Москва : Наука, 1984. 304 с.
Костюк П. Г., Гродзинский Д. М., Зима В. П. и др. Биофизика. Киев : Вища школа, 1988. 504 с.
Рубин А. И. Биофизика : в 2 т. Москва : Высшая школа, 2000.
Вонкенштейн М. В. Биофизика. 4-е изд., стер. Санкт-Петербург : Лань, 2021. 608 с.

Автор ВУЕ

М. В. Курик

Покликання на цю статтю: Курик М. В. Біопотенціали // Велика українська енциклопедія. URL: https://vue.gov.ua/Біопотенціали (дата звернення: 11.10.2026).

Статус гасла: Оприлюднено
Оприлюднено: 13.11.2022