Биоэлектричество и медицинская электроника: Учебное пособие, страница 2

От тела клетки отходит аксон. Это обычно отросток постоянного диаметра, длина которого может достигать значительных размеров. (Например, аксон седалищного нерва жирафа достигает нескольких метров.) Аксон служит для передачи информационного сигнала от сомы к окончаниям нервной клетки. В своей конечной части аксон имеет развитую структуру и переходит в терминали, оканчивающиеся синапсами. Последние служат для связи данной клетки с другими (например, мышечными или нервными). Связь эта может иметь как химическую, так и электрическую природу. Дендриты отходят от сомы клетки в виде ветвящихся образований и служат для приема информации. На мембране дендритов могут существовать участки рецепции, реагирующие на те или иные внешние воздействия (механические, оптические, звуковые и др.). С мембраной дендритов могут соприкасаться синапсы аксонов других нейронов. Таким образом, каждая нервная клетка связана с другими. В результате образуется разветвленная нервная сеть, в которой каждый нейрон получает информацию от множества (1 000–10 000) клеток, и, в свою очередь, направляет ее другим клеткам. Информация, преобразованная в дендритах или соме в электрический импульс, передается в электрическом же виде по аксону к терминалям, где либо электрическим, либо химическим способами передается к следующим клеткам. Как упоминалось выше, строение нервной клетки может существенно отличаться от рассмотренной модели, в которой дендритная и аксонная ветви клетки пространственно четко разделены. Во многих случаях от сомы может отходить лишь один отросток, который затем делится на аксонную и дендритную ветви. Распространены также структурные организации (клетки центральной нервной системы позвоночных), в которых от сомы могут отходить многочисленные дендритные и аксонные формирования.

Мембрана клетки разделяет две среды: межклеточную жидкость и содержимое клетки - цитоплазму, если речь идет о соме, и аксоплазму, если об аксоне. Каждая из сред в отсутствие контакта между ними представляет собой электронейтральный раствор электролитов. Электролиты отличаются как ионным составом, так и концентрациями ионов. Межклеточная жидкость была хорошо изучена еще до начала систематических исследований по электрофизиологии. Ее ионный состав имел большое сходство с ионным составом морской воды, основными ионами в растворе были ионы натрия и хлора. Это подтверждает гипотезу о возникновении жизни в океане. Следует, однако, отметить, что абсолютные концентрации ионов в межклеточной жидкости у различных организмов могут сильно отличаться, но отношения концентраций основных ионов при этом сохраняются (грубо говоря, межклеточная вода имеет у различных организмов различную соленость).

Исследования состава внутриклеточной жидкости (цитоплазмы) оказались чрезвычайно затруднительными и долгое время не приводили к убедительным результатам. Это было следствием малых размеров клеток и несовершенства техники эксперимента. Значительно продвинуться в этом направлении удалось после того, как английский биолог Юнг в 1936 г. обнаружил у кальмаров нервную клетку, аксон которой имел уникально большой диаметр, доходящий у отдельных экземпляров до 1 мм. Это на 2-3 порядка превышает диаметр аксона большинства клеток позвоночных. Столь значительная разница в размерах позволила использовать в отношении аксона кальмара эпитет «гигантский». При таких размерах уже оказалось возможным проникнуть внутрь клетки без значительного повреждения ее мембраны. К тому же приблизительно в это же время были разработаны микроэлектроды, с помощью которых удалось проникнуть внутрь клеток меньших размеров, чем диаметр аксона кальмара. Микроэлектрод представлял собой стеклянную пипетку, диаметр кончика которой был меньше 1 микрона. Для ослабления поляризационных явлений пипетка заполнялась раствором электролита, который и осуществлял контакт с содержимым клетки. Цепь замыкалась посредством металлического проводника (серебряного), введенного в пипетку.

Использование микроэлектродной техники, метода меченых атомов и других позволило установить состав цитоплазмы клеток различных органов и тканей. В табл. 1, 2, 3 приведены концентрации ионов различных атомов для некоторых клеток и окружающей их межклеточной жидкости.

Таблица 1

Концентрация ионов в гигантском аксоне кальмара и окружающей среде, ммоль/л

Ион	Концентрация
	Цитоплазма	Межклеточная жидкость
Na+	70	420
K+	360	10
Cl–	160	500
Сa++	0,4	10
Mg++	10	54

Таблица 2

Концентрация ионов в клетке мышцы лягушки и окружающей среде,  ммоль/л

Ион	Концентрация
	Цитоплазма	Межклеточная жидкость
K+	125	2,5
Na+	15	125
Cl–	11	120

     Таблица 3

Концентрация ионов в клетке мышцы

сердца и окружающей среде, ммоль/л

Ион	Концентрация
	Цитоплазма	Межклеточная жидкость
Na+	14	145
K+	145	4
Сa++	10-4	2
Mg++	10	54

Из таблиц видно, что между содержимым клеток и окружающей их межклеточной жидкостью существуют громадные концентрационные градиенты некоторых ионов. Точно так же, как и в случае металлов или полупроводников, переход части совокупности заряженных частиц из одной электронейтральной среды в другую может привести к появлению разности потенциалов на границе соприкосновения. В металлах или полупроводниках переход через границу осуществляют электроны или электроны и дырки. Возможность перемещаться только одному типу зарядов из совокупности, образующей электронейтральную среду, обусловлена особенностью строения твердых тел, связанной с относительной неподвижностью ионов кристаллической решетки.