Ви­ды био­по­тен­циа­лов

Фи­зио­ло­ги­че­ский смысл био­по­тен­циа­лов

Био­по­тен­циа­лы — но­си­те­ли ин­фор­ма­ции

Ор­га­низм спо­со­бен су­ще­ст­во­вать как еди­ное це­лое бла­го­да­ря то­му, что ме­ж­ду его клет­ка­ми про­ис­хо­дит об­мен ин­фор­ма­ци­ей. Этот об­мен осу­ще­ст­в­ля­ет­ся с по­мо­щью двух ти­пов сиг­на­лов: гу­мо­раль­ных и элек­три­че­ских. Гу­мо­раль­ные сиг­на­лы — это хи­ми­че­ские ве­ще­ст­ва, вы­зы­ваю­щие оп­ре­де­лен­ные ре­ак­ции кле­ток-ми­ше­ней; ти­пич­ным при­ме­ром слу­жат гор­мо­ны, вы­де­ляе­мые в кровь спе­циа­ли­зи­ро­ван­ны­ми эн­док­рин­ны­ми же­ле­за­ми.

· Гу­мо­раль­ная сиг­на­ли­за­ция:

¾ ге­не­ра­ли­зо­ван­ная (на вы­де­ляе­мые в кровь ве­ще­ст­ва реа­ги­ру­ют все клет­ки, имею­щие ре­цеп­то­ры к этим ве­ще­ст­вам);

¾ мед­лен­ная (хи­ми­че­ские ве­ще­ст­ва под­но­сят­ся к клет­кам за дос­та­точ­но боль­шое вре­мя, и дей­ст­ву­ют на клет­ки так­же дос­та­точ­но дол­го);

¾ не­точ­но до­зи­руе­мая (не­воз­мож­но с вы­со­кой точ­но­стью соз­дать оп­ре­де­лен­ную кон­цен­тра­цию ве­ще­ст­ва око­ло клет­ки-ми­ше­ни).

Та­кая сиг­на­ли­за­ция иде­аль­на для фор­ми­ро­ва­ния дли­тель­ных про­грамм, в ко­то­рых за­дей­ст­во­ван ор­га­низм в це­лом (на­при­мер, стрес­са, рос­та и раз­ви­тия), од­на­ко она не под­хо­дит для ко­рот­ких, бы­ст­рых и точ­ных ре­ак­ций, управ­ляе­мых нерв­ной сис­те­мой (на­при­мер, мы­шеч­но­го со­кра­ще­ния). В та­ких слу­ча­ях ис­поль­зу­ют­ся элек­три­че­ские сиг­на­лы, или био­по­тен­циа­лы.

· Био­по­тен­циа­лы по сво­им свой­ст­вам пря­мо про­ти­во­по­лож­ны гу­мо­раль­ным сиг­на­лам; они:

¾ ло­ка­ли­зо­ван­ные (элек­три­че­ский сиг­нал мо­жет быть на­прав­лен толь­ко к од­ной клет­ке);

¾ бы­ст­рые (элек­три­че­ские сиг­на­лы бы­ст­ро рас­про­стра­ня­ют­ся и мо­гут быть очень ко­рот­ки­ми);

¾ точ­но до­зи­руе­мые (ве­ли­чи­на сиг­на­ла мо­жет ре­гу­ли­ро­вать­ся с точ­но­стью до ты­сяч­ных до­лей воль­та и да­же вы­ше).

Ви­ды био­по­тен­циа­лов

С по­мо­щью био­по­тен­циа­лов осу­ще­ст­в­ля­ет­ся:

¾ пе­ре­да­ча ин­фор­ма­ции;

¾ ме­ст­ная об­ра­бот­ка ин­фор­ма­ции.

Для этих двух раз­но­вид­но­стей ин­фор­ма­ци­он­ных про­цес­сов ис­поль­зу­ют­ся со­от­вет­ст­вен­но два ви­да био­по­тен­циа­лов (рис. 1.1):

¾ рас­про­стра­няю­щие­ся по­тен­циа­лы, или по­тен­циа­лы дей­ст­вия — для пе­ре­да­чи ин­фор­ма­ции;

¾ ме­ст­ные по­тен­циа­лы — для ме­ст­ной об­ра­бот­ки ин­фор­ма­ции.

Эти два ви­да био­по­тен­циа­лов об­ла­да­ют во мно­гом про­ти­во­по­лож­ны­ми свой­ст­ва­ми.

· Рас­про­стра­няю­щие­ся по­тен­циа­лы пред­на­зна­че­ны для пе­ре­да­чи ин­фор­ма­ции на боль­шие рас­стоя­ния (на­при­мер, по нерв­ным во­лок­нам) без ис­ка­же­ния. Иде­аль­ный спо­соб для это­го — ко­ди­ро­ва­ние, при ко­то­ром все сиг­на­лы оди­на­ко­вы, а пе­ре­да­вае­мая ин­фор­ма­ция за­ви­сит от ко­ли­че­ст­ва сиг­на­лов, но не от их ве­ли­чи­ны. Та­кие по­тен­циа­лы об­ла­да­ют сле­дую­щи­ми свой­ст­ва­ми (рис. 1.1, А):

¾ под­чи­ня­ют­ся за­ко­ну «все или ни­че­го»: сиг­нал ли­бо есть, ли­бо его нет, и его ве­ли­чи­на не за­ви­сит от си­лы раз­дра­жи­те­ля (прин­цип дво­ич­но­го ко­да: «да—нет», 0—1) (рис. 1.1, А, 1). Со­от­вет­ст­вен­но, эти по­тен­циа­лы ха­рак­те­ри­зу­ют­ся по­ро­гом: ми­ни­маль­ным зна­че­ни­ем раз­дра­жи­те­ля, при ко­то­ром воз­ни­ка­ет по­тен­ци­ал. Ес­ли си­ла раз­дра­жи­те­ля ни­же по­ро­го­вой, по­тен­ци­ал не воз­ни­ка­ет; ес­ли она рав­на или вы­ше по­ро­го­вой, то раз­ви­ва­ет­ся по­тен­ци­ал, ве­ли­чи­на ко­то­ро­го не ме­ня­ет­ся при даль­ней­шем по­вы­ше­нии си­лы раз­дра­жи­те­ля;

¾ рас­про­стра­ня­ют­ся без за­ту­ха­ния: их ве­ли­чи­на не сни­жа­ет­ся по ме­ре рас­про­стра­не­ния, на­при­мер по нерв­ным во­лок­нам (рис. 1.1, А, 2);

¾ об­ла­да­ют реф­рак­тер­но­стью, или не­воз­бу­ди­мо­стью: по­ка не за­кон­чил­ся один по­тен­ци­ал, не­воз­мож­но вы­звать сле­дую­щий (рис. 1.1, А, 3). Бла­го­да­ря это­му рас­про­стра­няю­щие­ся по­тен­циа­лы ни­ко­гда не сли­ва­ют­ся друг с дру­гом, но воз­ни­ка­ют и рас­про­стра­ня­ют­ся как от­дель­ные им­пуль­сы.

· Ме­ст­ные по­тен­циа­лы пред­на­зна­че­ны для ме­ст­ной об­ра­бот­ки ин­фор­ма­ции, на­при­мер для пре­об­ра­зо­ва­ния дей­ст­вую­ще­го на нерв­ное окон­ча­ние раз­дра­жи­те­ля в фор­му элек­три­че­ско­го сиг­на­ла. В свя­зи с этим они под­чи­ня­ют­ся иным прин­ци­пам ко­ди­ро­ва­ния: ве­ли­чи­на и дру­гие ха­рак­те­ри­сти­ки этих по­тен­циа­лов за­ви­сят от ха­рак­те­ри­стик раз­дра­жи­те­ля. Та­кие по­тен­циа­лы об­ла­да­ют сле­дую­щи­ми свой­ст­ва­ми (рис. 1.1, Б):

¾ они под­чи­ня­ют­ся за­ко­ну си­ло­вых от­но­ше­ний: чем силь­нее раз­дра­жи­тель, тем боль­ше ве­ли­чи­на сиг­на­ла (рис. 1.1, Б, 1). Со­от­вет­ст­вен­но, эти по­тен­циа­лы не ха­рак­те­ри­зу­ют­ся по­ро­гом: да­же са­мые сла­бые раз­дра­жи­те­ли мо­гут вы­звать не­боль­шие по ве­ли­чи­не по­тен­циа­лы;

¾ они рас­про­стра­ня­ют­ся с за­ту­ха­ни­ем (рис. 1.1, Б, 2);

¾ они не об­ла­да­ют реф­рак­тер­но­стью, но, на­про­тив, спо­соб­ны к сум­ма­ции: ес­ли во вре­мя ме­ст­но­го по­тен­циа­ла дей­ст­ву­ет по­втор­ный раз­дра­жи­тель, то воз­ни­ка­ет оче­ред­ной по­тен­ци­ал, скла­ды­ваю­щий­ся с пре­ды­ду­щим (рис. 1.1, Б, 3). Бла­го­да­ря это­му ве­ли­чи­на и дли­тель­ность ме­ст­но­го по­тен­циа­ла от­ра­жа­ют сум­мар­ную си­лу и дли­тель­ность дей­ст­вую­щих раз­дра­жи­те­лей.

К ме­ст­ным по­тен­циа­лам от­но­сят­ся мно­гие раз­но­вид­но­сти био­по­тен­циа­лов (ло­каль­ные от­ве­ты, ре­цеп­тор­ные по­тен­циа­лы, ге­не­ра­тор­ные по­тен­циа­лы, си­нап­ти­че­ские по­тен­циа­лы и пр.; они рас­смат­ри­ва­ют­ся ни­же и в дру­гих гла­вах). К рас­про­стра­няю­щим­ся по­тен­циа­лам от­но­сят­ся толь­ко по­тен­циа­лы дей­ст­вия (ПД).