Fenomene bioelectriceNotiuni de electrochimie. Potentialul NernstBioelectrogenezaproducerea de electricitate n org.vii (aparitia unor fenomene electrice n tesuturile vii reprezinta una dintre manifestarile fundamentale ale vietii celulelor).n urma proceselor metabolice care au loc distributii asimetrice ale ionilor de semne contrare care determina gen 555f51f erarea unor diferente de potential electric numitepotentiale biologice.Diferentele de potential dau nastere la rndul lor unorbiocurenti.Diferentele de potential exista att n repausul celular (potential de repaus) ct si n timpul activitatii celulei (potential de actiune).n organismele vii purtatorii de sarcini electrice sunt ionii iar distributia ionilor de o parte si de alta a membranei se face inegal.=0+ RT ln c + nFV(potentialul chimic)i=0+ RT ln ci+ nFVi(n mediul intracelular)e=0+ RT ln ce+ nFVe(n mediul extracelular)i=econditia de echilibrupot. Nernst-Planck(pot.de electrodifuzie)Unde:Vi, respectiv Vereprezinta potentialul ionilor n interiorul, respectiv exteriorul membranei, R constanta universala a gazelor, T temperatura, n valenta, F numarul lui Faraday, cesi ciconcentratia ionului n interiorul, respectiv exteriorul membranei.Potentialul de electrodifuzie apare ca urmare a difuziei mai rapide a unor ioni dect a altora.Diferenta de potential de o parte si de alta a membranei depinde numai de diferenta de concentratie.La formarea potentialului de membrana un rol hotartor l au ionii K+.Aplicnd relatia de mai sus, potentialul de echilibru este dat de relatia:

Obs. pe baza concentratiilor ionilor de K+din interior si exterior s-acalculatpentru potentialul de repaus o valoare de aproximativ -95 mV (fata de valoare determinata experimental -90 mV). contrib. ntr-o masura mai mica si ceilalti ioni prezenti si avnd n vedere ca se gaseste ntr-o faza stationara, potentialul de membrana de repaus este redat mai corect de relatia:Relatia lui Goldmann:

Potentialul de repaus al unei celule vii se masoara prin tehnica microelectrozilor care au dimensiuni de 0,6

Membrana excit. se produce o scadere a permeabilitatii pentru ionii K+si creste permeabilitatea pentru Na+potentialul de membrana se modifica.Initial se produce o reducere a potentialului de repaus la 0, o depolarizare, iar apoi se polarizeaza n sens contrar, pozitiv n interior si negativ n exterior (proces foarte rapid).Originea potentialelor celulare se datoreaza proceselor de oxidare si de reducere.n procesele de oxidare se desprind electroni de pe substrat. (aceasta desprindere de electroni este efectuata de catre anumite enzime speciale numite dehidrogenaze). Electronii si protonii formati trec spre straturile superficiale ale celulei unde se gasesc oxidazele).Potentialul de repaustehnica microelectrozilor fiecare celula vie este polarizata n raport cu lichidul interstitial, adica ntre suprafata interna si cea externa a membranei exista odiferenta de potentialnumitapotential de repausal membranei celulare. (se considera potentialul fetei interioare a membranei fata de potentialul fetei exterioare, socotit ca reper).Valoarea potentialului de repaus al membranei celulare difera de la specie la specie si de la celula la celula.Dupa moartea celulei, diferenta de potential dintre cele doua fete ale membranei se anuleaza.Potentialul de repaus al membranei se datoreaza, n esenta, unei inegalitati de concentratie, unei asimetrii de repartizare a diferitilor ioni, care exista n exteriorul membranei celulare (lichidul interstitial) si n interiorul ei (lichidul intracelular).Obs.Dintre ionii care populeaza mediile intra- si extracelular prezinta importanta n special ioni de Na+, K+si Cl-, precum si anionii organici cu molecula mare, cum sunt polipeptidele si proteinele.Potentialul de actiuneSe realizeaza n urma modificarii polarizarii membranei.Rezulta o variatie a potentialului electric de membrana prin efluxul de ioni K+si influxul de ioni Na+. Restabilirea echilibrului initial se face cu consum de energie.Excitatia aparuta ntr-un loc pe suprafata membranei celulei excitate este difuzata pe ntreaga ei suprafata. Fibrele nervoase se bucura cu predilectie de aceasta proprietate.Transmiterea influxurilor nervoase ntre doi neuroni se face prin intermediulsinapselorcare au proprietatea de a lasa fluxul nervos sa treaca numai ntr-o singura directie.Tipuri de raspunsuri celulare la stimularea electricaFazele potentialului de actiune:depolarizareavrful de potentialrepolarizarea

Caracteristicile potentialului de actiune:1.Legea "totul sau nimic"n cazul fibrei musculare striate cardiace, daca aceasta este stimulata (excitata) cu stimuli liminali, fibra da un raspuns maxim si, orict am mari intensitatea stimulului, raspunsul este acelasi.Obs.Aceasta lege nu poate fi aplicata sistemelor cu un grad nalt de organizare ca la receptori sau neuroni, unde raspunsul este n functie de intensitatea excitantului.2.Relatia amplitudine-durataPentru masurarea excitabilitatii unui nerv sau muschi se folosescstimuli electrici rectangulari. Pentru a primi raspuns la o excitatie, trebuie ca excitantul sa aiba o anumita intensitate si curentul sa dureze un anumit timp.3. Perioada refractaraEste de doua feluri: refractara si absoluta.Perioadarefractara absolutaeste perioada potentialului de vrf, cnd membrana se gaseste n perioada de inexcitabilitate, adica nu mai este capabila sa primeasca noi stimuli, deci nu se pot genera potentiale de actiune (depolarizari).Perioadarefractara relativaeste perioada n care se genereaza potentialul de actiune daca stimulii sunt ndeajuns de puternici, nsa amplitudinea si viteza de depolarizare si de declansare a depolarizarii sunt diminuate.3.AcomodareaMecanismul generarii potentialului de actiune:

Propagarea potentialului de actiune de-a lungul membranei excitabile:Mecanismul propagarii excitatieieste explicat cu ajutorulteoriei cablului.oZona excitata B este caracterizata printr-oinversare a polarizarii.oCa urmare a acestei inversari apar curenti locali att n interiorul fibrei ct si n exterior.oAcesti curenti tind sa excite dintr-o zona excitata si zonele vecine.oPropagarea se face din aproape n aproape n sensul indicat mai sus, deoarece zona C care a fost excitata naintea zonei B nu mai este sensibila la depolarizare pentru ca ea se gaseste ntr-o perioada refractara.oExcitatiile se propaga deci ntr-un singur sensoViteza impulsului nervos atinge zeci de metri pe secunda n cazul fibrelor amielinice.oLa fibrele mielinice conducerea (propagarea) excitatiei se face n salturi si mult mai repede dect n cazul fibrelor amielinice.oStratul de mielina este de natura lipo-proteica si deci este un bun izolant. n acest caz curentii locali trec n afara, prin lichidul interstitial, fapt ce determina o crestere a conductiei.