Нейроны как проводники электричества

Удельным сопротивлением (Ri) аксоплазмы называется внутреннее продольное сопротивление участка аксона длиной I см и площадью сечения 1 см2. Эта величина также не зависит от геометрических свойств аксона и определяется тем, насколько свободно ионы способны перемещаться во внутриклеточном пространстве. Чтобы получить Ri из ri, нужно вспомнить, что с увеличением площади сечения цилиндра его продол

ьное сопротивление уменьшается. Следовательно, сопротивление участка аксона длиной 1 см (ri) можно выразить как частное величины Ri и площади сечения: ri = Ri/(а2). Отсюда получим:

Величина R, измеряется в Ом см. Для аксона кальмара ее значение составляет приблизительно 30 Ом см при 20° С, что в 107 раз выше, чем удельное сопротивление меди. Величина эта соответствует ожиданиям для ионного состава аксоплазмы кальмара. У млекопитающих ионная концентрация в цитоплазме ниже, а удельное сопротивление выше, около 125 Ом см при 37° С. У лягушек, при еще более низкой ионной концентрации, величина удельного сопротивления при 20° С составляет приблизительно 250 Ом см.

Влияние диаметра кабеля на его характеристики

Как будет влиять диаметр волокна на его кабельные параметры rinput при данных значениях удельного сопротивления аксоплазмы Ri и удельного сопротивления мембраны Rm? Ответ можно получить на основе уравнений, приведенных выше. Начнем с входного сопротивления. Мы знаем, что

rinput = 0,5(rmri)1/2 и rm = Rm/(2а), ri = Ri/(2а2).

Преобразовав эти выражения, получим:

Следовательно, с увеличением диаметра волокна о входное сопротивление снижается как 3/2 степень радиуса.

Подобным же образом найдем постоянную длины:

При равных прочих условиях возрастает с увеличением радиуса волокна как квадратный корень радиуса. Этим параметром можно пользоваться при сравнении различных волокон между собой, если принять, что удельное сопротивление мембраны равно 2000 Ом см2 в каждом случае. Аксон кальмара длиной I см с удельным внутренним сопротивлением 30 Ом · см должен обладать постоянной длины почти 13 мм. Мышечное волокно лягушки, благодаря своему меньшему диаметру и более высокому удельному внутреннему сопротивлению, при диаметре 50 мкм имеет постоянную длины, равную всего 1,4 мм, а нервное волокно млекопитающих диаметром 1 мкм — всего 0,3 мм.

Обобщим вышесказанное. Кабельные параметры rinput определяют величину сигнала, генерируемого нервным волокном, а также расстояние, на которое этот сигнал способен распространиться. Например, при равных прочих характеристиках, величина возбуждающего синаптического потенциала будет больше в тонком дендрите (с более высоким rinput), чем в толстом. С другой стороны, в толстом дендрите потенциал будет распространяться на большие расстояния по направлению к телу клетки, чем в тонком (благодаря большему значению ). Тем не менее, rinput зависят не только от размера волокна, но и от резистивных свойств цитоплазмы и мембраны. Можно с высокой степенью аккуратности считать, что значение удельного сопротивления цитоплазмы одинаково для любых клеток независимо от класса животного. Удельное сопротивление мембраны, напротив, различно для разных типов клеток и может отличаться в десятки раз

Литература

1. Эбелинг В., Энгель А., Файстель Р. Физика процессов эволюции.

2. Поппер К.Р. Объективное знание. Эволюционный подход.

3. Малинецкий Г.Г. Хаос. Структуры. Вычислительный эксперимент

 Скачать реферат