Model elektryczny komórki

Właściwości elektryczne tkanek i całych obiektów biologicznych uwarunkowane są właściwościami komórek oraz ich części strukturalnych i właściwościami substancji międzykomórkowej.

Główna zawartość wnętrza komórek, cytoplazma, może być uważana, ze względu na pewne cechy fizyczne, jako szczególny, wielofazowy układ koloidalny, złożony z różnorodnych cząsteczek. W procesie przewodzenia prądu elektrycznego cytoplazma wykazuje cechy złożonego elektrolitu lub nawet zawiesiny, w której jedne składniki stanowią elektrolityczne środowisko dyspersyjne, a inne - fazę dyspersyjną. Przewodność elektryczna tej substancji zależy od koncentracji poszczególnych rodzajów jonów i ich ruchliwości.

Błona komórkowa jest pod względem przewodnictwa elektrycznego izolatorem. Właściwość tę nadaje błonie warstwa lipidowa. Jej przewodność znajduje się w granicach 10^-4 - 10^-6^-1m^-1,a wartość przenikalności elektrycznej przyjmowana jest taka, jaką mają tłuszcze ( = 5 - 6). Błona łącznie z substancją wewnątrz- i zewnątrzkomórkową stanowi kondensator elektryczny, który wnosi składową bierną do impedancji komórki. Wartość pojemności tego kondensatora jest dość duża, co wynika z małej grubości błony. Dla różnego rodzaju komórek jest ona w przybliżeniu taka sama i wynosi ok. 1F/cm².

Oprócz wymienionych już właściwości wiele substancji biologicznych występujących w komórkach (białka, chloroplasty i inne) wykazuje cechy półprzewodników.

Istnieją trzy drogi, którymi płynie prąd:

1. prąd omija komórkę płynąc przez 3 opory: Rp - Rp - Rp;

2. prąd płynie przez komórkę przez opory Rp - Rb - Rc - Rb - Rp;

3. prąd przepływa przez komórkę przy włączonych kondensatorach, czyli przez Rp - Cb - Rc - Cb - Rp.

Efektywny opór tego rodzaju złożonego obwodu RC nazywamy i m p e d a n c j ą. Impedancja tkanki składa się z rezystancji R i pojemności C. Okazuje się, że obiekty biologiczne nie wykazują oporności indukcyjnej. Opór stawiany prądowi stałemu przez taki układ można łatwo obliczyć za pomocą praw Kirchhoffa. Oba kondensatory stanowią dla prądów stałych przeszkodę nie do przebycia. Prąd stały może więc płynąć tylko drogami 1 i 2.

---