Современные методы регистрации биопотенциалов

Регистрация биопотенциалов осуществляется с помощью специальных методов исследования электровозбудимых мембран, различающиеся вне- и внутриклеточными способами отведения мембранного потенциала.

Исследования ПД методами внеклеточного отведения в настоящее время производятся редко, так как они имеют один существенный недостаток, мешающий регистрировать электрические параметры одной клетки. Он проявляется в значительном внеклеточном шунтировании параметров потенциала из-за недостаточно плотного контакта регистрирующего устройства с биологической мембраной. С другой стороны, простота и доступность этого способа регистрации электрических параметров позволило его широко использовать в диагностической практике для регистрации суммарного потенциала электровозбудимых тканей (ЭКГ, ЭМГ, ЭЭГ и т.д.).

Метод сахарозного мостика является внеклеточным способом регистрации параметров ПД. Использование изолирующих межклеточные участки сахарозных протоков (мостиков) позволяет ограничить внеклеточное шунтирование и достаточно уверенно регистрировать параметры биопотенциалов (Рис.18).

Рис.18. Схема метода двойного сахарозного мостика.   1- биологический объект; 2-изолирующих межклеточные участки сахарозных протоков (мостиков) 3-поток раствора Кребса – рабочая камера; 4-регистрирующие электроды; 5-раздражающие электроды.

Основное развитие в настоящее время получила техника внутриклеточного отведения параметров биопотенциалов. С помощью микроэлектродов, много меньших, чем гиганские одиночные клетки по размерам (0,5-1 мкм против 100 мкм), прокалывалась биологическая мембрана, и регистрировались электрические параметры внутриклеточного содержимого (Рис.8).

Изменение материалов, из которых изготовлялись микроэлектроды, происходило одновременно с техническим прогрессом по пути использования металлов, стекла, полимеров и снова стекла. Применимость и точность этого способа регистрации мембранных потенциалов подтверждают уникальные эксперименты многократного введения микроэлектродов внутрь одной клетки при незначительном изменении значений биопотенциалов.

Возможности микроэлектродной техники позволили регистрировать ионный ток, протекающий через мембрану в момент развития ПД. Для этого использовался метод фиксации потенциала (clamp-voltage), представляющий электронную схему поддержания постоянного уровня мембранного потенциала за счет источника обратной Э.Д.С., включенной через усилитель с обратной связью. На Рис.9 представлен один из вариантов такой схемы с соответствующими блоками и объектом – биологической мембраной.

Точные измерения значений ионных токов из-за своих малых величин при методе clamp-voltage осложнялись возможностью их шунтирования на границе микроэлектрод-мембрана, существующей даже при достаточно высоком мегаомном (10⁶ Ом·см) удельном сопротивлении контакта с клеткой.

Настоящий прорыв в данной области был совершен при достижении контакта с клеткой гигоомных (10⁹ Ом·см) значений удельного сопротивления контакта микроэлектрода и объекта. Особые материалы и способы заточки микроэлектродов позволили регистрировать на целой клетке (whole cell) и на участках мембраны (pach clamp) динамику одиночных ионных токов. Возможные модификации этого метода представлены на Рис.10