Потенциал действия (ПД), возникнув в одном участке нервной клетки быстро распространяется по всей поверхности. Распространение ПД обусловлено возникновением локальных токов, циркулирующих между возбужденным и невозбужденным участками клетки. Локальными называются токи, возникающие между невозбужденным и возбужденным участками нервного волокна, вследствие возникновения разности потенциалов между ними. На поверхности клетки локальный ток течет от невозбужденного участка к возбужденному; внутри клетки он течет в обратном направлении. Нервное волокно можно рассматривать как кабель, который характеризуется:
- электрической емкостью,
- сопротивлением мембраны,
- сопротивлением аксоплазмы и окружающей среды.
Распространение потенциала по нервному волокну описывается так называемым телеграфным уравнением, которое имеет вид:
Е = Е0·e –x/l; где: l - константа длины нервного волокна.
Так как, при х = l, Е = Е0 / e, то l - это расстояние, на котором потенциал Е уменьшается в e раз по сравнению с Е0.
Распространение потенциала действия имеет особенности, зависящие от типа нервных волокон. По безмякотному волокну, которое не имеет миэлиновой оболочки, распространение возбуждения будет затухающим и осуществляется за счет локальных токов.
Распространение потенциала действия по мякотным (покрытым миэлиновой оболочкой) осуществляется скачкообразно (сальтаторно) от одного перехвата Ранвье к другому.
Диапазон возможных значений скорости проведения в миелинизированных волокнах широк: от нескольких метров в секунду до 100 м/с. Мировой рекорд принадлежит миелинизированным аксонам креветки, которые проводят возбуждение быстрее 200 м/с. В нервной системе позвоночных нервы разделяются на группы по скорости проведения или по функции. В соответствии с теоретическими расчетами, скорость проведения в волокне должна быть пропорциональна его диаметру. Бойд и коллеги показали, что у млекопитающих скорость проведения (в м/с) для толстых миелинизированных волокон приблизительно равняется их внешнему диаметру (в м), помноженному на 6. Для более тонких волокон коэффициент пропорциональности приблизительно равен 4,5.
При функционировании тканей и органов, как и отдельных клеток, сопровождающемся электрической активностью, в организме создается электрическое поле. Так как организм является проводником, то два электрода, приложенные к разным участкам тела, регистрируют разность потенциалов. Зависимость от времени разности потенциалов, возникающей при функционировании данного органа или ткани, называется электрограммой. Названия электрограмм указывают на органы (ткани), функционирование которых приводит к появлению, регистрируемой разности потенциалов: электрокардиограмма (ЭКГ), электроэнцефалограмма (ЭЭГ), электромиограмма (ЭМГ) и т.д. Можно сформулировать две основные задачи изучения электрограмм:
- первая (прямая) заключается в выяснении механизма возникновения электрограмм,
- вторая (обратная, или диагностическая) - в выявлении состояния организма по характеру его электрограмм.
При изучении механизма возникновения электрограмм ткани и органы как источники электрического поля представляют в виде эквивалентного электрического генератора. Под ним подразумевается модельная физическая система, которая должна удовлетворять двум условиям:
- потенциалы, создаваемые генератором в различных точках должны соответствовать реальным величинам;
- при изменении параметров эквивалентного генератора должны происходить такие же изменения электрического поля как и в реальных электрограммах при соответствующем изменении в функционировании органа.