Показатели мембраны что они означают: Рaзумнo o мeмбрaнaх. | BASK

Гид по технологиям The North Face

Сегодня, спустя 60 лет после своего скромного и одновременно грандиозного основания, The North Face предлагает широкую линейку высококлассной технологичной одежды, обуви и аксессуаров, но в её терминологии и функциональности, к сожалению, легко запутаться. В статье мы расскажем обо всех технологиях и материалах, которые использует The North Face для создания своей горнолыжной экипировки.

Мембрана FUTURELIGHT

“Протестировано атлетами, проверено в экспедициях» – этот девиз лежит в основе всего, чем занимается компания The North Face. История создания мембраны FUTURELIGHT — продолжение этой философии. Всего один комментарий, сделанный спортсменами в горах, стал началом революционного прорыва в создании высокотехнологичной непромокаемой одежды.

С появлением FUTURELIGHT непромокаемая ткань перестала быть жесткой, «удушливой» и шумной. The North Face создал дышащую водонепроницаемую одежду, впервые отличающуюся комфортом и малым весом, эластичную и с приятной фактурой. Тем не менее, это никоим образом не сказывается на защитных и водонепроницаемых свойствах ткани даже при эксплуатации в экстремальных условиях, в том числе с повышенной влажностью.

Наноспиннинг, использованный для создания мембраны FUTURELIGHT, помог бренду впервые внести непревзойденные дышащие свойства в мембрану ткани. Этот процесс создает микроскопические поры, которые обеспечивают невероятную водонепроницаемость, сохраняя при этом полноценную защиту от влаги, позволяя воздуху проходить через материал и обеспечивая большую степень вентиляции, чем когда-либо прежде.

Одна из уникальных характеристик мембраны FUTURELIGHT заключается в том, что она поддается регулировке: это означает, что дизайнеры американской компании могут корректировать ее вес, растяжимость, дышащие свойства, прочность и структуру (трикотажную или текстильную) в процессе производства для удовлетворения потребностей спортсменов и клиентов. И таким образом дизайнеры могут адаптировать ткань для конкретных условий применения, оптимизируя вентиляционные свойства и дышащие свойства одежды для лучшего воздухообмена или, наоборот, повышая защиту от влаги для суровых климатических условий с интенсивной влажностью. Такую адаптационную способность можно назвать инновацией в сфере производства одежды, оборудования и аксессуаров.

Инженеры The North Face протестировали ткань FUTURELIGHT в соответствии с требованиями самых строгих стандартов по водонепроницаемости. Следующие этапы тестирования прошли под контролем независимых экспертов, включая всемирно известную научно-исследовательскую организацию UL. Она тестирует гидроизоляцию для Национальной Ассоциации Противопожарной Защиты (NFPA), организации, которая сертифицирует снаряжение для спасателей, пожарных и аварийных служб. За 60 минут они направили на ткань струю воды объемом 900 литров, подтвердив тем самым водонепроницаемость FUTURELIGHT, которая сохраняется даже в самых агрессивных условиях.

Кроме того, FUTURELIGHT протестирована команда из 15 профессиональных спортсменов в течение 400 дней, доказав эффективность использования технологии даже при самых суровых условиях, включая горные пики Лхоцзе и Эвереста, при температурах от -50 до 60 градусов F.

В 2018 году, во время тестирования FUTURELIGHT альпинист команды The North Face Джим Моррисон осуществил подъем и спуск на лыжах с трех 8000-метровых вершин, включая Эверест, Чо Ою и первый в мире спуск на Лхоцзе Куайлор со своим партнером Хилари Нельсон.

Мембрана Gore-Tex

The North Face в сотрудничестве с GORE-TEX производит инновационную дышащую продукцию с высочайшими характеристиками водо и ветрозащиты. Материал GORE-TEX представляет собой прочную мембрану, защищающую от любых осадков. Крошечные поры не пропускают влагу во внутрь, при этом, помогают лишней влаге, образовавшейся в процессе теплообмена, выходить наружу.

GORE-TEX это:

• Защита от влаги
• Дышимость материала
• Защита от снега и дождя

Среди продукции The North Face выделяются 3 основные специализированные технологии:

1. GORE-TEX Performance Shell
2. Waterproof GORE-TEX Pro Shells
3. Waterproof GORE-TEX Paclite Shell

GORE-TEX Performance Shell был разработан для обеспечения премиального комфорта и долговечности продукции при занятиями любыми аутдор активностями.
GORE-TEX запатентовал мембрану, созданную, чтобы стать настоящим барьером на пути любого рода влаги и ветра, сохраняя при этом дышимость. GORE-TEX Performance Shell используется в двух слойной продукции, помогая сделать материал легче и приятнее на ощупь и в трехслойных для более прочных моделей.

Преимущества Gore-Tex Perfomance Shell

• Дышимость материала
• Защита от воды и ветра
• Многофункциональная одежда для горных лыж и сноубординга, велосипедного спорта, скалолазания

GORE-TEX Pro Shell создан с использованием наиболее прочных материалов, обеспечивая тем самым наибольшую износостойкость в самых экстремальных условиях. У данной категории мембраны наивысший показатель защиты от влаги, а также наиболее высокий уровень дышимости материала.

Преимущества Gore-Tex Pro Shell

• Наивысшая прочность для экстремальных условий
• Наивысшие показатели защиты от воды
• Высокая дышимость
• Такая продукция идеальна для экспертов и знатоков аутдора

Разновидность мембраны GORE-TEX Paclite появилась на рынке 2009 году. Она заламинирована легким, но в то же время очень прочным нейлоновым волокном, обеспечивающим прекрасную дышимость и прочность материала. Эта мембрана имеет внутренний «черновой» слой, содержащий олиофобный полимер и углерод, которые пропускают молекулы воздуха, но блокируют микро частички пота и жира, соли, остатки косметических препаратов, тем самым сохраняя водоотталкивающие свойства материала. Помимо этого, изделия с этой разновидностью мембраны очень легко пакуются, занимая минимум места в багаже.

Преимущества Gore-Tex Paclite Shell

• Прочный ветра и влагозащитный материал
• Высокая дышимость
• Легкий, практичный, легко пакующий
• В упакованном виде занимает меньше места и весит меньше любой другой продукции GORE-TEX
• Идеален для хайкинга, велосипедного спорта, бега и прочих видов спорта, где вес и размер играют критическую роль

Мембрана Dryvent

Dryvent — инновационная разработка, которая представляет собой полностью водо/ветронепроницаемый дышащий материал. Кроме того, внешняя часть материала дополнительно обрабатывается водоотталкивающей пропиткой, чтобы капли воды, не задерживаясь в волокне, скатывались с поверхности изделия. Каждый из многочисленных слоев мембраны спроектирован таким образом, чтобы позволять частичкам пара, выделяемым кожей, свободно выходить наружу.

Компания разработала несколько вариаций мембраны Dryvent, отличающихся по весу, текстуре и техническим характеристикам, что позволяет использовать её для различных видов активности, обеспечивая при этом максимальную надежность, защиту и комфорт. Данная мембрана используется как в высокотехнологичных продуктах, предназначенных для профессиональных занятий спортом, так и в городской линейке одежды и аксессуаров.

УтеплительThermoBall

The North Face предлагает новую синтетическую альтернативу пуху, созданную в партнерстве с Primaloft. Thermoball — это революционный, высокотехнологичный утеплитель. В отличии от традиционных длинноволокнистых утеплителей, Thermoball состоит из мельчайших кластеров, которые имитируют кластеры пуха, сохраняя тепло, благодаря маленьким воздушным камерам. 

Технологию ThermoBall характеризуют легкий вес, комфорт, такие же высокие теплоизоляционные качества, как у натурального пуха. При этом, в отличии от натурального пуха, ThermoBall не теряет своих теплоизоляционных свойств во влажном состоянии.

Утеплитель Goose Down Fill

The North Face заботится о окружающей среде и стремится к защите животных и прозрачности процесса получения пуха и пера на всех этапах производственной цепи. По этой причине компания создала Стандарт Ответственного сбора Пуха (RDS), благодаря которому покупатели могут быть уверены, что животным не был нанесен вред. Кроме того, благодаря стандарту RDS The North Face отслеживает оригинальность и место производства пера и пуха.
Начиная с осени 2017 года, абсолютно вся продукция The North Face, содержащая пух, подлежит обязательной сертификации по стандарту RDS. The North Face использует в своей продукции только пух самого высокого качества, подвергая каждую партию пуха обязательному тестированию на сжимаемость, влагостойкость и способность к восстановлению формы после сжатия. 

Цифровое значение набивки пуха является своеобразным индикатором двух основных характеристик: соотношения тепла-веса (теплоизоляции на единицу веса) и сжимаемости. Именно эти характеристики являются критичными для поддержания тепла и ощущения комфорта. Показатель Fill Power определяет до какого объема пух способен восстановиться после сжатия и какое количество воздуха способен удержать. Для его измерения одну унцию пуха помещают в колбу и замеряют до какого объема восстанавливается пух после сжатия. Замер производится в кубических дюймах.

В продукции The North Face используется пух высочайшего качества набивки с характеристикой Fill Power от 550 до 900. Он соответсвует максимально возможному показателю, используемому при коммерческом производстве, и дает некоторые преимущества:

• Теплоизоляция и комфорт
• Легкий вес утеплителя
• Удерживает наибольшее количество воздуха 
• Высочайшее качество пуха, соответствующее самым строгим стандартам

Ну а теперь рассмотрим каждый вид набивки. И начнем мы, пожалуй, с пуха самого лучшего качества F.P. 900, который служит «золотым стандартом» утеплителя. Он характеризуется идеальным соотношением тепла-веса и идеальной компрессионной способностью. Данная набивка используется при производстве ограниченного ассортимента продукции, предназначенной для экстремальных условий и там, где требуется предельно легкий вес. The North Face использует 900 набивку эксклюзивно в премиальной линейке Summit Series, где минимальный вес и максимальная теплоизоляция являются критическими и жизненно необходимыми характеристиками. 

Далее идет гусиный пух 800 набивки (F.P. 800). Он является стандартом для высокотехнологичной одежды и экипировки, когда требуется высокая теплоизоляция, легкий вес и минимальный объем при упаковке. В 700 набивке (F.P. 700) соблюдается идеальный баланс тепла и веса, который позволяет использовать продукцию в различных температурных условиях. И замыкает наш список пух с 550 и 600 набивкой ( F.P. 550-600). Его отличают превосходная теплоизоляция, легкий вес и невероятная прочность. Такая продукция идеальна для ежедневного использования.

Утеплитель Primaloft

The North Face использует при производстве утепленной одежды натуральные и синтетические утеплители, для того, чтобы обеспечить своим покупателям максимальную защиту от холода. и утеплитель Primaloft – один из них. Эта технология объединяет в себе сразу несколько преимуществ — миллионы парных карманов-камер удерживают тепло в холодных условиях, а отсутсвие большого объема гарантирует большую свободу движений во время активности. Запатентованная технология PrimaLoft обеспечивает превосходную теплоизоляцию, сохраняя свои свойства даже при намокании материала. Основными характеристиками технологии являются легкий вес, удобство упаковки, дышимость и мягкость материала. В одежде американского бренда встречается три вида утеплителя Primaloft: Gold, Silver и Black Hi-Loft.

Primaloft Gold приходит на помощь в самых экстремальных условиях. Микроволокна удерживают тепло внутри материала, сохраняя это свойство на 98% во влажном состоянии. Помимо этого, утеплитель отличается непревзойденной мягкостью, дышимостью и легкостью упаковки.

Самый экологичный утеплитель Primaloft Silver состоит на 70% из переработанных материалов. Невероятная мягкость материала и водоотталкивающая обработка позволяют использовать продукцию с этой технологией во влажную погоду, ведь благодаря ей можно легко согреться. Кроме того, материал обладает высокими компрессионными свойствами, а на ощупь напоминает натуральный гусиный пух. Разве что-то может быть лучше?

Утеплитель Primaloft Black Hi-Loft был создан, чтобы решить сразу несколько задач, в том числе: максимально повысить компрессионные свойства и увеличить мягкость материала. В результате появился материал, который обладает непревзойденной мягкостью, идеально согревает даже в самый холодный день и легко пакуется до минимальных размеров. Эффективность технологии не зависит от того сухой или влажный материал- в любой ситуации он не знает компромиссов.

Утеплитель Polartec

На протяжении двух десятилетий Polartec остается основной технологией теплоизоляции, признанной опытными путешественниками и спортсменами. Его любят за многофункциональность и многогранность фактуры, веса и технической направленности, а еще за то, что он быстро согревает тело райдера и сохраняет его тепло. Рассмотрим несколько видов этого утеплителя.

Polartec Thermal Pro наиболее технологически совершенная версия материала. Предполагает большое разнообразие текстур и рисунков, многие из которых носят не только эстетический характер, но и способствуют повышению технических характеристик изделия. Новая версия материала является идеальным соотношением вес-теплоизоляция среди всех известных вариаций. Остальные версии материала имеют внешнее сходство с традиционной шерстью, обладая также качествами натуральной шерсти. Его преимущества:

• Усовершенствованные теплоизоляционные свойства
• Повышенная технологичность
• Идеален для различных видов активности

Polartec Classic доступен в трех различных вариантах: легкий, средний и очень теплый. Не смотря на то, что все виды материала отличаются высокой дышимостью и теплоизоляцей, предназначение у них разное. Легкий Polartec 100 можно использовать в качестве теплого базового слоя, средний Polartec 200 — в качестве привычного второго слоя, а самый утепленный вариант Polartec 300 подойдет в качестве утепляющего слоя даже в самых холодных условиях.  Его преимущества:

• Теплота, комфорт и дышимость материала
• Polartec 100 можно использовать в качестве теплого базового слоя
• Polartec 200 является самым универсальным и многофункциональным средним слоем
• Polartec 300 теплый флис идеален для очень холодных условий

Polartec Eco создан с заботой об окружающей среде. Материалы однотонного цвета на 87% производятся из переработанного сырья, в то время как разноцветные принты на 65%. Базой для производства являются переработанные производственные отходы (90%) и утилизированные изделия (10%). Его преимущества:

• Тепло
• Комфорт
• Дышимость
• Экологичность

В статье мы рассмотрели лишь несколько технологий, которые используются в сноубордической одежде бренда The North Face. У каждой из них, как и у всего, есть и недостатки, и преимущества. По личному опыту наших экспертов в качестве недостатков горнолыжной одежды The North Face удалось выявить лишь их крой. Дело в том, что американцы шьют одежду по-своему. А это уже сложно отнести к технологиям. Поэтому, если вы захотите приобрести одежду The North Face, мы рекомендуем померить мембранную куртку или брюки, а также флисовые изделия и пуховики, чтобы правильно подобрать свой размер. Подробнее обо всех технологиях вы можете прочитать на сайте бренда. 

основные различия и сферы применения — ТЕХНОНИКОЛЬ SHINGLAS

КАК ВЫБРАТЬ ДИФФУЗИОННУЮ МЕМБРАНУ: ОСНОВНЫЕ РАЗЛИЧИЯ И СФЕРЫ ПРИМЕНЕНИЯ

Рынок строительных материалов предлагает огромнейший выбор строительных пленок. Производителей много, при этом каждый выпускает несколько марок. В такой ситуации потребителю сложно выбрать подходящую диффузионную мембрану. Нужно ли учитывать особенности конструкции? А сферы применения? Как определить качество материала? Найти ответы на все вопросы поможет Руслан Кобозев, федеральный технический специалист направления «Строительные пленки» ТЕХНОНИКОЛЬ.

Выбирая качественную строительную пленку, прежде всего нужно четко понимать, какие задачи она решает. Может быть, и вовсе можно отказаться от нее? Рассмотрим это на примере мансарды.

Россия — страна с довольно суровым климатом. В холодные зимы, чтобы не отапливать улицу, нужно утеплить кровлю.

Оптимальным решением для теплоизоляции кровли — является каменная вата. Высокая теплоизолирующая способность каменной ваты образуется за счет большого количества пор, заполненных воздухом в толще плиты. Для оптимальной работы и сохранения высоких теплотехнических характеристик в течение всего срока эксплуатации, каменная вата должна быть надежно защищена от атмосферных осадков и иметь возможность отвода влаги возникающей в результате сорбционного увлажнения в процессе эксплуатации. В результате избыточного увлажнения теплотехнические характеристики каменной ваты могут снизиться, что может привести к негативным последствиям, включая снижение уровня тепловой защиты конструкции ниже требуемого.

Для защиты теплоизоляционного слоя от пагубных воздействий влаги, были разработаны пароизоляционные пленки и гидроветрозащитные мембраны. Пароизоляция защищает утеплитель от увлажнения водяными парами постоянно содержащимися в воздухе, а так же образующимися в результате жизнедеятельности человека в помещении.

Гидроветрозащитная (диффузионная) мембрана будет предохранять утеплитель снаружи от избыточного сорбционного увлажнения и конвективных потерь тепла, возникающих при движении воздуха в вентиляционном зазоре. Диффузионная мембрана служит барьером от влаги, которая возникает от протечек или конденсата, возникающего на обратной стороне кровельного покрытия. Особенно это актуально для металлической кровли, а также ситуаций, когда снег во время метелей задувается в вентиляционный зазор. Во время оттепели он благополучно растает, но уже внутри кровельной конструкции.

Функция диффузионной мембраны не сводится только к защите от влаги и ветра. Она обладает еще одним важным свойством: способностью пропускать через себя влагу, если она все же попала в утеплитель.

А попадет она туда по разным причинам:

• использовалась пароизоляция с низкой степенью защиты,
• монтаж пароизоляционной пленки был выполнен с нарушениями,
• несущие конструкции выполнены из непросохшего пиломатериала и т. п.

Слово «диффузионная» в названии материала не случайно. Все дело в том, что каждая такая пленка состоит из нескольких слоев, один из которых функциональный (основной). Он обладает микропористой структурой. Поры этого слоя настолько малы, что они могут пропускать воду только в парообразном состоянии за счет диффузии: из зоны с высоким парциальным давлением (жилое помещение) в зону низкого парциального давления (на улицу) при одинаковом атмосферном давлении на разных сторонах материала.

Критерии качества диффузионной мембраны

Паропроницаемость диффузионной мембраны определяется количеством граммов водяного пара, которое она способна через себя пропустить в течение 24 часов. Проблема в том, что коэффициент паропроницаемости может существенно различаться у одной и той же мембраны в зависимости от того, при какой температуре проводились исследования. Незнание этой крайне важной информации может ввести потребителей в заблуждение.

Вот простой пример. Одна и та же мембрана, испытуемая при температуре 23 °С, имеет коэффициент паропроницаемости 2000 г/м²/24 ч., а при температуре 38 °С — уже 3000 г/м²/24 ч.

Для уточнения характеристик паропроницаемых мембран используют еще один коэффициент — Sd.

Он более точный, хотя более сложный с точки зрения понимая процессов, которые отражает. Данный коэффициент характеризует сопротивление строительного материала паропроницаемости, измеренное толщиной неподвижного слоя воздуха, обладающего таким же сопротивлением проникновению водяного пара. Рассчитывается на основе сопротивления проникновению водяного пара и толщины материала. Проще говоря, сравнивается паропроницаемость материала с паропроницаемостью слоя воздуха некой определенной толщины.

Например, если показатель Sd (приведенный в метрах) составляет 0,02, это означает, что сопротивление мембраны проникновению водяного пара будет такое же, как и слоя воздуха толщиной 2 см. Чем ниже параметр Sd, тем выше паропроницаемость мембраны. И наоборот: если Sd равен 20, то перед вами уже пароизоляционная пленка, у которой сопротивление проникновению водяного пара будет такое же, как у слоя воздуха толщиной 20 м.

Как различаются между собой диффузионные мембраны?

Существует два вида функционального слоя. Одни производят его из полипропилена, другие из термопластичного полиуретана (TPU).

Мембраны с функциональным слоем из полипропилена относятся к классическому виду и в большинстве случаев являются трехслойными. Зачем ей три слоя, если функциональный только один? Дело в том, что прочность данного слоя не очень велика, и чтобы его защитить, к нему с двух сторон прикрепляются защитные слои, состоящие из нетканого полипропилена (Spunbond).

Задача внешних слоев не только предохранять функциональный слой от механических повреждений. В момент монтажа мембрана подвергается атмосферным воздействиям, самое опасное из которых УФ-излучение. Именно оно способно разрушить структуру полимера. В составе функционального слоя есть УФ-стабилизаторы, но они также есть и в защитном слое, что в комплексе дает большую защиту и повышает УФ-стабильность всего материала.

На паропроницаемость защитные слои в отдельности никак не влияют. В их нетканой структуре нити находятся на слишком большом расстоянии, и вода спокойно через них просачивается, не говоря о паре.

Различие трехслойных диффузионных мембран заключается в их плотности. Чем больше плотность, тем мембрана толще, соответственно, прочность ее больше. А это значит, что ей не страшны порывы ветра, пешеходные нагрузки, а также вероятные механические повреждения от упавшего инструмента. Ну и работать с более плотной мембраной намного приятнее и удобнее. К тому же диффузионные мембраны повышенной плотности более устойчивы к УФ-излучению. К этой категории относятся мембраны с плотностью 130 г/м² и выше.

Немаловажный момент — качество сырья, из которого производится материал. Крупные производители дорожат своей репутацией и используют только первичное сырье. А это говорит о том, что в любом случае на такой материал будет гарантия и он прослужит заявленный срок.

Еще один вид диффузионных мембран — мембраны нового поколения с функциональным слоем из термопластичного полиуретана. Состоят они из двух слоев — функционального из TPU и нетканого полиэстера, обеспечивающего прочность всего полотна.

Преимуществами такой диффузионной мембраны перед классической трехслойной будут:

• Высокая износостойкость.
• Эластичность и гибкость в широком диапазоне температур.
• Высокая стойкость к воздействию нефтепродуктов, смазочных веществ и пропиточных составов для древесины. В отличие от мембран из термополиуретана, мембраны с функциональным слоем из полипропилена боятся воздействия этих веществ, от них функциональный слой разрушается. А такое происходит часто. Попадание масла с цепной пилы при распиле пиломатериалов над полотном мембраны. Или смыв пропитки для древесины в момент дождя с обрешетки или контробрешетки.
• Высокая стойкость к атмосферным воздействиям. Термополиуретан не боится УФ-излучения, поэтому такие мембраны могут выступать в качестве временной кровли до 6 месяцев.
• Не содержит пластификаторов и нет эмиссии вредных веществ.
• Непроницаема для жидкостей, но хорошо проницаема для водяных паров.
• Устойчивый цвет, мембрана будет выглядеть как новая даже после многих лет эксплуатации.
• Механическая прочность, функциональный слой из термополиуретана намного прочнее функционального слоя из полипропилена.

Если есть хоть малейшая вероятность задержки монтажа финишного кровельного покрытия, то правильнее всего воспользоваться диффузионной мембраной со слоем из термопластичного полиуретана. Она может выполнять роль временного покрытия до полугода.

Как правильно определить, какую мембрану лучше использовать

Для начала определяемся с конструкцией: кровля, стена.

Если речь об утепленной кровле, то лучше всего в этой конструкции с задачей справится двухслойная мембрана с функциональным слоем из термопластичного полиуретана. Если все же выбор идет в пользу трехслойных мембран с функциональным слоем из полипропилена, то их плотность должна составлять не менее 130 г/м². Больше можно, меньше не рекомендуется.

Почему?

Во-первых, кровля является самым ответственным участком в плане протечек. Во-вторых, именно через нее стремится выйти большая часть тепла и парообразной влаги, накопленной в помещении. Начиная с монтажа и все последующее время мембрана в этом месте будет максимально подвержена разным воздействиям.

В момент монтажа мембрана должна выдержать механические нагрузки, возникающие при передвижении кровельщика. Никто не застрахован от падения инструментов. Мембрана должна выдержать и не порваться.

До тех пор, пока крыша не закрыта кровлей, мембрана испытывает воздействие УФ-лучей и порывов ветра.

Очевидно, что в кровельной конструкции мембрана должна обладать повышенной плотностью, иметь высокие прочностные характеристики, а также высокую стойкость к УФ-излучению. В период эксплуатации она подвергается температурным воздействиям, особенно под металлической кровлей. В летнее время на солнце металл нагревается до очень высоких температур. Поэтому для мембран с полипропиленовым слоем есть ограничения. Однако для пленок с полиуретановым функциональным слоем допустимы гораздо более высокие температуры.

Для защиты стен нет смысла использовать мембраны повышенной надежности.

Стены не подвергаются столь серьезным механическим и атмосферным воздействиям. В этой конструкции вполне подойдут трехслойные мембраны. К тому же вертикальное расположение позволяет воде, если она вдруг проникла, просто стечь вниз. Также менее вероятно и механическое повреждение. Перемещений по мембране не будет. Но материал на стене по-прежнему должен быть ветровлагозащитным. При использовании в конструкциях каркасных стен достаточно будет плотности 110 г/м², при использовании в системах навесных вентилируемых фасадов рекомендуется плотность увеличить до 130 г/м² и выше.

Эти простые советы помогут сделать правильный выбор с точки зрения долговечности, надежности и рациональности. Определяясь с видом материала, необходимо внимательно изучить его состав, характеристики, а также четко понимать, в какой конструкции она будет использована.

Физиология, потенциал покоя — StatPearls

Стивен М. Крисафидес; Стивен Дж. Бордес; Сандип Шарма.

Информация об авторе

Последнее обновление: 14 апреля 2022 г.

Введение

Мембранный потенциал покоя является результатом движения нескольких различных видов ионов через различные ионные каналы и транспортеры (унипортеры, котранспортеры и насосы) в плазматическая мембрана. Эти движения приводят к различным электростатическим зарядам на клеточной мембране. Нейроны и мышечные клетки возбудимы, поэтому эти типы клеток могут переходить из состояния покоя в возбужденное состояние. Мембранный потенциал покоя клетки определяется как разность электрических потенциалов на плазматической мембране, когда клетка находится в невозбужденном состоянии. Традиционно разность электрических потенциалов на клеточной мембране выражается ее значением внутри клетки по отношению к внеклеточной среде. [1][2]

Клеточный

Существует несколько важных ионов, которые вносят вклад в потенциал покоя, при этом натрий (Na+) и калий (K+) оказывают доминирующее влияние. Различные отрицательно заряженные внутриклеточные белки и органические фосфаты, которые не могут проникнуть через клеточную мембрану, также вносят свой вклад. Чтобы понять, как возникает мембранный потенциал покоя и почему его значение отрицательно, крайне важно иметь представление о равновесных потенциалах, проницаемости и ионных насосах. [1]

Равновесный потенциал рассчитывается по уравнению Нернста [3][1]:

Em = RT/zF * log([ион вне клетки]/[ион внутри клетки]).

Em = равновесный мембранный потенциал

R = газовая постоянная = 8,314472 Дж · К-1

T = температура (Кельвин)

F = постоянная Фарадея = 9,65 x 104 Кл·моль-1 одновалентный ион, такой как K+, и 2 для двухвалентного иона, такого как Ca2+ и так далее. Таким образом, уравнение:

RT/F можно упростить до 61,5 при нормальной температуре тела.

Существуют две важные концепции, лежащие в основе понимания любого мембранного потенциала:

Первая состоит в том, что разница в градиенте концентрации иона через полупроницаемую мембрану определяет направление движения иона. Этот градиент концентрации ионов или разница на поверхности мембраны поддерживается за счет использования энергии, либо первичного, либо вторичного активного транспорта, и создает силу для движения этого иона через мембрану. Опять же, из-за высокой относительной проницаемости мембраны для калия результирующий мембранный потенциал почти всегда близок к калиевому равновесному потенциалу. Но для того, чтобы этот процесс происходил, необходимо предварительно создать градиент концентрации ионов калия. Эту работу выполняет насос Na+/K+-АТФазы, который выкачивает 3 иона Na+ из клетки и 2 иона K+ в клетку, создавая градиент концентрации Na+ и K+.

Во-вторых, мембрана полупроницаема для этого иона. Существует ионный канал, который позволяет ионам проходить через мембрану только тогда, когда этот конкретный ионный канал открыт. Таким образом, когда ионный канал открывается, ион перемещается по градиенту своей концентрации от высокого к низкому, в данном случае для К+ изнутри (внутриклеточная область) наружу (внеклеточная область). Примечание: проницаемость — это способность ионов проходить через мембрану, независимо от того, движутся они или нет (например, имеется ли ионный канал). Однако проводимость измеряет перемещение заряда через мембрану.

Мы обсудили градиент концентрации и проницаемость мембраны. Теперь обсудим образовавшийся электростатический градиент. Положительные и отрицательные ионы имеют тенденцию соединяться друг с другом в ионном растворе, поскольку противоположности притягиваются. Однако перемещение только катиона изнутри клетки наружу клетки оставляет после себя отрицательный анион, и, таким образом, внутренняя часть клетки становится более отрицательной, а внешняя часть клетки становится более положительной. Это создает электростатический градиент, который со временем накапливается.

В конце концов, отрицательные заряды внутри клетки начинают проявлять силу, удерживающую положительно заряженные ионы K+ внутри клетки, силу, которая препятствует движению ионов вниз по градиенту концентрации. Когда этот отрицательный электростатический заряд противоположен силе градиента концентрации, движение ионов отсутствует. Эта ситуация называется равновесным потенциалом для этого иона, который рассчитывается по уравнению Нернста. Примечание: мы должны подчеркнуть, что только несколько ионов должны пройти через мембрану, чтобы создать мембранный потенциал, и, таким образом, существенно не изменить градиент концентрации ионов.

Поскольку вклад в мембранный потенциал покоя вносят несколько ионов, для расчета мембранного потенциала используется уравнение Гольдмана-Ходжкина-Каца, а не уравнение Нернста. [4] Поскольку ион с наибольшей проводимостью через мембрану в состоянии покоя представляет собой калий, равновесный потенциал калия вносит основной вклад в мембранный потенциал покоя. Однако, поскольку некоторое количество ионов натрия и других ионов вытекает из клетки в состоянии покоя, поэтому мембранный потенциал покоя немного более положительный при -70 мВ. [5]

Проницаемость относится к способности ионов проходить через мембрану и прямо пропорциональна общему количеству открытых каналов для данного иона в мембране. Мембрана проницаема для K+ в состоянии покоя, потому что многие каналы открыты. В нормальной клетке проницаемость Na+ составляет около 5% проницаемости K+ или даже меньше, тогда как соответствующие равновесные потенциалы составляют +60 мВ для натрия ( E Na) и -90 мВ для калия ( E K). Таким образом, мембранный потенциал не будет правильным при E K, но скорее деполяризованный (более положительное значение) от E Ka. Таким образом, потенциал покоя клетки будет примерно равен -73 мВ.

Вовлеченные системы органов

Все клетки в организме имеют характерный мембранный потенциал покоя в зависимости от типа их клеток. Однако первостепенное значение имеют нейроны и три типа мышечных клеток: гладкие, скелетные и сердечные. Следовательно, мембранные потенциалы покоя имеют решающее значение для правильного функционирования нервной и мышечной систем.

Функция

При возбуждении эти клетки отклоняются от своего мембранного потенциала покоя и подвергаются быстрому потенциалу действия перед возвращением в состояние покоя.

Для нейронов возбуждение потенциала действия позволяет этой клетке взаимодействовать с другими клетками посредством высвобождения различных нейротрансмиттеров. В мышечных клетках генерация потенциала действия заставляет мышцу сокращаться.

Механизм

Для подавляющего большинства растворенных веществ внутриклеточные и внеклеточные концентрации различаются. В результате часто существует движущая сила для движения растворенных веществ через плазматическую мембрану. Направление этой движущей силы включает две составляющие: градиент концентрации и электрический градиент. Что касается градиента концентрации, растворенное вещество будет перемещаться из области, где оно более концентрировано, в отдельную область с более низкой концентрацией. Что касается электрического градиента, заряженное растворенное вещество будет двигаться от области с аналогичным зарядом к отдельной области с противоположным зарядом. На все растворенные вещества влияют градиенты концентрации, но только на заряженные растворенные вещества влияют электрические градиенты.

В отсутствие других сил растворенное вещество, которое может пересечь мембрану, будет делать это, пока не достигнет равновесия. Для незаряженного растворенного вещества равновесие наступит, когда концентрация этого растворенного вещества станет одинаковой по обе стороны мембраны. В этом случае градиент концентрации является единственным фактором, создающим движущую силу для движения незаряженных растворенных веществ. Однако для заряженных растворенных веществ необходимо учитывать как концентрацию, так и электрические градиенты, поскольку они оба влияют на движущую силу. Говорят, что заряженное растворенное вещество достигло электрохимического равновесия через мембрану, когда градиент его концентрации точно равен градиенту электрического заряда и противоположен ему. Важно отметить, что когда это происходит, это не означает, что концентрации этого растворенного вещества будут одинаковыми по обе стороны мембраны. Во время электрохимического равновесия для заряженного растворенного вещества обычно все еще существует градиент концентрации, но электрический градиент, направленный в противоположном направлении, сводит на нет его. В этих условиях электрический градиент для данного заряженного растворенного вещества служит разностью электрических потенциалов на мембране. Значение этой разности потенциалов представляет собой равновесный потенциал для этого заряженного растворенного вещества. [6]

В физиологических условиях ионы, вносящие вклад в мембранный потенциал покоя, редко достигают электрохимического равновесия. Одна из причин этого заключается в том, что большинство ионов не могут свободно пересекать клеточную мембрану, потому что она непроницаема для большинства ионов. Например, Na+ представляет собой положительно заряженный ион с внутриклеточной концентрацией 14 мМ, внеклеточной концентрацией 140 мМ и значением равновесного потенциала +65 мВ. Это различие означает, что когда внутри клетки на 65 мВ выше, чем во внеклеточной среде, Na+ будет находиться в электрохимическом равновесии через плазматическую мембрану. Более того, K+ является положительно заряженным ионом, который имеет внутриклеточную концентрацию 120 мМ, внеклеточную концентрацию 4 мМ и равновесный потенциал -9.0 мВ; это означает, что К+ будет находиться в электрохимическом равновесии, когда в клетке напряжение на 90 мВ ниже, чем во внеклеточной среде.

В состоянии покоя плазматическая мембрана имеет небольшую проницаемость как для Na+, так и для K+. Однако проницаемость для K+ намного выше из-за наличия каналов утечки K+, встроенных в плазматическую мембрану, которые позволяют K+ диффундировать из клетки по его электрохимическому градиенту. Из-за этой повышенной проницаемости K+ близок к электрохимическому равновесию, а мембранный потенциал близок к равновесному потенциалу K+, равному -9. 0 мВ. Клеточная мембрана в состоянии покоя имеет очень низкую проницаемость для Na+, что означает, что Na+ далек от электрохимического равновесия, а мембранный потенциал далек от равновесного потенциала Na+, равного +65 мВ.[2]

Равновесные потенциалы для Na+ и K+ представляют собой две крайности, при этом мембранный потенциал клетки в состоянии покоя находится где-то посередине. Поскольку плазматическая мембрана в состоянии покоя обладает гораздо большей проницаемостью для K+, мембранный потенциал покоя (от -70 до -80 мВ) намного ближе к равновесному потенциалу K+ (-90 мВ), чем для Na+ (+65 мВ). Этот фактор поднимает важный вопрос: чем более проницаема плазматическая мембрана для данного иона, тем больший вклад этот ион будет вносить в мембранный потенциал (общий мембранный потенциал будет ближе к равновесному потенциалу этого «доминирующего» иона).

Na+ и K+ не достигают электрохимического равновесия. Несмотря на то, что небольшое количество ионов Na+ может проникать в клетку, а ионы K+ могут покидать клетку через каналы утечки K+, насос Na+/K+ постоянно использует энергию для поддержания этих градиентов. [7] Этот насос играет большую роль в поддержании градиента концентрации ионов путем обмена 3 ионов Na+ внутри клетки на каждые 2 иона K+, поступивших в клетку. Мы должны подчеркнуть, что, хотя этот насос не вносит существенного вклада в заряд мембранного потенциала, он имеет решающее значение для поддержания ионных градиентов Na+ и K+ через мембрану. То, что генерирует мембранный потенциал покоя, — это К+, который просачивается изнутри клетки наружу через каналы утечки К+ и генерирует отрицательный заряд внутри мембраны по сравнению с внешней стороной. В покое мембрана непроницаема для Na+, так как все Na+-каналы закрыты.

Клиническое значение

Генерация и поддержание мембранного потенциала покоя имеют большое значение для возбудимых клеток (нейронов и мышц). Условия, которые изменяют мембранный потенциал этих клеток в состоянии покоя, могут оказывать глубокое влияние на их нормальное функционирование. Например, гипокалиемия — это состояние, при котором количество K+ в крови ниже нормы. В результате возникает повышенный градиент концентрации, который способствует оттоку К+ из клеток. Это приводит к гиперполяризации клеток и требует большего стимула для достижения потенциала действия. Это приводит к более отрицательному потенциалу в сердечных мышцах в результате восстановления инактивации натриевых каналов. Низкий уровень калия приводит к задержке реполяризации желудочков, что может способствовать реципрокным аритмиям.[8] Повышение уровня калия приводит к деполяризации мембраны клеток. Эта деполяризация инактивирует натриевые каналы, что увеличивает рефрактерный период (и может привести, например, к серьезным аритмиям)[9].] Серьезные нарушения электролитного баланса могут привести к мышечным спазмам скелетных мышц, аритмии сердечной мышцы и судорогам нейронов ЦНС. [10]

Примечание. Деполяризация относится к увеличению положительного значения мембранного потенциала, тогда как гиперполяризация относится к увеличению отрицательного значения мембранного потенциала. Эти два события обычно происходят в возбудимых клетках, обладающих потенциалом действия, тогда как большинство других клеток имеют постоянный мембранный потенциал покоя, который не изменяется. Большинство знакомы с концепцией деполяризации, когда речь идет о потенциале действия. Для потенциала действия первоначальная постепенная деполяризация мембраны приводит к открытию потенциалзависимых натриевых каналов. По мере того, как большое количество положительных ионов натрия устремляется в клетку через открытые каналы, внутренняя часть клетки становится более положительно заряженной, мембранный потенциал становится более положительным и происходит деполяризация. Однако деполяризация не всегда приводит к возникновению потенциала действия. Потенциалы действия возникают только тогда, когда градуированные потенциалы (инициированные синаптической активностью) имеют значительную силу, вызывающую преодоление мембранным напряжением порогового значения, после чего открываются потенциалзависимые натриевые каналы. [11]

Контрольные вопросы

• Доступ к бесплатным вопросам с несколькими вариантами ответов по этой теме.

• Комментарий к этой статье.

Ссылки

1.

Райт С.Х. Генерация мембранного потенциала покоя. Adv Physiol Educ. 2004 г.; 28 декабря (1–4): 139–42. [PubMed: 15545342]

2.

Enyedi P, Czirják G. Молекулярный фон утечки K + токов: двухпоровые доменные калиевые каналы. Физиол Ред. 9 апреля 2010 г.0(2):559-605. [PubMed: 20393194]

3.

Veech RL, Kashiwaya Y, King MT. Мембранный потенциал покоя клеток является мерой электрической работы, а не ионных токов. Integr Physiol Behav Sci. 1995 г., сен-декабрь; 30(4):283-307. [PubMed: 8788226]

4.

Клэй младший. Для определения кривых активации k каналов по токам k каналов часто требуется уравнение Голдмана-Ходжкина-Каца. Неврологи передней клетки. 2009;3:20. [Бесплатная статья PMC: PMC2802550] [PubMed: 20057933]. Дж. Биол. физ. 2019 март;45(1):13-30. [Бесплатная статья PMC: PMC6408562] [PubMed: 30392060]

6.

Рен Д. Каналы утечки натрия в возбудимости нейронов и ритмичном поведении. Нейрон. 2011 г., 22 декабря; 72(6):899-911. [Бесплатная статья PMC: PMC3247702] [PubMed: 22196327]

7.

Morth JP, Pedersen BP, Toustrup-Jensen MS, Sørensen TL, Petersen J, Andersen JP, Vilsen B, Nissen P. Кристаллическая структура натрий-калиевого насоса. Природа. 2007 г., 13 декабря; 450(7172):1043-9. [PubMed: 18075585]

8.

Castro D, Sharma S. StatPearls [Интернет]. Издательство StatPearls; Остров сокровищ (Флорида): 18 июля 2022 г. Гипокалиемия. [PubMed: 29494072]

9.

Саймон Л.В., Хашми М.Ф., Фаррелл М.В. StatPearls [Интернет]. Издательство StatPearls; Остров сокровищ (Флорида): 16 февраля 2022 г. Гиперкалиемия. [В паблике: 29261936]

10.

Браун Д.А., О’Рурк Б. Сердечные митохондрии и аритмии. Кардиовасц Рез. 2010 01 ноября; 88 (2): 241-9. [Бесплатная статья PMC: PMC2980943] [PubMed: 20621924]

11.

Grider MH, Jessu R, Kabir R. StatPearls [Интернет]. Издательство StatPearls; Остров сокровищ (Флорида): 15 мая 2022 г. Физиология, потенциал действия. [PubMed: 30844170]

Мембранный потенциал: определение, равновесие, ионы

Автор: Яна Васкович, врач • Рецензент: Франческа Сальвадор Магистр наук
Последнее рассмотрение: 06 июля 2022 г.
Время считывания: 8 минут

Мембранный потенциал покоя представляет собой разницу между электрическими потенциалами внутриклеточного и внеклеточного матрикса клетки, когда она не возбуждена. Каждая клетка организма имеет свой мембранный потенциал, но только возбудимые клетки — нервы и мышцы — способны изменить его и генерировать потенциал действия.

По этой причине мембранный потенциал возбудимых клеток, когда они не возбуждаются, называют мембранным потенциалом покоя, а его изменения связывают с потенциалом действия.

Ключевые факты о мембранном потенциале

Определение	Разница между электрическим потенциалом матрикса клеточной мембраны, когда клетка не возбуждена
Факторы, определяющие	Разница между внутри- и внеклеточной концентрацией ионов Насос Na-K Проницаемость клеточной мембраны для ионов

Эта статья на самом деле является Physio 101, и в ней будет обсуждаться определение мембранного потенциала, откуда он возникает и как его значения влияют на способность клетки генерировать потенциал действия (импульс).

Содержимое

1. Определение
   1. Ионы
   2. Натриево-калиевый насос (Na-K насос)
   3. Проницаемость клеточной мембраны
2. Равновесный потенциал
3. Источники

+ Показать все

Определение

Мембранный потенциал покоя (EM) возникает из-за различных концентраций ионов (выраженных в ммоль/л) на внутренней и внешней поверхности клеточной мембраны.

В нашем организме есть четыре возбудимых ткани, и все они имеют разные значения ЭМ:

• Клетка скелетных мышц = -90 милливольт (мВ)
• Гладкомышечная клетка = -55 мВ
• Клетка сердечной мышцы = -80 мВ
• Нейрон = -65 мВ

Отрицательные значения указывают на то, что цитоплазма более электроотрицательна, чем внеклеточное пространство. Значения EM зависят от нескольких факторов:

• Концентрация ионов внутри и вне клетки. Ионы, которые вносят наибольший вклад, представляют собой ионы натрия, калия, кальция и хлорида.
• Работа натрий-калиевого насоса .
• Переменная проницаемость клеточной мембраны для ионов.

Ионы

В клетке и внеклеточном пространстве много ионов, но не все они могут пройти через клеточную мембрану. Те, кто может, называются диффундирующими ионами (натрий, калий, кальций и хлорид), а те, кто не может, называются недиффундирующими ионами (белки). Тем не менее обе группы ионов вносят вклад в мембранный потенциал. Почему? Ионы — это химические элементы, которые переносят электричество, некоторые положительные (+), а некоторые отрицательные (-). Обычно внутри клетки больше отрицательных ионов, чем снаружи, поэтому ЭМ имеет отрицательные значения. Эта негативность в основном связана с недиффундирующими белками (-).

Диффундирующие ионы ответственны за изменение мембранного потенциала. Во время потенциала действия происходит перераспределение ионов, когда в клетку поступает большое количество натрия (+), что делает мембранный потенциал менее отрицательным и приближает его к порогу потенциала действия.

Распределение ионов

Внутриклеточное пространство	Натрий = 14 ммоль/л Калий = 140 ммоль/л Кальций = 0,0001 ммоль/л Хлорид = 5 ммоль/л
Внеклеточное пространство	Натрий = 142 ммоль/л Калий = 4-5 ммоль/л Кальций = 2,5 ммоль/л Хлорид = 103 ммоль/л

Натриево-калиевый насос (Na-K насос)

Еще одним фактором, контролирующим мембранный потенциал, является насос Na(+)-K(+) . Этот насос использует энергию для выталкивания 3 молекул натрия в обмен на 2 молекулы калия. Это важно, потому что этот насос создает градиенты концентрации для натрия и калия, что позволяет большему количеству натрия находиться во внеклеточном пространстве и большему количеству калия во внутриклеточном пространстве.

Натриево-калиевый насос (схема)

Градиент концентрации   позже будет способствовать возникновению потенциала действия в силу одного из законов физики. В соответствии с определением градиента концентрации каждый элемент изменяет свой градиент концентрации для достижения равновесия. Например, ионы будут диффундировать из места с большей концентрацией в место с меньшей концентрацией до тех пор, пока концентрация элемента не станет одинаковой с обеих сторон. Это означает, что натрий будет диффундировать из внеклеточного пространства во внутриклеточное, а калий наоборот. Подробнее об этом процессе можно прочитать в статье о потенциале действия.

Проницаемость клеточной мембраны

Третьим фактором, влияющим на мембранный потенциал, является проницаемость мембраны для натрия и калия, которая зависит от ионных каналов.

Ионные каналы представляют собой специализированные белки клеточной мембраны, обеспечивающие миграцию ионов. Существует два типа ионных каналов:

• Пассивные каналы – это поры внутри клеточной мембраны, через которые проходят молекулы в зависимости от градиента их концентрации.
• Активные каналы – которые открываются и обеспечивают транспорт ионов либо в зависимости от изменения мембранного потенциала (потенциально-управляемые каналы), либо после связывания какого-либо другого белка (лиганд-управляемые каналы), либо после механической стимуляции.

Поры способствуют установлению мембранного потенциала покоя и находятся вдоль всей возбудимой клеточной мембраны. Когда клетка не возбуждена, диффузия ионов происходит только через поры. Обратите внимание, что во время отдыха для калия открыто гораздо больше пор, чем для натрия. При этом отток калия больше, чем приток натрия, что способствует поддержанию негативности внутриклеточного пространства и ЭМ.

Лиганд-управляемые каналы расположены вблизи синапсов и ответственны за локальную гипо- или гиперполяризацию клетки после связывания с ними нейротрансмиттера. Потенциально-управляемые каналы отвечают за генерацию и распространение потенциала действия, что в конечном итоге вызывает высвобождение нейротрансмиттера. Они обнаруживаются в мембранах аксонов и их окончаниях.

Равновесный потенциал

С точки зрения градиента концентрации можно ожидать, что все способные к диффузии ионы проходят через клеточную мембрану до тех пор, пока их концентрации не станут равными с обеих сторон. Но все равно этого не происходит. Почему? Есть еще один физический компонент во всем этом процессе, который противостоит градиенту концентрации, называемый электрический градиент , который работает аналогично магниту.

Возьмем в качестве примера калий . Внутриклеточная концентрация калия составляет 140 ммоль/л, а внеклеточная — 4-5 ммоль/л. Можно ожидать, что калий диффундирует за пределы клетки до тех пор, пока с обеих сторон мембраны не будет около 70 ммоль/л калия. Но, поскольку калий является положительным ионом (+), его отток увеличивает положительность внеклеточного пространства и увеличивает отрицательность внутриклеточного пространства. Это приводит к тому, что внеклеточное пространство становится достаточно положительным, чтобы отталкивать калий, а внутриклеточное пространство становится достаточно отрицательным, чтобы притягивать положительный калий. Эта точка называется 9.0221 электрохимическое равновесие

. Физиологи рассчитали значение ЭМ, когда калий уже не может диффундировать из клетки, и оно составляет -94 мВ.

Теперь давайте посмотрим на натрия , который также является положительным ионом. Из-за градиента концентрации натрий имеет тенденцию проникать в клетку. В какой-то момент клетка становится достаточно электроположительной, чтобы отталкивать новые ионы натрия, и, таким образом, сопротивляется градиенту концентрации натрия, достигая электрохимического равновесия. Значение электроположительности, которое останавливает приток натрия, составляет +61 мВ.

Как мы упоминали ранее, диффузия калия в основном влияет на мембранный потенциал покоя. С другой стороны, диффузия натрия во время потенциала действия массивна. Это подразумевает две вещи:

• Мембранный потенциал не может быть более отрицательным, чем -94 мВ
• Мембранный потенциал не может быть более положительным, чем +61 мВ

Источники

Весь контент, публикуемый на Kenhub, проверяется экспертами в области медицины и анатомии. Информация, которую мы предоставляем, основана на научной литературе и рецензируемых исследованиях. Kenhub не дает медицинских консультаций. Вы можете узнать больше о наших стандартах создания и проверки контента, прочитав наши рекомендации по качеству контента.