физиология. 1. Раздражимость и возбудимость. Виды возбудимых тканей и их свойства. Общие и специфические
 Скачать 1.33 Mb.
|
|
1. Раздражимость и возбудимость. Виды возбудимых тканей и их свойства. Общие и специфические признаки возбуждения. Законы возбуждения (силы, времени и градиента). Классификация раздражителей. Все живые клетки обладают раздражимостью, т. е. способностью под влиянием определенных факторов внешней или внутренней среды, так называемых раздражителей, переходить из состояния физиологического покоя в состояние активности.( тер- мин «возбудимые клетки» применяют лишь по отношению к нервным, мышечным и секре- торным клеткам, способным в ответ на действие раздражителя генерировать специали- зированные формы колебаний электрического потенциала). Раздражимость- Это способность клетки реагировать на действие внешних и внутренних факторов – раздражителей и передавать возбуждение в другие клетки.( восприятие раздражения обозначают термином перцепция или рецепция) Раздpажимость является унивеpсальным свойством всего живого и является основой пpиспособительных pеакций живого оpганизма к постоянно меняющимся условиям внешней и внутpенней сpеды. Возбудимостью называется способность организма, органа, ткани или клетки отвечать на раздражение активной специфической реакцией — возбуждением (генерацией нервного импульса, сокращением, секрецией и др.). Раздражимость и возбудимость характеризуют в сущности одно и то же свойство биологической системы — способность отвечать на внешние воздействия Возбудимые ткани - это ткани, котоpые способны воспpинимать действие pаздpажителя и отвечать на него пеpеходом в состояние возбуждения. Возбудимость - это способность клетки, ткани или оpгана отвечать на действие pаздpажителя пеpеходом из состояния функционального покоя в состояние физиологической активности Возбудимость - это новое, более совеpшенное свойство тканей, в котоpое (в пpоцессе эволюции) тpансфоpмиpовалась pаздpажимость К возбудимым тканям относятся тpи вида тканей - это неpвная, мышечная и железистая 4 свойства: возбудимость, проводимость, рефрактерность, лабильность. (Для мышечной ткани характерна также сократимость). • Возбудимость – способность ткани отвечать на раздражение изменением ряда своих свойств. Показатель возбудимости – порог раздражения. Это минимальное по силе раздражение, способное вызвать видимую ответную реакцию ткани. • Проводимость – способность ткани проводить возбуждение по всей своей длине. Показатель проводимости – скорость проведения возбуждения. • Рефрактерность – способность ткани терять или снижать возбудимость в процессе возбуждения. При этом в ходе ответной реакции ткань перестает воспринимать раздражитель. • Лабильность – способность ткани генерировать определенное число волн возбуждения в единицу времени в точном соответствии с ритмом наносимого раздражения. Лабильность определяется продолжительностью рефрактерного периода (чем короче рефрактерный период, тем больше лабильность). • Сократимость – способность мышцы отвечать сокращением на раздражение. Неспецифические признаки возникают у всех возбудимых тканей вне зависимости от их строения: • изменение проницаемости клеточных мембран • изменение заряда клеточных мембран, • повышение потребления кислорода • повышение температуры • усиление обменных процессов Специфические признаки различаются у различных тканей: • мышечная ткань – сокращение • железистая ткань – выделение секрета • нервная ткань – генерация нервного импульса. Существуют три закона раздражения возбудимых тканей: 1) закон силы раздражения; 2) закон длительности раздражения; 3) закон градиента раздражения 1)Закон силы раздражения: чем больше сила раздражителя, тем больше величина ответной реакции. В соответствии с этим законом функционирует скелетная мышца. Амплитуда ее сокращений постепенно увеличивается с увеличением силы раздражителя вплоть до достижения максимальных значений. Это обусловлено тем, что скелетная мышца состоит из множества мышечных волокон, имеющих различную возбудимость. На пороговые раздражители отвечают только волокна, имеющие самую высокую возбудимость, амплитуда мышечного сокращения при этом минимальна. Увеличение силы раздражителя приводит к постепенному вовлечению волокон, имеющих меньшую возбудимость, поэтому амплитуда сокращения мышцы усиливается. Когда в реакции участвуют все мышечные волокна данной мышцы, дальнейшее повышение силы раздражителя не приводит к увеличению амплитуды сокращения. 1)Закон силы раздражения Закон «все или ничего»: подпороговые раздражители не вызывают ответной реакции («ничего»), на пороговые раздражители возникает максимальная ответная реакция («все»). По закону «все или ничего» сокращаются сердечная мышца и одиночное мышечное волокно. 2)Закон длительности раздражений. Существует зависимость между силой раздражения и временем его действия. Каким бы сильным ни был бы раздражитель, он должен действовать определенный период времени. Если временной отрезок маленький, то ответная реакция не возникает. Если раздражитель слабый, то бы как длительно он ни действовал, ответная реакция не возникает. Сила раздражителя постепенно увеличивается, и в определенный момент возникает ответная реакция ткани. Эта сила достигает пороговой величины и называется реобазой (минимальной силой раздражения, которая вызывает первичную ответную реакцию. Наименьшее время, в течение которого должен действовать раздражитель силой в одну реобазу, чтобы вызвать возбуждение, называют полезным временем . Для более точной характеристики возбудимости используют параметр хронаксия. Хронаксия – минимальное время действия раздражителя в 2 реобазы, необходимое для того, чтобы вызвать возбуждение. 3) закон градиента раздражения. Градиент – это крутизна нарастания раздражения. Для возникновения возбуждения имеет значение не только сила и время действия тока, но и скорость нарастания силы тока. Для возникновения возбуждения сила раздражающего тока должна нарастать достаточно круто (рис. 4). При медленном нарастании силы тока происходит явление аккомодации – возбудимость клетки снижается. В основе явления аккомодации лежит повышение КУД вследствие постепенной инактивации Na+ -каналов. Раздражители – это факторы внешней или внутренней среды, действующие на возбудимые структуры. Различают две группы раздражителей: 1) естественные (нервные импульсы, возникающие в нервных клетках и различных рецепторах); 2) искусственные: физические (механические – удар, укол; температурные – тепло, холод; электрический ток – переменный или постоянный), химические (кислоты, основания, эфиры и т. п.), физико-химические (осмотические – кристаллик хлорида натрия). По природе раздражители подразделяют на: 1. физические (звук, свет, температура, вибрация, осмотическое давление), особое значение для биологических систем имеют электрические раздражители; 2. химические (ионы, гормоны, нейромедиаторы, пептиды, ксенобиотики); 3. информационные (голосовые команды, условные знаки, условные стимулы) Классификация раздражителей по биологическому принципу: 1) адекватные, которые при минимальных энергетических затратах вызывают возбуждение ткани в естественных условиях существования организма; 2) неадекватные, которые вызывают в тканях возбуждение при достаточной силе и продолжительном воздействии. 2. Физиологические особенности мембран возбудимых тканей. Роль мембранных белков. Виды и значение ионных каналов и насосов в функционировании возбудимых клеток. Механизмы деятельности Na+-K+-насоса, Са2+-насоса и Na+-Ca2+-насоса. Ионные каналы и насосы как мишени действия лекарств. Строение и функции клеточных мембран. 1.Барьерная функция выражается в том, что мембрана при помощи соответствующих механизмов участвует в создании концентрационных градиентов, препятствуя свободной диффузии. При этом мембрана принимает участие в механизмах электрогенеза. К ним относятся механизмы создания потенциала покоя, генерация потенциала действия, механизмы распространения биоэлектрических импульсов по однородной и неоднородной возбудимым структурам. 2.Регуляторная функция клеточной мембраны заключается в тонкой регуляции внутриклеточного содержимого и внутриклеточных реакций за счет рецепции внеклеточных биологически активных веществ, что приводит к изменению активности ферментных систем мембраны и запуску механизмов вторичных «месенджеров» («посредников»). 3.Преобразование внешних стимулов неэлектрической природы в электрические сигналы (в рецепторах). 4.Высвобождение нейромедиаторов в синаптических окончаниях. Ультраструктура биологических мембран. Структурной основой биологической мембраны является двойной слой фосфолипидов, в который встроены мембранные белки. Белки, пронизывающие насквозь фосфолипидный слой, называются внутренними мембранными белками, или белковыми каналами, или порами. В функциональном отношении мембранные белки делятся на 4 класса: «насосы», каналы, рецепторы и ферменты. • «Насосы» расходуют метаболическую энергию АТФ для перемещения ионов и молекул против концентрационных и электрохимических градиентов и поддерживают необходимые концентрации этих молекул в клетке. • Ионоселективные каналы представляют собой пути переноса заряженных молекул и ионов. Через каналы в клетку проникают и лекарственные вещества. • Рецепторы мембран представлены белковыми молекулами, которые «узнают» то или иное биологически активное вещество, контактируют с ним и передают в клетку информацию о характере биохимических взаимодействий. • Белки-ферменты, обладающие высокой каталитической активностью, облегчают протекание биохимических реакций как внутри мембраны, так и у ее поверхности. Функции биологических мембран. - Пограничная функция. Мембрана отграничивает цитоплазму от межклеточной жидкости, а большинство внутриклеточных структур: митохондрии, ядро, эндоплазматическую сеть – от цитоплазмы. - Биотрансформирующая функция. Любое вещество, проходя через мембрану, вступает с ней в сложное взаимодействие и претерпевает ряд биохимических превращений. В результате биотрансформации лекарственное вещество, как правило, переходит в форму, легко усвояемую клеткой. - Транспортная функция. Перенос веществ через биологические мембраны связан с процессами метаболизма, поддержанием постоянства внутренней среды клетки, возбуждением и проведением нервного импульса. Существует два основных типа переноса: пассивный (фильтрация, диффузия, облегченная диффузия, осмос) и активный (работа мембранных белковых «насосов») • Пассивный транспорт. Фильтрация осуществляется через мембранные белковые каналы – поры, зависит от разности давлений снаружи и внутри клетки и проницаемости мембраны для жидкости и низкомолекулярных веществ. Диаметр пор чрезвычайно мал, поэтому фильтруются только низкомолекулярные вещества, вода и некоторые ионы.( не требует затрат энергии) • Диффузия - пассивное передвижение молекул или ионов по градиенту концентрации (из области высокой концентрации в область низкой). Осмос представляет собой частный случай диффузии растворителя через полупроницаемую мембрану, не пропускающую растворенные вещества. • Активный транспорт. Это универсальный для всех видов мембран перенос веществ против концентрационных или электрохимических градиентов (из области низкой концентрации в область высокой). При помощи активного транспорта переносятся гидрофильные полимерные молекулы, неорганические ионы (Na, Ca, K) , водород, сахара, аминокислоты, витамины, гормоны и лекарственные вещества. Активный транспорт осуществляется с обязательной затратой энергии. (пиноцитоз, экзоцитоз и фагоцитоз). - Рецепторная функция. Биологические мембраны имеют большое количество рецепторов – участков, молекулярная структура которых характеризуется избирательным сродством к определенным физиологически активным веществам: гормонам, медиаторам, антигенам. - Образование межклеточных контактов. - Генерация биоэлектрических потенциалов. В ходе эволюции у железистого эпителия, мышечной и нервной тканей появилось свойство возбудимости – способность реагировать на воздействие окружающей среды возбуждением. Внешним проявлением возбуждения является возникновение биоэлектрического потенциала. Для поддержания жизнедеятельности необходим постоянный транспорт вещества через мембрану. Так как существует множество различных внешних сигналов, на которые клетка должна уметь отвечать, на ее поверхности представлено большое многообразие различных мембранных белков. Среди них выделяют рецепторы, ионные каналы, порины, транспортеры, молекулярные моторы и структурные белки. Рецепторные белки формируют внутри клетки сигнал в ответ на появление снаружи гормонов и сигнальных молекул. К ним относится, например, рецептор инсулина, отвечающий за поступление в клетку глюкозы. Ионные каналы обеспечивают транспорт ионов и поддержание градиента (то есть разницы в концентрациях) их концентраций между внешней средой и цитоплазмой клетки. Натриевые и калиевые каналы непосредственно участвуют в передаче нервного импульса. Порины и транспортеры обеспечивают перенос воды и определенных молекул через мембрану. Молекулярные моторы присутствуют у многих бактерий и обеспечивают подвижность клеток. структурные белки поддерживают структуру мембраны и взаимодействуют с остальными белками. Ионы Na+, K+, Са2+, Сl- проникают внутрь клетки и выходят наружу через специальные, заполненные жидкостью каналы. Первый тип – это каналы покоя, которые спонтанно открываются и закрываются без всяких внешних воздействий. Они важны для генерации мембранного потенциала покоя. Второй тип - это так называемые gate-каналы,или воротные каналы(от слова «ворота»).В покое эти каналы закрыты и могут открываться под действием тех или иных раздражителей. Некоторые разновидности таких каналов принимают участие в генерации потенциалов действия. Большинство ионных каналов характеризуются избирательностью (селективностью), то есть через определенный вид каналов проходят только определенные ионы. По этому признаку различают натриевые, калиевые, кальциевые, хлорные каналы. Селективность каналов определяется размерами поры, размерами иона и его гидратной оболочки, зарядом иона, а также зарядом внутренней поверхности канала. Однако встречаются и неселективные каналы, которые могут пропускать сразу два вида ионов: например, калий и натрий. Есть каналы, через которые могут проходить все ионы и даже более крупные молекулы. Существует классификация ионных каналов по способу активации .Некоторые каналы специфически отвечают на физические изменения в клеточной мембране нейрона. Наиболее яркими представителями этой группы являются потенциал-активируемые каналы. Примерами могут служить чувствительные к потенциалу на мембране натриевые, калиевые, кальциевые ионные каналы, которые отвечают за формирование потенциала действия. Эти каналы открываются при определенном потенциале на мембране. Так, натриевые и калиевые каналы открываются при потенциале около -60 мВ (внутренняя поверхность мембраны заряжена отрицательно по сравнению с наружной поверхностью). Кальциевые каналы открываются при потенциале -30 мВ. К группе каналов, активирующихся физическими изменениями, относятся механо-чувствительные каналы, которые отвечают на механические воздействия (растяжение или деформация клеточной мембраны). Ионные каналы другой группы открываются тогда, когда химические вещества активируют специальные рецепторные связывающие центры на молекуле канала. Такие лиганд-активируемые каналы подразделяются на две подгруппы, в зависимости от того, являются ли их рецепторные центры внутриклеточными или внеклеточными. Лиганд-активируемые каналы, отвечающие на внеклеточные стимулы, также называют ионотропными рецепторами. Такие каналы чувствительны к медиаторам и принимают самое непосредственное участие в передаче информации в синаптических структурах. К лиганд-активируемым каналам, активирующимся с цитоплазматической стороны, относятся каналы, чувствительные к изменениям концентрации специфических ионов. Например, кальций-активируемые калиевые каналы активируются локальным повышением концентрации внутриклеточного кальция. Такие каналы играют важную роль в реполяризации клеточной мембраны во время завершения потенциала действия. Помимо ионов кальция, типичными представителями внутриклеточных лигандов являются циклические нуклеотиды. Способы активации ионных каналов (А) Ионные каналы, активируемые изменением мембранного потенциала или растяжением мембраны. (Б) Ионные каналы, активируемые химическими агентами (лигандами) с внеклеточной, либо с внутриклеточной стороны. Na+/K+-Hacoc выкачивает 3 иона натрия наружу на каждые 2 иона калия, входящие внутрь. Это означает, что 1 положительный заряд выводится наружу при каждом цикле работы насоса. Создается избыток положительных зарядов на поверхности клетки и дефицит положительных ионов внутри клетки, т.е. внутренняя часть клетки заряжается отрицательно. Когда клетка начинает разбухать, это автоматически активирует Na+/K+-Hacoc, обеспечивая удаление из клетки еще большего числа ионов вместе с водой. Таким образом, Na+/K+-Hacoc осуществляет непрерывную регуляцию объема клетки, поддерживая его в нормальных пределах первично активный транспорт ионов кальция В норме ионы кальция во внутриклеточном цитозоле практически всех клеток содержатся в чрезвычайно низкой концентрации — примерно в 10000 раз меньшей, чем во внеклеточной жидкости. Это обеспечивается главным образом двумя |