ЗАДАЧИ С ОТВЕТАМИ. 17. Почему ни одно из насекомых не достигает больших размеров, свойственных многим другим! животным
 Скачать 462.9 Kb.
|
|
Ответ. Зона А. Ее размеры зависят от длины толстых протофибрилл, которые в отличие от тонких никак не перемешаются в ходе сокращения. Ширина же зоны Н уменьшится. 242. Каков главный компонент электромеханического сопряжения в мышце? Как доказать ключевую роль этого компонента? Ответ Система «электромеханическое сопряжение» состоит из двух подсистем «электрический процесс» (распространение ПД) и «механический процесс» (сокращение мышцы). Какой элемент связывает эти подсистемы, обеспечивая переход электрического процесса в механический? Это ионы кальция. ПД распространяется по поперечным трубочкам, достигает продольных трубочек, и приводит в конечном счете к высвобождению из терминальных цистерн ионов кальция. Этим заканчивается электрическая часть процесса, А механическая часть начинается с того, что ионы кальция способствуют прикреплению поперечных мостиков миозиновых нитей к актиновым с последующим укорочением волокна. Доказать роль ионов кальция очень просто. Если убрать его из внутриклеточной жидкости, находящейся между миофибриллами, сокращение не будет возникать. 243. Почему при раздражении разных двигательных единиц одной и той же мышцы можно получить сокращения различной силы? Ответ Прежде всего количеством входящих в них мышечных волокон. Естественно, что двигательная единица, содержащая меньше волокон, будет при сокращении развивать меньшую силу. 244. Мышца состоит из волокон, волокна из миофибрилл, а те в свою очередь из протофибрилл. Какие из перечисленных объектов укорачиваются во время сокращения? ОтветУкорачиваются волокна, состоящие из миофибрилл. Входящие в состав миофибрилл протофибриллы не изменяют свою длину. А укорочение миофибрилл происходит за счет вдвигания тонких протофибрилл между толстыми 245. В мышечных волокнах имеется система поперечных трубочек, а в нервных она отсутствует. В чем физиологический смысл этого различия? Ответ Функция нерва – проводить возбуждение. Функция мышцы – сокращаться. Основной элемент системы «проведение возбуждения» – это местный ток, возникающий за счет разности потенциалов между возбужденным и невозбужденным участками нервного волокна. Основной элемент системы «сокращение мышцы»-это взаимодействие тонких и толстых протофибрилл при помощи поперечных мостиков. Теперь сравним работу этих элементов. Сокращение мышечного волокна происходит за счет процессов, протекающих внутри волокна в находящихся там миофибриллах. Подчеркнем – внутри волокна. Для того чтобы эти процессы могли осуществляться, и служит система поперечных трубочек и связанных с ними продольных. По ним ПД быстро распространяется внутрь волокна и вызывает освобождение из саркоплазматического ретикулума ионов кальция, которые инициируют процесс сокращения. А вот в нерве ПД распространяется за счет процессов, которые происходят только на его поверхности, в мембране. Поэтому для работы нерва система трубочек не нужна. 246. На изолированной скелетной мышце поставили три опыта. Сначала мышцу раздражали в обычном состоянии, затем предварительно растянули ее (в небольшой степени) и раздражали током той же силы и, наконец, предварительно подвергли значительному растяжению и снова раздражали тем же током. Как различалась сила сокращений мышцы в этих трех опытах? В чем причина этих различий? Ответ Саркомер состоит из толстых протофибрилл, тонких протофибрилл, входящих в пространство между толстыми протофибриллами, поперечных мостиков в толстых протофибриллах и мембраны Z, в которой закреплены тонкие протофибриллы. Сокращение происходит за счет последовательных циклов соединения поперечных мостиков с тонкими протофибриллами, совершения «гребковых» движений с перемещением тонких протофибрилл между толстыми, отсоединения мостиков и т.д. Если мышца предварительно растянута, то количество мостиков, которые могут взаимодействовать с тонкими протофибриллами, уменьшается и поэтому сила сокращения снижается. При очень значительном растяжении тонкие и толстые протофибриллы вообще не будут перекрываться и сила сокращения упадет до нуля. 247. Возможно ли, чтобы при рабочей гипертрофии мышцы ее абсолютная сила не увеличилась? Объясните Ваш ответ. Ответ Абсолютная сила мышцы – это максимальная ее сила, деленная на площадь поперечного сечения. Рабочая гипертрофия мышц возникает в результате физической тренировки и максимальная сила при этом, конечно, увеличивается. Но, если площадь поперечного сечения возрастает в такой же степени, то понятно, что абсолютная мышечная сила останется неизменной. 248. Представьте себе, что у какого-то животного имеется полый орган, стенки которого содержат не гладкие, а скелетные мышцы. Какими экспериментами можно было бы установить это? Из всех возможностей выберите самую простую. Ответ Гладкие мышцы обладают пластичностью и поэтому при растяжении их напряжение изменяется в очень малой степени. Скелетные же мышцы пластичностью не обладают. Если бы они находились в стенках полого органа, то при его растяжении в мышцах возникало большое напряжение и соответственно значительно возрастало бы давление, что физиологически невыгодно, например, в мочевом пузыре. В реальных же условиях давление в мочевом пузыре при растяжении его мочой почти не изменяется благодаря указанной особенности гладких мышц. Регуляция работы такого органа осуществляется за счет сигналов о растяжении его стенок. 249. Известно, что муравей может тащить в челюстях добычу, которая во много раз превышает его собственный вес. Можно ли из этого заключить, что мышцы муравьев необычайно сильны? Ответ Оказывается, что с уменьшением размеров тела животного его масса уменьшается пропорционально третьей степени длины тела, а площадь поперечного сечения мышц, которая определяет абсолютную силу, – уменьшается соответственно лишь квадрату длины тела, т.е., в меньшей степени, чем масса тела. Таким образом определяющий элемент рассматриваемой системы – это «зависимость абсолютной силы мышц от размеров тела». Именно этот элемент и позволяет маленькому муравью перемешать груз большой не сам по себе, а по отношению к массе тела. Из этого следует, что муравьи производят на нас столь эффектное впечатление своей работоспособностью не потому что они очень сильные, а потому что очень маленькие. 250. Если рассмотреть рычаг, который образует мышца с поднимаемой ею костью, например, предплечьем, то нетрудно убедиться, что при работе рычага происходит очевидный проигрыш в силе. В чем физиологический смысл такого «попустительства» природы? Ответ, что, если рычаг обеспечивает выигрыш в силе, то это сопровождается проигрышем в скорости перемещения и наоборот. Очевидно, для живых организмов более важной оказалась быстрота перемещения конечностей, чем затрачиваемая при этом энергия. 262. У некоторых пациентов коленный рефлекс бывает слабо выражен. Чтобы усилить его, предлагают сцепить руки перед грудью и тянуть их в разные стороны. Почему это приводит к усилению рефлекса? Ответ При вызывании коленного рефлекса обычным путем раздражаются только рецепторы четырехглавой мышцы. Если же сцепить руки, то дополнительно раздражаются рецепторы мышц верхних конечностей. При этом в мотонейроны спинного мозга поступает еще один поток афферентных импульсов и возникает явление облегчения, что и проявляется в усилении коленного рефлекса. 263. Имеются препарат спинальной лягушки и пинцет. Продемонстрируйте явление «иррадиации возбуждения. Ответ Нужно сильно ущипнуть лапку. Возникающее возбуждение будет иррадировать, так как при сильном раздражении оно из подпорогового становится надпороговым для тех нейронов, на которых дивергируют афферентные волокна. В результате сокращаются все лапки, а не только та, которую раздражают. 264. Почему при слабом покашливании сокращаются в основном мышцы глотки, а при сильном – включаются и мышцы грудной клетки, живота, диафрагмы? Можно ли найти здесь некоторую аналогию с приступом бронхиальной астмы? Ответ При сильном приступе бронхиальной астмы возникающее удушье вызывает значительное возбуждение дыхательного центра. Это приводит к сокращению не только основных дыхательных мышц, но и вспомогательных. 265. В эксперименте на животном вызывают два различных рефлекса. После этого животному вводят вещество, которое замедляет процесс освобождения медиатора. Время обоих рефлексов удлиняется, причем одного рефлекса значительно больше, чем другого. В чем причина этого различия? Ответ При замедлении освобождения медиатора ВПСП достигает порогового уровня за более длительное время. Следовательно, возрастает продолжительность синаптической задержки и общее время рефлекса. Чем больше синапсов в рефлекторной дуге, тем в большей степени возрастет общее время рефлекса. 266. При раздражении одного аксона возбуждаются 3 нейрона, при раздражении другого аксона – 5 нейронов, при совместном их раздражении – 12 нейронов. На скольких нейронах конвергируют эти аксоны? Ответ12 - (3 + 5) = 4. Следовательно, аксоны конвергируют на четырех нейронах. Каждый из аксонов в отдельности вызывает в этих нейронах подпороговое раздражение, а при совместном действии – надпороговое. 267. Если у спинальной лягушки сильно ущипнуть лапку, то мышцы сокращаются, и лапка остается поджатой некоторое время после прекращения раздражения. Будет ли наблюдаться такой эффект, если разрушить спинной мозг и нанести электрическое раздражение на седалищный нерв? Ответ Сохранение возбуждения в течение некоторого времени после прекращения действия раздражителя называется рефлекторное последействие и является одним из свойств нервных центров. Нервные же волокна таким свойством не обладают. Поэтому ответ на вопрос задачи – не сохранится. 268. Ребенок, который учится играть на пианино, первое время играет не только руками, но помогает себе головой, ногами и даже языком. Каков механизм этого явления? Ответ Сильное возбуждение, которое возникает при недостаточном освоении двигательного навыка, приводит к иррадиации возбуждения и вовлечению в процесс дополнительных мышц. Многие знают это по себе и не только при игре на пианино. 269. При частых ритмических раздражениях афферентного нерва ионы кальция, которые входят в синаптические пузырьки при каждом импульсе возбуждения, не успевают выходить из них во время слишком коротких пауз между импульсами. К чему это приводит? Ответ Ионы кальция способствуют освобождению медиатора из синаптических пузырьков. При накоплении ионов в пресинаптической мембране будет выделяться повышенное количество медиатора. Это приведет к увеличению амплитуды возникающего ПД – так называемая посттетаническая потенциация 276. Какой процесс появился в эволюции раньше – возбуждение или торможение? Ответ Торможение приводит к подавлению или ослаблению процесса возбуждения. Поэтому оно могло появиться в процессе эволюции только после того как возникло возбуждение. Например, у примитивных организмов с диффузной нервной сетью торможения еще нет. 277. При пресинаптическом торможении в тормозном синапсе возникает деполяризация мембраны, а при постсинаптическом – гиперполяризация. Почему же эти противоположные реакции дают один и тот же тормозной эффект? Ответ. В чем сущность пресинаптического торможения? Тормозный синапс расположен на аксоне, который в свою очередь образует синапсы на каком-то мотонейроне. Когда в промежуточном тормозном синапсе возникает длительная деполяризация, это препятствует проведению возбуждения по аксону к мотонейрону. В результате в возбуждающих синапсах на мотонейроне выделяется слишком мало медиатора и мотонейрон не возбуждается. А в чем сущность постсинаптического торможения? Тормозный синапс расположен непосредственно на мотонейроне. Выделяющийся тормозный медиатор вызывает гиперполяризацию постсинаптической мембраны. Это приводит к снижению возбудимости. Таким образом противоречия нет 278. Можно ли вызвать судорожные сокращения мышц при помощи препарата, который не воздействует непосредственно ни на мышцы, ни на иннервирующие их мотонейроны? Ответ А так ответ очевиден – если препарат выключит клетки Реншоу, наступит перевозбуждение мотонейронов и, как следствие – судорожные сокращения мышц. 279. При перфузии нескольких синаптических областей в спинном мозге в перфузате были обнаружены АХ, глицин, ГАМ К. Можно ли утверждать, что все эти синапсы одинаковы в функциональном отношении (являются возбуждающими пли тормозными)? ОтветВсе перечисленные вещества являются медиаторами. Глицин и ГАМК – тормозные медиаторы. АХ же в одних синапсах вызывает тормозный эффект, а в других – возбуждающий. Поэтому ответ на вопрос задачи отрицательный 280. В Америке выражение «играть опоссума» означает притворяться, обманывать. Дело в том, что природа наградила опоссума необычной защитной реакцией. Попав в беду, а то и в зубы хищнику, опоссум настолько убедительно прикидывается мертвым, что это часто спасает ему жизнь. Неподвижность добычи, ее неестественная поза во многих случаях отпугивает врага, вызывает ориентировочно-оборонительную реакцию. Это дает возможность опоссуму улучить удобный момент и удрать. Ответ Какой показатель достаточно четко характеризует состояние мозга – сон, наркоз, обморок, нормальная работа? Это ПД мозга, записанные на ЭЭГ. Когда ученым удалось зарегистрировать ЭЭГ опоссума в различных экспериментальных условиях, то оказалось, что у «мертвого» опоссума мозг работает особенно интенсивно. Таким образом опоссум поистине великий актер. Но актерская профессия, как мы знаем, требует большого нервного напряжения! 282. Стрихнин является антагонистом глицина. К чему приведет введение стрихнина в организм животного? Ответ Глицин – тормозный медиатор клеток Реншоу. Введение стрихнина блокирует его действие и, следовательно, выключает клетки Реншоу. 283. Реципрокная иннервация состоит в том, что при сгибании (разгибании) одних конечностей животного происходит торможение центров мышц-антагонистов других конечностей (у четвероногих). Чем можно доказать, что эти отношения не закреплены жестко, анатомически, а являются функциональными и, следовательно, могут перестраиваться? Ответ Как обычно двигается четвероногое животное, например, лошадь? Правая передняя нога – левая задняя – левая передняя – правая задняя и т. д. При этом возникают соответствующие реципрокные взаимоотношения между центрами мышц-антагонистов. Однако, известно, что лошади, участвующие в соревнованиях по выездке, могут ходить и по – другому, например, иноходью – обе правые ноги, затем обе левые и т.д. При этом характер реципрокных отношений изменяется. 291. В результате несчастного случая у больного произошел разрыв спинного мозга и наступил паралич нижних конечностей. Какие еще функции оказались нарушенными? Ответ Если наступил паралич только нижних конечностей, значит разрыв спинного мозга произошел выше поясничного и сакрального отделов. В сакральном отделе находятся центры, управляющие функциями мочеполовой системы. Следовательно, будут нарушены и они. 292. У животного перерезан спинной мозг. При этом сохранилось только диафрагмальное дыхание. На каком уровне произведена перерезка? Ответ Мотонейроны диафрагмального нерва, управляющего движениями диафрагмы, находятся в 3-4 шейном сегментах спинного мозга. Нейроны межреберных нервов находятся в грудном отделе. Значит, перерезка произведена ниже 4-го шейного сегмента, но выше 1-го грудного. 293. Клетки Реншоу, находящиеся в спинном мозгу, работают по механизму отрицательной обратной связи и предохраняют мотонейроны от чрезмерного возбуждения. Этим обеспечивается защита мышц от слишком сильного сокращения, что может привести к травме. Тем не менее встречаются случаи, особенно у спортсменов, когда при очень быстром нарастании напряжения мышцы происходит разрыв сухожилия. В чем причина этого? Ответ В мышцах имеются два регуляторных механизма. Первый связан с работой мышечных веретен и позволяет реагировать на растяжение волокон мышцы. Второй обеспечивается органами Гольджи. Они заложены в сухожилиях и, если сокращение протекает слишком быстро, вызывают торможение альфа – мотонейронов, что приводит к прекращению или замедлению сокращения. Здесь также работает отрицательная обратная связь, которая способствует осуществлению регуляции по производной. Для ответа на вопрос остается предположить одно из двух. Или по каким-то причинам ослаблена реакция с участием органов Гольджи, или сокращение протекало настолько быстро, что защитный механизм не успел сработать. 294. Синтезированы два препарата. Первый блокирует проведение возбуждения по волокнам А – альфа, второй – по волокнам В. Первый препарат вводят животному № 1, второй – животному №2. Затем на конечности каждого животного воздействуют болевым раздражителем и холодом. Будет ли наблюдаться оборонительный рефлекс (отдергивание лапы) и сужение сосудов кожи у каждого из животных? Ответ Сравним функции волокон. Волокна А – альфа проводят импульсы, в частности, к скелетным мышцам. Волокна В содержат преганглионарные симпатические волокна. Следовательно, у животного № 1 нельзя будет вызвать оборонительный рефлекс, а у животного № 2 не будет возникать рефлекторное сужение сосудов кожи при действии холода. И в том, и в другом случае блокированы эфферентные пути соответствующих рефлекторных дуг. 295. В знаменитом опыте И. М. Сеченова накладывание кристалла соли на поперечный разрез зрительных бугров приводило к резкому угнетению рефлекса Тюрка. В нейронах какого отдела ЦНС возникало обнаруженное в этом опыте явление центрального торможения? Ответ. Начнем с рефлекса Тюрка. Он состоит в том, что лягушка отдергивает лапку при погружении ее в слабую кислоту. Это известный нам оборонительный рефлекс, центры которого заложены в спинном мозгу. Следовательно, при раздражении определенных структур среднего мозга (РФСМ) они оказывают нисходящее тормозное влияние на мотонейроны спинного мозга. |