Физиология, ее предмет, роль и задачи в формировании врачебной деятельности. Связь физиологии с другими науками. Понятие об организме, составных его элементах. Уровни морфофункциональной организации человеческого организма
 Скачать 1.77 Mb.
|
|
Ионные каналы -это интегральные белки мембраны, состоящие из нескольких субьединиц,образующих отверстие (водную пору) и способные с большей или меньшей избирательностью (селективностью) пропустить в клетку или из клетки неорганические ноны по концентрационному и электрическому градиентам. Виды ионных каналов. Каналы, кроме каналов утечки, имеют воротный механизм, который определяет закрытое (потенциально активное), открытое (активированное) или закрытое (инактивированное) состояние канала. Состояние «ворот» (проницаемость канала) регулируется: изменением электрического поля (поляризации) мембраны - потенциалуправляемые каналы; 2) влиянием эндогенных и экзогенных химических веществ (нейромедиаторов, гормонов, лекарств) - хемоуправляемые каналы: 3) деформацией мембраны - механочувствительные каналы. Механиз возникновения МПП Диффузия К из клетки по каналам утечки до равновесного потенциала (Ек*= -94 мВ) является главным механизмом формирования МПП (К+ как поляризующий ион). Равновесный потенциал (Еион) для К+ это потенциал, при котором возникает равенство двух сил -силы перемещения иона по химическому концентрационному градиенту и противоположной по направлению электростатической силы. При равенстве этих сил прекрашается диффузия иона. Диффузия К из клетки по электростатической силе (разность зарядов) увлекает за собой цитозольные анионы (белки, фосфаты), которые останавливаются около внутренней поверхности непроницаемой для них клеточной мембраны, образуя отрицательный мембранный потенциал. Асимметричная работа Na+/К-насоса (на 2 К+ перемещаемого в клетку, из нее вы водится 3 Na+) создает поляризацию мембраны (примерно -10 мВ) и является вторым механизмом образования МПП . Небольшая диффузия Na+ пo каналам утечки внутрь клетки (ENa+ = +60 мВ) делает реальный МПП несколько ниже, чем Ек+ (Na как деполяризующий ион). Функциональная роль МПП. Отрицательный мембранный потенциал и преимущественно внеклеточное расположение ионов натрия создает большую электродвижущую силу для Na+, направленную на движение этого катиона внутрь клетки. При открытых Na+-каналах эта сила определяет выдающуюся роль Na в развитии биопотенциалов (фазы деполяризации). В деятельности транспортеров и ионообменников возбудимых и невозбудимых клеток она позволяет осуществить вторично-активный транспорт: электродвижущая сила Na используется для перемещения в клетку аминокислот и глюкозы, или выведения из клетки ионов кальция и водорода. 16.Препотенциал (локальный ответ), механизмы его возникновения и свойства. Критический уровень деполяризации (пороговый потенциал), его характеристика. Препотенциал - локальный потенциал, возникающий при действии субпороговых раздражителей в тех же участках мембраны, где и потенциал действия (т.е. имеющих по тенциалуправляемые каналы). Препотенциал расположен в субпороговой области (между МПП и критическим уровнем деполяризации), имеет фазу деполяризации и реполяризации . Механизмы возникновения препотенциала (локального ответа). При действии субпорогового раздражителя сначала возникает чисто физическая деполяризация мембраны (без реакции ионных каналов), связанная с физическими свойствами мембраны (её сопротивлением и ёмкостью). Затем возникает добавочная деполяризация, связанная с открытием потенциалуправляемых Na-каналов и входящим в клетку Na²-током (именно эта деполяризация и называется препотенциалом). Деполяризация способствует открытию также и более медленных потенциалзависимых К-каналов, что увеличивает выходящий из клетки К-затем фазу реполяризации. Во время препотенциала входяший в клетку Na-ток меньше, чем выходящий из клетки К -ток через потенциалуправляемые каналы и К-каналы утечки. Поэтому после прекращения действия субпорогового раздражителя препотенциал исчезает. Свойства препотенциала. Амплитуда препотенциала находится в прямой зависимости от силы разражителя, он возникает в соответствии с законом «силы» . Препотенциалы способны к суммации, если промежутки между раздражителями короче, чем время существования препотенциала - новый препотенциал будет суммироваться с предыдущим. Следовательно, высокочастотные субпороговые раздражители могут деполяризовать мембрану до критического уровня и вызвать ПД. Во время препотенциала повышена возбудимость. Распространение препотенциала происходит с затуханием амплитуды на небольшие расстояния (обычно в пределах 1 мм). Критический уровень деполяризации (КУД, или критический потенциал - Егр) - это тот уровень, при котором деполяризация мембраны принимает регенеративный (самоусиливающийся) характер, свидетельствующий о развитии потенциала действия. При этом входящий в клетку Na'-ток равен выходящему из клетки К-току, что характеризует электрическую нестабильность мембраны - в равной степени процесс может идти как в сторону деполяризации и образования ПД, так и в сторону реполяризации и ограничиться препотенциалом. Раздражитель, деполяризующий МПП до КУД. называется пороговым раздражителем. Величина потенциала, равная разности между КУД и МП, называется пороговым потенциалом (ПП - МПП - КУД), он характеризует возбудимость клетки (чем меньше ПП, тем больше возбудимость, и наоборот). Возбудимость, ее оценка (порог раздражения – сила порогового раздражителя, величина порогового потенциала, пороговое время). Понятие о реобазе и хронаксии. Использование хронаксиметрии в физиологии и медицине. Возбудимость — способность ткани отвечать на действие раздражителей переходом в активное состояние. Возбудимость характерна для нервной, мышечной и железистой тканей. Возбудимость обратно пропорциональна силе действующего раздражителя: В = 1/S. Чем больше сила действующего раздражителя, тем меньше возбудимость, и наоборот. Возбудимость зависит от состояния обменных процессов и заряда клеточной мембраны. Невозбудимость = рефрактерность. Наибольшей возбудимостью обладает нервная ткань, затем поперечно-полосатая скелетная и сердечная мышечная ткань, железистая ткань. Проводимость — способность ткани проводить возбуждение в двух или одном направлении. Показателем проводимости является скорость проведения возбуждения (от 0,5 до 120 м/с в зависимости от ткани и строения волокна). Быстрее всего возбуждение передается по миелинизированному нервному волокну, затем по немиелинезированному волокну, и самой низкой проводимостью обладает синапс. Функциональная лабильность — способность ткани воспроизводить без искажения частоту ритмически наносимых импульсов. Показателем функциональной лабильности является количество импульсов, которое данная структура может передавать без искажения за единицу времени. Реобаза — это пороговая интенсивность раздражения при большой длительности его действия; хронаксия — время, в течение которого должен действовать ток, равный двойной реобазе , для получения порогового ответа . В течение этого времени происходит уменьшение мембранного потенциала до величины, соответствующей критическому уровню деполяризации. Для разных возбудимых образований величина хронаксии неодинакова. К показателям возбудимости относят следующие. Порог силы раздражителя — это минимальная величина силы действующего раздражителя, достаточная для инициирования возбуждения. Раздражители, сила которых ниже пороговой, называют подпороговыми, а имеющие силу выше пороговой — над- или сверхпороговыми. Между возбудимостью и величиной порога силы имеется обратная зависимость. Чем на меньшие по силе воздействия возбудимая клетка или ткань реагирует развитием возбуждения, тем их возбудимость выше. Порог времени раздражения — минимальное время, в течении которого должен действовать раздражитель пороговой силы, чтобы вызвать возбуждение. Между возбудимостью и величиной порога времени также имеется обратная зависимость. Чем на меньшие по времени пороговые воздействия ткань реагирует развитием возбуждения, тем се возбудимость выше. Величина порогового времени для возбудимой ткани зависит от силы воздействия раздражителя, что видно на рис. 3. Хронаксия — минимальное время, в течение которого должен действовать раздражитель силой, равной двум реобазам, чтобы вызвать возбуждение . Этот показатель возбудимости также применяется для случая использования в качестве раздражителя электрического тока. Хронаксия нервных клеток и волокон скелетных мышц составляет десятитысячные доли секунды, а гладких мышц — в десятки раз больше. Хронаксия как показатель возбудимости используется для тестирования состояния и функциональных возможностей скелетных мышц и нервных волокон здорового человека (в частности, в спортивной медицине). Определение хронаксии имеет ценность для диагностики ряда заболеваний мышц и нервов, так как при этом возбудимость последних обычно снижается и хронаксия увеличивается. Минимальный градиент (крутизна) нарастания силы раздражителя во времени. Это минимальная скорость увеличения силы раздражителя во времени, достаточная для инициирования возбуждения. Если сила раздражителя увеличивается очень медленно, то ткань приспосабливается к его действию и не отвечает возбуждением. Такое приспособление возбудимой ткани к медленно увеличивающейся силе раздражителя называют аккомодацией. Чем больше минимальный градиент, тем ниже возбудимость ткани и тем более выражена в ней способность к аккомодации. Практическая значимость этого показателя заключается в том, что при проведении различных медицинских манипуляций у человека в ряде случаев можно избежать развития сильных болевых ощущений и шоковых состояний, медленно изменяя скорость нарастания силы и время воздействия. Лабильность — функциональная подвижность возбудимой ткани. Лабильность определяется скоростью элементарных физико-химических превращений, лежащих в основе одиночного цикла возбуждения. Мерой лабильности является максимальное число циклов (волн) возбуждения, которые может генерировать ткань в единицу времени. Количественно величина лабильности определяется длительностью протекания одиночного никла возбуждения и длительностью фазы абсолютной рефрактерности. Так, вставочные нейроны спинного мозга могут воспроизводить более 500 циклов возбуждения или нервных импульсов в секунду. У них высокая лабильность. Мотонейроны, контролирующие сокращение мышц, характеризуются более низкой лабильностью и способны генерировать не более 100 нервных импульсов в секунду. Разность потенциалов (ΔЕ) между потенциалом покоя на мембране (Е0) и критическим уровнем деполяризации мембраны (Ек). ΔЕ = (Е0- Ек) является одним из важнейших показателей возбудимости клетки. Этот показатель отражает физическую сущность порога силы раздражителя. Раздражитель является пороговым в случае, когда он способен сместить такой уровень поляризации мембраны до Ек, при достижении которого на мембране развивается процесс возбуждения. Чем меньше значение ΔЕ, тем выше возбудимость клетки и тем на более слабые воздействия она будет реагировать возбуждением. Однако показатель ΔЕ мало доступен для измерения в обычных условиях. Физиологическая значимость этого показателя будет рассмотрена при изучении природы мембранных потенциалов. Потенциал действия, понятие и схема. Фазы потенциала действия, их ионные механизмы.Функциональная роль потенциала действия. Потенциал действия (ПД) - обязательный электрический компонент возбуждения нервных и мышечных клеток, представляющий собой быстрое и высокоамплитудное ко лебание их мембранного потенциала, часто сопровождающееся перезарядкой мембраны. ПД возникает в электровозбудимых участках мембраны при действии раздражителей по роговой и сверхпороговой силы. Схема ПД. В ПД различают высокоамплитудную кратковременную часть - спайк (пик), и более длительную низкоамплитудную часть - следовые потенциалы: следовую деполяризацию и следовую гиперполяризацию (они могут быть в разной последовательности и длительности). Спайк состоит из деполяризации мембраны, овершута (перескока через нулевой уровень) с переменой заряда мембраны (имеется не во всех ПД), и реполяризации мембраны. Фазы Восходящая фаза ПД состоит из деполяризации мембраны и ее перезарядки (если есть овершут).Деполяризация мембраны, вызванная раздражителем и достигнах КУД. открывает быстрые м-ворота в потенциалуправляемых Na-каналах и образует мощный входящий N+-ток (до 6 мА/см²), который приводит к увеличению деполяризации мембраны. Деполяризация при этом приобретает регенеративный (самоусиливающийся) характер (по принципу положительной обратной связи»). Самоусиление можно представить следующим образом: деполяризация - открытие Na²-каналов - вход Na+ в клетку - еще большая деполяризация - еще большее открытие Na²-каналов и т.д. Нисходящая фаза ПД состоит из ликвидации перезарядки мембраны (овершута) и реполяризации мембраны . Механизмы реполяризации. Деполяризация мембраны в предыдущей фазе открывает потенциалуправляемые К-каналы. Реакция ворот этих каналов более медленная, чем во рот в Na-каналах, ответственных за восходящую фазу. Поэтому, хотя активация К каналов начинается почти одновременно с Na -каналами, реально повышение К-тока развивается несколько позже, и только после вершины спайка этот ток начинает преобладать над входящим Na+-током, ликвидируя перезарядку мембраны (овершут) и восстанавливая поляризацию мембраны. Ликвидация инактивации Na -каналов и восстановление возбудимости клетки. На протяжении нисходящей фазы ПД Na+-ток быстро уменьшается поскольку реполяризация закрывает быстрые активационные ворота в Na-каналах, при этом инактивацинные ворота открываются, по более медленно. Хотя Na -канал закрыт, но открытые инактивациопные ворота в нем делают клетку в конце фазы реполяризации способной ответить на действие сверхпороговых раздражителей. Выходящий К-ток в процессе реполяризации также несколько снижается (но более медленно, чем Na+-ток), он остается повышенным и после возврата МП к уровню покоя. Следовые потенциалы. После высоковольтной части (спайка) ПД развиваются в разной последовательности и степени выраженности следовые потенциалы, которые длительно (десятки и сотни миллисекунд) изменяют возбудимость клетки после спайка ПД. Следовая деполяризация связана с резким снижением повышенного К-тока по механизму отрицательной обратной связи и отражает снижение скорости реполяризации при приближении МП к уровню покоя. В это время возбудимость клетки повышена, так как пороговый потенциал (расстояние между МП и КУД) уменьшен . Следовая гиперполяризация связана с длительным небольшим избытком К-тока и асимметричной (электрогенной) деятельностью Na+/K+-насоса, активированного входом Na+ в клетку в фазе деполяризации. Возбудимость клетки в это время снижена, так как пороговый потенциал увеличен. Функциональная роль потенциала действия. С помощью ПД в организме кодируется громадное количество информации путем изменения частоты образования ПД и изменения временных промежутков между ПД (частотно-спектральный код). ПД, в отличие от других потенциалов, может распространиться на большие расстояния (у человека до 1 м). Поэтому в нервной системе ПД являются основным способом получения и передачи информации, выработки в нервных центрах командных кодов, с помощью которых они регклируют деятельность организма .  Изменения возбудимости при возбуждении. Фазы возбудимости и их соотношение с фазами потенциала действия. Рефрактерность, ее механизмы.  В период развития пикового потенциала идет лавинообразное поступление ионов натрия внутрь клетки, в результате чего происходит перезарядка мембраны и она утрачивает способность отвечать возбуждением на раздражители даже сверхпороговой силы. Эта фаза возбудимости получила название абсолютной рефрактерности(абсолютной невозбудимости). Она длится до конца перезарядки мембраны. Абсолютная рефрактерность, т. е. полная не возбудимость мембраны возникает в связи с тем, что натриевые каналы в начале полностью открываются, а затем инактивируются. +После окончания фазы перезарядки мембраны возбудимость ее постепенно восстанавливается до исходного уровня - фаза относительной рефрактерности.Она продолжается до восстановления заряда мембраны до величины, соответствующей критическому уровню деполяризации. Так как и этот период мембранный потенциал покоя еще не восстановлен, то возбудимость ткани понижена, и новое возбуждение может возникнуть только при действии сверхпорогового раздражителя. Снижение возбудимости в фазу относительной рефрактерности связано с частичной инактивацией натриевых каналов и активацией калиевых. Периоду отрицательного следового потенциала соответствует повышенный уровень возбудимости - фаза супернормальной возбудимости . Так как мембранный потенциал в эту фазу ближе к критическому уровню деполяризации, но сравнению с состоянием покоя (исходной поляризацией), то порог раздражения снижен, т. е. возбудимость повышена. В эту фазу новое возбуждение может возникнуть при действии раздражителей субпороговой силы. Натриевые каналы в эту фазу инактивированы неполностью. В Период развития положительного следового потенциала возбудимость ткани понижена - фаза вторичной рефрактерности. В эту фазу мембранный Потенциал увеличивается (состояние гиперполяризации мембраны), удаляясь от критического уровня деполяризации, порог раздражения повышается и новое возбуждение может возникнуть только при действии раздражителей сверхпороговой величины. Гиперполяризация мембраны развивается вследствие трех причин: во-первых, продолжающимся выходом ионов калия; во-вторых, открытием, возможно, каналов для хлора и поступление этиx ионов в цитоплазму клетки; в-третьих, усиленной работой натрий-калиевого насоса. |