Физиология как наука
 Скачать 0.79 Mb.
|
|
Инозитол-1, 4, 5-трифосфат (ИФ3). Инозитол-1, 4, 5-трифосфат (ИФ3) или (ИТФ) способен связываться с кальциевыми каналами мембран цитоплазмы, эндоплазматического ретикулума и повышать их проницае мость. По градиенту концентрации Са++ входит в клетку через эти каналы, концентрация кальция в цитоплазме возрастает. Диацилглицерол (ДАГ). Диацилглицерол (ДАГ) за счет латеральной диффузии ак тивирует мембранносвязанный фермент - протеинкиназу С (ПК-С). Кальций (Са++). Кальций, находясь в ионизированном состоянии:
активирует кальмодулинзависимые протеинкиназы. 11. Трансмембранный обмен… Осуществляется за счет 2-х процессов: -диффузии и осмоса. Осмос - когда через мембрану движется растворитель из зоны с меньшей концентрацией в зону с большей концентрацией. Осмос поддерживает объем и форму клетки. Диффузия - процесс проникновения веществ, растворимых в воде, по градиенту концентрации. Движущая сила при этом - разность концентраций. Простая диффузия осуществляется либо через поры, которые есть в гидрофильных участках мембраны (фенестры, окна), либо через кинки - постоянно образующиеся временные дефекты мембраны. Простая диффузия не требует энергетических затрат, происходит за счет разности концентраций и осуществляется периодически, когда возникает разная концентрация. Облегченная диффузия – ускоряет и усиливает перенос из зоны с большей концентрацией в зону с меньшей концентрацией по сравнению с простой диффузией. Она широко распространена в организме, так как хотя и сопровождается дополнительными энергетическими затратами, но не приводит к серьезным затратам энергии. Облегченная диффузия - осуществляется за счет специфических переносчиков, создает условия для транспорта натрия, калия, хлора, моносахаридов, т.е. для некрупных молекул. Различают 2 вида переносчиков: 1.Переносчики - белки, которые тем или иным способом переносят вещества через мембрану – за счет конформации (пространственного преобразования) молекул переносчика (сальтообразно). 2.Белки, которые образуют постоянные каналы, диаметр 0,3-0,6 нм, (так переносятся ионы натрия, калия, хлора). Активный транспорт - транспорт веществ через мембрану, который осуществляется против градиента концентрации итребует значительных затрат энергии. Одна треть основного обмена тратиться на активный транспорт. Активный транспорт бывает: 1. Первично-активый - такой транспорт, для обеспечения которого используется энергия макроэргов - АТФ, ГТФ, креатинфосфат. Например: Калиево-натриевый насос - важная роль в процессах возбудимости в клетке. Он вмонтирован в мембрану. Калиево-натриевый насос - фермент калий-натриевая АТФаза. Этот фермент - белок. Он существует в мембране в виде 2-х форм: -Е 1, Е 2 В ферментах существует активный участок, который взаимодействует с калием и с натрием. Когда фермент находится в форме Е 1, его активный участок обращен внутрь клетки и обладает высоким сродством к натрию, а значит способствует его присоединению (3 атома Na). Как только натрий присоединяется, происходит конформация этого белка, которая перемещает 3 атома натрия через мембрану и с наружной поверхности мембраны натрий отсоединяется. При этом происходит переход фермента из формы Е 1 в Е 2. Е 2 имеет активный участок, обращенный к наружной поверхности клетки, обладает высоким сродством к калию. При этом 2 атома К присоединяется к активному участку фермента, изменяется конформация белка и калий перемещается внутрь клетки. Это происходит с большой затратой энергии, так как фермент АТФаза постоянно расщепляет энергию АТФ. 2. Вторично-активный - это транспорт, который осуществляется тоже против градиента концентрации, но на это перемещение тратится не энергия макроэргов, а энергия электрохимических процессов, которая возникает при движении каких-либо веществ через мембрану при первично-активном транспорте. Например: Сопряженный транспорт натрия и глюкозы, энергия - за счет перемещения натрия в калиево-натриевом насосе. Классическим примером вторично-активного транспорта выступает натрий – Н (аш)-обменник - когда обмениваются натрий и водород (это тоже вторично-активный транспорт). Способы транспортировки через мембрану: 1. Унипорт - это такой вид транспорта веществ через мембрану, когда переносчиком или каналом транспортируется одно вещество (Na-каналы) 2. Симпорт - это такой вид транспорта, когда 2 или более веществ в своем транспорте через мембрану взаимосвязаны и транспортируются вместе в одном направлении. (Na и глюкоза - в клетку) Это вид сопряженного транспорта 3. Антипорт - такой сопряжённый вид транспорта, когда его участники друг без друга не могут транспортироваться, но потоки идут навстречу друг другу (К-Na-насос-активный вид транспорта). Эндоцитоз, экзоцитоз - как формы транспорта веществ через мембрану. 12. Ионные каналы… Ионный канал состоит из нескольких субъединиц, их ко личество в отдельном ионном канале составляет от 3 до 12 субъединиц. По своей организации субъединицы, входящие в канал, могут быть гомологичными (однотипными), ряд кана лов сформирован разнотипными субъединицами. Каждая из субъединиц состоит из нескольких (три и бо лее) трансмембранных сегментов (неполярные части, закру ченные в α-спирали), из вне- и внутриклеточных петель и концевых участков доменов (представлены полярными облас тями молекул, формирующих домен и выступающих за преде лы билипидного слоя мембраны). Каждый из трансмембранных сегментов, вне- и внутрик леточных петель и концевых участков доменов выполняет свою функцию. Так, трансмембранный сегмент 2, организованный в виде α-спирали, определяет селективность канала. Концевые участки домена выступают в качестве сенсоров к вне- и внутриклеточным лигандам, а один из трансмембран ных сегментов играет роль потенциалзависимого сенсора. Третьи трансмембранные сегменты в субъединице от ветственны за работу воротной системы каналов и т.д. Ионные каналы работают по механизму облегченной диффузии. Движение по ним ионов при активации каналов идет по градиенту концентрации. Скорость перемещения через мембрану составляет 10 ионов в секунду. Специфичность ионных каналов. Большая часть из них относятся к селективным, т.е. кана лам, пропускающим только один вид ионов (натриевые кана лы, калиевые каналы, кальциевые каналы, анионные каналы). Селективность канала. Селективность канала определяется наличием избира тельного фильтра. Его роль выполняет начальный участок канала, который имеет определенный заряд, конфигурацию и размер (диа метр), что позволяет пройти в канал только определенному виду ионов. Некоторые из ионных каналов неселективные, например, каналы "утечки". Это такие каналы мембраны, по которым в состоянии покоя по градиенту концентрации из клетки выхо дят ионы К+, однако по этим каналам в клетку в состоянии по коя по градиенту концентрации входит и небольшое количество ионов Na+. Сенсор ионного канала. Сенсор ионного канала - чувствительная часть канала, ко торая воспринимает сигналы, природа которых может быть различна. На этой основе выделяют:
Каналы, имеющие сенсор, называются управляемыми. У некоторых каналов сенсор отсутствует. Такие каналы называ ют неуправляемыми. Воротная система ионного канала. У канала есть ворота, которые закрыты в состоянии покоя и открываются при воздействии сигнала. У некоторых каналов выделяют два вида ворот: активационные (m-ворота) и инактивационные (h-ворота). Выделяют три состояния ионных каналов:
Скорость проведения (проводимость). Бывают быстрые и медленные каналы. Каналы “утечки” - медленные, натриевые каналы в нейронах - быстрые. В мембране любой клетки имеется большой набор разно образных (по скорости) ионных каналов, от активации кото рых зависит функциональное состояние клеток. Потенциалуправляемые каналы. Потенциалуправляемый канал состоит из:
Диаметр канала значительно больше диаметра иона, в зоне селективного фильтра он сужается до атомарных размеров, это и обеспечивает выполнение данным участком канала функции селективного фильтра. Открытие и закрытие воротного механизма возникает при изменении мембранного потенциала, причем открываются во рота при одном значении мембранного потенциала, а закрыва ются при другом уровне потенциала мембраны. Считается, что изменение электрического поля мембраны воспринимается специальным участком стенки канала, кото рый получил название сенсор напряжения. Изменение его состояния, обусловленное изменением уровня мембранного потенциала, вызывает конформацию бел ковых молекул, формирующих канал, и, как следствие, ведет к открытию или закрытию ворот ионного канала. Каналы (натриевые, кальциевые, калиевые) имеет четыре гомологичных домена - субъединицы (I, II, III, IV). Домен (на примере натриевых каналов) состоит из шести трансмембран ных сегментов, организованных в виде а-спиралей, каждый из которых играет свою роль. Так, трансмембранный сегмент 5 играет роль поры, транс мембранный сегмент 4 сенсора, реагирующего на изменение потенциала мембраны, другие трансмембранные сегменты от ветственны за активацию и инактивацию воротной системы канала. До конца роль отдельных трансмембранных сегментов и субъединиц не изучена. Натриевые каналы (внутренний диаметр 0,55 нм) имеют ся в клетках возбудимых тканей. Плотность на 1 мкм2 в раз личных тканях не одинакова. Так, в немиелиновых нервных волокнах она составляет 50-200 каналов, а в миелиновых нервных волокнах (перехваты Ранвье) - 13000 на 1 мкм2 площади мембраны. В состоянии по коя они закрыты. Мембранный потенциал составляет 70-80 мВ. Воздействие раздражителя изменяет мембранный потен циал и активирует потенциалзависимый натриевый канал. Он активируется при смещении потенциала мембраны от уровня потенциала покоя в направлении критического уровня деполяризации. Сильный натриевый ток обеспечивает смещение потенци ала мембраны до критического уровня деполяризации (КУД). Изменение мембранного потенциала до -50-40 мВ, т.е. до уровня критического уровня деполяризации, вызывает откры тие других потенциалзависимых №+-каналов, через которые осуществляется входящий натриевый ток, формирующий "пик" потенциала действия. Ионы натрия по градиенту концентрации и химическому градиенту по каналу перемещаются в клетку, формируя так называемый входящий натриевый ток, что приводит к даль нейшему быстрому развитию процесса деполяризации. Мембранный потенциал изменяет знак на противополож ный +10-20 мв. Положительный мембранный потенциал вы зывает закрытие натриевых каналов, их инактивацию. Потенциалзависимые №+-каналы играют ведущую роль в формировании потенциала действия, т.е. процесса возбужде ния в клетке. Ионы кальция затрудняют открытие потенциалзависимых натриевых каналов, изменяя параметры реагирования. К+-каналы Калиевые каналы (внутренний диаметр 0,30 нм) имеются в цитоплазматических мембранах, обнаружено значительное количество каналов "утечки" калия из клетки. В состоянии покоя они открыты. Через них в состоянии покоя происходит "утечка" калия из клетки по градиенту кон центрации и электрохимическому градиенту. Этот процесс обозначается как выходящий калиевый ток, который приводит к формированию потенциала покоя мемб раны (-70-80 мВ). Эти калиевые каналы можно лишь условно отнести к потенциалзависимым. При изменении мембранного потенциала в процессе депо ляризации происходит инактивация калиевого тока. При реполяризации через потенциалзависимые каналы формируется входящий К+ ток, который получил название К+ ток задержанного выпрямления. Еще один тип потенциалзависимых К+-каналов. По ним возникает быстрый выходящий калиевый ток в подпороговой области мембранного потенциала (положительный следовой потенциал). Инактивация канала происходит за счет следовой гиперполяризации. Другой тип потенциалзависимых калиевых каналов акти вируется только после предварительной гиперполяризации, он формирует быстрый транзиторный калиевый ток, который быстро инактивируется. Ионы кальция облегчают открытие потенциалзависимых калиевых каналов, изменяя параметры реагирования. Са+-каналы. Потенциалуправляемые каналы вносят существенный вклад как в регуляцию входа кальция в цитоплазму, так и в электрогенез. Белки, образующие кальциевые каналы, состоят из пяти субъединиц (al, a2, b, g, d). Главная субъединица al формирует собственно канал и содержит места связывания для различных модуляторов каль циевых каналов. Было обнаружено несколько структурно различных al субъединиц кальциевых каналов в нервных клетках млекопи тающих (обозначенных как А, В, С, D и Е). Функционально кальциевые каналы различных типов от личаются друг от друга активацией, кинетикой, проводимос тью одиночного канала и фармакологией. В клетках описано до шести типов потенциалуправляемых кальциевых каналов (Т-, L-, N-, P-, Q-, R- каналы). Активность потенциалуправляемых каналов плазмалеммы регулируется различными внутриклеточными вторич ными посредниками и мембранно-связанными G-белками. Кальциевые потенциалзависимые каналы обнаружены в большом количестве в цитоплазматических мембранах нейро нов, миоцитах гладких, поперечно-полосатых и сердечных мышц и в мембранах эндоплазматического ретикулума. Са2+-каналы СПР являются олигомерными протеинами, встроенными в мембрану СПР. Са2+-управляемые Са2+-каналы СПР. Эти кальциевые каналы были впервые выделены из ске летных и сердечных мышц. Оказалось, что Са2+-каналы СПР в этих мышечных тканях имеют молекулярные различия и кодируются различными ге нами. Са2+-каналы СПР в сердечных мышцах непосредственно связаны с высокопороговыми Са2+-каналами плазмалеммы (L-тип) через кальцийсвязывающие белки, образуя, таким обра зом, функционально активную структуру - "триаду". В скелетных мышцах деполяризация плазмалеммы прямо активирует освобождение Са2+ из эндоплазматического ретикулума благодаря тому, что Са2+-каналы плазмалеммы служат потенциалчувствительными передатчиками активирующего сигнала непосредственно Са2+-каналам СПР через связываю щие белки. Таким образом, Са2+-депо скелетных мышц обладают ме ханизмом освобождения Са2+, вызываемым деполяризацией (RyRl-тип). В отличие от скелетных мышц, эндоплазматические Са2+-каналы кардиомиоцитов не связаны с плазмалеммой, и для стимуляции освобождения Са2+ из депо требуется увели чение концентрации цитозольного кальция (RyR2-тип). Кроме этих двух типов Са2+-активируемых Са2ч-каналов, недавно был идентифицирован третий тип Са2+-каналов СПР (RyR3-тип), который еще изучен не достаточно. Для всех кальциевых каналов характерна медленная акти вация и медленная инактивация по сравнению с натриевыми каналами. При деполяризации мышечной клетки (выпячивания цитоплазматических мембран - Т-трубочки подходят к мембра нам эндоплазматического ретикулума) происходит потенциалзависимое открытие кальциевых каналов мембран саркоплазматического ретикулума. Так как, с одной стороны, концентрация кальция в СПР велика (депо кальция), а концентрация кальция в цитоплазме низка, а с другой - площадь мембраны СПР и плотность каль циевых каналов в ней велики, то уровень кальция в цитоплаз ме увеличивается в 100 раз. Такое увеличение концентрации кальция инициирует процесс сокращения миофибрилл. Кальциевые каналы в кардиомиоцитах находятся в цитоплазматической мембране и относятся к кальциевым каналам L-типа. Активируются при потенциале мембраны +20-40 мВ, фор мируют входящий кальциевый ток. Длительно находятся в ак тивированном состоянии, формируют "плато" потенциала действия кардиомиоцита. Анионные каналы. Наибольшее количество в мембране клетки каналов для хлора. В клетке меньше ионов хлора по сравнению с межкле точным окружением. Поэтому при открытии каналов хлор входит в клетку по градиенту концентрации и электрохими ческому градиенту. Количество каналов для НСО3 не столь велико, объем транспорта этого аниона через каналы существенно меньше. Ионные обменники. В мембране имеются ионные обменники (белки-перенос чики), которые осуществляют облегченную диффузию ионов, т.е. ускоренное сопряженное перемещение ионов через биомембрану по градиенту концентрации, такие процессы явля ются АТФ-независимыми. Наиболее известны Na+-H+, K+-H+, Ca2+-H+ обменники, а также обменники, обеспечивающие обмен катионов на ани оны Na+-HCO-3, 2CI-Са2+ и обменники, обеспечивающие обмен катиона на катион (Na+ -Са2+) или аниона на анион (Сl- НСOз). Рецепторуправляемые ионные каналы. Лигандуправляемые (лигандзависимые) ионные каналы. Лигандуправляемые ионные каналы являются подвидом рецепторуправляемых каналов и всегда совмещены с рецепто ром к биологически активному веществу (БАВ). Рецепторы рассматриваемых каналов относятся к ионотропному типу мембранных рецепторов, при взаимодействии которых с БАВ (лиганды) возникают быстропротекающие ре акции. Лигандуправляемый ионный канал состоит из:
сродством (аффинитетом) к определенному виду рецепторов. При активации ионных каналов происходит перемещение оп ределенных ионов по градиенту концентрации и электрохими ческому градиенту.
В этом случае в качестве лиганда выступают гормоны и парагормоны, ионы. Так, при активации N-холинорецепторов активируются натриевые каналы. Кальциевую проницаемость инициируют нейрональные ацетилхолинуправляемые, глютаматуправляемые (NMDA и АМРА / каинаттипы) рецепторы и пурино-рецепторы. ГАМКА-рецепторы сопряжены с ионными хлорными каналами, с хлорными каналами сопряжены и глицино вые рецепторы.
В этом случае в качестве лиганда выступают протеинкиназы, активированные вторыми посредниками, или сами вторые посредники. Так, протеинкиназы А, С, G, фосфорилируя белки катионных каналов, изменяют их проницаемость. Механоуправляемые ионные каналы. Механоуправляемые ионные каналы изменяют свою про водимость для ионов либо за счет изменения натяжения билипидного слоя, либо через цитоскелет клетки. Множество механоуправляемых каналов сопряжено с механорецепторами, они существуют в слуховых клетках, мышечных верете нах, сосудистом эндотелии. Все механоуправляемые каналы делятся на две группы:
У механоуправляемых каналов имеются все основные ка нальные признаки:
При активации канала по нему происходит перемещение ионов по градиенту концентрации. Натрий, калиевая АТФаза. Натрий, калиевая АТФаза (натрий-калиевый насос, на трий-калиевая помпа). Состоит из четырех трансмембранных доменов: из двух α-субъединиц и двух β-субъединиц. α-субъединица является большим доменом, а β-субъединица — малым. В ходе транс порта ионов фосфорилируются большие субъединицы и через них перемещаются ионы. Натрий, калиевая АТФаза играет важнейшую роль в под держании гомеостаза натрия и калия во внутри- и внеклеточ ной среде:
Натрий, каливая АТФаза вносит наиболее важный вклад в формирование ионной асимметрии во вне- и внутриклеточных пространствах. Поэтапная работа натрий, калиевого насоса обеспечивает неэквивалентный обмен калия и натрия через мембрану. Са+-АТФаза (насос). Существуют два семейства Са2+-насосов, ответственных за устранение ионов Са2+ из цитоплазмы: Са2+-насосы плазмалеммы и Са2+-насосы эндоплазматического ретикулума. Хотя они относятся к одному семейству белков (так назы ваемому Р-классу АТФаз), эти насосы обнаруживают некото рые различия в строении, функциональной активности и фармакологии. Находится в большом количестве в цитоплазматической мембраны. В цитоплазме клетки в покое концентрация каль ция составляет 10-7 моль/л, а вне клетки значительно больше -10-3 моль/л. Такая значительная разница концентраций поддерживает ся за счет работы цитоплазматической Са++-АТФазы. Активность Са2+-насоса плазмалеммы контролируется не посредственно Са2+: увеличение концентрации свободного кальция в цитозоле активирует Са2+-насос. В покое диффузия через кальциевые ионные каналы поч ти не происходит. Са-АТФаза транспортирует Са из клетки во внеклеточную среду против его концентрационного градиента. По градиенту Са+ поступает в клетку благодаря диффузии через ионные каналы. В мембране эндоплазматического ретикулума также со держится большое количество Са++-АТФазы. Кальциевый насос эндоплазматического ретикулума (SERCA) обеспечивает удаление кальция из цитозоля в эндоплазматический ретикулум - "депо" кальция за счет первично активного транспорта. В депо кальций связывается с кальцийсвязывающими белками (кальсеквестрином, кальретикулином и др.). В настоящее время описано по крайней мере три различ ных изоформы SERCA-насосов. SERCA1-подтип сосредоточен исключительно в быстрых скелетных мышцах, SERCA2-насосы широко распространены в других тканях. Значимость SERCA3 -насосов менее ясна. Белки SERCA2-нacocoв разделяются на две различные изоформы: SERCA2a, характерные для кардиомиоцитов и гладких мышц, и SERCA2b, характерные для тканей мозга. Увеличение Са2+ в цитозоле активирует захват ионов кальция в эндоплазматический ретикулум, в то время как уве личение свободного кальция внутри эндоплазматического ретикулума ингибирует насосы SERCA. Н+ К+ -АТФаза (насос). При помощи этого насоса (в результате гидролиза одной молекулы АТФ) в обкладочных (париетальных) клетках слизистой желудка происходит транспорт двух ионов калия из внеклеточного пространства в клетку и двух ионов Н+ из цитозоля во внеклеточное пространство при гидролизе одной молекулы. Этот механизм лежит в основе образования соляной кислоты в желудке. Ионный насос класс F. Митохондриальная АТФаза. Катализирует конечный этап синтеза АТФ. Крипты митохондрий содержат АТФ-синтазу, сопрягающую окисление в цикле Кребса и фосфорилирование АДФ до АТФ. Ионный насос класса V. Лизосомальные Н+-АТФазы (лизосомальные протонные насосы) - протонные насосы, обеспечивающие транспорт Н+ из цитозоля в ряд органелл-лизосомы, аппарат Гольджи, сек реторные везикулы. В результате понижается значение рН, на пример, в лизосомах до 5,0 что оптимизирует деятельность этих структур. Особенности ионного транспорта 1. Значительный и асимметричный трансмембранный! градиент для Na+ и К+ в покое. Натрия вне клетки (145 ммоль/л) в 10 раз больше, чем в клетке (14 ммоль/л). Калия в клетке (140 ммоль/л) примерно в 30 раз больше, чем вне клетки (4 ммоль/л). Эта особенность распределения ионов натрия и калия:
Это либо возвращает состояние мембраны к исходному уровню (активация потенциалзависимых каналов в фазу реполяризации), либо гиперполяризует мембрану (кальцийзависимые, лигандзависимые каналы, в том числе и активируемые системами вторых посредников). Следует иметь в виду, что:
2. Низкий уровень кальция в цитозоле клетки. В клетке в покое содержание кальция (50 нмоль/л) в 5000 раз ниже, чем вне клетки (2,5 ммоль/л). Такой низкий уровень кальция в цитозоле не случаен, так как кальций в концентрациях в 10-100 раз больше исходной выступает в качестве второго внутриклеточного посредника в реализации сигнала. В таких условиях возможно быстрое увеличение кальция в цитозоле за счет активации кальциевых каналов (облегчен ная диффузия), которые в большом количестве имеются в цитоплазматической мембране и в мембране эндоплазматического ретикулума (эндоплазматический ретикулум - "депо" кальция в клетке). Формирование потоков кальция, происходящее за счет открытия каналов, обеспечивает физиологически значимое повышение концентрации кальция в цитозоле. Низкий уровень кальция в цитозоле клетки поддержива ется Са2+-АТФазой, Nа+/Са2+-обменниками, кальцийсвязывающими белками цитозоля. Кроме быстрого связывания цитозольного Са2+ внутрик леточными Са2+-связывающими белками, ионы кальция, по падающие в цитозоль, могут аккумулироваться аппаратом Гольджи или клеточным ядром, захватываться митохондриальными Са2+-депо. 3. Низкий уровень хлора в клетке. В клетке в покое содержание хлора (8 ммоль/л) более чем в 10 раз ниже, чем вне клетки (110 ммоль/л). Такое состояние поддерживается работой К+/Сl- -транспортер. Изменение функционального состояния клетки связано (или обусловлено) с изменением проницаемости мембраны для хлора. При активации протенциал- и лигандуправляемых хлорных каналов ион через канал путем пассивного транспор та входит в цитозоль. Кроме того, вход хлора в цитозоль формируется за счет №+/К+/2СГ-котранспортера и СГ-НСО3-обменник. Вход хлора в клетку увеличивает полярность мембраны вплоть до гиперполяризации. Особенности ионного транспорта играют основополагаю щую роль в формировании биоэлектрических явлений в орга нах и тканях, которые кодируют информацию, определяют функциональное состояние этих структур, их переход из одно го функционального состояния в другое. 13. Нейрон… Нейрон - это структурно-функциональная единица нервной ткани. Это специализированная клетка, которая, наряду с общими физиологическими свойствами (возбудимость, проводимость), обладает и рядом специфических свойств. А именно: 1. Воспринимать информацию (переводить информацию раздражителя на биологический язык клетки). 2. Обрабатывать информацию (т.е. проводить анализ информации, синтез - соеди нение различных частей информации после анализа с получением нового качества). 3. Кодировать информацию (превращать информацию в форму удобную для хранения в мозге). 4. Формировать командный управляющий сигнал, который распространяется на другие клетки (нейроны, мышечные клетки). 5. Передача информации нейрона на другие структуры. Нейроны способны контактировать с другими клетками и оказывать на них информационное воздействие (место контактов - синапс). Все свои виды деятельности нейрон осуществляет за счёт 3-х физиологических свойств (помимо возбудимости и проводимости): 1. Рецепция; 2. Электрогенез; 3. Нейросекреция. Функционально нейроны делятся на три типа: - афферентные (чувствительные); - промежуточные (вставочные) нейроны (формируют ЦНС); - эфферентные (отправляют к периферическим органам команды ЦНС). 14. Рецепторная функция нейронов… Рецептором в нейроне называются специализированные образования, предназначенные для восприятия клетками (нейронами) или всей нервной системой действия раздражителей. Различают два типа рецепторов: 1. Сенсорные рецепторы. 2. Клеточные химические рецепторы. Хеморецепторы нейронов к большому числу специфических и неспецифических химических раздражителей внутренней и внешней среды. Сенсорные рецепторы - это нервные окончания, чувствительные участки нейрона, которые способны воспринимать другие нехимические виды раздражения. Например, рецепторы давления, температурные рецепторы, рецепторы сдвига и т.д., для которых раздражителем является нехимическая молекула. Кроме того, все рецепторыделят на первично-чувствительные и вторично-чувствительные. Первично-чувствительные рецепторы - это рецепторы нейронов, которые воспринимают химические и др. виды раздражения (давления, температуры и т.д.). Вторично-чувствительные рецепторы - это специализированные нервные клетки, функцией которых является восприятие раздражения и передача его на афферентные окончания нейрона. Все рецепторы (первично-чувствующие, вторично-чувствующие) можно разделить на экстерорецепторы и интерорецепторы. Экстерорецепторы - это такие образования нейрона, которые воспринимают раздражения, поступающие из внешней среды. Интерорецепторы - это такие рецепторы, которые постоянно собирают информацию о деятельности внутренних органов и о состоянии внутренней среды организма. Интерорецепторы делятся на множество групп: 1) проприорецепторы (они заложены в мышцах и сухожилиях); 2) ангиорецепторы (рецепторы, располагающиеся в сосудистом русле); 3) тканевые рецепторы (специальные образования, отслеживающие внутренний гомеостаз, постоянства внутренней среды организма); Все рецепторы обладают чувствительностью. Чувствительность рецепторов характеризуется порогом чувствительности. Под порогом чувствительности понимают минимальную силу раздражителя, которая способна вызвать формирование рецепторного или генераторного потенциала. Возникновение рецепторного потенциала, т.е. электрического явления на рецепторе связано с тем, что раздражитель вызывает частичную деполяризацию мембраны. Это приводит к вхождению небольшой порции натрия (Na) локально в области рецептора из окружающей среды в нейрон, и в мембране рецептора возникает частичная деполяризация - это и есть генераторный или рецепторный потенциал. Он не распространяется, лишь суммация (временная или пространственная) позволяет нескольким рецепторным потенциалам сформировать потенциал действия, и он (потенциал действия) распространяется по нервным волокнам. Под действием раздражителей рецепторы могут изменять свои свойства. Одним из таких проявлений является адаптация рецепторов. Под адаптацией рецепторов понимают изменение их чувствительности при длительном действии раздражителя. По адаптивным способностям рецепторы различают: 1) слабо-адаптирующиеся (они служат для восприятия истинных, абсолютных, мгновенных значений раздражителя); 2) быстро- и полностью адаптирующиеся рецепторы (они воспринимают информацию об изменении стимула на фоне спонтанной импульсации). Функционально рецепторы делятся на: а) полимодальные ;б) мономодальные; в) бимодальные. Мономодальные рецепторы - это такие рецепторы, для которых специфическим (т.е. родным) является только один раздражитель. Бимодальные рецепторы - это такие рецепторы, которые формируют два ощущения (т.е. рецепторы воспринимают две модальности - температуру и боль, ощущение сдвига и боль и т.д.). Полимодальные рецепторы - это рецепторы, которые воспринимают несколько раздражителей, как специфические. Рецепторы бывают спонтанно-активные и молчащие. Спонтанно-активные рецепторы - это такие рецепторы, которые, мониторируя процесс, постоянно генерируют импульсы и посылают их в ЦНС. Молчащие рецепторы - это такие рецепторы, которые, мониторируя процесс, посылают импульсы в ЦНС только тогда, когда имеются отклонения от нормальной деятельности. Интенсивность воздействия на рецепторы кодируется 2-мя способами: 1. Числом потенциалов действия от рецептора за единицу времени. 2. Числом рецепторов, а значит и нервных волокон, вовлечённых в процесс восприятия (чем больше рецепторов вовлечено в процесс восприятия, тем больше стимул, который поступает в ЦНС). Рецепторы почти всегда передают свою информацию на нервные проводники. Такими нервными проводниками являются периферические отростки нейронов. Они делятся на два типа: 1) афферентные проводники (дендриты);2) эфферентные проводники (аксон). 15. Электрогенез нейронов… Вторым, по значению, свойством нейрона является электрогенез - т.е. формирование электрической активности нейрона. Два вида активности : Спонтанная активность и вызванная активность Спонтанная активность- это самопроизвольная активность. Вызванная активность возникает под действием раздражителей Исходно все нейроны могут быть разделены на: спонтанно-активные (фоноактивные нейроны), молчащие нейроны (нефоноактивные нейроны). Фоноактивные нейроны - это такие нейроны, которые продуцируют потенциалы действия спонтанно, без внешних раздражителей, вследствие особенностей своего обмена веществ. Кроме того, спонтанная активность нейрона нередко обусловлена спонтанной активностью его рецепторного аппарата. Молчащие нейроны - это такие нейроны, которые без внешнего стимула не отвечают потенциалом действия. Спонтанно-активные нейроны тоже меняют свою активную деятельность под действием раздражителя. По своей исходной активности могут быть разделены на три группы: 1. Группы нейронов, которые обладают спонтанной одиночной активностью (в состоянии покоя). 2. Нейроны с более организованной спонтанной активностью. Они обладают "пачковой" спонтанной активностью. Обычно в "пачке" электрической активности насчитывается 5-6 пиков потенциала действия. Обычно межимпульсовый интервал, т.е. временной интервал между импульсами в "пачке", составляет от 1 до 3 миллисекунд. Между "пачками" интервал варьирует в пределах 15-120 миллисекунд. 3. Спонтанные нейроны обладают групповой активностью. Обычно в группе нейронов насчитывают от 6 до 20 импульсов. Группой они кодируют информацию очень сложно и межинтервальное время колеблется внутри "пачки" от 3 до 30 миллисекунд, время формирования между группами колеблется от 50 до 200 миллисекунд. Электрическая активность клетки отражает кодировку информации, которую нейрон либо воспринимает и кодирует, либо производит и, кодируя ее на электрический язык, передает по аксону другой клетке. Т.е. электрическая активность - это кодировка информации. Существует несколько видов кодировки информации: 1. неимпульсная кодировка информации 2. импульсная кодировка информации Группа нейронов способна к пространственно-временной кодировке информации. Неимпульсная кодировка информации - это кодировка информации за счет изменения уровня потенциала мембраны и КУД. При действии постоянного тока на ткань нейрон использует оба приема неимпульсной кодировки информации. Кодировка проявляется функционально - изменением возбудимости. Импульсная кодировка информации осуществляется за счет изменения частотных характеристик и конфигурации импульсов при ответной реакции. При вызванной электрической активностьи информация кодируется межимпульсными интервалами, а так же продолжительностью латентного /скрытого/ периода (период от нанесения раздражения до появления активной реакции). 16. Нервные проводники… Нервные проводники обладают 2-мя важнейшими физиологическими свойствами: возбудимостью и проводимостью. Прежде всего, они отличаются друг от друга проводимостью (способностью проводить возникшее возбуждение). Мерой проводимости является скорость проведения возбуждения. Скорость проведения возбуждения зависит от толщины проводника (чем толще проводник, тем больше скорость проведения возбуждения). Все волокна по толщине, а значит и по скорости проведения возбуждения, могут быть разделены на 3 группы: А, В, С. Волокна А и В относятся к миелинизированным волокнам, а волокна С - немиелинизированные. Волокна группы А делятся на 4 подгруппы: 1)А-альфа. Диаметр=13-22 мк; скорость проведения 70-120 м/с. К ним относятся эфферентные волокна скелетных мышц, кроме того афферентные волокна от рецепторов мыщц (мышечных веретён); 2)А-бета. Диаметр=8-13 мк; скорость- 40-70 м/с. К ним относятся афферентные волокна от рецепторов давления и тактильных рецепторов (воспринимающих прикосновение); 3)А-гамма. Диаметр=4-8 мкм; скорость проведения возбуждения 15-40 м/с. К ним относится большое число афферентных волокон; 4)А-дельта. Диаметр=1-4 мкм; скорость проведения возбуждения 5-15 м/с. К ним относятся афферентные волокна от рецепторов боли и температур Волокна В - это преганглионарные волокна вегетативной нервной системы. Волокна С - это постганглионарные волокна вегетативной нервной системы. Законы проведения возбуждения1.Закон двухстороннего проведения. В изолированном нервном проводнике возбуждение распространяется в двух направлениях 2.Закон физиологической целостности /анодный блок, катодическая депрессия - анатомическая целостность сохранена, физиологическая нарушена/ 3.Закон изолированного проведения возбуждения/возбуждение не переходит с волокна на волокно, изоляция-швановские клетки/ Механизмы проведения возбужденияВ безмякотных волокнах – последовательно за счет разности потенциалов между возбужденным и невозбужденным участком. В мякотных волокнах – скачкообразно /сальтоторно/, может через 2-3 перехвата Раньве.
Нейросекреция - это способность нейрона синтезировать различные химические соединения, которые обладают биологической активностью. Нейроны выделяют с помощью нейросекрета две группы веществ: 1. нейрогормоны - они выделяются специализированным нейроном, его телом, аксоном в межклеточную жидкость, во внутреннюю среду организма и там вызывают изменения, воздействуя на специфические для них клеточные рецепторы. 2. медиаторы - это тоже биологически активные вещества, они также синтезируются в нервных клетках. Однако, они выделяются не везде. Они концентрируются и выделяются только в месте контакта нейрона с другими клетками. Контакт нейрона с другими клетками называется синапс. Синапсы делятся по способу передачи возбуждения на
Первая группа синапсов немногочисленна до 1-3% от общего числа. Не известны пути влияния на процесс проведения. Вторая группа – синапсы с химической передачей. Строение.
Свойства пресинаптической мембраны: а) содержит медиатор - находится в везикулах. У каждого конкретного синапса всегда один и тот же медиатор, т.е. какой медиатор в данном синапсе генетически запрограммирован. Один конкретный синапс - мономедиаторен. б) область пресинаптической мембраны электровозбудима - она возбуждается и мембрана деполяризуется, если в эту область по аксону к терминали приходит потенциал действия. в) область пресинаптической мембраны - хемоневозбудима. Химическим путем мембрану не возбудить. У каждого медиатора существует целая система синтеза в нейроне. Медиатор образуется в теле нейрона и диффундирует по аксону (аксональный ток), накапливается в области пресинаптической мембраны, частично медиатор образуется в области пресинаптической мембраны. Второй путь накопления медиатора в синапсе - аптейк - обратный захват медиатора областью пресинаптической мембраны, это - высокоэнергетический процесс. В области пресинаптической мембраны медиатор прочно «упаковывается» в везикулы, которые в покое прочно связаны с цитоскелетом клетки. 2. Постсинаптическая мембрана - это мембрана второй клетки, иннервируемой клетки. Субсинаптическая мембрана - участок постсинаптической мембраны, на котором её свойства выражены максимально. Свойства субсинаптической мембраны : а) она хемовозбудима. б) она электроневозбудима в) она имеет большое число однотипных хеморецепторов, которые воспринимают действие медиатора и высокую концетрацию соответствующих ионных каналов (хемочувствительные,рецепторуправляемые каналы) 3. Синаптическая щель. Размер 200-500 ангстрем /20-50 мкм (микрон)/, заполнена межклеточной жидкостью, существует периферический барьер, /что это такое никто не знает/ препятствующий выходу медиатора за пределы синапса. Механизм передачи возбуждения через синапсКогда возбуждение приходит в область пресинаптической мембраны, она деполяризуется, это: 1. активирует кальциевые потенциалзависимые каналы N-типа, они медленные, быстро инактивируются. В клетку входит небольшое количество кальция 2. Вошедший кальций связывается со специальным белком (кальций - связывающий белок) - синаптосин. Кальций активирует фосфолирирование нескольких молекул синаптосина, вызывая их конформацию, что приводит к ослаблению связей везикул с цитоскелетом клетки и они (везикулы) перемещаются к внутренней поверхности пресинаптической и прилипает к ней. Это вызывает разрыв везикул (ферментативный протеолиз). Параллельно прилипание к мембране активирует мембранный белок- синаптопор, который выступает как переносчик медиатора через мембрану либо как белок - переносчик за счет конформации молекулы, либо образуя транспортный канал, либо вызывая экзоцитоз. Медиатор диффундирует в синаптическую щель, он не выходит за пределы синаптической щели, т.к. сбоку имеются синаптические барьеры, которые препятствуют выходу медиатора за пределы синапса (что такое синаптические барьеры - неизвестно). Молекулы медиатора выделяются квантами. Количество выделившихся квантов зависит от силы и частоты раздражения, т.е. передача возбуждения в синапсе за счёт этого квантируется, она становится дискретной. Молекулы медиатора идут в к постсинаптической мембране, в область субсинаптической мембраны, которая имеет много однотипных хеморецепторов и образуют комплекс «медиатор – рецептор». Это вызывает активацию соответствующих рецепторуправляемых ионных каналов. Все медиаторы можно разделить на возбуждающие медиаторы и тормозные медиаторы. Следовательно и синапсы делятся на возбуждающие и тормозные. Возбуждающие медиаторы взаимодействуя с рецептором субсинаптической мембраны вызывают активацию натриевых каналов и формируют входящий натриевый ток, который вызывает возникновение частичной деполяризации, т.е рецепторный потенциал, который на уровне синапс обозначают как возбуждающий постсинаптический потенциал (ВПСП). Тормозной медиатор вызывает усиление входящего калиевого тока или входящего ток хлора, т.е. вызывает локальную гиперполяризацию. Это формирует тормозной постсинаптический потенциал (ТПСП). Рисунок. Конечный эффект (потенциал действия или тормозной потенциал) формируется за счет суммации ВПСП или ТПСП. В синапсе известно два вида суммации: 1. Пространственная суммация локальных очагов возбуждения (когда в пространстве суммируются эти локальные очаги и возникает потенциал действия); 2. Временная суммация (когда на одни и те же рецепторы последовательно через короткие интервалы времени воздействуют новые порции медиатора и возникает как бы ступенечка - частичная деполяризация, она не окончилась, на нее наслаивается следующая частичная деполяризация и так поляризация достигает КУДа - временная суммация) В дальнейшем комплекс «медиатор-рецептор» диссоциирует. Если этого не происходит, то в возбуждающих синапсах возникает стойкая деполяризация по типу катодической депрессии, При этом данный рецептор перестает воспринимать какую-либо другую информацию. Поэтому в нормальных, естественных условиях медиатор отсоединяется от рецепторов и разрушается ферментами (холинэстераза и т.д.), которые имеются в синапсе. Примерно 20-30% медиатора удаляется таким образом из синаптической щели. Другой способ инактивации медиатора – аптейк - обратный захват пресинаптической мембраной . За счет этого синапс экономно расходует медиатор. Характерные признаки процесса синаптической передачи: 1) Односторонний характер проведения возбуждения в синапсе от пре- к постсинаптической мембране; 2) Квантовый (парциальный) характер освобождения медиатора; 3) Количество квантов медиатора пропорционально частоте и силе приходящего к синапсу (пресинаптической мембране) нервного раздражения; 4) Синаптическая передача не подчиняется закону "всё или ничего"; 5) Синапс способен к суммации процессов возбуждения; 6) Проведение возбуждения в синапсе осуществляется с задержкой во времени (синаптическая задержка; её величину для центральных синапсов сейчас можно в клинике уже определять); 7) При многократном прохождении возбуждения через синапс возникает эффект облегчения проведения возбуждения - это связано с тем, что возникающее возбуждение наслаивается на остаточные процессы; 8) Для синапса характерно проведение возбуждения с декрементом (с ослаблением по силе); 9) Трансформация - способность синапса изменять частоту пришедшего раздражения (как правило, синапс резко снижает частоту пришедшего раздражения); 10) Лабильность синапса существенно меньше, чем у нервов; 11) Из всех звеньев рефлекторной дуги синапс - наиболее утомляемый и наиболее чувствительный к ядам и недостатку кислорода элемент цепи. Частное свойство: длительное или очень сильное воздействие на синапс приводит к прекращению синаптической передачи, которое обусловлено истощением медиатора в области пресинаптической мембраны (эффект истощения). Все вышеперечисленные закономерности характерны как для синапсов ЦНС, так и для периферических синапсов. |