Нормальная физиология ТГМУ. Методические указания к практическим занятиям по нормальной физиологии для студентов 2 курса лечебного, педиатрического и медикопрофилактического факультетов
 Скачать 0.93 Mb.
|
|
Владивостокский государственный медицинский университет Кафедра нормальной физиологии с курсом психофизиологии и физиологии высшей нервной деятельности Методические указания к практическим занятиям по нормальной физиологии для студентов 2 курса лечебного, педиатрического и медико-профилактического факультетов Часть 1 Разделы: «Общая физиология возбудимых систем» «Физиология центральной нервной системы» Владивосток Медицина ДВ 2008 УДК 612 (076. 1 / 6) ББК 28.707.3 М 54 Рецензенты: Зав. кафедрой психофизиологии и психологии труда в особых условиях факультета психологии гуманитарного института МГУ им. адм. Г.И. Невельского проф. В.В.Калита Доцент кафедры клеточной биологии Академии экологии, морской биологии и биотехнологии ДВГУ , кандидат биологических наук С.М.Рыбалкина Составитель: О.Н.Сидорова М 54 Методические указания к практическим занятиям по нормальной физиологии для студентов 2 курса лечебного, педиатрического и медико-профилактического факультетов. Часть 1. - Владивосток: Медицина ДВ, 2008. – 80с. Методические указания составлены согласно учебному плану в соответствии с программой курса «Нормальная физиология» для студентов лечебного, педиатрического и медико-профилактического факультетов. Пособие включает 13 тем практических занятий по двум разделам физиологии и два контрольных занятия. К каждой теме даны вопросы с конкретными заданиями для самоподготовки во внеаудиторное время, отражены основные этапы аудиторного занятия с заданиями и ориентировочными основами действия самостоятельной работы студентов в аудиторное время, приведены вопросы для самоконтроля, тестовый контроль и ситуационные задачи с эталонами ответов. Составленные рекомендации позволяют студентам освоить некоторые физиологические методики, уяснить теоретические вопросы физиологии и понять сущность физиологических процессов. Рекомендации предназначены для студентов 2 курса лечебного, педиатрического и медико-профилактического факультетов, изучающих курс нормальной физиологии. УДК 612.0 (076. 1/ 6) БКК 28.707.3 Содержание Введение………………………………………………………………………………… 4 Тема 1. Биоэлектрические явления в возбудимых тканях…………………………… 5 Тема 2. Свойства возбудимых тканей…………………………………………………. 10 Тема 3. Виды и механизмы мышечного сокращения………………………………….15 Тема 4. Сила и работа мышц…………………………………………………………… 19 Тема 5. Физиология тканевых элементов нервной системы…………………………..25 Тема 6. Итоговое занятие: «Общая физиология возбудимых тканей»………………. 30 Тема 7. Общие принципы управления функциями организма……………………… 34 Тема 8. Рефлекторный принцип деятельности ЦНС………………………………… 39 Тема 9. Особенности распространения возбуждения в ЦНС……………………….. 44 Тема 10. Процессы торможения в ЦНС. Основные принципы координации в ЦНС...49 Тема 11. Рефлекторная регуляция двигательных функций…………………………… 54 Тема 12. Роль высших отделов ЦНС в управлении движениями……………………. 59 Тема 13. Нервная регуляция вегетативных функций………………………………….. 65 Тема 14. Частная физиология ЦНС……………………………………………………… 70 Тема 15. Итоговое занятие по разделу «Физиология ЦНС»…………………………… 75 Заключение……………………………………………………………………………….. 80 Введение Предлагаемые методические разработки практических занятий для студентов посвящены двум разделам физиологии: общей физиологии возбудимых систем (6 тем) и физиологии центральной нервной системы (9 тем) Настоящее методическое издание преследует две основные цели: 1 – помочь студентам освоить теоретические и практические задания по двум разделам курса физиологии; 2 – показать студентам необходимость знаний данных разделов нормальной физиологии для изучения клинических дисциплин и будущей врачебной деятельности. Каждая тема раскрывается по единому плану, отражающему мотивационно-воспитательную характеристику, учебную цель, вопросы для самоподготовки с домашним заданием, самостоятельную работу на занятии с указанием программы и ориентировочных основ действия, вопросы для самоконтроля, тесты и ситуационные задачи с эталонами ответов. Клиническая направленность практических работ и ситуационных задач способствует повышению мотивации студентов к учебе. Методические рекомендации составлены в соответствии с типовой и рабочей программой по нормальной физиологии. Надеемся, что настоящие указания к практическим занятиям окажутся полезными и помогут студентам в усвоении предмета. Будем признательны за замечания и пожелания по поводу содержания настоящих методических рекомендаций. Владивостокский государственный медицинский университет Кафедра нормальной физиологии с курсом психофизиологии и физиологии высшей нервной деятельности Методические разработки практических занятий по нормальной физиологии для преподавателей Раздел: «Общая физиология возбудимых систем» Утверждено на заседании кафедры Составитель- Сидорова О.Н. Владивосток 2008 Тема 1. Биоэлектрические явления в возбудимых тканях Время: 2 часа. Мотивационно-воспитательная характеристика темы: в клинике широко используются методы исследования биоэлектрических процессов различных органов (электрокардиография, электроэнцефалография и др.). Для анализа полученных данных необходимо знать механизмы, лежащие в основе биоэлектрических явлений. Учебная цель: уяснить сущность процесса возбуждения, роль различных ионов и мембраны клетки в формировании биопотенциалов, значение исследования биоэлектрических явлений в практической деятельности врача Содержание занятия
Вопросы для самоподготовки: 1. Понятие возбудимых тканей, их свойства. 2. Характеристика раздражителей 3 Развитие учения о биопотенциалах 4 Ионно-мембранная теория происхождения биопотенциалов. 5. Характеристика местного возбуждения. 6. Фазы и ионные механизмы потенциала действия 7 Свойства потенциала действия. Домашнее задание: 1.Записать классификацию раздражителей. 2.Записать основные отличия местного возбуждения от распространяющегося. . 3.Зарисовать кривую потенциала действия, обозначить фазы и периоды ПД. Самостоятельная работа на занятии:
Вопросы для самоконтроля: 1. Как заряжена мембрана клетки в состоянии покоя? 2. Какие ионы имеют главное значение в формировании потенциала покоя? 3. Каково значение калий-натриевого насоса? 4. Как изменится мембранный потенциал при повышении проницаемости мембраны для ионов натрия? 5. Как изменится мембранный потенциал при повышении концентрации калия в межклеточном веществе.? 6. Что отражает критический уровень деполяризации? 7. За счёт каких ионов осуществляется перезарядка мембраны? 8. За счёт каких ионов осуществляется реполяризация мембраны? 9 Какие термины отражают изменение мембранного потенциала в сторону уменьшения и увеличения? 10. Какие свойства характеризуют местное возбуждение? Тестовый контроль: 1 Внутренняя поверхность мембраны возбудимой клетки по отношению к наружной в состоянии физиологического покоя заряжена: 1) положительно; 2) так же, как и наружная мембрана; 3) не заряжена; 4) отрицательно. 2. Уменьшение величины мембранного потенциала покоя при действии раздражителя называется: 1) гиперполяризацией; 2) реполяризацией; 3) деполяризацией; 4)экзальтацией. 3, Увеличение мембранного потенциала покоя называется: 1). гиперполяризацией; 2) деполяризацией; 3) реполяризацией; 4) экзальтацией. 4. В цитоплазме нервных и мышечных клеток по сравнению с наружным раствором выше концентрация ионов: 1) хлора; 2) калия; 3) натрия; 4) кальция. 5. Молекулярный механизм, обеспечивающий выведение из цитоплазмы ионов натрия и введение в цитоплазму ионов калия, называется: 1) критический уровень деполяризации; 2) натриевый селективный канал; 3) натриево-калиевый насос; 4) мембранный потенциал действия. 6. В фазу быстрой деполяризации потенциала действия проницаемость мембраны увеличивается для ионов: 1) натрия; 2) калия; 3) магния; 4) серы. 7. Движение каких ионов играет главную роль в формировании потенциала покоя? 1) ионы натрия; 2) ионы калия; 3) ионы кальция; 4) ионы хлора. 8. В какой части потенциала действия преобладает движение ионов калия? 1) в восходящей части потенциала действия; 2) на вершине пика ПД; 3) во время нисходящей части ПД. 9. Как изменится мембранный потенциал при увеличении проницаемости для ионов натрия? 1) увеличится; 2) не изменится; 3) уменьшится. 10. Как изменится мембранный потенциал при увеличении проницаемости для ионов хлора? 1) увеличится; 2) не изменится; 3) уменьшится Ответы: 1-4; 2-3; 3-1; 4-3; 5-3; 6-1; 7-2; 8-3; 9-3; 10-1 Ситуационные задачи:
Ответы:
Литература: А) Основная: 1. Физиология человека. Учебник. /Под ред. В.М.Покровского, Г.Ф.Коротько.- М.: Медицина, 2003, с.39-58 2. Физиология человека. / Под ред. Н.А. Агаджаняна, В.И.Циркина.- СПб: СОТИС, 1998, 2000, 2002, с 8 - 18 3. Физиология человека..Учебник. /Под ред. В.М.Смирнова. М.:Медицина, 2002, с.43-61 4. Руководство к практическим занятиям по нормальной физиологии /Под ред.С.М.Будылиной, В.М.Смирнова- М: Издательский центр «Академия», 2005, с.8-17 5. Руководство к практическим занятиям по физиологии / Под ред. Г.И.Косицкого и В.А Полянцева.- М.: Медицина, 1988, с.72-85. Б) Дополнительная:
3.Физиология человека. /Под ред. Р.Шмидта, Г.Тевса,- М.: Мир, 1996, т.1, с.26 - 40, 83 – 87 4.Физиология. Основы и функциональные системы: курс лекций./ Под ред. К.В.Судакова – М.: Медицина, 2000, с.39-53 5.Руководство к практическим занятиям по физиологии / Под ред. К.В.Судакова- М, 2002, с. 55-66. 6.Основы физиологии человека / Под ред. Н.А.Агаджаняна- М: изд-во РУДН, 2001, с.15-25 7.Орлов Р.С., Ноздрачев А.Д. Нормальная физиология. Учебник- ГЭОТАР-Медиа,2005,с.32-33 8.Избранные вопросы клинической психологии / Под ред. Ю.В.Каминского. Т.1.: Нормальная анатомия, физиология и патология нервной системы.- Владивосток, Медицина ДВ,2006, с.215-220 Краткое теоретическое содержание темы:
Любая живая ткань способна реагировать на различного рода воздействия и изменять свою текущую функциональную активность. Это общее свойство всех живых тканей называют раздражимостью. Однако только высокоорганизованные ткани реагируют на действие раздражителей процессом возбуждения, характеризующегося волнообразными изменениями электрического потенциала мембраны клетки, в результате чего она переходит в активное состояние. Такие ткани называют возбудимыми. К ним относятся нервная, мышечная и железистая ткани. Все возбудимые ткани обладают следующими свойствами:
Каждая возбудимая ткань имеет и специфические свойства: для мышечной ткани – это сократимость, для нервной- проведение нервного импульса, для железистого эпителия – выделение секрета. Для того, чтобы ткань проявила свои свойства, на неё надо подействовать раздражителем.
Раздражители- это факторы внешней или внутренней среды , способные вызвать ответную реакцию живого образования. Для этого они должны быть достаточной силы и действовать определенное время. По силе различают:
По пороговой силе раздражителя судят о возбудимости ткани: снижение порога свидетельствует о повышении возбудимости и наоборот. Следовательно, порог раздражения (минимальная сила, вызывающая ответную реакцию) служит критерием оценки возбудимости. По биологическому значению раздражитель может быть адекватным (если он воздействует в естественных условиях на определенные рецепторы) и неадекватным. Адекватный раздражитель способен вызвать возбуждение в минимальной дозе. По происхождению раздражители делят на механические, температурные, химические и т.д. Особое место в физиологии возбуждения занимает электрический ток, так как его легко дозировать, он не повреждает живую ткань, действие его обратимо. Кроме того, сам процесс возбуждения имеет электрическую природу.
Во второй половине 18 века благодаря работам итальянского ученого Л.Гальвани и его последователей стало известно о существовании «животного электричества» или биопотенциалов. Было выяснено, что мембрана живой клетки, находящейся в состоянии покоя, поляризована: её внутренняя поверхность заряжена отрицательно, а наружная – положительно. Этот потенциал называют мембранным потенциалом (МП) или потенциалом покоя. Величина мембранного потенциала в различных тканях колеблется от 60 до 90 мв. Происхождение мембранного потенциала объясняется мембранно-ионной теорией Ю.Бернштейна (1902г.) в модификации А.Ходжкин и А. Хаксли (1952г.). Согласно этой теории биоэлектрические явления обусловлены разностью (градиентом) концентраций ионов калия, натрия, хлора и др.внутри и вне клетки и различной проницаемостью для них мембраны клетки.
Согласно современным представлениям клеточная мембрана состоит из двойного слоя фосфолипидных молекул, ориентированных таким образом, что гидрофобные концы молекул находятся внутри бислоя , а гидрофильные направлены в водную фазу; такая структура идеально подходит для образования раздела двух сред: вне- и внутриклеточной. В двойной слой фосфолипидов погружены глобулярные белки, полярные участки которых образуют гидрофильную поверхность в водной фазе. Эти белки выполняют различные функции, в том числе рецепторную, ферментативную, образуют ионные каналы, являются мембранными насосами и переносчиками ионов и молекул. Одним из важнейших свойств клеточной мембраны является её избирательная проницаемость, связанная с открытием и закрытием селективных ( специализированных) ионных каналов, пропускающих определенный вид ионов. В каждом канале существуют 2 типа ворот: быстрые активационные и медленные инактивационные. Второе важнейшее свойство мембраны- электровозбудимость - проявляется в способности к открытию и закрытию селективных ионных каналов в ответ на изменение мембранного потенциала.
Концентрация ионов калия в клетке почти в 50 раз выше, чем за клеткой, а натрия и хлора больше за клеткой, чем в клетке. Согласно законам диффузии происходит пассивный транспорт ионов по градиенту концентраций: калий стремится выйти из клетки, а натрий- зайти в клетку. Однако мембрана клетки обладает различной проницаемостью для этих ионов. В состоянии покоя мембрана больше проницаема для ионов калия, чем для натрия и анионов. Поэтому в покое преобладает движение ионов калия из клетки над входом в клетку ионов натрия. Калий в клетке находится в связанном состоянии с анионами, которых мембрана не пропускает, и они сосредоточиваются на внутренней поверхности мембраны, обусловливая её отрицательный заряд. А калий, выходя из клетки, сосредоточивается на наружной поверхности мембраны, обеспечивая ей положительный заряд. Таким образом, в состоянии покоя внутренняя поверхность клеточной мембраны заряжена отрицательно, а наружная – положительно. Заряд мембраны клетки, находящейся в состоянии покоя, носит название потенциал покоя или мембранный потенциал клетки. Главная роль в формировании потенциала покоя принадлежит ионам калия. Но если бы потенциал покоя был обусловлен только выходом ионов калия из клетки, то он был бы равен 97,5 мв ( это равновесный потенциал, рассчитанный по формуле Нернста), но такого потенциала не имеет ни одна клетка, что свидетельствует о том, что в состоянии покоя мембрана пропускает в клетку небольшое количество натрия , а также хлора. Следовательно, величина исходного (мембранного) потенциала зависит от того, насколько движение ионов калия из клетки преобладает над входом в клетку ионов натрия. Чем выше соотношение между выходом калия и входом натрия, тем выше мембранный потенциал. Выход же калия зависит от градиента концентраций калия по обе стороны мембраны. И если бы существовал только пассивный транспорт ионов, то он неизбежно привел бы к выравниванию концентраций, а следовательно, и к исчезновению потенциала. Поэтому наряду с пассивным транспортом существует активный транспорт (калий-натриевый насос), осуществляющий движение ионов против градиента концентраций: калия – в клетку, а натрия – из клетки. При этом затрачивается энергия АТФ. Благодаря калий-натриевому насосу восстанавливается градиент концентраций ионов и поддерживается потенциал покоя. Таким образом, прохождение ионов через мембрану, их асимметричное распределение по обе стороны мембраны и связанный с этим электрический потенциал осуществляется посредством 2-х механизмов: 1 – свободной диффузией ионов по концентрационному и электрохимическому градиенту; 2 – с помощью натрий- калиевого насоса.
При нанесении раздражения мембранный потенциал меняется, что связано с изменением проницаемости мембраны. При увеличении проницаемости для ионов натрия ( открытие активационных натриевых каналов) натрий начинает поступать в клетку быстрее и в большем количестве, чем в состоянии покоя, что приводит к снижению исходного потенциала. Это явление ( снижение мембранного потенциала) называется деполяризацией мембраны. Деполяризация характеризует процесс возбуждения. При повышении проницаемости для ионов хлора или калия наблюдается увеличение мембранного потенциала, которое носит название гиперполяризации мембраны; данное явление характерно для торможения. Возбуждение может существовать в двух формах: 1 – местное возбуждение ( или локальный ответ) , которое не дает видимого ответа. 2 - распространяющееся возбуждение ( или потенциал действия) – это истинное возбуждение, приводящее к ответной реакции. 3.7.Местное возбуждение Это возбуждение возникает при действии раздражителя подпороговой силы (от 0,5 до 0,9 пороговой). Если действует раздражитель ниже 0,5 порогового, не возникает даже местного возбуждения, в данном случае возможно только пассивное изменение мембранного потенциала под электродом (электротонический потенциал), проницаемость мембраны при этом не изменяется . При местном возбуждении проницаемость мембраны для ионов натрия увеличивается , что приводит к деполяризации мембраны, но она не доходит до того критического уровня, который нужно достичь, чтобы возник потенциал действия. Для большинства тканей он равен ( - 50 мв). Таким образом, критический уровень деполяризации – это уровень, отделяющий местное возбуждение от распространяющегося. И хотя местное возбуждение не дает видимой ответной реакции, свойства мембраны при этом меняются. Свойства местного возбуждения:1- градуальность, т.е зависимость от силы раздражителя. Чем ближе сила раздражителя к пороговой величине, тем деполяризация ближе к критическому уровню; 2- не распространяется или распространяется с декрементом, то есть с затуханием; 3 – способность к суммации. При неоднократном действии подпороговых раздражителей в результате суммации достигается критический уровень деполяризации, тогда местное возбуждение переходит в потенциал действия; 4- повышенная возбудимость. 3.8. Потенциал действия Потенциал действия (ПД) или распространяющееся возбуждение возникает при действии пороговых или сверхпороговых раздражителей, а также в результате суммации подпороговых стимулов, когда достигается критический уровень деполяризации. Возбуждение – это процесс, характеризующийся волнообразными изменениями электропотенциалов на мембране.( рис. ) Выделяют несколько фаз потенциала действия:
Свойства потенциала действия: 1 – возникает при достижении критического уровня деполяризации; 2- не зависит от силы раздражителя ( если сила подпороговая – ПД не возникает, пороговая или сверхпороговая- ПД возникает не зависимо от силы, подчиняется закону « всё или ничего»); 3 – не способен к суммации; 4 – не обратим; 5 – распространяется без затухания (без декремента). |