зеленый практикуп по фозиологии. Руководство к практическим занятиям по дисциплинам Нормальная физиология иФизиология челюстнолицевой области
 Скачать 1.51 Mb.
|
|
ТЕМА: БИОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ В ОРГАНИЗМЕ. ПОТЕНЦИАЛ ПОКОЯ 1. Продолжительность занятия - 2 часa. 2. План и организация занятия. 1. Подготовительный этап занятия: а) организационные мероприятия - 5 мин. б) проверка и коррекция исходного уровня знаний, посредством разбора материала в устной форме или с использованием электронного учебника - 20 мин. 2. Основной этап занятия: а) выполнение практических работ - 20 мин. б) запись протокола исследования - 15 мин. в) анализ результатов исследования - 10 мин. 3. Конечный этап занятия: 18 а) контроль конечного уровня усвоения учебного материала тестовым контролем или решением ситуационных задач - 20 мин. 3. Учебные цели занятия. ЗНАТЬ: 1. Учение о неравномерном распределении ионов в возбудимых тканях, о трансмембранном электрохимическом градиенте и равновесном потенциале. Уравнения Нернста и Гольдмана. 2. Мембранно-ионные механизмы происхождения, физические характеристики и физиологическую роль потенциала покоя. 3. Основные методы регистрации потенциала покоя. 4. Историю учения об электрических явлениях в возбудимых тканях. УМЕТЬ: 1. Рисовать схему эквивалентной электрической модели плазматической мембраны. 2. Строить зависимость «сила-длительность», вычислять реобазу и хронаксию. 4. Методика проведения занятия. 1. Подготовительный этап занятия. В начале занятия необходимо сформулировать его цели и задачи, что студенты должны знать и уметь по окончанию занятия. Написать на доске тему и цели занятия. Объяснить студентам, что знание материала этой темы необходимо для понимания механизмов нервной регуляции и деятельности внутренних органов, а полученные практические навыки будут необходимы при изучении других разделов физиологии, при обучении на последних теоретических и клинических кафедрах. Остальную часть подготовительного этапа занятия следует посвятить контролю и коррекции исходного уровня знания студентов. 19 В процессе разбора материала выяснить все вопросы занятия, при этом студенты могут пользоваться любой учебной литературой: учебники, монографии, справочники, атласы, электронные учебники и др. 2. Основной этап занятия. На этом этапе занятия студенты выполняют экспериментальные исследования. Перед проведением каждого исследования преподавателю необходимо четко сформулировать цель и продемонстрировать ход его выполнения. После проведения исследований проводится обсуждение полученных результатов, делаются выводы и оформляются отчеты. В ходе обсуждения полученных результатов необходимо еще раз обратить внимание на основные цели занятия, на достоинства и недостатки различных методов исследования, исторические аспекты развития представлений о природе биоэлектрических явлений. 3. Заключительный этап занятия. На этом этапе занятия проводится контроль конечного уровня знания студентов, для чего рекомендуется использовать либо тестовый контроль знаний, либо ввести решений ситуационных задач. При решении ситуационных задач, для расчета предельных значений Епп различных клеток, соответствующих их калиевым и натриевым равновесным потенциалам, рекомендуется использовать формулу Нернста в следующем виде: Епп=Ек=61· lg[К+]нар/[К+]внутр где Епп - значение мембранного потенциала покоя. При рассмотрении факторов, от которых зависят Епп, рекомендуется пользоваться редуцированным уравнением постоянного поля Гольдмана: 20 Ем=61· lgPNa[Na+]нар/Pк[K+]внутр где Ем - это Епп, а P Na+ и Pк+ - проницаемость мембраны для ионов калия и натрия в состояния покоя. При использовании редуцированных уравнений постоянного поля предполагается, что мембрана клетки проницаема только для ионов натрия и калия, и что концентрация калия вне клетки и ионов натрия внутри клетки практически равны нулю. В заключение занятия преподаватель проверяет и подписывает отчеты студентов, задает задание для самостоятельной подготовки к следующему занятию. Лабораторные работы. 1. Регистрация реобазы и хронаксии у человека. 2. Работа на ЭВМ с использованием электронной модели возбудимой клетки с целью построения графика зависимости «сила-длительность». 3. Работа на ЭВМ по моделированию потенциала покоя. 4. Выполнение работ с использованием виртуального практикума. 5. Просмотр видеофильмов. 5. Ситуационные задачи для определения конечного уровня знаний студентов. Задача № 1. Концентрация ионов калия внутри клеток в 10 раз выше, чем вне ее. Мембрана клеток непроницаема для ионов хлора. Чему равно предельное значение ПП этой клетки? Почему в действительности ПП клетки не достигает этого значения? Эталон ответа. Предельное значение ПП клетки будет соответствовать значению ее калиевого равновесного потенциала, которое можно вычислить по 21 формуле Нернста: Епп=Ек=61· lg[К+]нар/[К+]внутр = 61·lg1/10= - 61 мВ В действительности, значение ПП клетки будет несколько меньше, так как клеточная мембрана проницаема не только для ионов калия, но и для ионов натрия. Поток этих положительно заряженных ионов будет входить в клетку, уменьшая значение ПП. Задача № 2. Концентрация ионов калия в клетке равна концентрации ионов натрия вне ее, а проницаемость клеточной мембраны для ионов калия в 10 раз выше, чем для ионов натрия. Чему будет равно значение ПП этой клетки при условии, что концентрация ионов калия вне клетки, ионов натрия внутри клетки практически равна нулю? Эталон ответа. ПП клетки можно рассчитать, используя редуцированное уравнение постоянного поля: Епп=Ек=61·lgР Na [Na+]нар/Pк[К+]внутр = 61· lg1/10= 61 мВ. Задача № 3. Под влиянием гуморальных факторов проницаемость мембраны клетки для ионов натрия увеличилась. Как это скажется на ПП клетки и почему? Эталон ответа. При повышении клеточной мембраны для ионов натрия увеличивается диффузионный поток положительно заряженных ионов, входящих в клетку. Это приведет к деполяризации клеточной мембраны, т.е. к уменьшению значения ПП клетки. Задача № 4. 22 В тканевой жидкости, окружающей клетки, повысилась концентрация ионов калия. Как это скажется на значении ПП этой клетки и почему? Эталон ответа. При повышении концентрации ионов калия вне клетки уменьшается диффузионный поток положительно заряженных ионов, выходящих из клетки. Это приведет к деполяризации клеточной мембраны, т.е. к уменьшению значения ПП клетки. Задача № 10. Динитрофенол, действуя на клетки, блокирует метаболические процессы, поставляющие энергию. Как и почему измениться значение ПП клетки при действии на нее динитрофенола? Эталон ответа. При действии на клетку динитрофенола будет нарушаться работа энергозависимого калий натриевого насоса клеточной мембраны. В результате этого произойдет выравнивание трансмембранных концентрационных градиентов ионов калия и натрия, что приведет к уменьшению ПП клетки вплоть до нуля. ЗАНЯТИЕ № 3. ТЕМА: БИОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ В ОРГАНИЗМЕ. ПОТЕНЦИАЛ ДЕЙСТВИЯ. 1. Продолжительность занятия - 2 часa. 2. План и организация занятия. 1. Подготовительный этап занятия: а) организационные мероприятия - 5 мин. 23 б) проверка и коррекция исходного уровня знаний, посредством разбора материала в устной форме или с использованием электронного учебника - 20 мин. 2. Основной этап занятия: а) выполнение практических работ - 20 мин. б) запись протокола исследования - 15 мин. в) анализ результатов исследования - 10 мин. 3. Конечный этап занятия: а) контроль конечного уровня усвоения учебного материала тестовым контролем или решением ситуационных задач - 20 мин. 3. Учебные цели занятия. ЗНАТЬ: 1. Учение о неравномерном распределении ионов в возбудимых тканях, о трансмембранном электрохимическом градиенте и равновесном потенциале. Уравнения Нернста и Гольдмана. 2. Мембранно-ионные механизмы происхождения, физические характеристики и физиологическую роль потенциала покоя. 3. Механизм потенциала действия, как проявление распространяющегося возбуждения. Динамику ионных токов при возбуждении. 4. Изменение возбудимости при возбуждении нервной и мышечной ткани. Объяснение лабильности. 5. Учение о потенциал зависимых натриевых, калиевых, хлорных, кальциевых каналах в свете концепции цикла Ходжкина-Хаксли. 6. Представление об эквивалентной электрической схеме плазматической мембраны и роли емкости, сопротивления и источников тока в происхождении потенциала покоя и действия. 24 7. Основные методы регистрации потенциала покоя и потенциала действия, динамики ионных токов при возбуждении. 8. История учения об электрических явлениях в возбудимых тканях. УМЕТЬ: 1. Рисовать схемы регистрации и развития во времени потенциала покоя и потенциала действия. 2. Рисовать схемы управления работой потенциалзависимых каналов в цикле Ходжкина-Хаксли. 3. Рисовать схему изменения возбудимости клетки во время генерации потенциала действия. 4. Рисовать схему эквивалентной электрической модели плазматической мембраны. 5. Приготовлять нервно-мышечный препарат лягушки. 6. Работать с измерительными приборами. Следует обратить внимание студентов, на то, что в ходе эмбриогенеза и в неонатальный период наблюдается рост величины мембранного потенциала, за счёт увеличения калиевой проводимости мембраны возбудимых тканей, увеличивается скорость фазы деполяризации и величина овершута ПД, что связанно не только с увеличением количества, но и плотности натриевых каналов. Одновременно происходит увеличение активности Na + , K + - АТФазы. По мере созревания нейронов увеличивается количество кальциевых каналов. Возрастает количество Н - ацетилхолиновых и - адренергических рецепторов. Хронаксия нервной ткани снижается, а возбудимость и лабильность увеличиваются. Следует отметить, что потенциалы действия, отводимые от нервов и мышц, от органов или целого организма, по ряду характеристик существенно отличаются от потенциала действия отдельных нервных и мышечных волокон. 25 3. Заключительный этап занятия. На этом этапе занятия проводится контроль конечного уровня знания студентов, для чего рекомендуется использовать либо тестовый контроль знаний, либо ввести решений ситуационных задач. При решении ситуационных задач, для расчета предельных значений Епп и Епд различных клеток, соответствующих их калиевым и натриевым равновесным потенциалам, рекомендуется использовать формулу Нернста в следующем виде: Епп=Ек=61· lg[К+]нар/[К+]внутр Епд=ЕNa=61· lg[Na+]нар/[Na+]внутр где Епп - значение мембранного потенциала покоя; Епд - значение мембранного потенциала на максимуме ПД. При рассмотрении факторов, от которых зависят Епп и Епд, и для приближенных расчетов их значений, рекомендуется пользоваться редуцированным уравнением постоянного тока Гольдмана: Ем=61· lgPNa[Na+]нар/Pк[K+]внут где Ем - это Епп или Епд, а P Na+ и Pк+ - проницаемость мембраны для ионов калия и натрия в состояния покоя, либо при возбуждении. При использовании редуцированных уравнений постоянного поля предполагается, что мембрана клетки проницаема только для ионов натрия и калия, и что концентрация калия вне клетки и ионов натрия внутри клетки практически равны нулю. В заключение занятия преподаватель проверяет и подписывает отчеты студентов, задает задание для самостоятельной подготовки к следующему занятию. Лабораторные работы. 1. Приготовление нервно-мышечного препарата лягушки. 26 2. Проводимость нерва и её нарушение. 3. Опыты Гальвани. 4. Опыт вторичного тетануса. 5. Работа на ЭВМ по моделированию процессов в генерации ПД. 6. Выполнение работ с использованием виртуального практикума. 7. Просмотр видеофильмов. Задача № 1. При ухудшении кровоснабжения миокарда в межклеточной жидкости повышается концентрация ионов калия. Как и почему это скажется на генерации ПД в клетках миокарда? Эталон ответа. При повышении концентрации ионов калия в межклеточной жидкости возникает деполяризация мембран волокон миокарда. Значение их ПП приближается к нулю, в результате чего генерация ПД станет невозможна. Задача № 2. Как и почему изменится амплитуда ПД клетки а) при повышении концентрации ионов калия в цитоплазме б) при повышении концентрации ионов натрия в межклеточной жидкости в) при увеличении проницаемости мембраны клеток для ионов калия? Эталон ответа. Амплитуда ПД (V ПД ) равна: V ПД = Епд - Е пп, где Епд - значение мембранного потенциала на максимуме ПД. Согласно редуцированному уравнению постоянного поля Епд= 61· lgPNa[Na+]нар/Pк[K+]внут Из этого уравнения следует, что амплитуда ПД при повышении концентрации ионов калия в цитоплазме и увеличении проницаемости 27 клеточной мембраны для этих ионов будет уменьшаться, а при повышении концентрации ионов натрия в межклеточной жидкости будет увеличиваться. Задача № 3. Концентрация ионов натрия вне клетки в 10 раз больше, чем их концентрация внутри клетки. Значение ПП клетки составляет -80 мВ. Чему равна предельная амплитуда ПД этой клетки? Почему, в действительности, ПД клетки никогда не достигает этого предельного значения? Эталон ответа. Амплитуда ПД (V ПД ) равна: V ПД = Епд - Епп, где Епд - значение мембранного потенциала на максимуме ПД. Предельное значение Епд клетки соответствует значению ее натриевого равновесного потенциала, которое можно вычислить по формуле Нернста: Епд=ЕNa=61· lg[Na+]нар/[Na+]внутр = 61 lg 10 = 61 мВ. V ПД = 61мВ - (-80мВ) = 141 мВ. В действительности Епд и V ПД никогда не достигают предельных значений, так как на максимуме ПД клеточная мембрана проницаема не только для ионов натрия, но и для ионов калия. Поток положительно заряженных ионов калия будет выходить из клетки, уменьшая Епд, а, следовательно, и V ПД Задача № 4. Под влиянием местного анестетика в мембране клетки увеличилось число инактивированных натриевых каналов. Как и почему это скажется на параметрах ПД, возникающих в клетке? Эталон ответа. При увеличении числа инактивированных натриевых каналов клеточной мембраны уменьшится ее проводимость для ионов натрия. 28 В результате этого уменьшится диффузионный поток положительно заряженных ионов натрия, входящий в клетку во время восходящей фазы ПД. Это приведет к уменьшению крутизны этой фазы и к уменьшению амплитуды ПД. Задача № 5. Под влиянием фармакологических факторов в мембране клеток увеличилось число калиевых каналов, которые могут активироваться при генерации ПД клетки. Как и почему это скажется на параметрах ПД клетки? Эталон ответа. Если во время генерации ПД увеличится число активированных калиевых каналов клеточной мембраны, то возрастет диффузионный поток положительно заряженных ионов калия, который выходит из клетки, в основном во время нисходящей фазы ПД. Это приведет к уменьшению длительности этой фазы, а, следовательно, и всего ПД в целом. Кроме того, может также несколько уменьшиться амплитуда ПД. ЗАНЯТИЕ № 4. ТЕМА: ДЕЙСТВИЕ ПОСТОЯННОГО ТОКА НА ВОЗБУДИМЫЕ ТКАНИ. АККОМОДАЦИЯ. ПАРОБИОЗ. 1. Продолжительность занятия - 2 часа. 2. План на организацию занятия. 1. Подготовительный этап занятия: а) организационные мероприятия - 5 мин. 29 б) проверка и коррекция исходного уровня знаний, посредством разбора материала в устной форме или с использованием электронного учебника - 20 мин. 2. Основной этап занятия: а) выполнение практических работ - 20 мин. б) запись протокола исследования - 15 мин. в) анализ результатов исследования - 10 мин. 3. Конечный этап занятия: а) контроль конечного уровня усвоения учебного материала тестовым контролем или решением ситуационных задач - 20 мин. 3. Учебные цели занятия. ЗНАТЬ: 1. Пассивные механизмы происходящие под катодом и анодом, при внеклеточном действии постоянного тока на возбудимые ткани. 2. Активные механизмы, происходящие под катодом и анодом, при внеклеточном действии постоянного тока. 3. Электротонический потенциал и его свойства. 4. Физический кат- и анэлектротон. 5. Физиологический кат- и анэлектротон. 6. Обратный физиологический кат- и анэлектротон. 7. Нисходящее и восходящее направление тока. 8. Закон сокращения мышц. 9. Поляризацию мембраны при внутриклеточном пропускании постоянного тока. 10. Ионную природу локального ответа (ЛО) и физиологические характеристики, отличающие ЛО от распространяющегося возбуждения. 11. Явление аккомодации. 30 12. Парабиоз нерва, его фазы и причины возникновения. 13. Значение учения в механизме действия постоянного тока на возбудимые ткани, явление аккомодации и учения о парабиозе для практической медицины. УМЕТЬ: 1. Рисовать эквивалент электрической схемы плазматической мембраны. 2. Рисовать схему направления силовых линий электрического тока при внеклеточном действии постоянного тока на возбудимые структуры. 3. Рисовать схемы объясняющие развитие физического кат- и анэлектротонических потенциалов. 4. Рисовать схемы объясняющие развитие физиологического кат- и анэлектротонического потенциала. 5. Рисовать схемы объясняющие механизм формирования обратного физиологического кат- и анэлектротонов. 6. Рисовать нисходящие и восходящее направления тока на нервно- мышечном препарате. 7. Рисовать схему поляризации мембраны при внутриклеточном пропускании постоянного тока. 8. Рисовать схему формирования ЛО. 9. Рисовать схему формирования аккомодации. 10. Рисовать схемы развития фаз парабиоза. 4. Методика проведения занятия. 1. Подготовительный этап занятия. Следует сформулировать цели занятия и указать, что его тема тесно связана с материалами предыдущих занятий; объяснить, что 31 механизмы действия постоянного тока и электрического раздражения возбудимых клеток необходимо знать, потому, что электрический раздражитель является вполне адекватным для этих клеток при их естественной деятельности в целом организме. Для клинической практики особый интерес представляет материал занятия, касающийся электрофизиологических механизмов изменения возбудимости клеток под влиянием различных факторов, так как клиницисты широко применяют различные фармакологические средства, влияющие на возбудимость нейронов (местные анестетики). Кроме того, тема занятия представляет интерес для клинической практики, т.к. часто приходится встречаться с применением постоянного тока и с нарушениями проведения возбуждения по нервным волокнам. Ознакомив студентов с планом занятия, надо проверить их исходный уровень знаний. Контроль рекомендуется проводить, используя в качестве типовых задач различные схемы по материалу темы занятия. Студенты должны уметь рисовать эквивалентную электрическую схему плазматической мембраны и объяснять роль и значение основных компонентов (R, C, Е ПП , Е ПД ) в этих схемах. Предложить представить на схеме импульс постоянного тока и указать его параметры. Рассмотреть понятие о входящем (анодном) и выходящем (катодном) токе. Указать, что импульсы входящего тока принято рисовать на схемах ниже изоэлектрической линии, а импульсы выходящего тока - выше. Используя эквивалентную схему электрических свойств клеточной мембраны, разобрать механизмы формирования на клеточной мембране анэлектротонического и катэлектротонического потенциалов (АЭТП и КЭТП). Разобрать понятие физического и 32 физиологического КЭТ и АЭТ, обратного физиологического КЭТ и АЭТ. При анализе этой схемы рассмотреть зависимость амплитуды КЭТП от силы раздражения клеток, условие и ионный механизм возникновения локального ответа(ЛО), его свойства, понятие о критическом уровне деполяризации (КУД) и пороговом потенциале клеточной мембраны, пороговой, подпороговой и сверхпороговой силе электрического раздражения. Указать, что пороговая сила электрического раздражения может рассчитываться по току (пороговая сила тока I П ) или по напряжению (пороговое напряжение V П ). Обратить внимание студентов на то, что КЭТП и ЛО возрастают до порогового значения не мгновенно, а в течение определенного промежутка времени. Исходя из этого факта, следует рассматривать значение длительности электрического импульса для возникновения в клетке ПД. Предложить студентам показать в виде схемы, как изменяется критический уровень деполяризации мембраны клеток при малой крутизне (градиенте) нарастания электрического импульса. При анализе этой схемы рассмотреть значение градиента нарастания электрического импульса для возникновения в клетке ПД. В заключение этой части занятия нужно обобщить разобранный материал, предложив студентам сформулировать условия возникновения АЭТП и КЭТП, изменения возбудимости в этих областях, явление катодической депрессии, анод-размыкательного ответа (АРО) и аккомодации, возникновение в клетке ПД и перечислить физиологические характеристики, по которым ЛО отличается от ПД. Сформулировать и описать причины развития 33 парабиоза и значение этого учения для объяснения физиологических процессов в организме и в клинической практике. 2. Основной этап занятия. На этом этапе занятия студенты проводят экспериментальные исследования и обсуждают полученные результаты, при этом необходимо рассматривать электрофизиологические характеристики клеточной мембраны, определяющие значение возбудимости клеток (Епп и Екр). Указать, что пороговая сила тока или его пороговое напряжение могут быть использованы в качестве показателей возбудимости клеток в связи с тем, что их значение зависит от критического уровня деполяризации клеточной мембраны. Предложить студентам показать в виде схемы, как будет изменяться порог деполяризации мембраны клетки при изменениях ее потенциала покоя и критического уровня деполяризации. Указать, что анестетики общего и местного действия, которые широко используются в клинике, уменьшают возбудимость нейрона, повышая критический уровень деполяризации их мембраны. Критический уровень деполяризации определяется тем моментом, когда во время развития ЛО входящий в клетку натриевый ток становится равным выходящему из клетки калиевому току. Анестетики повышают критический уровень деполяризации клеточной мембраны, воздействуя на ее натриевые каналы. Они усиливают степень инактивации этих каналов, вследствие чего, во время развития ЛО, скорость нарастания натриевого тока уменьшается. В результате этот ток становиться равным току калия при большой степени деполяризации клеточной мембраны. 3. Заключительный этап занятия. 34 На этом этапе занятия проводится контроль конечного уровня знаний студентов путем решения ситуационных задач. Результаты решения сравниваются с ответами и обсуждаются всеми студентами. В заключение занятия преподаватель проверяет и подписывает протоколы исследований. Лабораторные работы. 1. Действие постоянного тока на нерв. Правило Дюбуа-Реймона. 2. Закон полярного действия постоянного тока. 3. Закон физиологического электротона. 4. Закон сокращения мышц. 5. Аккомодация. 6. Явление парабиоза. 7. Выполнение работ с использованием виртуального практикума. 8. Просмотр видеофильмов. 5. Задачи для определения конечного уровня знаний студентов. Задача № 1. Критический уровень деполяризации клеточной мембраны повысился от (-60) до (-50) мВ. Как и почему изменилась возбудимость мембраны? Эталон ответа. Возбудимость клетки уменьшилась, так как увеличился пороговый потенциал ее мембраны. Задача № 2. Раздражитель вызвал деполяризацию клеточной мембраны, однако возбудимость клетки уменьшилась. Почему это могло произойти? Эталон ответа. 35 Уменьшение возбудимости клетки при деполяризации клеточной мембраны наблюдается при одновременном повышении критического уровня деполяризации. Задача № 3. Ацетилхолин, действуя на кардиомиоциты, повышает проницаемость их мембраны для ионов калия. Как и почему под влиянием ацетилхолина изменится возбудимость клетки? Эталон ответа. При повышении проницаемости мембраны для ионов калия усилится их выход из клетки. Это приведет к гиперполяризации мембраны, а, следовательно, и к увеличению ее порогового потенциала. Возбудимость клетки уменьшится. Задача № 4. Критический уровень деполяризации мембраны клетки 20 мВ. При электрическом раздражении клетки на ее мембране возник деполяризационный местный потенциал, амплитуда которого равна 18 мВ. Что это за потенциал? Эталон ответа. Амплитуда возникшего мембранного потенциала составляет более 75% значения порогового потенциала мембраны клетки. Следовательно, этот местный потенциал является суммой КЭТП и ЛО. Задача № 5. При увеличении концентрации ионов кальция в межклеточной жидкости, окружающей мышечные волокна, наблюдается повышение критического уровня деполяризации клеточной мембраны и ее гиперполяризацию. Как и почему это скажется на скорости проведения возбуждения (ПД) по мышечным волокнам? |