Введение задача 1
 Скачать 0.86 Mb.
|
ВВЕДЕНИЕ Задача 1. Рассмотрим три этапа действия физической нагрузки у бегуна на длинные дистанции. 1) Бегун находится на старте, физической нагрузки нет, но центр дыхания и сердечный центр возбуждены, о чем свидетельствует увеличение минутного объема дыхания и рост ЧСС. 2) Спортсмен начал бег. Стимуляция вышеназванных центров увеличилось, хотя газовый состав крови и ее pH существенно не изменились. 3) Спортсмен закончил дистанцию (10 км) и отдыхает в горизонтальном положении. Мышечная нагрузка прекратилась, но повышенное возбуждение дыхательного и сердечно-сосудистого центров продолжается, в крови снижена величина pH, напряжения кислорода, увеличен уровень лактата. Вопросы: 1. Дайте характеристику этим этапам действия физической нагрузки с точки зрения трех кибернетических принципов саморегуляции. 2. Что такое обратная связь и в чем ее роль?? 3. Дайте определение физиологической функции? 4. Что такое гомеостазис? 5. Назовите два вида физиологических констант с точки зрения саморегуляции? ОТВЕТ:1. На первом этапе участвует регуляция по прогнозированию, которая дает возможность предварительно приспособиться к физической нагрузке еще до ее начала (предстартовый условный рефлекс).Является наиболее молодым видом регуляции. На втором этапе имеется регуляция по возмущению и центры дыхания и кровообращения стимулируются с проприорецепторов опорно-двигательного аппарата и моторной коры головного мозга.Она включается ещё до отклонения параметров гомеостаза. На третьем этапе осуществляется регуляция по отклонению(филогенетически наиболее древняя) с участием отрицательной обратной связи, целью которой является восстановление изменённых параметров гомеостаза - pH, парциального давления CO2 и O2. 2. Обратные связи (+ и -) передают информацию в регулирующий центр о предшествующем регулирующем воздействии, что позволяет внести коррекцию в эту регуляцию . Отрицательная обратная связь - обеспечивает стабилизацию функциональных параметров организма, устраняя возникшее отклонение. Положительная - является механизмом самоусиления физиологического процесса. Например: усиление секреции ФСГ при повышени уровня эстрогенов перед овуляцией. 3. Физиологическая функция это проявление жизнедеятельности на разных системных уровнях организма, сущность которого заключается в структуре данного системного уровня, т.е. в механизмах функционировании. Функциональная деятельность направлена на сохранение живой системы и ее приспособлению к условиям среды. 4. Гомеостазис - постоянство внутренней среды, в которую входят межклеточная жидкость, кровь, лимфа, спинномозговая жидкость. Гомеостазис позволяет сохранить функционально-структурную упорядочность организма в условиях изменяющейся внешней среды. Гомеостазис подразумевает сохранение такого состояния организма, при 2. Развитие какой фазы, необходимой для формирования ПД, будет нарушено? 3. Какие ионы принимают участие в генерации ПД в нервной системе? 4. В каком состоянии находятся воротные механизмы Na + –каналов при длительной деполяризации? 5. Как изменится возбудимость клетки в данных условиях? ОТВЕТ: 1. При снижении концентрации натрия в межклеточной жидкости до 90 ммоль/л - резко снижается градиент концентрации натрия внутри и снаружи клетки. Это приводит к тому, что при даже при полном открывании m-ворот входящий натриевый ток в клетку не может обеспечить регенеративную деполяризацию (самоусиление деполяризации) и поэтому не сможет образоваться ПД. 2. Будет нарушено развитие фазы деполяризации. 3. В нервной системе в генерации ПД принимаеют участие ионы Na+ и K+. Входящий в клетку натриевый ток обеспечивает фазу деполяризации, а выходящий из клетки калиевый - реполяризацию мембраны. 4. При длительной деполяризации открыты быстрые (m-ворота) и инактивируются медленные (h-ворота), поэтому входящий в клетку натриевый ток прекращается. 5. Возбудимость клетки снизится (Клетка не будет генерировать ПД), но сохранит способность формировать местный потенциал. Задача 5. У больного патологический процесс, захвативший участок нервного ствола, вызвал там инактивацию натриевых каналов, что привело к нарушению проведения нервных импульсов (ПД) через этот участок. Вы решили восстановить проводимость в нерве, используя действие постоянного тока. Вопросы: 1. Какой электрод должен быть приложен к пораженному участку для восстановления проводимости в нерве? 2. Какое биоэлектрическое явление наблюдается под электродом, который должен быть приложен к пораженному участку? 3. Что происходит с «воротным механизмом» в натриевых каналах под действием длительной деполяризации? 4. Что такое гиперполяризация? 5. Что происходит при действии анода, расположенного внеклеточно (ток имеет входящее в клетку направление), с «воротным механизмом»? ОТВЕТ: 1. Анод, т.к инактивация Na+-каналов происходит при продолжительной деполяризации (закрываются h-ворота), то для их открывания необходимо вызвать гиперполяризацию. 2. Под анодом (ток направлен в клетку) происходит дозарядка мембранной ёмкости и гиперполяризация. Сначала смещение мембранного потенциала в негативную сторону увеличивает пороговый потенциал, снижая возбудимость и проводимость. Однако через некоторое время гиперполяризация уменьшает инактивацию натриевых каналов, что приводит к смещение критического уровня деполяризации вниз к мембранному потенциалу и в результате восстанавливается возбудимость и проводимость. 3. При длительной деполяризации открыты быстрые (m-ворота) и инактивируются медленные (h-ворота). 4. Гиперполяризация - увеличение поляризации мембраны по сравнению с МПП (сдвиг в негативную сторону). 5. Под действием анода происходит активация натриевых каналов, открываются медленные h-ворота и канал становится потенциально активным. Задача 6. В течение 3-х часового нарастающего дефицита кислорода (гипоксии) в нейронах участка головного мозга резко нарушилось образование АТФ в митохондриях. Вопросы: 1. Как в этих условиях изменится возбудимость и импульсная активность нейронов? 2. Как снижение АТФ повлияет на функцию Nа + / К + -насоса плазмолеммы нейронов? 3. Почему в условиях 5-ти часового нарастающего дефицита кислорода может нарушится формирования мембранного потенциала покоя? 4. Как изменится электрогенный вклад Nа + / К + -насоса в связи с его блокадой? 5. К чему может привести постепенно нарастающая деполяризация мембраны? ОТВЕТ: 1. Нейроны будут находиться в состоянии абсолютной рефрактерности, полной невозбудимости. Импульсная активность нейронов - прекратится. 2. Снижение синтеза АТФ нарушит функцию Na+/K+-насоса плазмолеммы нейронов. 3. Ионы калия, вышедшие из нейрона в фазе реполяризации ПД, не будут полностью транспортироваться обратно. Накопление внеклеточного калия затруднит диффузию ионов калия из клетки, что является главным механизмом формирования мембранного потенциала покоя. 4. Блокада насоса уменьшает его электрогенную функцию, которая также участвует в создании потенциала покоя. Следовательно, произойдет деполяризация плазмолеммы. 5. Длительная деполяризация вызовет инактивацию натриевых каналов в результате закрывания h-ворот. Натриевая инактивация приведет к полной невозбудимости нейрона, абсолютной рефрактерности, и к прекращению импульсной активности нейрона. Задача 7. Лауреат Нобелевской премии К. Лоренц считал, что «в организме едва ли можно найти в нормальных условиях хоть один цикл с положительной обратной связью». Вопросы: 1. Предположите, может ли организм без положительной обратной связи прожить больше пяти минут (время перехода клинической смерти в биологическую)? Обоснуйте свой ответ. 2. Прекращение деятельности каких систем соответствует началу клинической смерти? 3. Дайте определение понятия регуляция? 4. Чем отличается положительная обратная связь от отрицательной? 5. Какова роль обратных связей для функционирования организма? ОТВЕТ: 1. Без положительной обратной связи нарушится самоусиливающаяся деполяризация в первой фазе потенциала действия. Прекратится возникновение ПД в нейронах и кардиомиоцитах. 2. Началу клинической смерти соответствует прекращение работы сердца и нервной системы. 3. Регуляция - это процесс нормализации, упорядочивания функций организма, направленный на отпимизацию его деятельности и поддержание гомеостаза. Осуществляется по программам, с помощью прямых и обратных связей - нервных и гуморальных. Прямые связи передают информацию от регулирующего центра к эффектору, изменяя его функции в сторону приспособления организма к среде. Обратные связи передают информацию в регулирующий центр о предшествующем регулирующем воздействии, что позволяет внести коррекцию в эту регуляцию. 4. Положительная обратная связь обеспечивает самоусиление физиологических процессов, при этом регулятор усиливает изменение показателя, например усиление секреции ФСГ при повышени уровня эстрогенов перед овуляцией. Отрицательная обратная связь является механизмом и саморегуляции функциональных параметров. Отрицательная связь изменяет знак возмущающего сигнала возвращая показатели в норму. 5. Обратные связи передают от эффектора в регулирующий центр об эффективности регулирующего воздействия, осуществляемого по прямым связям. Осуществляют цикличность процессов. Задача 8. В синапсах клеток Реншоу спинномозгового моторного центра вместо глицина стал выделяться глутамат. Вопросы: 1.Что произойдет с нейронами Реншоу в данных условиях, обоснуйте свой ответ? 2. Какова функциональная роль клеток Реншоу в мотонейронах? 3. Какое влияние оказывает глутамат на нейроны? 4. Какое влияние оказывает глицин на нейроны? 5. Механизм какой обратной связи был бы задействован, при воздействии глутамата в эксперименте, описанном в задаче? ОТВЕТ: 1. В обычных условиях клетки Реншоу выделяют глицин - тормозной медиатор, а в данных условиях глутамат - медиатор возбуждения. Нейроны Реншоу перестают выполнять тормозную функцию. 2. Клетки Реншоу формируют контур возвратного торможения, тормозя мотонейроны, чем предохраняют их от перевозбуждения и неконтролируемого по силе сокращения мышцы.(контур возвратного торможения, где выходной нейрон контура через разветвления своего аксона возбуждает вставочный тормозной нейрон, который иннервирует выходной нейрон, подавляя его активность. 3. Глутамат оказывает возбуждающее влияние. 4. Глицин оказывает тормозное влияние. 5. В данной ситуации был бы задействован механизм положительной обратной связи - самоусиление воздействия. Задача 9. На лекции студентам демонстрировали влияние электрического раздражения моторных центров головного мозга на сокращение мышц конечностей. Однажды, по халатности лаборанта, в опыт попало накормленное животное. К удивлению физиолога, в ответ на раздражение у собаки возникло не сокращение мышц конечности, а акт дефекации. Раздражение этой же зоны мозга ранее вызвало сокращение мышц конечностей. Вопросы: 1.Какой новый принцип работы головного мозга был открыт в этих опытах? 2. Рефлекторным влиянием с каких рецепторов обусловлено формирование господствующего очага возбуждения? 3. Почему электрическое раздражение моторных центров головного мозга вместо сокращения мышц конечностей спровоцировало акт дефекации? 4. Какие еще свойства принципа, открытого Ухтомским, вам известны? 5. Какую роль данный принцип играет в регуляции поведения живых существ? ОТВЕТ: 1. В этих опытах был открыт принцип координационной и интегративной деятельности мозга - принцип доминанты - временно господствующий в ЦНС нервный центр, который направляет работу других центров, при этом доминанта направляет поведение организма в сторону удовлетворения главной, доминирующей потребности. 2. Доминантный очаг возбуждения был обусловлен рефлекторным влиянием с рецепторов дистального отдела толстой кишки.( т.к. был вызван акт дефекации) 3. Т.к доминанта имеет свойство привлекать к себе возбуждение с других рецепторов и нервных центров, то раздражение моторных зон коры только усилило возбуждение доминантного очага и привело к акту дефекации. 4. Доминантый центр способен тормозить другие центры, которые препятствуют удовлетворению доминирующей потребности. ДЦ чувствителен к гуморальным раздражителям, которые в первую очередь образуют доминантные очаги в гипоталамусе, имеет стойкую повышенную возбудимость, отвечает на субпороговые раздражители, способен суммировать возбуждение и конвергирует возбуждение с других центров. 5. Доминанта обеспечивает временное кооперирование совокупности возубждённых центров для выполнения биологически или социально важной функции. Доминанта является вектором поведения, обеспечивает его активный, пластический характер. |
5.Можно выделить два вида физиологических констант : Жёсткие константы
- незначительные отклонения которых могут привести к существенному нарушению физиологических функций - осмотическое давление, pH, концентрация глюкозы, кислорода и углекислого газа в крови. Пластичные константы - могут колебаться в широком диапазоне без существенного влияния на обменные процессы - количество форменных элементов крови,
ОЦК, СОЭ.
Задача 2. Если у здорового человека повысится в крови уровень гормона щитовидной железы тироксина, то секреция тиреотропного гормона (ТТГ) гипофиза будет снижаться, в результате чего и концентрация тироксина в крови снизится до нормального уровня. Если же у него понизится уровень тироксина в крови, то секреция тиреотропного гормона гипофиза будет увеличиваться, в результате чего концентрация тироксина повысится до нормального уровня.
Вопросы:
1. Какие обратные связи (положительные или отрицательные) действуют в первом и во втором случае? Ответ обоснуйте.
2. Какая основная роль отрицательной обратной связи в организме человека?
3. В чем суть положительной обратной связи в организме человека?
4. Какова роль тироксина и тиреотропного гормона в организме человека в процессах роста?
5. В каком отделе гипофиза секретируется ТТГ?
ОТВЕТ: 1. В обоих случаях действует отрицательная обратная связь, т.к регулирующее действие направлено в сторону противоположную изменению показателя, т.е. на стабилизацию функционального параметра (уровня тироксина в крови). Если уровень гормона снижается, секреция ТТГ повышается и наоборот.
2. Основная роль отрицательной обратной связи поддержание стабильности жёстких физиологических констант и ликвидация возникающих отклонений физиологических параметров организма, при этом регулятор системы изменяет знак возмущающего сигнала на противоположный.
3. Положительная обратная связь обеспечивает самоусиление физиологических процессов, при этом регулятор усиливает изменение показателя и не изменяет знак возмущающего сигнала, например самоусиление открытия натриевых каналов при достижении критического уровня деполяризации во время потенциала действия или усиление секреции
ФСГ при повышени уровня эстрогенов перед овуляцией.
4. Тиреотропный гормон связывается с рецепторами тироцитов фолликулов щитовидной железы и стимулирует все этапы синтеза и секреции тироидных гормонов. Физиологические эффекты тироксина: А)Стимулирует синтез белков, необходимых для развития нервной ткани, а также стимулирует дифференцировку клеток ЦНС, миелинизацию нервных волокон, стимулирует психическое развитие. Б) Увеличивают кол-во рецепторов
Бета-1-адренорецепторов на кардиомиоцитах (повышает силу и частоту сокращений сердца). В) Усиливает эритропоэз. Г) Увеличивает глубину и
5. ТТГ синтезируется тиреотропоцитами аденогипофиза.
ВТК. ЦНС
Задача 3. В отделе головного мозга (например, при гипоксии) в результате дефицита кислорода в нейронах произошло резкое изменение уровня АТФ, и началась деполяризация клеточной мембраны вплоть до прекращения генерации ПД в нейронах. В плазмолемме нейронов имеется Na
+
/К
+
-насос, потенциал управляемые Na
+
- и К
+
-каналы, а также К
+
-каналы, активируемые снижением в цитозоле уровня АТФ и повышением Na
+
Вопросы:
1. Какой основной механизм, связанный с реакцией ионных каналов, будет противодействовать в этих условиях деполяризации мембраны?
2.Что такое деполяризация?
3. Что способствует увеличению концентрации внутриклеточного Na
+
?
4. Какой механизм принимает основное участие в выведении Na
+
из клетки?
5. Каков физиологический смысл активации К
+
-каналов при условиях, которые описаны в задаче?
ОТВЕТ: 1. В результате нарушения работы Na+/K+-насоса растёт уровень внутриклеточного Na+ и будут активироваться натрий- и АТФ-зависимые K+ каналы. Также на деполяризацию будут реагировать потенциал-управляемые
K+ каналы. Это увеличит диффузию K+ из клетки и препятствует развитию деполяризации.
2. Деполяризация - это уменьшение поляризации мембраны по сравнению с мембранным потенциалом покоя (сдвиг в позитивную сторону).
3. Увеличению концетрации Na+ внутри клетки способстувет указанная выше недостаточность Na+/K+ - атфазы. Большая разность концентраций Na внутри клетки и снаружи (14 раз). А также большая электродвижущая сила Na+ связанная с отрицательным зарядом внутренней стороны плазмолеммы, по отношению к межклеточной жидкости.
4. Основная роль в выведении Na+ из клетки принадлежит ассиметричной работе Na+/K+насоса, который за один цикл выводит 3 катиона натрия из клетки, и перемещает два катиона калия в клетку (создает поляризацию мембраны и явл. Вторым механизмом образования МПП). Низкая концентрация натрия внутри клетки также поддерживается низкой проницаемостью плазмолеммы для ионов натрия.
5. Смысл активации К+ каналов заключается в реполяризации мембраны клетки
(возврат мембранного потенциала к МПП).
Задача 4. При снижении концентрации Na
+
в плазме крови и межклеточной жидкости до 90 – 100 ммоль/л (норма ≈ 145 ммоль/л), возникает тяжелая неврологическая симптоматика вплоть до паралича бульбарных центров
(сердечно-сосудистого, дыхательного и др.).
Вопросы:
1. Почему наблюдается снижение возбудимости?