|
ььь. Напряжения кислорода, увеличен уровень лактата. Вопросы
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:
Дайте характеристику этим этапам действия физической нагрузки с точки зрения трех кибернетических принципов саморегуляции.
На первом этапе участвует регуляция по прогнозированию, которая дает возможность предварительно приспособиться к физической нагрузке еще до ее начала (предстартовый условный рефлекс). На втором этапе имеется регуляция по возмущению и центры дыхания и кровообращения стимулируются с проприорецепторов опорно-двигательного аппарата и моторной коры головного мозга ещё до изменения гомеостаза. На третьем этапе осуществляется регуляция по отклонению с участием отрицательной обратной связи, целью которой является восстановление изменённых параметров гомеостаза - pH, парциального давления CO2 и O2.
Что такое обратная связь и в чем ее роль?
Обратные связи (+ и -) передают информацию в регулирующий центр о текущем состоянии и об эффективности осуществляемого им по прямым связям регулирующего воздействия, что позволяет его корректировать. 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.
Дайте определение физиологической функции?
Физиологическая функция это проявление жизнедеятельности на разных системных уровнях организма, сущность которого заключается в структуре данного системного уровня, т.е. в механизмах функционирования (совокупности закономерных связей между элементами системы).
Что такое гомеостазис?
Гомеостазис - постоянство внутренней среды, в которую входдят 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 котором энергия расходуется наиболее экономно и восстанавливается с минимальными затратами.
Назовите два вида физиологических констант с точки зрения саморегуляции?
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.
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?
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.Что такое деполяризация?
Деполяризация - это уменьшение поляризации мембраны по сравнению с мембранным потенциалом покоя (сдвиг в позитивную сторону).
3. Что способствует увеличению концентрации внутриклеточного Na+ ?
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. Какой механизм принимает основное участие в выведении Na+ из клетки?
Основная роль в выведении Na+ из клетки принадлежит работе Na+/K+ атфазы которая за один цикл выводит 3 катиона натрия из клетки, и перемещает два катиона калия в клетку. Низкая концентрация натрия внутри клетки также поддерживается низкой проницаемостью плазмолеммы для ионов натрия.
5. Каков физиологический смысл активации К+-каналов при условиях, которые описаны в задаче?
Смысл активации К+ каналов заключается в реполяризации мембраны клетки (возврат мембранного потенциала к МПП).
Задача 3.
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? Снижение крутизны ПД (как при аккомодации)
2. Развитие какой фазы, необходимой для формирования ПД, будет нарушено?
Быстрой деполяризации
3. Какие ионы принимают участие в генерации ПД в нервной системе?
В генерации потенциала действия принимают участие катионы натрия и калия
4. В каком состоянии находятся воротные механизмы Na+–каналов при длительной деполяризации?
Закрыты
5. Как изменится возбудимость клетки в данных условиях?
Снизится
Задача 4.
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?
Анаэлектрод(анод)
2. Какое биоэлектрическое явление наблюдается под электродом, который должен быть приложен к пораженному участку?
Первоначальное снижение возбудимости под анодом сменяется ее повышением — анодная экзальтация. При этом в области приложения катода происходит инактивация натриевых каналов, а в области действия анода происходит снижение калиевой проницаемости и ослабление исходной инактивации натриевой проницаемости.
3. Что происходит с «воротным механизмом» в натриевых каналах под действием длительной деполяризации?
Закрываются
4. Что такое гиперполяризация?
Гиперполяризация – понижение возбудимости
5. Что происходит при действии анода, расположенного внеклеточно (ток имеет входящее в клетку направление), с «воротным механизмом»?
Вместе со смещением мембранного потенциала смещается и уровень критической деполяризации – к нулю. При размыкании цепи постоянного тока под катодом мембранный потенциал быстро возвращается к исходному уровню, а УКД медленно, следовательно, порог увеличивается, возбудимость снижается – катодическая депрессия Вериго.
Задача 5.
В медицинской практике через мышечную ткань человека (и нервные волокна в ней) пропускают токи высокой частоты (100000 Гц) и мощностью около 200 Вт. Хронаксия мышцы, которая подвергается действию этих электромагнитных колебаний, равна 0,1 мс.
Вопросы:
1. Будет или не будет в этих условиях сокращение мышцы и почему?
Продолжительность импульса тока в этих условиях равна 1 с/100000 Гц = 0,01 мс, что в 10 раз меньше, чем хронаксия этой мышцы с ненарушенной иннервацией. Такой кратковременный раздражитель не может вызвать возбуждение и сокращение мышцы.
2. Чему равна продолжительность импульса тока в этих условиях? 1 с/100000 Гц=0,01 мс
3. Что такое хронаксия? Это минимальное время действия раздражителя удвоенной реобазы (мс), способного вызвать ответную реакцию. Чем выше возбудимость ткани, тем меньше хронаксия.
4. Что такое реобаза? Пороговая сила раздражителя-электрического тока.
5. Что такое полезное время? Это минимальное время действия раздражителя пороговой силы.
Задача 6.
Из раствора, окружающего нервное волокно, удален ион натрия. Для сохранения электронейтральности в раствор введен катион холина в эквимолярном количестве.
Вопросы:
1. Как отразится эта замена на величину мембранного потенциала покоя и способность волокна генерировать потенциалы действия?
Замена ионов натрия на ионы холина с учетом полной непроницаемости мембраны для холина уменьшит диффузию положительных ионов внутрь клетки.
2. Как замена ионов натрия на ионы холина повлияет на движение ионов K+, Cl- через мембрану клетки?
Возникнет сдвиг мембранного потенциала в сторону равновесного калиевого потенциала, то есть гиперполяризация мембраны. Потенциал действия не может возникнуть, так как будет нарушена фаза деполяризации из-за отсутствия входящего в клетку натриевого тока. Следовательно, в данных условиях мембранный потенциал покоя увеличится (гиперполяризация мембраны), и исчезнет способность к генерации потенциала действия.
3. В какую сторону произойдет смещение мембранного потенциала покоя (МПП)?
В сторону равновесного калиевого потенциала.
4. Как изменится возбудимость клетки в данных условиях? Уменьшится.
5. Охарактеризуйте возбудимость клетки в этих условиях?
Во время быстрой деполяризации и конечной части овершута (начальная часть реполяризации) возбудимость полностью отсутствует - абсолютная рефрактерность.
Задача 7.
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?
Резкое снижение синтеза АТФ нарушит функцию натрийкалиевого насоса плазмолеммы нейронов. Ионы калия, вышедшие из нейрона в фазе реполяризации ПД, не будут полностью транспортироваться обратно из-за нарушения функции насоса. Накопление внеклеточного калия затруднит диффузию ионов калия из клетки, что является главным механизмом формирования мембранного потенциала покоя. Наряду с этим блокада насоса уменьшает его электрогенную функцию, которая также участвует в создании потенциала покоя. Следовательно, произойдет деполяризация плазмолеммы. Постепенно нарастающая деполяризация вызовет инактивацию натриевых каналов. Натриевая инактивация приведет к полной невозбудимости нейрона, абсолютной рефрактерности, а его импульсная активность прекратится.
Задача 8.
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.
В ходе проведения сердечно-легочной реанимации вышеописанное возможно
2. Прекращение деятельности каких систем соответствует началу клинической смерти?
Сердечно-сосудистой, ВНД и дыхательной систем
3. Дайте определение понятия регуляция?
Физиологическая регуляция– это активное управление функциями организма и его поведением для поддержания оптимального уровня жизнедеятельности, постоянства внутренней среды и обменных процессов с целью приспособления организма к меняющимся условиям среды.
4. Чем отличается положительная обратная связь от отрицательной?
5. Какова роль обратных связей для функционирования организма?
Задача 9.
На мембране аксонного холмика нейрона сумма ВПСП равна +90 мв, сумма ТПСП равна ̶ 83 мв. Пороговый потенциал у аксонного холмика нейрона 20 мв.
Вопросы:
1. Какова возбудимость нейрона в данный момент?
Повышена
2. Какое состояние (возбуждение или торможение) наблюдается на нейроне в зависимости от алгебраической суммы его постсинаптических потенциалов (ПСП)?
Возбуждение
3. Достаточна ли суммарная величина ПСП, чтобы наблюдалась генерация ПД на нейроне?
Суммарная величина ПСП не достаточна для генерации ПД на нейроне
4. Что такое локальный ответ (ЛО)?
Локальный ответ (ЛО) – активная реакция клетки на электрический раздражитель, однако состояние ионных каналов и транспорт ионов при этом изменяется незначительно. ЛО не проявляется заметной физиологической реакцией клетки. ЛО называют местным возбуждением, так как это возбуждение не распространяется по мембранам возбудимых клеток.
5. Какое значение имеет явление суммации ПСП на нейронах?
Пространственная конвергенция.
Пространственная и временная суммация облегчает достижение критического уровня деполяризации и генерацию ПД.
Напротив, при суммации тормозных ПСП будет наблюдаться более выраженная гиперполяризация и увеличение порога генерации ПД.
Задача 10.
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?
Если в пресинаптических окончаниях этих клеток будет секретироваться глутамат, который является возбуждающим медиатором, то по механизму положительной обратной связи произойдёт перевозбуждение мотонейронов и неконтролируемое по силе сокращение иннервируемых мышц.
2. Какова функциональная роль клеток Реншоу в мотонейронах?
Клетки Реншоу образуют на мотонейронах тормозные синапсы. При возбуждении клеток Реншоу активность мотонейронов притормаживается, что предупреждает перевозбуждение и контролирует их работу. Деятельность мотонейронов спинного мозга контролируется также потоком импульсов, идущих от проприорецепторов мышц (обратная афферентация).
3. Какое влияние оказывает глутамат на нейроны?
Глутамат — наиболее значимый возбуждающий нейромедиатор Глутамат выполняет функцию нейромедиатора как в ионотропных, так и в метаботропных рецепторах. Наиболее распространенный возбуждающий медиатор головного и спинного мозга — аминокислота L-глутамат. Значимый пример возбуждающих нейронов, использующих глутамат в качестве медиатора — все нейроны, идущие от коры полушарий к белому веществу мозга, независимо от их направления в других частях коры полушарий, ствола или спинного мозга.
4. Какое влияние оказывает глицин на нейроны?
Связываясь с рецепторами, глицин оказывает тормозящее влияние на нейроны, подавляет выделение из нейронов возбуждающих аминокислот, например, глутаминовой кислоты, и стимулирует выделение ГАМК (GABA).
5. Механизм какой обратной связи был бы задействован, при воздействии глутамата в эксперименте, описанном в задаче?
Клетки Реншоу обеспечивают возвратное торможение мотонейрона при его сильном возбуждении. Если бы в пресинаптических окончаниях этих клеток стал секретироваться глутамат, который является возбуждающим медиатором, то по механизму положительной обратной связи произошло бы перевозбуждение мотонейронов и неконтролируемое по силе сокращение иннервируемых мышц.
|
|
|
Скачать 0.83 Mb.