Шпоры по физиологии. Законы возбуждения ( силы, времени и градиента ). Классификация раздражителей
 Скачать 1.22 Mb.
|
|
Общая физиология возбудимых тканей 1.Раздражимость и возбудимость. Виды возбудимых тканей и их свойства. Общие и специфические признаки возбуждения. Законы возбуждения (силы, времени и градиента). Классификация раздражителей. Раздражимость – способность реагировать изменением обмена веществ на действие раз-ля. Возбудимость – ответ на раз-е возбуждением . Возбудимые ткани: нервные мышечные, некоторые секреторные. Возбуждение -ответ на раздражение Специализированные признаки возбуждения: проведение возбуждения нервной тканью, сокращение мышцы, секреция железы Общие признаки возбуждения: Генерация ПД, метаболитические изменения. Раздражители: 1) Естественные (нервные импульсы) 2)Искуственные (физ., хим.,температура ток..) Также раздражители: Адекватные – при минимальных энергозатратах вызывают возбуждение в естественных условиях Неадекватные – вызывают возбуждение при достаточной силе и длительности воздействия Законы возбуждения: 1) Закон силы: Чем больше сила раздражителя, тем сильнее ответная реакция. Закону силы подчиняется целостная скелетная, гладкая мышца, так как они состоят из многочисленных мышечных клеток, имеющих различную возбудимость. 2) .Закон силы-длительности.Между силой и длительностью действия раздражителя имеется определенная взаимосвязь. Чем сильнее раздражитель, тем меньшее время требуется для возникновения ответной реакции. Зависимость между пороговой силой и необходимой длительностью раздражения отражается кривой силы- длительности. По этой кривой можно определить ряд параметров возбудимости. а) Порог раздражения – это минимальная сила раздражителя, при которой возникает возбуждение. б) Реобаза – это минимальная сила раздражителя, вызывающая возбуждение при его действии в течение неограниченно долгого времени. На практике порог и реобаза имеют одинаковый смысл. в) Полезное время – это минимальное время действия раздражителя силой в одну реобазу, за которое возникает возбуждение. г) Хронаксия – это минимальное время действия раздражителя силой в две реобазы, необходимое для возникновения возбуждения. предложил рассчитывать Л. Лапик, для более точного определения показателя времени на кривой силы- длительности. Чем короче полезное время или хронаксия, тем выше возбудимость и наоборот. на практике реобазу и хронаксию определяют с помощью метода хронаксиметрии для исследования возбудимости нервных стволов. 3) Закон градиента или аккомодации. Реакция ткани на раздражение зависит от его градиента, Т.е. чем быстрее нарастает сила раздражителя во времени тем быстрее возникает ответная реакция. При низкой скорости нарастания силы раздражителя растет порог раздражения. Поэтому если сила раздражителя возрастает очень медленно, возбуждения не будет. Это явление называется аккомодацией. 2.Физиологические особенности мембран возбудимых тканей. Роль мембранных белков. Виды и значение ионных каналов и насосов в функционировании возбудимых клеток. Механизмы деятельности Na + -K + -насоса, Са 2+ -насоса и Na + -Ca 2+ -насоса. Ионные каналы и насосы как мишени действия лекарств. Биологические мембраны - функционально активные структуры клеток, ограничивающие цитоплазму и большинство внутриклеточных структур; образуют единую внутриклеточную систему канальцев, складок и замкнутых полостей. Структурная основа мембраны – двойной слой фосфолипидов, в который встроены мембранные белки. Липиды гидрофильными частями они обращены в сторону водной среды, гидрофобные части молекул направлены внутрь липидного бислоя. белки выполняют роль каналов рецепторов, насосов, ферментов. Канал – это белковая макромолекула, образующая пору через двухслойную липидную мембрану. Натриевый канал,Калиевый канал Пора - молекулярное динамическое образование. Образована транспортным ферментом, который способен в 200 раз ускорить диффузию. Воротный механизм – на внутренней стороне мембране, это белок, способный к конформации Ионные каналы мембраны – Белковые трубочки разного диаметра заполненные жидкостью проходящие мембрану насквозь Сенсор напряжения – белковая молекула в самой мембране, способна реагировать на изменение мембранного потенциала. Селективный фильтр – определяет однонаправленное движение ионов через пору и ее избирательную проницаемость. Пассивный перенос веществ через мембраны проходит без затрат энергии при наличии градиентов. При этом пассивный транспорт осуществляется с помощью: - диффузии. - фильтрация. Осуществляется при наличии разности гидростатического давления. - осмос. То есть вода из чистого раствора будет переходить в раствор с большей концентрацией. Во всех этих случаях не происходит затраты энергии. Большинство каналов в мембране имеет в своем строении еще воротный механизм, который перекрывает канал. Эти каналы могут управляться двумя способами: реагировать на изменение заряда (электровозбудимые или потенциалозависимые каналы). В другом случае ворота в канале открываются, когда присоединяется химическое вещество (хемовозбудимые или лигандозависимые). Активный перенос веществ через мембрану связан с переносом веществ против градиента. Для активного транспорта используются интегральные белки, которые обладают ферментативными функциями. В качестве энергии используется АТФ. Интегральные белки активизируется либо при повышении концентрации вещества снаружи клетки, или при понижении внутри. работа Na/K-насоса, существующего практически во всех клетках; насос выкачивает ионы натрия из клетки, одновременно накачивая ионы калия внутрь клетки. обеспечивая низкую внутриклеточная концентрация ионов натрия и высокая-калия. Градиент концентрации ионов натрия на мембране имеет специфические функции, связанные с передачей информации в виде электрических импульсов, а также с поддержанием других активных транспортных механизмов и регулирования объема клетки. более 1/3 энергии, потребляемой клеткой, расходуется на Na/К-насос, а в некоторых наиболее активных клетках на его работу расходуется до 70% энергии насос—кальциевый; это насос откачивает ионы кальция (Са2+) из клетки и участвует в поддержании их внутриклеточной концентрации на крайне низком уровне. Кальциевый насос присутствует с очень высокой плотностью в саркоплазматическом ретикулуме мышечных клеток, которые накапливают ионы кальция в результате расщепления молекул АТФ. Ионные каналы — порообразующие белки, поддерживающие разницу потенциалов, которая существует между внешней и внутренней сторонами клеточной мембраны всех живых клеток. Относятся к транспортным белкам. С их помощью ионы перемещаются согласно их электрохимическим градиентам сквозь мембрану. Такие комплексы представляют собой набор идентичных или гомологичных протеинов, плотно упакованных в липидном бислое мембраны вокруг водной поры. Каналы расположены в клеточной и некоторых внутренних мембранах клетки. Из-за открывания и закрывания ионных каналов меняется концентрация ионов по разные стороны мембраны и происходит сдвиг мембранного потенциала. Виды ионных каналов: Лиганд-зависимые ионные каналы открываются, когда медиатор, связываясь с их наружними сторонами, меняет их конформацию. Открываясь, они впускают ионы, изменяя этим мембранный потенциал. Лиганд-зависимые каналы нечувствительны к изменению мембранного потенциала. Они генерируют электрический сигнал, сила которого зависит от количества медиатора, поступающего в синаптическую щель и времени, которое он там находится. Потенциал-зависимые ионные каналы отвечают за распространение потенциала действия, они открываются и закрываются в ответ на изменение мембранного потенциала (натриевые каналы). на уроне потенциала покоя, натриевые каналы закрыты и натриевый ток отсутствует. Если мембранный потенциал сдвигается в положительную сторону, то натриевые каналы откроются и в клетку начнут входить ионы натрия по градиенту концентрации. каналы через некоторое время закрываются, даже если клеточная мембрана остается деполяризованной. В инактивированном состоянии они останутся до тех пор, пока мембранный потенциал не вернется к исходному значению и не пройдет восстановительный период, занимающий несколько миллисекунд. местные анестететики блокируют потенциалозависимые Na - каналы. К числу блокаторов Na -каналов относятся и многие противоаритмические средства. Кроме того, было показано, что ряд противоэп илептических средств (дифенин, карбамазепин) также блокиру ют потенциалозависимые Na -каналы и с этим связана их противосудорожная активность. Ионы 2+Са принимают участие во многих физиологических про цессах: нифедипин оказывает большее воздействие на гладкие мышцы сосудов и меньшее - на функцию сердца; дилтиазем в равной степени влияет на гладкие мышцы сосудов и проводящую систему; Активаторы К - процесс происходит в гладких мышцах сосудов, то развивается гиперполяризация мембраны, тонус мышц уменьшается и снижается артериальное давление. Такой механизм гипотензивного действия характерен для миноксидила. 3.Природа потенциала покоя (определение и механизмы формирования). Изменение поляризации мембраны при возбуждении и торможении нейронов. потенциалом покоя (ПП) называют разность потенциалов покоящейся клетки между внутренней и наружной сторонами мембраны. Внутренняя сторона мембраны клетки заряжена отрицательно по отношению к наружной. Принимая потенциал наружного раствора за нуль, МПП записывают со знаком «минус». Величина МПП зависит от вида ткани и варьирует от -9 до -100 мв. в состоянии покоя клеточная мембрана поляризована. Уменьшение величины МПП называютдеполяризацией, увеличение -гиперполяризацией, восстановление исходного значения МПП — реполяризацией мембраны. Если на нерв или мышцу нанести раздражение выше порога возбуждения, то МПП нерва или мышцы быстро уменьшится и на короткий промежуток времени (миллисекунда) произойдет перезарядка мембраны: ее внутренняя сторона станет заряженной положительно относительно наружной. кратковременное изменение МПП, происходящее при возбуждении клетки, которое на экране осциллографа имеет форму одиночного пика - мембранным потенциалом действия (МПД). Поляризация мембраны в покое объясняется наличием открытых калиевых каналов и трансмембранным градиентом концентраций калия, что приводит к выходу части внутриклеточного калия в окружающую клетку среду, т. е. к появлению положительного заряда на наружной поверхности мембраны. Органические анионы – крупномолекулярные соединения, для которых мембрана клетки непроницаема, создают на внутренней поверхности мембраны отрицательный заряд. Поэтому чем больше разница концентраций калия по обе стороны от мембраны, тем больше его выходит и тем выше значения МП. в клеточной мембране имеются натрий- калиевые насосы, которые обеспечивают выведение из клетки ионов натрия и введение в нее ионов калия, работая с затратой энергии. Они принимают и прямое участие в создании МП, так как за единицу времени ионов натрия выводится из клетки больше, чем вводится калия (в соотношении 3:2), что обеспечивает постоянный ток положительных ионов из клетки. То что выведение натрия зависит от наличия метаболической энергии, доказывается тем, что под действием динитрофенола, который блокирует метаболические процессы, выход натрия снижается примерно в 100 раз. Таким образом, возникновение и поддержание мембранного потенциала обусловлено избирательной проницаемостью мембраны клетки и работой натрий-калиевого насоса. Потенциал действия (ПД) возникает на мембранах возбудимых клеток под влиянием раздражителя пороговой или сверхпороговой величины, который увеличивает проницаемость мембраны для ионов натрия. Ионы натрия начинают входить внутрь клетки, что приводит к уменьшению величины мембранного потенциала – деполяризации мембраны. При уменьшении МП до критического уровня деполяризации открываются потенциалозависимые каналы для натрия и проницаемость мембраны для этих ионов увеличивается . В результате проникновения ионов натрия в цитоплазму и их взаимодействия с анионами разность потенциалов на мембране исчезает, а затем происходит перезарядка клеточной мембраны (инверсия заряда, овершут) – внутренняя поверхность мембраны заряжается положительно по отношению к наружной (на 30 – 50 мВ), после чего закрываются натриевые каналы и открываются потенциалозависимые калиевые каналы. В результате выхода калия из клетки начинается процесс восстановления исходного уровня мембранного потенциала покоя – реполяризация мембраны. Если такое повышение проводимости для калия предотвратить введением тетраэтиламмония, который избирательно блокирует калиевые каналы, мембрана реполяризуется гораздо медленнее. Натриевые каналы можно блокировать тетродотоксином и разблокировать последующим введением фермента проназы, который расщепляет белки. Таким образом, в основе возбуждения лежит повышение проводимости мембраны для натрия, вызываемое ее деполяризацией до порогового уровня. В потенциале действия различают следующие фазы: 1. Предспайк – процесс медленной деполяризации мембраны до критического уровня деполяризации (местное возбуждение, локальный ответ). 2. Пиковый потенциал, или спайк, состоящий из восходящей части (деполяризация мембраны) и нисходящей части (реполяризация мембраны). 3. Отрицательный следовой потенциал – от критического уровня деполяризации до исходного уровня поляризации мембраны (следовая деполяризация). 4. Положительный следовой потенциал – увеличение мембранного потенциала и постепенное возвращение его к исходной величине (следовая гиперполяризация). При увеличении амплитуды подпороговых раздражений от 0,5 до 0,9 пороговой величины развитие деполяризации мембраны происходит не прямолинейно, а по S-образной кривой. Деполяризация продолжает нарастать и после прекращения раздражения, а затем сравнительно медленно исчезает. Этот процесс получил название локального ответа. При увеличении амплитуды подпороговых раздражений от 0,5 до 0,9 пороговой величины развитие деполяризации мембраны происходит не прямолинейно, а по S-образной кривой. Деполяризация продолжает нарастать и после прекращения раздражения, а затем сравнительно медленно исчезает. Этот процесс получил название локального ответа. Локальный ответ имеет следующие свойства: 1. возникает при действии подпороговых раздражителей; 2. находится в градуальной зависимости от силы стимула (не подчиняется закону «все или ничего»); локализуется в месте действия раздражителя и не способен к распространению на большие расстояния; 3. может распространяться лишь локально, при этом его амплитуда быстро уменьшается; 4. локальные ответы способны суммироваться, что приводит к увеличению деполяризации мембраны. В период развития локального ответа возрастает поток ионов натрия в клетку, что повышает ее возбудимость. процесс местного нераспространяющегося возбуждения и возбуждающего постсинаптического потенциала (ВПСП), который возникает под влиянием деполяризующего действия возбуждающих медиаторов. 4.Природа потенциала действия, характеристика его фаз. Закон «Всё или ничего». Изменение возбудимости в процессе возбуждения. Механизм кодирование информации в нервной системе. При возбуждении клетки на ее мембране генерируются кратковременные изменения мембранного потенциала, которые называют потенциалом действия (ПД]. Фазы ПД . стадия покоя. Эта стадия представлена мембранным потенциалом покоя, который предшествует потенциалу действия. Мембрана во время этой стадии поляризована в связи с наличием отрицательного мембранного потенциала, равного -90 мВ. Фаза деполяризации. В это время мембрана внезапно становится высокопроницаемой для ионов натрия, позволяя огромному числу положительно заряженных ионов натрия диффундировать внутрь аксона. Нормальное поляризованное состояние в - 90 мВ нейтрализуется поступающими внутрь положительно заряженными ионами натрия, в результате потенциал стремительно нарастает в положительном направлении. — продолжается 0,2-0,5 мс. Фаза реполяризации. В течение нескольких долей миллисекунды после резкого повышения проницаемости мембраны для ионов натрия, натриевые каналы начинают закрываться, а калиевые — открываться. В результате быстрая диффузия ионов калия наружу восстанавливает нормальный отрицательный мембранный потенциал покоя. фаза следовых потенциалов включает: следовую деполяризации и следовую гиперполяризации. Гиперполяризация — это увеличение разницы мембранного потенциала между наружной и внутренней сторонами мембраны, деполяризация — уменьшение мембранного потенциала. Эта фаза в целом длится 2-3 мс. Длительность потенциала действия составляет: в нервах около 1 мс; в нейронах — 2-4 мс; в скелетных мышцах — около 10-20 мс; в кардиомиоците — 200-300 мс Периоду возникновения и развития пика потенциала действия полное исчезновение возбудимости, получившее название абсолютной рефрактерности. В эту фазу второе раздражение не способно вызвать новый потенциал действия, как бы сильно ни было это раздражение. Вторая фаза относительной рефрактерности. В период относительной рефрактерности нервное или мышечное волокно способно ответить на сильное раздражение, но амплитуда потенциала действия оказывается резко сниженной. В нервной системе сенсорная информация кодируется путем неимпульсного и импульсного кодирования. Неимпульсное кодирование основано на изменении рецепторного, синаптического или мембранного потенциалов. связано с чувствительностью рецепторов к раздражителю, интенсивностью р-ля, явлениями суммации. (Доминирующий видом в НС) импульсное кодирование, которое осуществляется путем частотного и интервального кодирования. Частотное кодирование происходит за счет количества импульсов в единицу времени, количеством импульсов, следующих последовательно в «пачке», а интервальное — различными временными интервала¬ми между импульсами |