Рефераты по медицине
Основы физиологии возбудимых тканей
Скачать реферат [19,1 Кб] Информация о работе
ЛЕКЦИЯ № 1
ОСНОВЫ ФИЗИОЛОГИИ ВОЗБУДИМЫХ ТКАНЕЙ
План
1. Организм, его строение и жизнедеятельность
2. Современные представления о строении и функции мембран. Транспорт вещества через биологические мембраны
3. Возбудимые ткани и их основные свойства
4. Биоэлектрические явления в живых тканях. Мембранный потенциал
5. Возбуждение. Потенциал действия, механизм происхождения, фазы
6. Раздражитель, классификация. Виды электрических ответов в зависимости от силы раздражителя
1. Организм, его строение и жизнедеятельность
Организм – это целостная, саморегулирующаяся система.
Он находится в постоянном взаимодействии с окружающей средой и способен поддерживать свое существование.
Структурной и функциональной единицей организма является клетка.
Животная клетка отличается от растительной:
1. Отсутствием целлюлозной оболочки
2. Отсутствие пластид
Эволюция живых существ характеризовалась дифференцировкой (разделением) клеток организма по структуре и функциям.
В результате возникла специализация и приспособление клеток к выполнению определенных функций (двигательных, секреторных, защитных и др.).
Обьединение дифференцированных в таком направлении клеток привело к образованию тканей.
Ткань – это сложившаяся в процессе филогенеза система клеток и неклеточных структур, обладающих одинаковым строением и выполняющих определенную функцию
У человека и высших животных имеется четыре типа тканей:
1. Эпителиальная (покровная)
2. Соединительная (опорно-трофическая)
3. Мышечная
4. Нервная
Приспособление организма к существованию во внешней среде привело к образованию органов.
Органы построены из тканей, обеспечивающих выполнение сложных специализированных функций (например, кровообращения, пищеварения, размоножения, выделения)
Совокупность органов, выполняющих определенный вид деятельности, составляет анатомо-физиологические системы органов (опорно-двигательная, сердечно-сосудистая, эндокринная системы, системы дыхания, пищеварения, выделения и др.)
Совершенная координация всех функций является следствием того, что живой организм представляет собой саморегулирующуюся систему.
Саморегуляция осуществляется на всех уровнях организации живых систем: молекулярном, клеточном, органном, системном, целого организма.
Центральное место в любой саморегулирующейся системе занимает полезный для организма приспособительный результат.
Например: определенный (оптимальный) уровень химического состава крови питательных веществ в крови артериального давления количества форменных элементов в крови
Аппаратом саморегуляции является функциональная система, описанная академиком П.К.Анохиным.
Регуляция функций в организме осуществляется двумя основными механизмами: гуморальным и нервным
Гуморальный механизм является более древним и менее совершенным. Он осуществляется за счет изменения химического состава жидких сред организма (крови, лимфы, тканевой жидкости)
Нервный механизм – более молодой и совершенный.
Он осушествляется при помощи нервных импульсов, приходящим по нервным путям из центральной нервной системы
Нервный и гуморальный механизмы взаимосвязаны
2. Современные представления о строении и функции мембран. Транспорт веществ через биологические мембраны
Наружная плазматическая мембрана имеет трехслойную молекулярную структуру и включает:
1. Два слоя белковых молекул (наружний и внутренний), которые встроены в
2. Два ряда молекул фосфолипидов, находящихся между ними
В мембране по функциональному признаку различают следующие белки:
1. Структурные белки.
2. Рецепторы.
3. Ферменты.
4. Каналы.
5. Насосы
Структурные белки составляют остов или основу мембраны.
Остальные белки обеспечивают транспорт веществ чере мембрану.
Рецепторы – это белковые образования, расположенные на мембране и обладающие избирательной чувствительностью к определенным химическим веществам.
При взаимодействии медиатора (лиганда) с этим рецептором может происходить открытие ионных каналов.
Ферменты – это белковые структуры, выполняющие роль переносчиков химических веществ через мембрану.
Некоторые из них обладают АТФ-азной активностью, т.е. способны расщиплять АТФ и высвобождать энергию, которая затрачивается на перенос вещества.
Ионный канал – это транспортирующая система для соответствующего иона, которая образована интегративными белками мембраны
Ионные каналы подразделяются на:
1. Ионоселективные
2. Каналы "утечки"
3. Каналы "насосы"
Ионоселективные каналы:
1. Осуществляют пассивный транспорт ионов
2. Участвуют в формировании на мембране электрических потенциалов
3. Обладают селективностью – избирательной пропускной способностью для ионов Na+, K+, Cl-, Ca2+
4. Имеют "ворота", которые могут быть закрыты или открыты
Селективность зависит от:
1. Диаметра канала (только ион соответствующего диаметра может пройти через этот канал, при этом, в селективном фильтре он должен освободиться от гидратной оболочки, поскольку через него он может пройти только в "голом" виде; слишком большой ион не может войти в канал; слишком маленький ион не способен отдать гидратную оболочку в селективном фильтре, поэтому не может выскочить из канала).
2. Расположения в канале заряженных частиц (например, для катион пропускающих каналов – это анионные частицы).
Ионоселективные каналы подразделяются на:
1. Потенциал-зависимые (электровозбудимые) каналы. Они управляются за счет разности потенциалов на мембране. Для этого рядом с каналом есть электрический сенсор, который в зависимости от величины мембранного потенциала либо открывает ворота каналов, либо держит их закрытыми.
2. Хемо-зависимые (хемовозбудимые, рецептороуправляемые). В этом случае ворота каналов управляются за счет рецептора, расположенного на поверхности мембраны.
Каналы "утечки":
1. Осуществляют пассивный транспорт
2. Не обладают селективностью
3. Не имеют ворот (т.е. всегда открыты)
4. Обладают низкой проницаемостью
Каналы "насосы" (Na-K; Ca насосы):
1. Осуществляют активный транспорт
2. Как правило, работают против градиента концентраций
3. Поддерживают ионную ассиметрию
4. Их работа осуществляется с затратой энергии
5. Работают с участием переносчика, обладающим АТФ-азной активностью
Таким образом, к функциям биологических мембран относятся:
1. Пограничная
2. Транспортная
3. Рецепторная
4. Осуществление контактов между клетками
5. Осуществление процесса возбуждения и его проведения
Транспорт веществ через мембрану бывает пассивным и активным.
Пассивный транспорт осуществляется следующими механизмами:
1. Фильтрации (проникновение воды через поры мембраны по градиенту гидростатического давления)
2. Диффузии (перемещение частиц по градиенту концентраций, т. е. из зоны с большей в зону с меньшей концентрацией)
3. Осмоса (перемещение растворителя по градиенту осмотического давления, то есть из зоны меньшего в зону большего давления).
Пассивный транспорт не требует затрат энергии. Диффузионно перемещается большинство лекарственных веществ.
Активный транспорт осуществляется по следующим законам:
1. Осуществляется против градиента концентрации (из области низкой концентрации в область высокой)
2. Осуществляется с обязательной затратой энергии.
3. Осуществляется с участием переносчика, которым является мембранная АТФ-фаза
Энергия образуется при расщеплении АТФ до АДФ под влиянием фермента мембранной АТФ-азы.
Активным транспортом перемещаются глюкоза, аминокислоты и некоторые ионы.
3. Возбудимые ткани и их основные свойства
Возбудимые ткани – это ткани, которые способны воспринимать действие раздражителя и отвечать на него переходом в состояние возбуждения
К возбудимым тканям относятся три вида тканей - это нервная, мышечная и железистая
Возбудимые ткани обладают рядом общих и частных свойств.
Общими свойствами возбудимых тканей являются:
1. Раздражимость
2. Возбудимость
3. Проводимость
4. Память
Раздражимость – это способность клетки, ткани или органа воспринимать действие раздражителя изменением метаболизма, структуры и функций
Раздражимость является универсальным свойством всего живого и является основой приспособительных реакций живого организма к постоянно меняющимся условиям внешней и внутренней среды.
Возбудимость – это способность клетки, ткани или органа отвечать на действие раздражителя переходом из состояния функционального покоя в состояние физиологической активности
Возбудимость – это новое, более совершенное свойство тканей, в которое (в процессе эволюции) трансформировалась раздражимость. Разные ткани обладают различной возбудимостью: нервная > мышечная > железистая
Мерой возбудимость является порог раздражения
Порог раздражения – это минимальная сила раздражителя, способная вызвать распростроняющееся возбуждение
Возбудимость и порог раздражения находятся в обратной зависимости (чем > возбудимость, тем < порог раздражения)
Возбудимость зависит от:
1. Величины потенциала покоя
2. Уровня критической деполяризации
Потенциал покоя – это разность потенциалов между внутренней и наружней поверхностями мембраны в состояни покоя
Уровень критической деполяризации – это та величина мембранного потенциала, которую необходимо достичь, чтобы возбуждение носило распространяющийся характер
Разница между значениями потенциала покоя и уровнем критической деполяризации определяет порог деполяризации (чем < порог деполяризации, тем > возбудимость)
Проводимость – это способность проводить возбуждение
Проводимость определяется:
1. Строением ткани
2. Функциональными особенностями ткани
3. Возбудимостью
Память – это способность фиксировать изменения функционального состояния клетки, ткани, органа и организма на молекулярном уровне
Определяется генетической программой
Позволяет отвечать на действие отдельных, значимых для организма раздражителей с опережением
К частным свойствам возбудимых тканей относятся:
1. Сократимость
2. Секреторная деятельность
3. Автоматия
Сократимость – способность мышечных структур изменять длину или напряжение в ответ на возбуждение
Зависит от вида мышечной ткани
Секреторная активность – это способность выделять медиатор или секрет в ответ на возбуждение
Терминали нейронов секретируют медиаторы
Железистые клетки экскретируют пот, слюну, желудочный и кишечный сок, желчь, а также инкретируют гормоны и биологически активные вещества
Автоматия – это способность самостоятельно возбуждаться, то есть возбуждаться без действия раздражителя или приходящего нервного импульса
Характерна для сердечной мышцы, гладкой мускулатуры, отдельных нервных клеток центральной нервной системы
Для возбудимых тканей характерно 2 вида функциональной активности
Физиологический покой – состояние без проявлений специфической деятельности (при отсутствии действия раздражителя)
Возбуждение – активное состояние, которое проявляется структурными и физико-химическими сдвигами (специфическая форма реагирования в ответ на действие раздражителя или приходящего нервного импульса)
Различные виды функциональной активности определяются структурой, свойством и состоянием плазматических мембран
4. Биоэлектрические явление в живых тканях. Мембранный потенциал
Наличие биоэлектрических явлений в тканях является важным показателем их жизнедятельности
Впервые утверждение о наличии "животного электричества" сделал Л.Гальвани (первый опыт) в 1791 г.
В 1792 г. А.Вольт выдвинул возражение утверждая, что источником тока в этом опыте является не спинной мозг лягушки, а возникновение электротока при замыкании цепи из разнородных металлов.
В ответ Гальвани видоизменил свой опыт, исключив из него металлы (второй опыт).
Позже (1840 г) Э.Дюбуа-Реймон дал обьяснение, показав, что поврежденный участок мышцы несет "-" заряд, а неповрежденный "+"
В состоянии покоя все живые клетки характеризуются определенной степенью поляризации, т.е. наличием разных электрических зарядов на внешней и внутренней поверхностях мембраны (наружная поверхность заряжена положительно, внутренняя – отрицательно)
Разница потенциалов между наружней и внутренней сторонами мембраны получила название мембранный потенциал
Потенциал покоя – это величина мембранного потенциала в покое
В среднем он составляет -90 мВ (для поперечно-полосатой мышцы)
Графически он представлен следующим образом
Природу возникновения мембранного потенциала обьясняет мембранно-ионная теория (предложил Ю.Бернштейн, модифицировали – А.Ходжкин, А.Хаксли, Б.Катц).
Теория основывается на:
1. Особенностях строения биологической мембраны
2. Устойчивой трансмембранной ионной ассиметрии (неодинаковой концентрацией ионов Na+,K+,Cl-,Ca2+,НCО3-)
Ионную ассиметрию определяют следующие механизмы:
1. Избирательная проницаемость мембраны для различных ионов
2. Работа трансмембранных насосов
3. Наличие силы электростатического взаимодействия
В частности, во внутриклеточной жидкости содержится больше ионов К+ (в 50 раз) и НСО3-; во внеклеточной жидкости содержится больше ионов Na+ (в 8-12 раз) и Cl- (в 30 раз)
В состоянии покоя мембрана высоко проницаема для ионов К+ и мало проницаема для ионов Na+, Cl- и других ионов (особенно двух-, трех- и больших валентностей)
Катионы К+ по концентрационному градиенту пассивно диффундируют через мембрану из клетки и несут с собой положительный заряд.
Анионы (глутамат, аспартат, сульфаты, органические фосфаты, белки и др.) не могут диффундировать через мембрану и задерживаються внутри клетки, где концентрируется отрицательный заряд. Электростатические силы удерживают разноименные заряды, сосредоточенные по разные стороны мембраны.
В результате наружняя поверхность мембраны заряжается "+", а внутренняя – отрицательно.
Поддержание необходимой концентрации ионов К+ в клетке и ионов Na+ во внеклеточной жидкости (что необходимо для поддержания величины потенциала покоя) осуществляется работой натрий-калиевого насоса.
Он осуществляет возврат ионов К+ в клетку и вывод ионов Na+ из клетки.
Это обеспечивается переносчиком АТФ-азой с затратой энергии АТФ.
Активный перенос ионов происходитпротив концентрационного градиента.
5. Возбуждение. Потенциал действия, механизм происхождения, фазы
Возбуждение – это специфическая форма реагирования возбудимой ткани на действие раздражителя, проявляющаяся совокупностью структурных, физико-химических и функциональных изменений
Действие раздражителя достаточной (пороговой) силы приводит к структурной перестройке мембраны, в результате чего открываются какналы для Na (количество открытых Na-каналов зависит от силы раздражителя).
По концентрационному градиенту увеличивается ток Na в клетку, который значительно превышает ток К+ из клетки (одновременно имеет место слабое повышение ионного тока К+). Следствием является уменьшение величины мембранного потенциала.
Сначала это процесс протекает медленно, т.е. формируется начальная (слабая) деполяризация.
При достижении мембранного потенциала определенной величины (порядка -60 мВ), получившей название уровень критической деполяризации, происходит резкое повышение проницаемости мембраны для Na+ и начинается лавинообразное пассивное (по концентрационному градиенту)
поступление ионов Na в клетку.
Величина "+" заряда наружней поверхности мембраны, а следовательно, и величина мембранного потенциала резко уменьшается, (т.е. формируется быстрая деполяризация).
При достижении "0" значения продолжается мощное пассивное поступление Na в клетку и происходит перезарядка мембраны или инверсия (наружняя сторона заряжается "-", а внутренняя - "+").
Величина мембранного потенциала увеличивается (со знаком "+") до значения +20 - +30 мВ
На этом процесс деполяризации завершается, т.о.
Деполяризация – это уменьшение величины мембранного потенциала в ответ на действие раздражителя с последующей инверсией заряда мембраны
Процесс деполяризации складывается из двух фаз:
Фаза медленной деполяризации (латентный или скрытый период) и
Фаза быстрой деполяризации
Пиковое значение мембранного потенциала сменяется его изменением в противоположную сторону, т.е. формируется реполяризация
Реполяризация – это восстановление исходного электрического равновесия мембраны
Она возникает в результате резкой Na инактивации и К активации
Сначала этот процесс протекает очень быстро (быстрая реполяризация), поскольку проницаемость для Na резко уменьшается, а для К – увеличиваетсяПо концентрационному градиенту К+ быстро выходит из клетки, неся с собой "+" заряд.
На наружней поверхности мембраны "-" заряд уменьшаться и положительный мембранный потенциал тоже начинает уменьшаться, устремляясь к нулевому значению.
Продолжающееся резкое увеличиение выхода К из клетки и уменьшение поступления Na в клетку
приводит к реверсии (восстановлению исходного заряда мембраны).
Наружняя поверхность мембраны вновь заряжается положительно, а внутренняя – отрицательно.
После этого мембранный потенциал начинает увеличиваться (в сторону отрицательного значения). Одновременно активируется деятельность Na+-K+-насоса, что обеспечивает выведение избытка Na из клетки и возврат К в клетку
Процесс, направленный в сторону восстановления исходного электрического равновесия, продолжается быстро, пока выход ионов К+ не достигнет своего максимума.
При этом мембранный потенциал стремится в сторону нормы, но превышает уровень критической деполяризации.
Затем "К"-каналы начинают закрываться и проницаемость для К (из клетки) уменьшается.
Проницаемость для Na (в клетку) также продолжает уменьшаться.
Мембранный потенциал увеличивается, но более медленно.
Такая медленная реполяризация получила название следовая деполяризация (или "-" следовой потенциал)
Когда ионный ток Na+ нормализуется, величина мембранного потенциала достигает исходного значения.
При этом выход К+ из клетки продолжает уменьшаться, оставаясь выше нормы.
Одновременно усиливается поступление в клетку ионов Cl-.
В результате, величина мембранного потенциала (увеличиваясь) стновится больше величины потенциала покоя.
Такой вид медленной реполяризации получил название следовая гиперполяризация (или "+" следовой потенциал). Восстановление исходной проницаемости для К+ возвращает измененную величину мембранного потенциала к величине потенциала покоя.
На этом процесс возбуждения заканчивается.
Изменение мембранного потенциала во времени в ответ на действие раздражителя пороговой силы получило название потенциал действия
Фазы потенциала действия
1. Деполяризация (восходящая часть) (нисходящая)
Медленная Быстрая
2. Пиковый потенциал (sрik)
3. Реполяризация Быстрая Медленная
4. Следовой потенциал Отрицательный Положительный
(деполяризация) (гиперполяризация)
6. Раздражитель, классификация. Виды электрических ответов в зависимости от силы раздражителя
Раздражители – это факторы внешней или внутренней среды, способные вызвать ответную реакцию живого образования
Раздражители классифицируют (разделяют):
1. По модальности (характеру энергии, свойственной раздражителю) химические, механические, осмотические, тепловые, электрические, световые, звуковые и др.
2. По адекватности (соответствию)
Адекватный раздражитель – такой раздражитель, к воздействию которого ткань приспособилась в процессе эволюции
Например
для фоторецепторов сетчатки – свет (видимая часть спектра)
для барорецепторов – изменение давления
для рецепторов органа слуха – звук
Неадекватный раздражитель – такой раздражитель, который действует на структуру, специально не приспособленную для его восприятия
Например
возбуждение скелетной мышцы под влиянием механического удара, а не под воздействием приходящего нервного испульса
Пороговая сила неадекватного раздражителя значительно больше, чем пороговая сила адекватного раздражителя
3. По силе раздражителя
Пороговый раздражитель – минимальная сила раздражителя, вызывающая генерацию потенциала действия (зависит от возбудимости ткани)
Подпороговый раздражитель – раздражитель, сила которого меньше пороговой величины и, который не вызывает распространяющееся возбуждение
Сверхпороговый раздражитель – раздражитель, сила которого больше пороговой величины.
Как и пороговый раздражитель он вызывает генерацию потенциала действия
В процессе развития возбуждения плазматической мембраны (изменения ее ионной проницаемости и электрического состояния) в зависимости от силы раздражителя возникает три вида электрических ответов:
1. Электротонический потенциал
2. Локальный ответ
3. Потенциал действия
Электротонический потенциал
1. Возникает в ответ на действие катода постоянного тока по силе воздействия меньше 0,5 пороговой величины
2. Сопровождается пассивной, слабо выраженной электротонической деполяризацией за счет "-" заряда катода (ионная проницаемость мембраны практически не изменяется), которая наблюдается только во время действия раздражителя
3. Развитие и исчезновение потенциала происходит по экспоненциальной кривой и определяется параметрами
4. раздражающего тока, а также сопротивлением и емкостью мембраны
5. Такой вид возбуждения имеет местный характер и не может рапрспространяться
6. Увеличивает возбудимость ткани
Локальный ответ
1. Возникает в ответ на действие раздражителя силой от 0,5 до 0,9 порога
2. Активная форма деполяризации, поскольку ионная проницаемость повышается в зависимости от силы подпорогового раздражителя
3. Градуален по амплитуде (амплитуда находится в прямой зависимости от силы и частоты раздражений)
4. Развитие деполяризации происходит до критического уровня, причем не прямолинейно, а по S-образной кривой. При этом деполяризация продолжает нарастать после прекращения раздражения, а затем сравнительно медленно исчезает
5. Способен к суммации (пространственной и временной)
6. Локализуется в пункте действия раздражителя и практически не способен к распространению, т.к. характеризуется большой степенью затухания
7. Повышает возбудимость структуры
Потенциал действия
1. Возникает при действие раздражителей пороговой и сверхпороговой силы (может возникать при суммации подпороговых раздражителей вследствии достижения уровня критической деполяризации)
2. Активная деполяризация протекает практически мгновенно и развивается пофазно (деполяризация, реполяризация)
3. Не имеет градуальной зависимости от силы раздражителя и подчиняется закону "все или ничего". Амплитуда зависит только от свойств возбудимой ткани
4. Не способен к суммации
5. Снижает возбудимость ткани
6. Распространяется от места возникновения по всей мембране возбудимой клетки без изменения амплитуды.
Скачать полную версию реферата [19,1 Кб] Информация о работе