Реферат: Физиология и биофизика возбудимых систем
Название: Физиология и биофизика возбудимых систем Раздел: Рефераты по медицине Тип: реферат |
Как вы уже знаете, существует две формы материи: живая и неживая. Сходство материй и их различие можно выявить, сравнив обменные процессы с окружающей средой: Обмен веществ : 1) В неживой природе: обмен веществ ведет к разрушению (диссимиляции), 2) В живой природе: обмен веществ ведет к созиданию (ассимиляции). Энергообмен : 1) В неживой природе – динамическое равновесие, 2) В живой природе – нет динамического равновесия. Согревание бутылочки в теплой воде: согрели, на этом и закончилось. Человек на морозе на улице, если их температуры уравновесятся, то человек умрет. В этом отличие. Часть энергии тратится на постоянство внутренней среды. Информационный обмен :1) В неживой природе: отражение пассивно 2) В живой природе – отражение активно (Человек прошелся в рифленой обуви по песку (остался след) и по другому человеку). Раздражимые системыОрганизм животных и человека обладает высочайшей способностью приспосабливаться к постоянно меняющимся условиям внешней и внутренней среды. В основе приспособительных реакций организма лежит универсальное свойство живой ткани раздражимость. Раздражимость – способность активно отвечать на воздействие внешней и внутренней среды изменением обменных процессов. Раздражимость характерна для всех биосистем (например, животные, растительные клетки). Раздражимость является эволюционно древней формой реагирования недифференцированных тканей. В процессе эволюции произошла постепенная дифференцировка тканей. Раздражимость в этих тканях достигла наивысшего выражения и получила название возбудимость. Т.е. возбудимость – частное проявление раздражимости. Возбудимость - способность ткани специализированно, целенаправленно отвечать на раздражение. Возбудимостью обладают нервная, мышечная и железистая ткани. Возбуждение – процесс, характеризующийся изменением обмена в ответ на раздражение в виде временной деполяризации мембраны. Ответной реакцией нервной клетки может быть проведение нервного импульса, мышечной клетки – сокращение, секреторной – синтез и выделение биологически активного вещества. Раздражитель - это изменение внешней или внутренней среды организма, воспринимаемое клетками и вызывающее ответную р-цию. Компоненты возбуждения: - Химический - Физико-химический - Физический - Физиологический Физико-химический – ионная проницаемость (будем изучать). Физический – электрические, термические, механические проявления. Физиологический – изменение функциональных свойств (например, клетка может утратить возбудимость во время возбуждения). Электрическое проявление – наиболее значимое для возбуждения. Регистрируется в виде быстрого колебания мембранного потенциала или потенциала действия. Таким образом, возбудимость – способность генерации потенциала действия (ПД), а возбуждение – процесс генерации ПД. Эксперименты 1-вый экс. Гальвани доказал существование мех-тока м\у 2-мя разнородными металлами он раздражал и ткань и мыш препарата что приводило к сокращению мышц. 2-ой экс. Гальвани доказал существование животн электричества. Г. Не Имел инструментов, приборов, не мог измерить эл ток ни его направление эл тока – любое направление дв заряжены частиц. Биоэлектрич явл в тк – это направление дв ионов.(Рис.1) Эл между повр и неповр участком наз током покоя или током повреждения. Наруж. Поверхность возбу тк заряжен + а изнутри – при поврежд происх сменно + на – (Рис. 2) Маттеучи прод эксп Гальвани взял 2 нерв-мыш(Рис.3) препарат и стал раздражать нерв 1 препарата, а 2 препарат был положен на мышц 1 препарата. Было доказано наличие тока действия м\у возбужденным участком кот явл мышца и нвозб участком кот явл нерв. Эти токи обусловлены разницей потенциалов м\у наружней и внутренней поверхностью мембран. Эту разницу назвали МПП а молекул механизм наличия разгадали Ходжкин, Хаксли, Катц (1949-1952). Эта теория была основана на знание о молекул строении мембран. Суть этой теории МПП возник благадаря направленному движению ионов ч\з мембраны, причем в основном это направлен движение обусловлено движению ионов К + Движению ионов К + ч\з мембрану переопределено след положениям 1. Сущ-е эл хим градиета для К Na и Cl . 2. Избирательно высокий проницаемости мембрану 3. Наличие акт транспорта ( Na K атфазы в мембране) Мембрана Билипидный слой, в кот мозаично плавают белки. Интергративные белки выполняют ф-цию каналов, переносчиков, насосов, рецепторов. Периферические белки форм-ют: -цитоскелет –гликокаликс(Рис.4) Транспорт веществ через мембрану 1диффузия 2осмос 3активный 4везикулярный 1Диффузия 1простая 2облегченная Простая - две частиц ч/з мембрану по хим. контрационному градиенту (из обл. с высоким [] в обл. с низкого [] в-в.) липид раствор в-ва (О 2 ;СО 2 этанол и др.) легко диффундируют ч/з липидный бислой, а водорастворимые в-ва и Н 2 О но могут, а могут ч/з водн. каналы, формируем спец трансмембр белками, кот. наз. транслокамембр, поэтому все ионы диффуидир ч /з мембрану только ч/з каналы, потому что они еще покрыты гидратной оболочки, проходя ч/з канал отдают «шубку» гидратную, если он не отдал, то не может пройти. Облегченная- пассивн. перенос в-в с помощью спец белков-переносчиков по градиенту конц-ции. 2Осмос -это пассивное движение мол-л Н 2 О ч/з мембрану по градиенту осмотического давления. Сила которая определяет движения Н 2 О называется осмотиеским давлением. Осмотическое давление- обусловлено кол-вом раствор в Н 2 О частиц. Движение мол-л Н 2 О осущ-ся из облости с низкой конц-ции в-в в область с высокой конц-ции. Часть осмотического давления который создает белки называющие онналическим давлением. 3Активный транспорт -Первично активный (наличие белков комплексов-насосов, работа кот. связана с исп-ем энергии АТФ= транспорт АТФ- азы). Основные функция поддерживания градиента конц-ии ионов осущ. против градиента. -Вторично активный (обеслеч транспорт в-в белками переносчиками против градиента конц-ции за счет энергии транспорта ионов N а по контрационному градиенту)подержание контрационному градиента N а, обеспе N а,К АТФаза Чтобы перек углеводы, а/к-ты Са против град конц-ции переносчик.(Рис.5) 4Везикулярный транспорт -с затратой энергии АТФ –участие сократ белка цитоскелета –Са Эндоцитоз : - пиноцитоз (Служит поглощение небольших капелек раствора в-в, белков, холестерола) - фагоцитоз (Служит поглощение крупных частиц, бактерии, разрушенные кл.) Экзоцитоз : выделение в-в из кл. (синтез и выделение гормонов,пищеварительных ферментов) Происхождение МПП При созд-ии МПП важную роль играет процессы простой диффузии ч/з белковые каналы и первично активный транспорт.В основном создание МПП принимает участие диффузии К из внутриклеточной среды во внеклеточное, такое доминирование К в возбуд с-мах предопределено след факторами. 1Электрохимический градиент ионов К, N а, С l . 2Избирательно высокая прониц мембраны для К. 3Наличие акт транспорта в мембране т.е. N а,К, АТФазы. 1Электронохим градиент(рис.6) - это соотношкние + и – заряженных частиц внутриклеточной и снаружи. Изучая проницаемости ионов ч/з мембрану явл токи К. МПП- равновесн около 90 мВ, но если бы это было около 70 мВ (потому что МПП- это сума величин, опред вклад в кот вносят ионы N а и Cl + работа электрогенного насоса Na - K АТФазы) Работа электрогенного насоса вносит 10мВ. 2Избират высокая проницаимость мембран д/ионов К На мембране существует для транспорта ионов существует специальные каналы определяющие мембраны для транспорта ионов. (рис 7)Простой не управл канал образующий пору в мембрану(каналами утечки, а токи ч/з эти каналы токи утечки). Ничего не мешает пройти К ч/з этот канал. Этот канал образует высокий спец каналы опред-щие избирательно мембраны д/транспорта ионов. Высок спец избират канала устье опред диаметра и опред заряжен отрицательно гр на внутр стенках канала поэтому ион К имеют гидрати оболочку, отдает гидратн оболочку. Ион N а не может пройти т.к. имеет меньше диаметр, но имеет 2 гидр оболочку. (рис 8)воротн. механизм- особачувствует участки белка( n ) с высокой чувствительно к чум-ю заряда на мембране. В покое эти каналы закрыты в одноворот канале имеются только 1 управл ворота( n ) (рис 9)управл двуворотн д/ N а m -активацион ворота(закрыты,поэтому тока нет) n - инактивацион ворота в состоян-покоя (открыт) (рис 10)наличие N а К АТФаза, кот работает постоянно. N а может проскочить в открыт канала д/К (утечка) Ионные каналы 1Управляемые: -Электрогенные потенциал чувств(взависимости от заряда на мембр.) -Лиганд зависимые(в зависимые какое количество + рец.запускает ряд реакций) 1одноворотные(К) 2двуворотные( N а) -механочувствительные (открыв,закрыв при растяжении мембраны) 2Неуправляемые(каналы утечки) Методы Регистрации МПП 1обнаружить наличие МПП можно с помощью 2 опыта Гальвани, а вот измерить Мпп можно только с помощью микроэлектродной техники.(рис 11,12,13) Екр-критич потенциал(критич уровень деполяризации при достижении кот. на мембране) Ео-нач зн Мпп быстрая деполяризация или ПД Разница м/у Ео и Екр наз (Ео-Екр)порог деполяризации или пороговым потенциалом, явл хар-кой мембраны и опр-ет возбудимость мембраны явл мерой возбудимости. ∆Е=Ео-Екр. Чем меньше ∆Е, тем выше возбудимость.(рис 14) ПД приближается к равновесному N а потенциалу, потому происходит изменение знака заряда. «Все или нечего»т.к. амплитуда ПД не зависит от силы St если St >порогов величины (з-н про ответ возбуд кл на раздр-е) 1фаза деполяризации( N а дв внутрь кл) 2фаза реполяризации(К из кл) 3фаза Отриц след потенциала деполяризации 4фаза след гиперполяризации Депол. развив потому что при изменении заряда на мембрану срабатывают m -активации ворота N а каналов, кот начин открыв и канал ионов открытым. Чем больше открытых каналов, тем больше потенциал(система начинает работать по принципу + обратн связи, т.е. возник регенеративная камоусилив) депол. Ревереля Потомучто открыв N а каналы а + ион N а устремл внутрь клетк ток начин доминир К из клетки→перезарядка мембраны. 1фаза деполяризации Абсол величина +100-120 мВ Перелом При достиж +30 начин сраб h инактивацион ворота канала д/ N а они очень медленны Иннактивация канала ( Na , проходя ч/з открыт инактив вороты, не могут пройти + 30прекращ ток N а) Во время реполяризации усил ток К из клетки, т.к. мах открыв дополнит одноворотн К-каналы, т.о. сдерживают вос-е исх. уровня потенциал покоя. 2фаза след потенциалов. 4,3 за счет работ смертных K одноворотн каналов и сущ-я повышен тока K из кл форм-ся 3и4 фазы,наз-ся следовые потенциалы. 3фаза след деполяризации(отрицательный след потенциала) 4фаза след гиперполяризации(положительный след потенциала) 2-е условие возник-е возб-е – это достаточн уровень параметров раздр-я Св-ва раздра-ля 1сила 2время 3градиент нарастания силы во времени Min сила раздр-ля, способная вызывать возбуж-е, наз порогом разражения -подпорог -порогов -сверхпорог (рис 15) St <50% порог- на мембр развитии пассивн деполяризация (электротон)=электротонич эффектом. 50%< St <100% порога – акт деполяризации но несмотря на откр-е N а каналов все не откр-ся –это наз локальн ответ. Локальн ответ в отличии от ПД. 1не распр-ся вдоль мембраны 2явл градуальным (его амплитуда зависит от силы раздражителя) Мерой возбудимости можно считать и порог разр-я(это хар-ка раздр-ля) М/у t действия разд-ля и силой сущ-ет зависимость, кот наз сила-длительность и имеет форму гиперболы. (Кривая Гоорвейча Веиса-Лапика)(рис 16) АВ- min f деиств раздр-ля, кот через опр t может вызвать возбуждение;порог величина реобаза. АС- min t , необходим д/возник-я возбуждения при действии разд-ля с силой 1 реобаза АД- t , необх д/вызывания возб-я абсолютн порог t . Исп-е в клинике : исп токов высок ʋ, но подпорог t →температ эффект АЕ- 2 реобазы д/точности А F - t , отражающие возможность отражения действия 2 реобазы Хронаксия- t действие разд-ля необходим д/возникновения возб-я при действии силы реобазы. Чем больше Хронаксия тем меньше возбудимость. 4-самая возбудимая Прибор, измеряющиеся хронаксию называют хронаксиметр. Градиент нарастания силы во времени (рис 17) Быстрое нарастание силы во времени, постепенное действие(нарастание) При min градиенте нарастании силы во t ПД может не возникнуть,развив-ся только лок ответ. Понижение возб-ти ткани и амплитуды ПД при медленно нарастающим St на аккамодацией. В ее основе лежат процессы инактивации N а каналов и повышении проницаемости для К каналов. Разд-ль постоян неизмен величины вообще не вызывает раздр-я( const Y м/у моментами вкл и выкл возбуждения). Действия пост тока на ткань Осущ-ся α типами: 1Физиологический (т.е. эл ток явл фактором, кот изменяет функцию состояние возб ткани т.е изменение возб-ть) 2раздражающие действие (пост ток выступ как раздр-ль) Физиол действие постоянного тока При кратковременном действии подпорогового пост тока под электродами изм-ся воз-ть ткани, т.е что: под катодом возб-ть повышается (и наз это KAT -электротон) а под анодом сниж-ся (и это наз АН электротон) это связано с тем что катод имеет избыток «-» заряд, поэтому. «+» заряд на наруж поверхности мембраны под катодом неск уменьш,то Мпп уменьшится, а любое уменьшение трансмембран разницы приводят к деполяризации (пассивной) электротон.(рис 18) Анод с недостат «-», избыток «+» Наружн мембр будет иметь больше зн + заряда, разница потенцилов м/у наруж у внутр мембраной увеличивается.(рис 19) Снижение возб-ти, можно действ Катодом длительн время на мембране производит процессы аккомодации, изм-ся уровень критич уровень деполяризации, поэтому увелит-ся порог потенциал и возб-ть мембраны резко снизится. При длит действии под анодом произ процессы аккомодации, критич уровень депол-ции изм-ся в сторону гиперполяризации и на мембране уменьшается порогпотенциал,что приведет к повышению возбудимости. Особ-ти раздр действие постоянного тока: Хаар-ся поляриз-ном, содерж полож-ями 1раздр действия пост тока оказывает либо в момент замыкания или размыкания эл цепи 2при замыкании разд действия проявл-ся только под катодом ,при размыкании только под анодом 3катодозамыкательн эффект больше чем анодоразмык эффект Под анодом при размыкании цепи исчезает гиперполяризация и достиг новый уровень критич депол-ции, возник ПД. Факторы влияющ на хар-р ответ р-ции возб биосистемы: 1параметры раздражителя(сила,время,градиент нарастания силы во времени) 2Функцион состояние мембраны Биосистема(н/р кл тк орган) Хаар-р влияния на ответ р-ции параметров раздр-ля описывается 3-мя законами раздр-я: 1закон силы 2закон времени 3закон градиента развития силы во времени Клетка(рис20) При действии раздражителя порог силы достигается критич уровень деполяризации и открыв все N а каналы амплитуда ПД будет const т.е. з-н силы д/кл подчин з-ну «все или ничего» зн нараст град силы во времени(рис 22) При п/п град нара силы во на мембране происходят процессы аккомодации, увел порог потенциала и возб-е не наступает,следует при наруш сил вот ответ р-ции. При п зн град-та будет достигнут критич уровень депол-ции и возникает ответ р-ции опред амплитуды. При с/п: при увел-е град-та увелич-ся кол-во открыв N а каналов при увеличении нарастании, и ответ р-ции растет. При max градиенте нарастания УП мы получ max ответ кл. Ткань(рис 21)каждая кл в тк имеет собственный порог возбудимости, поэтому когда мы берем порог знач-я возб-ся только самые возбудим кл и при увел с/п в конце концов возбуд-ся все. З-н силы д/тк работает по принципу силовые отношения.Чем больше У тем больше ответ р-ция д/того чтобы биосистема была возбуждена необходимо,чтобы все 3 закона вместе работали одновременно. Если один из них не работает, то возб-е не наступит. д/облегчения инъекции можно обойти з-н (очень быстро) д/инъекций глобулина собл-ть з-н градиента т.е. делать очень медленно, без рывков. Закон градиента д/кл и д/ткодинаков. В процессевозбудимости происх-т функции состояние биосистемы, т.е. изменяется возбудимость.(рис 23) 1фаза абсолютн рефлекторности(причина открытия и быстрая инактивация N а каналов) В процессе репол-циипроисходит воостановленна возб-ти биосистемы и сна наз. 2фаза относит рефлектор-ти (часть N а каналов уже закрыта, а это означает, что они могут откр-ся при действии с/п раздр-лей) При след депол-ции порог потенциал ∆Е меньше, чем в их состоянии, а значит возб-ть повышена и наз-ся эта фаза повыш возб-ти 3 фаза супернормальной возбудимости= фаза экзальтации. Даже п/п разд-ль выз-ет возб-е. В фазу гиперпол-ции ∆Е значительно больше чем в исходном состоянии следует возб-ть снижена. 4фаза субнорм возб-ти(рис 24) Не только во время одиночного разд-я, но и при частот разд-я меняется функцион св-в биосистемы. Выд-ют частоты кот улучшают функцион состояние биосистемой они наз аптимальными,а кот ухудшают- пессимальные.(рис 25) St попал 6 период отн.реф-ти St 2 попадает в фазу нормальной воз-ти St 3 пришелся на фазу экзальтации, т.е. эта точка считается исходной уровням воз=ти на мембране и форм-ется новый процесс возб-е Общие св-ва возбудимости систем 1возбудимость 2лабильность 3проводимость Мерой воз-ти явл след хар-ки 1порог раздражения(т.е. порог силы Т, градиента нараст-я силы во Т)-это явл хар-кой раз-ля 2хроноксия (хар-ка раздражителя) 3порогов потенциалов ∆Е это хар-кА биосистемы мембраны 4лабильность (хар-ка мембраны или биосистемы) Впервые ввел понятие лабильности Введенский Лабильность-это функцион подвижность возбд тк(введенский) Лабильность-это способность биосистемы в течении определенного времени развертывать одиночный процесс возбудимости. Мерой лабильности явл max число возб-ний или ПД, кот способна генерировать возбудимая с-ма за единицу времени в связи навязанным ритмом возбуждения. Лабильность изм-ся в Гц. Нервные волокна-1000Гц(н.волокно может повторить ритмы стимулирую в 1000Гц, генерирует 1000 импульсов в С, т.к. абсолютно рефлекс=1мс) Чем выш лабильность, тем выше возб-ть. Физиология нервных проводников. Н.волокна- отросток нейрона или неск, заключенных в глиальн оболочку. Совокупность н.волокон обр-ет н.пучки, а.н.пучки форм-ют н.ствол или нерв. Виды н.волокон 1немиелинезированные(безмякотные) 2миелинизированные(мяготью) Миелинизированые волокна образуют в результате погруж Обр-ся засчет погружения аксона в клетке кот многократно оборачивается вокруг н.волокна. Миелин-многослойный структура представлен мембранами олигодендроциты или Шванн кл и обл-е большими изолированными св-вами.(рис 26) Скорость провидения н.импульса по н. волочки: 1толщины 2наличие миелиновой оболочки Аα первичные аференты мыш веретен, двигательное волокна склетн Аβ сенсорные кожные афференты Аγ двигательные волокна мыш веретен Механизм провидения Возб-е в н.волокнах распр-ся поср-вам эл-тонической связи от возбудимого участка мембраны к невоб.участку, при этом проведение импульса м.б. непрерывное и сальтоторное. При непрерывном проведения возб-е соседние участка повтор-ся многократно на вселе протяжении немиелинизир н.волокна, в каждый его точке.(рис 27) Ток возникающий м/у возб и невозб участками приводит электротонически к депол-ции, возб-е соседнего участка следует распр-е. Пассивная деполяризация чередуется с активной депол-цией. Электроный тоничный ток открывает N а каналы. Локализуется ответ не расспр-ся без потерь энергии. В миелиновых оболочках в местах перехвата Р,разделенный с предыдущим миелиновой оболочкой, т.е. возб-е совершает скачек от одного перехвата к другому, при этом это называется сальтоторным= скачкообразным.(иногда возможет скочек ч/з 2-3 переж) высокая скорость, высокоэкономичным. Болезни нарушения миелин-ции(рассеянный склероз) З-ны проведения возб-я в н.волокнах 1з-н двухстороннего проведения(расп-е возб-я набл-ся в обе стороны от нанесения St «разд-ля»)(рис 28) Н.волокна афферентные волокна следует обусл.сущ-е аксон-рефлексов. Синапс проводит возб-е в 1 ситерону(от аф.пути к эф.пути)Однонаправленная передача. 2з-н анатомичный и физиол целостности. Функ.целостность.Наруш-е провед-я по нервам это дейсивие фарм препаратор(блок N а каналы),охлаж-е, приводящ.к снижению метаболизма;факторы снижения возб-то мембраны. Все эти возд-я временны; после их отмены пров-е по н.восст-ся.(н/р новокаин блок-ет N а каналы, длит.депол-ция приводит к увелич потенциала и снижению возб-ти пессим. Скорость увеличивается абсол.рефо.пенеод и снижению воз-ти в н. 3Изолиров проведение В составе н.возб-е по н.волокнам проводится изолированно, без передачи на соседн.волокна не может депол-ть мембрану соседн н.волокна, хотя эл-тонически это возможно (изм-е заряда на сосед волокна, т.е. на нем увелич-ся возб-ть, и даже подпорог может его возб-ть) 4з-н бездекрементного проведения(без затухания) Т.е. ПД имеет туже самую амплитуду в начале и в конце (ога не меняется на всей протяженности)Н.волокно пассивно проводит возб-е не трансформируя его. Физиологии мышц Скелетные мышцы состоят из мышечных волокон, м.волокно- это многоядерная обр-е, кот имеет: 1плазменую мембрану имеет инвагинации в виде поперечной трубочек) 2Саркоплазм ретикулом(СПР),кот.обр-ет продольный стимул трубочек 3миофибриллы, кот об-ют сократ.аппарат мышц они распол-ны друг другу, при этом за счет разным, перекрывания обр-ют А-и И- диски, за счет и есть поперечно исчерченность всего волокна. Каждый миофибрилла сост-т из миофиламентов, кот пред-ют собой тонкие нити белка актина и толстые теит белка мибрена.(рис 29) Морфа функция единицей мышечных волокна явл саркомер. Механизм эл-мех сопряжения(явл основой сокращения) 1возб-е мембраны мышечного волокна следует депол-ция сорколеммы(это эл часть эл-мех сопряжения. 2депол-ция приводит к открыванию Са каналов СПР и выход Са в цитоплазму. 3Са после выхода сад-ся с тропониним(глоб.белка).(рис 30) Троломиозин (фибрилл.белок),кот лежит в желобке м/у нитями актина состоит из множества глобул.белков из 2 цепочек. Б.тропомиозин закрывает акт сайты б.актина,когда Са соед-ся с трополином,он изменяет его ,это приводит к изменению положения тропомиозина,что приводит к откр-ю акт сайтов актина. 4мол-ла миозина состоит из хвостовой части, шейки и головки. Головка обл-ет 2-мя акт.сайтами один акт.сайт присоед-ся к акт сайту актина. Другой акт сайт, имеющ АТФазную активность на момент присоединения головки к актина несет пластично гидролизован мол-лу АТФ в виде АДФ. (рис 31)энергия не выделяется. 5как только соед-лись головка и актина произощел полный гидролиз АТФ, выд-ся энергия, кот привела к изменению положения головк относительно мол-лы на хвост. Наступило сокращение 6изм-е конф-ции головки мимбрина и скольжение А и М относительно др к другу. 7новая мол-ла АТФ присоед-ся к головке мибрина, этого достаточно д/расоединения Аи М(пассивное) Мышца расслаб-ль Энергия АТФ тратит на 5 шаг расслаб-пассивно,но он энергозависим(Са каналы закрыв-энергии) Са-АТФаза в СПР Контрактуры: 1избыток Са(движение) 2посмертн.окончение(нет АТФ д/расслаб-я) |