17777

ЗАГАЛЬНА ФІЗІОЛОГІЯ ЗБУДЛИВИХ ТКАНИН

Лекция

Биология и генетика

Загальна фізіологія збудливих тканин. 1. Фізіологія як наука. Поняття про функцію. Методи фізіологічних досліджень. Нормальна фізіологія – наука про об’єктивні закономірності протікання функцій організму в їх взаємозв’язку і у взаємодії організму із зовнішнім середо

Украинкский

2013-07-05

1.95 MB

15 чел.

Загальна фізіологія збудливих тканин.

1. Фізіологія як наука. Поняття про функцію. Методи фізіологічних досліджень.

Нормальна фізіологія – наука про об’єктивні закономірності протікання функцій організму в їх взаємозв’язку і у взаємодії організму із зовнішнім середовищем.

Функція – це діяльність і властивість клітин, органів, систем організму, які проявляються як фізіологічний процес чи сукупність процесів.

Функції є:

1. Специфічні – притаманні лише даній тканині (клітині), наприклад, специфічна функція м’язевої клітини – скорочення, нервової – проведення збудження.

2. Неспецифічні – притаманні багатьом (чи всім) тканинам та клітинам організму. Наприклад, функція обміну речовин є у всіх клітинах та тканинах.

Об’єктом фізіологічного дослідження є функція організму, його систем, органів і клітин.

Мета фізіології – пізнання функції і закономірності функцій організму для медичної практики.

Завданням фізіології є вивчення функцій з метою виявлення причин та характеру їх порушень при захворюванні.

 

Гострий експеримент – дослідження проводять під наркозом, може супроводжуватись перерізуванням нервів, введенням різних речовин (в більшості випадків є летальним для піддослідних тварин).

Хронічний експеримент – дослідженню передує операція (введення фістули в протоку залози) й після одужання тварини проводять дослідження функцій (секреція залоз) в умовах, що максимально відповідають природним.

Біологічне моделювання – у тварини за допомогою хірургічного втручання викликається гіперфункція серця і досліджують, як ця зміна впливає на стан організму.

Математичне моделювання – відтворюють фізіологічні процеси на комп’ютерах та досліджують різні варіанти реакцій, тобто можливі зміни при тих чи інших впливах на організм (ліки, фізичні фактори, екстремальні умови навколишнього середовища).


2. Потенціал спокою, його параметри, механізми походження та фізіологічна роль.

Потенціал спокою (ПС) – різниця потенціалів між зовнішньою та внутрішньою поверхнями мембрани збудливої клітини, що знаходиться в стані спокою.

Формула Нернста для розрахунку величини ПС: , де

R – універсальна газова стала, T – абсолютна температура, F – число Фарадея, [K+ і] – концентрація іонів К+ в клітині, [K+ е] – концентрація іонів К+ поза клітиною.

Механізм формування ПС повязаний з:

  1.  Наявністю в мембрані клітини механізмів активного транспорту речовин – натрій-калієвий насос. Він створює градієнт концентрації усередині та поза клітиною.
  2.  Особливостями проникності мембрани клітини в стані спокою – вона проникна для іонів К+ та непроникна для іонів Na+.

Найбільш важливим для створення та підтримання ПС є натрій-калієвий насос (НКН). Структурною одицею НКН є Na/К-транспортний білок, що являє собою АТФазу. Цей білок на внутрішній поверхні мембрани розщеплює АТФ на АДФ та фосфат й використовує енергію, що виділилась на транспортування трьох іонів Na+ з клітини та двох іонів К+ в клітину. Тобто в сумі з клітини за один цикл виділяється один позитивний заряд (150-600 за секунду). Таким чином, НКН є електрогенним (створює електричний струм через мембрану), але й може бути електронейтральним, коли на один іон транспортованого Na+ припадає один іон К+. Отже, за рахунок роботи НКН створюється та підтримується градієнт концентрації іонів К+ та іонів Na+ усередині та поза клітиною, а саме 145 ммоль/л іонів Na+ зовні та 12 ммоль/л всередині, 4 ммоль/л іонів К+ зовні та 155 ммоль/л всередині. Отже, концентрація іонів калію усередині клітини в 40-50 разів більша, чим поза нею, а концентрація іонів натрію, навпаки, в 10 разів менша. Варто підкреслити, що сумарна концентрація аніонів усередині та поза клітиною однакова.

Проникність мембрани для іонів визначається станом каналів мембрани. Стан каналів визначається станом їх воріт, які можуть бути відкритими (тоді через канал по градієнту концентрації можуть рухатися іони) та закритими. Канали мембрани є селективними, тобто, пропускають одні іони та не пропускають, або дуже погано пропускають інші іони. В стані спокою мембрана збудливої клітини проникна для іонів К+ (відкриті калієві канали) та непроникна для іонів Na+ – майже всі натрієві канали закриті. Це є причиною того, що іони К+ виходять з клітини через калієві канали по градієнту концентрації, а аніони Na+ зайти в клітину не можуть, хоча є градієнт концентрації. Іони К+, виходячи з клітини, виносять позитивний заряд на зовнішню поверхню мембрани. Крупномолекулярні органічні аніони залишаються в клітині й зумовлюють негативний заряд на внутрішній поверхні мембрани.

 

При реєстрації ПС методом пошкодження обєктом дослідження є який-небудь орган, наприклад, скелетний мяз. Його пошкоджують шляхом розрізу та прикладають електроди до пошкодженої та непошкодженої поверхонь. Стрілка гальванометра при цьому відхиляється. Це говорить про наявність різниці потенціалів між пошкодженою поверхнею м’яза (аналог внутрішньоклітинного середовища) та її непошкодженою поверхонею (аналог зовнішньої мембрани).

При внутрішньоклітинному методі реєстрації об’єктом дослідження є окрема клітина, яку поміщають в плазму чи фізіологічний розчин. Там знаходиться один реєструючий електрод. Другий електрод (мікроелектрод) обережно вводиться усередину клітини. До проколу мембрани промінь осцилографа іде по нульовій лінії між електродами немає різниці потенціалів. В момент проколу мембрани промінь приладу різко відхиляється від 0 у негативну частину системи координат і протягом годин може перебувати на такому рівні.

Внутрішньоклітинна реєстрація ПС дає змогу оцінити його параметри:

1. Полярність – те, що в момент проколу промінь відхиляється у негативну сторону, говорить про те, що внутрішня поверхня мембрани клітини заряджена негативно відносно зовнішньої.

2. Величина – ступінь відхилення променя від нуля, відповідає величині ПС. Величина ПС збудливих клітин складає 70-90 мВ. Варто наголосити, що величина ПС оцінюється по модулю, без врахування знака!

3. Сталість у часі – якщо, на клітину не діють які-небудь фактори, то ПС не змінюється (промінь йде паралельно нульовій лінії).

Так як величина ПС оцінюється по модулю, то деполяризацією називають будь-яке зменшення величини ПС, а гіперполяризацією – його збільшення.

Фізіологічна роль ПС полягає в тому, що він є базою, на якій розвивається потенціал дії.


3. Потенціал дії, його параметри, механізми походження та фізіологічна роль.  

Потенціал дії (ПД) – швидка високоамплітудна зміна потенціалу мембрани збудливої клітини при її збуджені.

 

При позаклітинній реєстрації об’єктом досліджень є цілий нерв чи м’яз. При біполярному відведені реєструється двохфазний сумарний ПД (обидва електроди є активними, дві фази ПД відповідають руху хвилі збудження спочатку під одним, а потім – під іншим електродом). При уніполярній реєстрації один електрод є активним, а інший – пасивним реєструється однофазний сумарний ПД. Вихідною лінією при позаклітинній реєстрації є нульова лінія, що свідчить про відсутність різниці потенціалів між електродами.

При внутрішньоклітинній (мікроелектродній) реєстрації ПД окремої клітини має такий вигляд:   

Спочатку мембранний потенціал різко зменшується до нуля – 1 фаза деполяризації ПД; потім заряд мембрани змінюється на протилежний – зовні “-”, всередині “+” – 2 фаза реверсполяризації. Частина графіка, яка перебуває вище нуля відповідає фазі, що має назву овершут. Далі мембранний потенціал поступово повертається до вихідного рівня – 3 фаза реполяризації ПД. Завершальною фазою ПД є слідова гіперполяризація 4.

В основі зміни мембранного потенціалу при збуджені (тобто в основі формуванні ПД) лежать зміни проникності мембрани, що пов’язані із змінами стану каналів мембрани під впливом подразника.

Особливістю натрієвих каналів є наявність у них двох воріт:

- активаційних – закриті в стані спокою, але можуть відкриватися під впливом збудника;

- інактиваційних – вони швидко закриваються після відкриття активаційних воріт і не можуть відкриватися під впливом подразника.

Подразник зумовлює відкриття активаційних воріт натрієвих каналів лавиноподібний вхід Na+ в клітину за градієнтом концентрації    зменшення надлишку аніонів усередині клітини (так як іони Na+ заряджені позитивно). Аніони, які прямують до мембрани за іонами Na+, зайти в клітину не можуть вони зменшують надлишок позитивних зарядів на зовнішній поверхні мембрани клітини. Завдяки цьому різниця потенціалів між зовнішньою та внутрішньою поверхнями мембрани зменшується, а далі й зовсім зникає. Так розвивається фаза деполяризації ПД.

Але вхід іонів Na+ в клітину не припиняється й тепер у клітині створюється надлишок позитивних іонів Na+, а на її поверхні – надлишок аніонів перезарядка мембрани – фаза реверсполяризації.

Натрієва активація (стан каналів при відкритих активаційних воротах) швидко змінюється натрієвою інактивацією – закриттям інактиваційних воріт вхід іонів Na+ в клітину при цьому припиняється. Подразник змінює не тільки стан натрієвих каналів, але й стан калієвих каналів вони також активуються, тобто відкривається додаткова кількість калієвих каналів. Але у часі цей процес розвивається значно повільніше, ніж натрієва активація.

Внаслідок різної швидкості розвитку у часі натрієвої та калієвої активації під впливом подразника, розвиток натрієвої інактивації супроводжується розвитком калієвої активації. Тому, коли іони Na+ перестають входити в клітину, вихід іонів К+ з неї збільшується. Саме це призводить до відновлення вихідного рівня мембранного потенціалу – фаза реполяризації.

Таким чином механізм формування ПД заключається в наступному:

 

Параметрами ПД є:

1.Амплітуда – 100-120 мВ.

2.Протяжність – 1-3 мс в нервових волокнах, в мязових волокнах він довший (в типових кардіоміоцитах – 300 мс).

Фізіологічна роль ПД – полягає в тому, що він забезпечує збудження клітини та передачу цього збудження на інші клітини, а також  підтримку чи активацію у збудливих клітинах специфічних функцій.


4. Збудливість. Критичний рівень деполяризації поріг деполяризації клітинної мембрани.   

Збудливість – здатність клітин (чи тканин) до збудження. Збудливість різних клітин та тканин різна – одні збуджуються легше, інші важче.

Збудження – складний фізіологічний процес, який виникає в збудливих структурах при дії подразника.

Обовязковими компонентами процесу збудження є:

1. Розвиток ПД на мембрані.

2. Виникнення специфічної функції (скорочення у мязах, секреція в секреторних клітинах, передача інформації в нервових волокнах).

Показниками збудливості є:

1. Поріг сили подразника – мінімальна сила подразника, при якій він викликає збудження. Чим вища збудливість, тим менший поріг сили подразника. При необхідності оцінити рівень збудливості тканини в клінічній практиці визначають поріг сили подразника для цієї тканини.

2. Пороговий потенціал (ΔV) – різниця між ПС та критичним рівнем деполяризації мембрани (Екр).

Критичний рівень деполяризації – той рівень мембранного потенціалу, при зменшені до якого ПС на мембрані виникає ПД.

Отже, ΔV – різниця між величиною ПС та Екр – показує, на скільки мВ необхідно зменшити ПС, щоб на мембрані виник ПД. Тобто, чим менший поріг деполяризації, тим вища збудливість клітини та навпаки.

Всі фактори, що змінюють величину порогу деполяризації, змінюють збудливість клітини:

- зміна величини ПС: при деполяризації мембрани ΔV клітини зменшується; при гіперполяризації навпаки;

- зміна положення Екр – вона визначається станом натрієвих каналів, здатністю клітини збільшувати  проникність для іонів Na+ під впливом подразника.

Подразники, допорогові за своїми параметрами, викликають на мембрані деполяризацію, яка не доходить до Екр – така деполяризація називається місцевим збудженням. Подразники, параметри яких не нижчі порогових (надпорогові), викликають деполяризацію мембрани до Екр  ПД.

5. Зміни збудливості клітини при розвитку одиничного потенціалу дії.

При розвитку на мембрані місцевого збудження та ПД збудливість клітини змінюється по-різному:

- при розвитку місцевого збудження збудливість збільшується, так як ΔV зменшується;

- при розвитку ПД мають місце закономірні зміни збудливості:

- поки деполяризація повільно прямує до Екр, збудливість збільшується вище вихідного рівня (вище 100%) – фаза супернормальної збудливості;

- як тільки деполяризація доходить до Екр й починається розвиток піку ПД, збудливість клітини падає до нуля та починається фаза абсолютної рефрактерності – повної незбудливості клітини. Механізм її розвитку пов’язаний з тим, що коли деполяризація мембрани доходить до Екр, в ній відкриваються всі натрієві канали ніякий додатковий подразник не може змінити стан натрієвих каналів мембрани тому клітина не може реагувати на дію подразника – її збудливість дорівнює нулю. Далі стан натрієвої активації змінюється станом натрієвої інактивації – в натрієвих каналах закриваються інактиваційні ворота, які не можуть відкриватися під впливом подразників продовжується абсолютна рефрактерність. Натрієва інактивація зберігається до тих пір, поки під час реполяризації мембранний потенціал не відновиться до рівня 40 мВ – до тих пір буде зберігатися повна незбудливість клітини. Але потім інактиваційні ворота відкриваються і клітина поступово відновлює здатність до збудження – іде фаза відносної рефрактерності. Під час цієї фази збудливість клітини вища нуля, але нижча, чим у вихідному положені. Коли завершується фаза реполяризації ПД, збудливість клітини відновлюється до вихідного положення, тобто відновлюється стан натрієвих каналів, що відповідає стану спокою – в натрієвих каналах закриті активаційні ворота та відкриті інактиваційні.

Порівняльна характеристика місцевого збудження та ПД.

Властивість

Місцеве збудження

ПД

Здатність до поширення

Поширюється на малі відстані електротонічно за допомогою локальних токів

Поширюється по всій довжині мембрани

Здатність до сумації

Здатне до сумації

Не має здатності до сумації

Залежність від сили подразника

Підкоряється закону силових відношень – чим більша сила подразника, тим більша амплітуда місцевого збудження

Підкоряється закону “все або нічого” – при дії допорогових подразників ПД не виникає зовсім; при дії порогових подразників виникає ПД максимально можливої амплітуди

Зміна збудливості

При розвитку місцевого збудження збудливість клітини збільшується внаслідок зменшення ΔV

При розвитку ПД спостерігаються фазові зміни збудливості, під час якої вона повністю сникає – розвивається абсолютна рефрактерність

6. Значення параметрів електричних стимулів для виникнення збудження.

Будь-який подразник має наступні параметри:

– сила подразника;

– час дії подразника;

– швидкість збільшення сили подразника.

Електричний струм, крім того, має такий параметр як напрям. Під анодом виникає гіперполяризація, а під катодом – деполяризація мембрани внаслідок складання зовнішнього та власного електричного поля. В основі гіперполяризації та деполяризації лежать чисто фізичні процеси складання полів, які носять назву електротонічних. Коли під катодом відбувається деполяризація мембрани й досягає 50-75% від величини порогового потенціалу, в мембрані відкриваються потенціалчутливі натрієві канали через них в клітину входять іони Na+  збільшення ступеню деполяризації під катодом. Деполяризація під катодом, що пов’язана з відкриттям натрієвих каналів та з входом іонів Na+ в клітину, має назву локальної відповіді (ЛВ).

Таким чином, при дії на клітину електричного струму як подразника, збудження (ПД) виникає під катодом, при вхідному напрямку струму, так як саме під катодом виникає деполяризація мембрани. І, якщо ця деполяризація досягає Екр, на мембрані виникає збудження, ПД.

Значення сили електричного струму як подразника.

З графіка зміни мембранного потенціалу клітини під впливом катодного струму різної сили видно, що при дії допорогових подразників розвивається деполяризація, яка не доходить до Екр (місцеве збудження) та підкоряється закону силових відношень. При пороговій силі подразника деполяризація мембрани доходить до Екр  виникає ПД. При дії подразника надпорогової сили деполяризація швидше доходить до Екр  швидше розвивається ПД, але його амплітуда не змінюється (закон “все або нічого”).

Тобто, збудження під катодом виникає, якщо сила струму не нижча порогової.

Значення часу дії електричного стимулу.

Якщо на клітину діяти катодним струмом великої сили, то при дуже короткочасній дії (допороговий час) ПД не виникає, так як деполяризація мембрани не доходить до Екр. При пороговому часі деполяризація встигає дійти до Екр  розвиток ПД. Подальше збільшення часу дії подразника є “безрезультатним” – не призводить до яких-небуть змін розвитку процесів на мембрані. Тобто, збудження (ПД) виникає, якщо час дії збудника не менший порогового.

Значення швидкості збільшення сили подразника.

Якщо на клітину діяти прямокутним імпульсом електричного струму надпорогових параметрів (сила, час дії) та катодного напрямку, виникає ПД – збудження.

Якщо силу катодного струму збільшувати поступово, збудження – ПД – не виникає, хоч деполяризація мембрани розвивається. Причина заключається в тому, що на мембрані розвиваються процеси акомодації – при стійкій тривалій деполяризації мембрани розвивається натрієва інактивація, змінюється положення Екр  росте поріг деполяризації (ΔV) збудливість зменшується і ПД не розвивається.

Таким чином, при дії електричних стимулів як подразників, збудження (ПД) виникає:

1. При катодному, а не анодному напрямку електричного струму деполяризацію мембрани викликає саме катодний  струм.

2. Якщо: - сила;

 - час дії;

 - швидкість збільшення сили подразника

не нижчі порогових величин – саме при цих умовах деполяризація мембрани під катодом дійде до Екр та виникає ПД – збудження.

7. Механізми проведення збудження по нервових волокнам.

За будовою всі нервові волокна поділяють на:

- безмієлінові – мієлінової оболонки не мають;

- мієлінові – мають мієлінову оболонку; при цьому певні частини волокна вкриті мієліновою оболонкою, а між ними є невкриті проміжки – перехвати Ранв’є; особливістю мієлінової оболонки є її високий опір – вона складається з фосфоліпідів, які є диелектриками (ізоляторами).

Механізми проведення збудження по безмієліновим нервовим волокнам такий. Під впливом подразника (П) на мембрані волокна  виникає збудження – ПД (на рисунку зовні “-”, всередині “+” – показана фаза реверсполяризації ПД – максимум розвитку піка). Між збудженими та незбудженими (зовні “+”, всередині “-” – потенціал спокою) ділянками мембрани волокна виникає різниця потенціалів, ΔU; зовні та всередині ці ділянки сполучені провідним середовищом (цитоплазма та міжклітинна рідина) між цими ділянками мембрани виникають місцеві елекричні струми, що спрямовані від “+” до “-“, діють на мембрану із зовнішньої та внутрішньої поверхні. Ці струми є подразниками для мембрани. Необхідно оцінити параметри цих струмів як подразника:

1. Напрям – з рисунка видно, що струми мають вихідний (катодний) напрям в незбуджених ділянках мембрани. Отже, тут буде виникати деполяризація мембрани. Якщо вона дійде до Екр, то виникне ПД.

2. Сила – чисельно сила струму в даному випадку рівна різниці потенціалів між збудженими та незбудженими ділянками мембрани і ця сила відповідає амплітуді ПД. Поріг сили відповідає величині порогового потенціалу (ΔV). Амплітуда ПД нервового волокна складає 100-120 мВ, поріг деполяризації – 15-20 мВ. Відповідно, сила подразника в декілька разів (6-8) більша порогової. Відношення амплітуди ПД до порогу деполяризації має назву коефіцієнт надійності і показує, у скільки разів сила місцевого струму як подразника більша за порогову силу.

3. Час дії подразника – відповідає тривалості ПД і в декілька разів більший порогового.

4. Швидкість збільшення сили – відповідає швидкості піку ПД, майже, відповідає швидкості збільшення сили при дії прямокутних імпульсів електричного струму – набагато вища порогу.

Отже, на збуджену ділянку мембрани нервового волокна діє катодний електричний струм, сила, час дії та швидкість збільшення сили, якого вищі порогу – цей струм викличе деполяризацію мембрани до Екр  викличе ПД на мембрані незбудженої ділянки.

Далі процес повторюється ПД поширюється вздовж всієї мембрани нервового волокна.

Механізм проведення збудження по мієліновим нервовим волокнам принципово не відрізняється від механізму проведення по безмієлінових волокнах: під впливом подразника (П) в одному з перехватів Ранв’є виникає ПД – на мембрані перезарядка між цим (збудженим) і сусідніми (незбудженими) перехватами Ранв’є виникає різниця потенціалів ΔU; вони з’єднані провідним середовищем виникають місцеві струми (від “+” до “-”). Ці струми в ділянці незбуджених перехватів мають вихідний напрямок; їх сила (амплітуда ПД), тривалість (тривалість ПД), швидкість збільшення сили (швидкість збільшення піку ПД) надпорогові на мембрані незбудженого перехвату Ранв’є виникає деполяризація, яка досягає Екр  виникає ПД.

Суттєва відмінність поширення ПД по мієліновим волокнам полягає в тому, що в них місцеві струми виникають не між сусідніми ділянками мембрани, а між сусідніми перехватами Ранв’є ПД поширюється від одного перехвату до іншого (стрибкоподібно) швидкість поширення ПД збільшується.

На швидкість поширення збудження по нервовим волокнам впливають такі фактори:

1. Наявність мієлінової оболонки збільшують швидкість.

2. Відстань між перехватами Ранв’є – чим він більший, тим більша швидкість.

Так як в мязових волокнах відсутня мієлінова оболонка, то швидкість проведення збудження по цим волокнам будуть визначати фактори 3-6.

3. Діаметр волокна – чим він більший, тим менший опір чинить аксоплазма волокна поширенню локальних струмів і тим більша швидкість проведення збудження.

4. Амплітуда ПД – чим вона більша, тим швидше деполяризація доходить до Екр, і тим більша швидкість проведення.

5. Поріг деполяризації (ΔV) – чим він менший, тим швидше деполяризація мембрани волокна доходить до Екр, і тим більша швидкість проведення.

6. Швидкість наростання піку ПД – чим вона більша, тим швидше розвивається деполяризація до Екр, і тим більша швидкість проведення збудження.

8. Закони проведення збудження по нервовим та мязовим волокнам.

1. Закон фізіологічної неперервності чи фізіологічної цілісності волокна – для здійснення проведення необхідним є нормальний функціональний стан мембрани волокна. Якщо його пошкодити, обробивши, наприклад, місцевим анастетиком типу новокаїну, проведення припиниться, незважаючи на те, що морфологічно волокна не пошкоджені (місцеві анастетики інактивують натрієві канали мембрани зміщення Екр  збільшення порогу деполяризації зменшення швидкості проведення збудження з подальшим припиненням цього проведення).

2. Закон двостороннього проведення – в умовах експерименту збудження (ПД) поширюється вздовж волокна в дві сторони, тобто, провідність волокон двостороння. Але в умовах цілісного організму відбувається одностороннє проведення збудження по нервовим волокнам, незважаючи на двосторонню провідність – ПД поширюється від рецепторів до нервових центрів, від нервових центрів до органів-ефекторів. Це відбувається завдяки тому, що обовязковим елементом будь-якої рефлекторної дуги є синапси, які мають односторонню провідність.

3. Закон ізольованого проведення – ПД, поширюючись по мембрані одного волокна, не передається на сусідні. Причина цього полягає в тому, що мембрана волокна має набагато більший опір, ніж міжклітинна рідина місцеві струми шунтуються через міжклітинну рідину й не викликають ПД на мембрані сусідніх волокон.

4. Закон бездекрементного проведення – амплітуда ПД не змінюється при проведенні збудження по мембрані волокна. Причиною цього є те, що ПД підкоряється закону “все або нічого” – в кожній ділянці мембрани він має максимально можливу для цього волокна амплітуду.

5. Проведення без розвитку втоми. Нервові волокна практично не стомлюються – на протязі багатьох годин відтворюють частоту стимуляції. Причина цього полягає у високій економічності механізму проведення збудження по мембрані волокна – при цьому енерговитрати незначні дуже низька швидкість розвитку втоми волокон.

6. Проведення з дуже високим коефіцієнтом надійності – відношення амплітуди ПД до порогу деполяризації (ΔV) в нервових волокнах дорівнює 6-8, що свідчить про велику надійність проведення збудження по цим волокнам.

7. Проведення з великою швидкістю – в товстих мієлінових нервових волокнах швидкість проведення збудження досягає 120 м за секунду.

За швидкістю проведення збудження нервові волокна поділяють на такі типи:

Тип волокна

Діаметр волокна, мкм

Швидкість проведення, м/с

А

15

100 (70-120)

А

8

50 (30-70)

А

5

20 (15-30)

А

3

15 (12-30)

В

3

7 (3-15)

С

1

1 (0,5-2,0)

Волокна типу А та В – мієлінові.

А – первинні аференти мязових веретен, рухові волокна скелетних мязів.

А – шкірні аференти дотику та тиску.

А – рухові волокна мязових веретен.

А – шкірні аференти температури та болю.

В – симпатичні прегангліонарні волокна.

С – безмієлінові симпатичні постгангліонарні волокна та шкірні аференти болю.

Інформація по нервовим волокнам передається точно, без змін, швидко. Ці особливості передачі інформації повязані з певними особливостями поширення збудження.

 


9. Механізми проведення збудження через нервово-м
язовий синапс. Медіатор, мембранні циторецептори та блокатори нервово-м’язових синапсів.

Нервово-м’язовий синапс утворений нервовим закінченням аксона -мотонейронів та кінцевою пластинкою – частина мембрани м’язового волокна, яка контактує з нервовим закінченням. Розділяє пресинаптичну мембрану нервового волкна та кінцеву пластинку синаптична щілина.

Механізм передачі збудження через нервово-м’язовий синапс полягає в тому, що ПД іде по мембрані нервового волокна поширюється по пресинаптичній мембрані, при цьому відкриваються кальцієві канали пресинаптичної мембрани вхід іонів Са+ всередину нервового закінчення взаємодія з везикулами (міхурці,  в яких є медіатор ацетилхолін) рух везикул до пресинаптичної мембрани злиття  везикул з пресинаптичною мембраною вихід медіатора ацетилхоліну в синаптичну щілину дифузія ацетилхоліну до мембрани кінцевої пластинки взаємодія з мембранними циторецепторами (Н-холінорецептори) відкриття хемочутливих натрієвих каналів вхід іонів Na+ в м’язове волокно через кінцеву пластинку розвиток деполяризації кінцевої пластинки, що має назву потенціалу кінцевої пластинки (ПКП). ПКП – один із видів місцевого збудження.

Як будь-яке з місцевих збуджень ПКП поширюється на сусідні ділянки постсинаптичної мембрани за допомогою місцевих струмів. Ці струми в незбуджених ділянках мембрани мають вихідний напрям, тобто викликають деполяризацію.

Cила цих струмів чисельно відповідає амплітуді ПКП, а вона складає 45-50 мВ. Поріг деполяризації постсинаптичної мембрани мязового волокна складає 40 мВ (величина ПС =90 мВ, величина Екр =50 мВ. Отже, сила цих струмів надпорогова.

Час дії цих струмів дорівнює тривалості ПКП і також є надпороговим.

Швидкість збільшення сили відповідає швидкості розвитку ПКП й також

є надпороговою.

Отже, місцеві струми в незбуждених ділянках постсинаптичної мембрани викликають деполяризацію до Екр розвиток ПД, які будуть поширюватися від місця свого виникнення вздовж усієї довжини мембрани м’язового волокна (і через електромеханічне спряження будуть викликати скорочення м’яза).


Закономірності проведення збудження через нервово-м
язовий синапс:

1. Однобічне проведення.

2. Уповільнене проведення (час від виникнення ПД на пресинаптичній мембрані до виникнення ПД на постсинаптичній мембрані складає близько 0,5 мсек.

3. Проведення збудження через синапс супроводжується швидким розвитком втоми (у зв’язку з виснаженням запасів медіатора в нервовому закінченні);

Ці особливості (1-3) характерні для будь-якого хімічного синапса і повязані з хімічним характером передачі  інформації через синапс.

4. Збудження передається через нервово-м’язовий синапс без трансформації ритму: 1 ПД на пресипаптичній мембрані викликає 1 ПКП на мембрані кінцевої пластинки, а це викликає 1 ПД на мембрані м’язового волокна.

Блокаторами нервово-м’язової передачі є курареподібні речовини, паприклад, диплацин, що утворюють стійкі з’єднання з Н-холінорецепторами та не дають змоги ацетилхоліну взаємодіяти з ними. Медіатор ацетилхолін взаємодіє з рецепторами протягом короткого – часу, після чого комплекс медіатор-циторецептор розпадається і медіатор руйнується ферментом ацетилхолінестеразою, активність якого в синапсі дуже висока.

10. Спряження збудження та скорочення. Механізми м’язового скорочення.

Термін “спряження збудження із скороченням” означає взаєзв’язок збудження в скелетних м’язах (виникнення та поширення ПД по мембрані волокна) та його скорочення, тобто актоміозинової взаємодії.

В стані спокою взаємодії актинових та міозинових протофібрил немає тому, що активні центри актину заблоковані регуляторними білками тропоніном та тропоміозином. Знімають блокаду іони Са2+, концентрація яких в саркоплазмі в стані спокою низька 10–8 ммоль/л.

ПД, що виникають в постсинаптичній мембрані поширюються вздовж всієї довжини мембрани м’язового волокна, у тому числі і по мембрані Т-трубочок (це вгинання зовнішньої мембрани м’язових клітин всередину волокна).

Безпосередньо поруч з Т-трубочками розташовані цистерни саркоплазматичного ретикулуму (СПР частина аграпулярної епдоплазматичної сітки). Т-трубочки з двома поруч розташованими цистернами утворюють тріади. СПР крім цистерн мають поздовжні трубочки, в яких локалізуються кальцієві насоси вони активно транспортують іони – Са2+ із саркоплазми в СПР і в його цистернах накопичується велика кількість іонів Са2+. При русі ПД по мембрані Т-трубочок в мембрані цистерн СПР відкриваються кальцієві канали іони Са2+ по градієнту концентрації виходять з цистерн СПР у саркоплазму підвищення концентрації іонів Са2+ в саркоплазмі міоцита з 10–8 до 10–5 ммоль/л  дифузія іонів Са2+ до протофібрил  взаємодія з регуляторним білком тропоніном  зміна третинної конформації тропоніну та тропоміозину  відкриття активних центрів актину  взаємодія головок міозину з активними центрами актину (м’язове скорочення).

В основі мязового скорочення лежить ковзання актинових протофібрил відносно міозинових “теорія ковзання”.

Саркомер – сруктурно-функціональний елемент скорочувального апарату скелетних мязів. Вони утворені пучками міофібрил, які відокремлені один від одного перпендикулярними смугами – Z-лініями. До Z-ліній прикріпляються одним своїм кінцем тонкі актинові нитки. Інші кінці актинових ниток спрямовані до центру саркомера і входять у проміжки між товстими міозиновими нитками.  Частина саркомера, яка примикає до Z лінії та утворена тільки актиновими протофібрилами, має назву І-дисків (ізотропних); слідом за ними розташовані А-диски (анізотропні) – частина саркомера, де має місце взаємне перекриття актинових та міозинових протофібрил. При вкороченні мяза, в, ході його скорочення,  коротшає довжина протофібрил вкорочення довжини кожного саркомера. Але при цьому довжина анізотропних дисків не зменшується, а зменшується довжина ізотропних дисків. Це є наслідком ковзання актинових протофібрил відносно міозинових в напрямку до центру саркомера.

Причиною руху актинових ниток відносно міозинових (їх ковзання) є “нахил” голівки після її приєднання до активного центру актину. Велика кількість голівок, що входять до складу актоміозинових містків, одночасно роблять “нахил” нитка актину переміщується до центру саркомера вздовж нитки міозину. За рахунок одного такого “нахилу” саркомер (мяз) може вкоротитися на 1% своєї вихідної довжини. Ступінь вкорочення мяза може досягати 50% такі “нахили” голівок під час одного мязового скорочення мають повторитися 50 разів. Це можливо, якщо актоміозинові містки після “нахилу” розпадаються (дисоціюють) голівка міозину взаємодіє з наступним активним центром актину наступний “нахил” розпад містку і т.д. На “нахил” однієї головки міозину витрачається енергія однієї молекули АТФ. Для того, щоб відбувся розпад актоміозинового містка необхідно, щоб до голівки міозину приєдналася молекула АТФ (але енергія АТФ при цьому не витрачається).

Для розслаблення скелетного мязу необхідно, щоб зменшилась концентрація іонів Са2+ в саркоплазмі. Це досягається завдяки дії кальцієвих насосів повздовжніх трубочок СПР активний транспорт іонів Са2+ в СПР зменшення його концентрації в саркоплазмі до рівня 10–8 ммоль/л від’єднання іонів Са2+ від регуляторного білка тропоніну відновлення вихідної третинної структури тропоніну та тропоміозину блокада активних центрів актину розслаблення м’язу.

Таким чином, під час мязового скорочення енергія АТФ витрачається:

1. На роботу натрій-калієвого насосу зовнішньої мембрани м’язового волокна (цей насос підтримує градієнт концентрації іонів К+ та Na+ поза та всередині клітини, що необхідно для підтримки на необхідному рівні ПС та для розвитку ПД на мембрані).

2. На “нахил” головки міозину.

3. На роботу кальцієвого насосу СПР розслаблення мязу.

11. Види м’язових скорочень: одинокі та тетанічні; ізотонічні та ізометричні.

В залежності від режимів навантаження виділяють наступні види мязового скорочення.

1. Ізометричного скорочення – скорочення при незмінній довжинні мяза. Довжина мяза при скороченні залишається сталою, але змінюється її напруження (Н). В експерименті таке скорочення можна отримати, якщо ізольований мяз закріпити з двох сторін та стимулювати електричним струмом. В умовах цілісного організму ізометричне скорочення буває, коли людина намагається, але не може підняти вантаж.

2. Ізотонічне скорочення – скорочення при незмінному напруженні мяза. Напруження мяза при його скороченні залишається сталим, а довжина змінюється (Δl). В експерименті таке скорочення можна отримати, якщо один кінець ізольованого м’яза закріпити, а інший залишити вільним та стимулювати. В умовах цілісного організму скорочення м’язів максимально наближується до ізотонічного, якщо відбувається згинання ненавантажених кінцівок.   

3. Змішане (ауксотонічне) скорочення – скорочення, при якому змінюється довжина та напруження мяза. Такий тип мязових скорочень найчастіше зустрічається в умовах цілісного організму.

В залежності від частоти стимуляції виділяють наступні види мязового скорочення:

1. Одиночне – спостерігається у відповідь на одиничний стимул чи на їх серію (якщо інтервал між подразниками більший чи рівний тривалості одиночного мязового скорочення). Виділяють такі періоди мязового скорочення:

- латентий період (1) – інтервал часу від дії подразника (П) до початку скорочення;

- період скорочення (2) – під час цього періоду довжина м’яза зменшується;

- період розслаблення (3) – під час цього періоду м’яз розслаблюється, його довжина збільшуєтся до вихідного рівня.

2. Тетанічне – спостерігається в умовах сумації одиночних мязових скорочень (одне скорочення накладається на інше). Така сумація можлива, якщо м’яз подразнюється серією стимулів і кожен наступний стимул діє тоді, коли попереднє одиночне скорочення ще не закінчилось (тобто, інтервал між стимулами має бути меншим тривалості одиночного м’язового скорочення).

Виділяють наступні види тетанічних скорочень:

Зубчастий тетанус – виникає на базі одиночних скорочень, якщо кожен наступний стимул попадає на період розслаблення одиночого м’язового скорочення. Отже, інтервал між стимулами в серії має бути менший тривалості одиночного м’язового скорочення, але більший, чим cума тривалості латентного періоду і періоду вкорочення одиночного скорочення.

Гладкий тетанус – виникає на базі одиночних скорочень, якщо кожен наступний стимул попадає на латентний період або період вкорочення одиночного м’язового скорочення. Отже, інтервал між стимулами в серії повинний бути меншим чи рівним сумі тривалості латентного періоду одиночного скорочення, але більше тривалості латентного періоду одиночного скорочення.

Нижче зображений запис реєстрації скорочень м’яза при збільшенні частоти її стимуляції. Видно, що при збільшенні частоти стимуляції на фазі одиночних скорочень виникають тетанічні, спочатку зубчастий, а потім гладкий тетанус. Тетанічні скорочення відрізняється від одиночного наступними параметрами: 

1. Тривалість тетанічного скорочення більша, ніж одиночного.

2. Амплітуда (сила) тетанічного скорочення більша, ніж одиночного. Амплітуда гладкого тетануса більша, ніж зубчастого.

Стрілочками показано момент дії подразника на мязове волокно.

Асинхронний тетанус. Асинхронний тетанус представляє вид скорочень, який притаманний скелетним мязам при їх природній діяльності в умовах цілісного організму.

Кожен скелетний мяз складається з великої кількості окремих мязових волокон. При природній діяльності м’язів в умовах цілісного організму частота, з яким до них надходять ПД по аксонах мотонейронов недостатня для того, щоб у кожному окремому волокні м’яза розвивався гладкий тетанус. У той же час м’язи людини здатні до тривалого злитого скорочення. Таке скорочення є наслідком асинхронного (неодночасного) скорочення окремих м’язових волокон м’яза. Кожне волокно скорочується в режимі одиночних скорочень, але в межах м’яза відбувається (додавання) скорочень окремих волокон. У підсумку м’яз скорочується злитно та довготривало. Це і є асинхронний тетанус. Його тривалість може бути дуже великою, а його амплітуда не буває такою значною, як амплітуда гладкого тетанусу, який можна одержати в експерименті.

4


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

21998. Столетняя война (1137-1453) 60.5 KB
  Можно рассматривать и как феодальную войну за наследство земли но и как освободительную борьбу о стороны Франции и как первый общеевропейский международный конфликт. Но во Франции сославшись на LXIX титул Lex Salica лилии не прядут престол отдали представителю боковой линии французского дома Капетингов – племяннику Филиппа Красивого – Филиппу Валуа Филипп VI 13281350 и кузену Карла IV. Эдуард III начал войну в которую втянулись империя Фландрия Арагон Португалия – на стороне Англии Кастилия Шотландия папство – на стороне...
21999. Страны Северной Европы в XVI-первой половине XVII вв. 120.5 KB
  В Швеции в 1570е гг. Это было основным занятием населения в прибрежных областях Швеции и Финляндии особенно на севере. среди натуральных податей Северной Швеции до 60 составляла рыба. власти поощряли возделывание заброшенных земель но в Швеции начался конфликт изза королевских лесов которые были захвачены крестьянамилесокрадами.
22000. Тридцатилетняя война 1618-1648 гг. 128.5 KB
  Интересы Габсбургов сталкивались также в Южной Германии. Рейне и угроза усиления католического лагеря в Германии таили предпосылки обострения конфликта Габсбургов с Францией. сохранения политической раздробленности Германии и всемерной поддержки внутренней борьбы происходившей в ней между протестантскими и католическими князьями. Французские политики стремились не допустить усиления Австрийских Габсбургов в Германии.
22001. Франкское государство 82.5 KB
  Военные предводители франков короли герцоги завоевали земли от Рейна до Соммы затем между Сеной и Луарой продвигаясь к югу вытеснили готов за Пиренеи. Так же была размещена и общая для всей деревни площадь пахотной земли которая в свою очередь делилась на различные поля так называемые геванны или коны по качеству почвы. Хлодвиг присвоил себе земли бывшего императорского фиска. Его преемники прихватили все свободные земли бывшие достоянием общины.
22002. Франция в XI-XV вв. 269.5 KB
  Серв получал свободу только через отпуск для чего требовалась еще и санкция вышестоящего сеньора или короля. должность графа равно как и прочие бенефиции полученные от короля становилась наследственным достоянием их обладателей. на дворянский отряд осуществлявший в Бовези реквизицию продуктов у крестьян стали осаждать рыцарские замки сжигать или захватывать поместья было разрушено не менее 100 замков или домов уничтожать списки повинностей и требовать истребления всех дворян кроме короля. Города разными путями добивались...
22003. Франция в XVI-XVIII вв. 183 KB
  Во Франции в XVIXVII вв. Парижский бассейн – самая развитая область Франции урожайность – 15 цт с 1 га сам5; на юге – чуть ниже; трехполье; для сравнения – урожайность в Англии составляла 13 цт с 1 га. в некоторых местностях Северной Франции появилась новая форма аграрных отношений – краткосрочная аренда более или менее крупных земельных комплексов. – климат характеризуется потеплением и преобладанием урожайных лет над неурожайными а война велась вне пределов Франции и сопровождалась умеренным ростом налогов.
22004. Україна у складі Російської та Австро-Угорської імперій (кінець ХVІІІ – початок ХХ ст.) 56 KB
  Український суспільно-політичний рух опирався не тільки на внутрішні джерела, а й на зовнішні чинники. Йдеться, зокрема, про відчутний вплив на цей рух Французької революції, зокрема її концепції вільної нації.
22005. Чехия в XI-XV вв. 127.5 KB
  Леса – хвойные Чехии смешанные Словакия. В Чехии со второй четверти XII в. – конец династии Пшемысловичей борьба за престол и утверждение в Чехии Люксембургов 1310 г. Во главе деревни стоял наследственный староста – в Чехии – рижстарж в Польше – солтыс войт.
22006. Швейцария в XVI в. 52.5 KB
  Торговля содействовала развитию кредита так как Цвингли и Кальвин отвергли запрет . Ульрих Цвингли 14841531 сын сельского старосты окончил латинскую школу в Берне в Базельском и Венском университетах связан с Эразмом магистр свободных искусств увлекался гуманистическими штудиями. У Цвингли не было ничего из мистического созерцания Лютера. Цвингли свои взгляды изложил в 67 тезисах 1523 г.