Лекция 1

ОБЩИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ РЕАГИРОВАНИЯ ЖИВОЙ МАТЕРИИ

План:

1. Биоэлектрические явления в возбудимых тканях. 1

2. Мембранный потенциал. 3

3. Потенциал действия. 6

4. Законы раздражения возбудимых тканей. 9

Биоэлектрические явления в возбудимых тканях

Способность адаптироваться к постоянно изменяющимся условиям внешней среды является одним из основных признаков живых систем. В основе приспособительных реакций организма лежит раздражимость – способность реагировать на действие различных факторов изменением структуры и функций. Раздражимостью обладают все ткани животных и растительных организмов. В процессе эволюции происходила постепенная дифференциация тканей, участвующих в приспособительной деятельности организма. Раздражимость этих тканей достигла наивысшего развития и трансформировалась в новое свойство – возбудимость . Под этим термином понимают способность ряда тканей (нервной, мышечной, железистой) отвечать на раздражение генерацией процесса возбуждения. Возбуждение – это сложный физиологический процесс временной деполяризации мембраны клеток, который проявляется специализированной реакцией ткани (проведение нервного импульса, сокращение мышцы, отделение секрета железой и т. д.). Возбудимостью обладают нервная, мышечная и секреторная ткани, которые называют возбудимыми тканями. Возбудимость различных тканей неодинакова. Ее величину оценивают по порогу раздражения – минимальной силе раздражителя, которая способна вызвать возбуждение. Менее сильные раздражители называются подпороговыми , а более сильные – сверхпороговыми .

Раздражителями, вызывающими возбуждение, могут быть любые внешние (действующие из окружающей среды) или внутренние (возникающие в самом организме) воздействия. Все раздражители по их природе можно разделить на три группы: физические (механические, электрические, температурные, звуковые, световые), химические (щелочи, кислоты и другие химические вещества, в том числе и лекарственные) и биологические (вирусы, бактерии, насекомые и другие живые существа).

По степени приспособленности биологических структур к их восприятию раздражители можно разделить на адекватные и неадекватные. Адекватными называются раздражители, к восприятию которых биологическая структура специально приспособлена в процессе эволюции. Например, адекватным раздражителем для фоторецепторов является свет, для барорецепторов – изменение давления, для мышц – нервный импульс. Неадекватными называются такие раздражители, которые действуют на структуру, специально не приспособленную для их восприятия. Например, мышца может сокращаться под влиянием механического, теплового, электрического раздражений, хотя адекватным раздражителем для нее является нервный импульс. Пороговая сила неадекватных раздражителей во много раз превышает пороговую силу адекватных.

Возбуждение представляет собой сложную совокупность физических, химических и физико-химических процессов, в результате которых происходит быстрое и кратковременное изменение электрического потенциала мембраны.

Первые исследования электрической активности живых тканей были проведены Л. Гальвани. Он обратил внимание на сокращение мышц препарата задних лапок лягушки, подвешенной на медном крючке, при соприкосновении с железными перилами балкона (первый опыт Гальвани). На основании этих наблюдений им был сделал вывод, что сокращение лапок вызвано «животным электричеством», которое возникает в спинном мозге и передается по металлическим проводникам (крючку и перилам) к мышцам.

Физик А. Вольта, повторив этот опыт, пришел к другому заключению. Источником тока, по его мнению, является не спинной мозг и «животное электричество», а разность потенциалов, образующаяся в месте контакта разнородных металлов – меди и железа, а нервно-мышечный препарат лягушки является лишь проводником электричества. В ответ на эти возражения Л. Гальвани усовершенствовал опыт, исключив из него металлы. Он препарировал седалищный нерв вдоль бедра лапки лягушки, затем набрасывал нерв на мышцы голени, что вызывало сокращение мышцы (второй опыт Гальвани), тем самым доказав существование «животного электричества».

Позднее Дюбуа-Реймоном было установлено, что поврежденный участок мышцы имеет отрицательный заряд, а неповрежденный участок – положительный. При набрасывании нерва между поврежденным и неповрежденным участками мышцы возникает ток, который раздражает нерв и вызывает сокращение мышцы. Этот ток был назван током покоя, или током повреждения. Так было показано, что наружная поверхность мышечных клеток заряжена положительно по отношению к внутреннему содержимому.

Мембранный потенциал

В состоянии покоя между наружной и внутренней поверхностями мембраны клетки существует разность потенциалов, которая называется мембранным потенциалом (МП), или, если это клетка возбудимой ткани, – потенциалом покоя . Так как внутренняя сторона мембраны заряжена отрицательно по отношению к наружной, то, принимая потенциал наружного раствора за нуль, МП записывают со знаком «минус». Его величина у разных клеток колеблется от минус 30 до минус 100 мВ.

Первая теория возникновения и поддержания мембранного потенциала была разработана Ю.Бернштейном (1902). Исходя из того, что мембрана клеток обладает высокой проницаемостью для ионов калия и малой проницаемостью для других ионов, он показал, что величину мембранного потенциала можно определить, используя формулу Нернста:

где Е м – разность потенциалов между внутренней и наружной сторонами мембраны; Е к – равновесный потенциал для ионов калия; R – газовая постоянная; Т – абсолютная температура; n – валентность иона; F – число Фарадея; [К + ] вн – внутренняя и [К + ] н – наружная концентрация ионов калия.

В 1949-1952 гг. А.Ходжкин, Э.Хаксли, Б.Катц создали современную мембранно-ионную теорию, согласно которой мембранный потенциал обусловлен не только концентрацией ионов калия, но и натрия и хлора, а также неодинаковой проницаемостью для этих ионов мембраны клетки. Цитоплазма нервных и мышечных клеток содержит в 30-50 раз больше ионов калия, в 8-10 раз меньше ионов натрия и в 50 раз меньше ионов хлора, чем внеклеточная жидкость. Проницаемость мембраны для ионов обусловлена ионными каналами, макромолекулами белка, пронизывающими липидный слой. Одни каналы открыты постоянно, другие (потенциалозависимые) открываются и закрываются в ответ на изменения МП. Потенциалозависимые каналы подразделяются на натриевые, калиевые, кальциевые и хлорные. В состоянии физиологического покоя мембрана нервных клеток в 25 раз более проницаема для ионов калия, чем для ионов натрия.

Таким образом, согласно обновленной мембранной теории асимметричное распределение ионов по обе стороны мембраны и связанное с этим создание и поддержание мембранного потенциала обусловлено как избирательной проницаемостью мембраны для различных ионов, так и их концентрацией по обе стороны от мембраны, а более точно величину мембранного потенциала можно рассчитать по формуле:

где Р К, P Na , Р С l – проницаемость для ионов калия, натрия и хлора.

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. Переход ионов калия и натрия через мембрану по их концентрационному градиенту в конечном итоге должен был бы привести к выравниванию концентрации этих ионов внутри клетки и в окружающей ее среде. Но в живых клетках этого не происходит, так как 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.

Если раздражать нейрон через электрод, находящийся в цитоплазме, кратковременными импульсами деполяризующего электрического тока различной величины, то, регистрируя через другой электрод изменения мембранного потенциала, можно наблюдать следующие биоэлектрические реакции: электротонический потенциал, локальный ответ и потенциал действия (рис. 1).

Рис. 1. Изменение мембранного потенциала под влиянием деполяризующих и гиперполяризующих раздражений: a – электротонический потенциал; б – локальный ответ; в – потенциал действия; г – гиперполяризация; д – раздражения.

Если наносятся раздражения, величина которых не превышает 0,5 величины порогового раздражения, то деполяризация мембраны наблюдается только во время действия раздражителя. Это пассивная электротоническая деполяризация (электротонический потенциал). Развитие и исчезновение электротонического потенциала происходит по экспоненте (возрастает) и определяется параметрами раздражающего тока, а также свойствами мембраны (ее сопротивлением и емкостью). Во время развития электротонического потенциала проницаемость мембраны для ионов практически не изменяется.

Локальный ответ. 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. Локальный ответ является экспериментальным феноменом, однако по перечисленным выше свойствам он близок к таким явлениям, как процесс местного нераспространяющегося возбуждения и возбуждающего постсинаптического потенциала (ВПСП), который возникает под влиянием деполяризующего действия возбуждающих медиаторов.

Потенциал действия

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 500 раз (превышая проницаемость для ионов калия в 20 раз). 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 (генерации ПД) лежит повышение проводимости мембраны для натрия, вызываемое ее деполяризацией до порогового (критического) 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 развитии потенциала действия происходят фазные изменения возбудимости ткани (рис. 2). Состоянию исходной поляризации мембраны (мембранный потенциал покоя) соответствует нормальный уровень возбудимости. В период предспайка возбудимость ткани повышена. Эта фаза возбудимости получила название повышенной возбудимости (первичной экзальтации). В это время мембранный потенциал приближается к критическому уровню деполяризации, поэтому дополнительный стимул, даже если он меньше порогового, может довести мембрану до критического уровня деполяризации. В период развития спайка (пикового потенциала) идет лавинообразное поступление ионов натрия внутрь клетки, в результате чего происходит перезарядка мембраны и она утрачивает способность отвечать возбуждением на раздражители даже сверхпороговой силы. Эта фаза возбудимости получила название абсолютной рефрактерности (абсолютной невозбудимости). Она длится до конца перезарядки мембраны и возникает в связи с тем, что натриевые каналы инактивируются.

Рис.2. Соотношение одиночного цикла возбуждения (А) и фаз возбудимости (Б).

Для А: а – мембранный потенциал покоя; б – локальный ответ или ВПСП; в – восходящая фаза потенциала действия (деполяризация и инверсии); г – нисходящая фаза потенциала действия (реполяризация); д – отрицательный следовой потенциал (следовая деполяризация); е – положительный следовой потенциал (следовая гиперполяризация).

Для Б: а – исходный уровень возбудимости; б – фаза повышенной возбудимости; в – фаза абсолютной рефрактерности; г – фаза относительной рефрактерности; д – фаза супернормальной возбудимости; е – фаза субнормальной возбудимости.

После окончания фазы перезарядки мембраны возбудимость ее постепенно восстанавливается до исходного уровня – фаза относительной рефрактерности . Она продолжается до восстановления заряда мембраны, достигая величины критического уровня деполяризации. Так как в этот период мембранный потенциал покоя еще не восстановлен, то возбудимость ткани понижена и новое возбуждение может возникнуть только при действии сверхпорогового раздражителя.

Снижение возбудимости в фазу относительной рефрактерности связано с частичной инактивацией натриевых каналов и активацией калиевых. Периоду отрицательного следового потенциала соответствует повышенный уровень возбудимости (фаза вторичной экзальтации). Так как мембранный потенциал в эту фазу ближе к критическому уровню деполяризации по сравнению с состоянием покоя (исходной поляризацией), то порог раздражения снижен и новое возбуждение может возникнуть при действии раздражителей подпороговой силы.

В период развития положительного следового потенциала возбудимость ткани понижена – фаза субнормальной возбудимости (вторичной рефрактерности). В эту фазу мембранный потенциал увеличивается (состояние гиперполяризации мембраны), удаляясь от критического уровня деполяризации, порог раздражения повышается и новое возбуждение может возникнуть только при действии раздражителей сверхпороговой величины. Рефрактерность мембраны является следствием того, что натриевый канал состоит из собственно канала (транспортной части) и воротного механизма, который управляется электрическим полем мембраны. В канале предполагают наличие двух типов «ворот» – быстрых активационных (m) и медленных инактивационных (h). «Ворота» могут быть полностью открыты или закрыты, например, в натриевом канале в состоянии покоя «ворота» m закрыты, а «ворота» h – открыты. При уменьшении заряда мембраны (деполяризации) в начальный момент «ворота» m и h открыты – канал способен проводить ионы. Через открытые каналы ионы движутся по концентрационному и электрохимическому градиенту. Затем инактивационные «ворота» закрываются, т.е. канал инактивируется. По мере восстановления МП инактивационные «ворота» медленно открываются, а активационные быстро закрываются и канал возвращается в исходное состояние. Следовая гиперполяризация мембраны может возникать вследствие трех причин: во-первых, продолжающимся выходом ионов калия; во-вторых, открытием каналов для хлора и поступлением этих ионов в клетку; в-третьих, усиленной работой натрий-калиевого насоса.

Законы раздражения возбудимых тканей

Эти законы отражают определенную зависимость между действием раздражителя и ответной реакцией возбудимой ткани. К законам раздражения относятся: закон силы, закон раздражения Дюбуа-Реймона (аккомодации), закон силы-времени (силы-длительности).

Закон силы: чем больше сила раздражителя, тем больше величина ответной реакции. В соответствии с этим законом функционирует скелетная мышца. Амплитуда ее сокращений постепенно увеличивается с увеличением силы раздражителя вплоть до достижения максимальных значений. Это обусловлено тем, что скелетная мышца состоит из множества мышечных волокон, имеющих различную возбудимость. На пороговые раздражители отвечают только волокна, имеющие самую высокую возбудимость, амплитуда мышечного сокращения при этом минимальна. Увеличение силы раздражителя приводит к постепенному вовлечению волокон, имеющих меньшую возбудимость, поэтому амплитуда сокращения мышцы усиливается. Когда в реакции участвуют все мышечные волокна данной мышцы, дальнейшее повышение силы раздражителя не приводит к увеличению амплитуды сокращения.

Закон раздражения Дюбуа-Реймона (аккомодации): стимулирующее действие постоянного тока зависит не только от абсолютной величины силы тока, но и от скорости нарастания тока во времени. При действии медленно нарастающего тока возбуждение не возникает, так как происходит приспособление возбудимой ткани к действию этого раздражителя, что получило название аккомодации. Аккомодация обусловлена тем, что при действии медленно нарастающего раздражителя в мембране происходит повышение критического уровня деполяризации. При снижении скорости нарастания силы раздражителя до некоторого минимального значения ПД не возникает, так как деполяризация мембраны является пусковым стимулом к началу двух процессов: быстрого, ведущего к повышению натриевой проницаемости и тем самым обусловливающего возникновение потенциала действия, и медленного, приводящего к инактивации натриевой проницаемости и как следствие этого – к окончанию потенциала действия. При быстром нарастании стимула повышение натриевой проницаемости успевает достичь значительной величины прежде, чем наступит инактивация натриевой проницаемости. При медленном нарастании тока на первый план выступают процессы инактивации, приводящие к повышению порога генерации ПД. Способность к аккомодации различных структур неодинакова. Наиболее высокая она у двигательных нервных волокон, а наиболее низкая у сердечной мышцы, гладких мышц кишечника, желудка.

Рис.3. Зависимость между силой тока и временем его действия: А – реобаза; Б – удвоенная реобаза; В – кривая силы времени; а – полезное время действия тока; б – хронаксия

Закон силы-времени: раздражающее действие постоянного тока зависит не только от его величины, но и от времени, в течение которого он действует. Чем больше ток, тем меньше времени он должен действовать на возбудимые ткани, чтобы вызвать возбуждение (рис.3). Исследования зависимости силы-длительности показали, что она имеет гиперболический характер. Ток меньше некоторой минимальной величины не вызывает возбуждение, как бы длительно он не действовал, и чем короче импульсы тока, тем меньшую раздражающую способность они имеют. Причиной такой зависимости является мембранная емкость. Очень «короткие» токи не успевают разрядить эту емкость до критического уровня деполяризации. Минимальная величина тока, способная вызвать возбуждение при неограниченно длительном его действии, называется реобазой. Время, в течение которого ток, равный реобазе, вызывает возбуждение, называется полезным временем . Хронаксия – минимальное время, в течение которого ток, равный двум реобазам, вызывает ответную реакцию.

Литература

1. Физиология человека / Под ред. Покровского В.М., Коротько Г.Ф. – М.: Медицина, 2003. – 656 с.

2. Филимонов В.И. Руководство по общей и клинической физиологии. – М.: Медицинское информационное агентство, 2002. – 958 с.

3. Фундаментальная и клиническая физиология / Под ред. А.Г.Камкина, А.А.Каменского. – М.: Academia, 2004. – 1072 с.

Законы устанавливают зависимость ответной реакции ткани от параметров раздражителя. Эта зависимость характерна для высоко организованных тканей. Существуют три закона раздражения возбудимых тканей:

1) закон силы раздражения;

2) закон длительности раздражения;

3) закон градиента раздражения.

Закон силы раздражения устанавливает зависимость ответной реакции от силы раздражителя. Эта зависимость неодинакова для отдельных клеток и для целой ткани. Для одиночных клеток зависимость называется «все или ничего». Характер ответной реакции зависит от достаточной пороговой величины раздражителя. При воздействии подпороговой величиной раздражения ответной реакции возникать не будет (ничего). При достижении раздражения пороговой величины возникает ответная реакция, она будет одинакова при действии пороговой и любой сверхпороговой величины раздражителя (часть закона – все).

Для совокупности клеток (для ткани) эта зависимость иная, ответная реакция ткани прямо пропорциональна до определенного предела силе наносимого раздражения. Увеличение ответной реакции связано с тем, что увеличивается количество структур, вовлекающихся в ответную реакцию.

Закон длительности раздражений . Ответная реакция ткани зависит от длительности раздражения, но осуществляется в определенных пределах и носит прямо пропорциональный характер. Существует зависимость между силой раздражения и временем его действия. Эта зависимость выражается в виде кривой силы и времени. Эта кривая называется кривой Гоорвега-Вейса-Лапика. Кривая показывает, что каким бы сильным ни был бы раздражитель, он должен действовать определенный период времени. Если временной отрезок маленький, то ответная реакция не возникает. Если раздражитель слабый, то бы как длительно он ни действовал, ответная реакция не возникает. Сила раздражителя постепенно увеличивается, и в определенный момент возникает ответная реакция ткани. Эта сила достигает пороговой величины и называется реобазой (минимальной силой раздражения, которая вызывает первичную ответную реакцию). Время, в течение которого действует ток, равный реобазе, называется полезным временем.

Закон градиента раздражения . Градиент – это крутизна нарастания раздражения. Ответная реакция ткани зависит до определенного предела от градиента раздражения. При сильном раздражителе примерно на третий раз нанесения раздражения ответная реакция возникает быстрее, так как она имеет более сильный градиент. Если постепенно увеличивать порог раздражения, то в ткани возникает явление аккомодации. Аккомодация – это приспособление ткани к медленно нарастающему по силе раздражителю. Это явление связано с быстрым развитием инактивации Na-каналов. Постепенно происходит увеличение порога раздражения, и раздражитель всегда остается подпороговым, т. е. порог раздражения увеличивается.

Законы раздражения возбудимых тканей объясняют зависимость ответной реакции от параметров раздражителя и обеспечивают адаптацию организмов к факторам внешней и внутренней среды.

Конец работы -

Эта тема принадлежит разделу:

Лекция № 1

Нормальная физиология биологическая дисциплина изучающая.. функции целостного организма и отдельных физиологических систем например.. функции отдельных клеток и клеточных структур входящих в состав органов и тканей например роль миоцитов и..

Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ:

Что будем делать с полученным материалом:

Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:

Твитнуть

Все темы данного раздела:

Физиологическая характеристика возбудимых тканей
Основным свойством любой ткани является раздражимость, т. е. способность ткани изменять свои физиологические свойства и проявлять функциональные отправления в ответ на действие раз

Понятие о состоянии покоя и активности возбудимых тканей
О состоянии покояв возбудимых тканях говорят в том случае, когда на ткань не действует раздражитель из внешней или внутренней среды. При этом наблюдается относительно постоянный ур

Физико-химические механизмы возникновения потенциала покоя
Мембранный потенциал (или потенциал покоя) – это разность потенциалов между наружной и внутренней поверхностью мембраны в состоянии относительного физиологического покоя. Потенциал покоя возникает

Физико-химические механизмы возникновения потенциала действия
Потенциал действия– это сдвиг мембранного потенциала, возникающий в ткани при действии порогового и сверхпорогового раздражителя, что сопровождается перезарядкой клеточной мембраны

Высоковольтный пиковый потенциал (спайк)
Пик потенциала действия является постоянным компонентом потенциала действия. Он состоит из двух фаз: 1) восходящей части – фазы деполяризации; 2) нисходящей части – фазы реполяриз

Физиология нервов и нервных волокон. Типы нервных волокон
Физиологические свойства нервных волокон: 1) возбудимость– способность приходить в состояние возбуждения в ответ на раздражение; 2) проводимость–

Механизмы проведения возбуждения по нервному волокну. Законы проведения возбуждения по нервному волокну
Механизм проведения возбуждения по нервным волокнам зависит от их типа. Существуют два типа нервных волокон: миелиновые и безмиелиновые. Процессы метаболизма в безмиелиновых волокнах не об

Закон изолированного проведения возбуждения
Существует ряд особенностей распространения возбуждения в периферических, мякотных и безмякотных нервных волокнах. В периферических нервных волокнах возбуждение передается только вдоль нер

Физические и физиологические свойства скелетных, сердечной и гладких мышц
По морфологическим признакам выделяют три группы мышц: 1) поперечно-полосатые мышцы (скелетные мышцы); 2) гладкие мышцы; 3) сердечную мышцу (или миокард).

Физиологические особенности гладких мышц
Гладкие мышцы имеют те же физиологические свойства, что и скелетные мышцы, но имеют и свои особенности: 1) нестабильный мембранный потенциал, который поддерживает мышцы в состоянии постоян

Электрохимический этап мышечного сокращения
1. Генерация потенциала действия. Передача возбуждения на мышечное волокно происходит с помощью ацетилхолина. Взаимодействие ацетилхолина (АХ) с холинорецепторами приводит к их активации и появлени

Хемомеханический этап мышечного сокращения
Теория хемомеханического этапа мышечного сокращения была разработана О. Хаксли в 1954 г. и дополнена в 1963 г. М. Девисом. Основные положения этой теории: 1) ионы Ca запускают механизм мыш

ХР-ХЭ-ХР-ХЭ-ХР-ХЭ
ХР + АХ = МПКП – миниатюрные потенциалы концевой пластины. Затем происходит суммация МПКП. В результате суммации образуется ВПСП – возбуждающий постсинаптический п

Норадреналин, изонорадреналин, адреналин, гистамин являются как тормозными, так и возбуждающими
АХ (ацетилхолин)является самым распространенным медиатором в ЦНС и в периферической нервной системе. Содержание АХ в различных структурах нервной системы неодинаково. С филогенетич

Основные принципы функционирования ЦНС. Строение, функции, методы изучения ЦНС
Основным принципом функционирования ЦНС является процесс регуляции, управления физиологическими функциями, которые направлены на поддержание постоянства свойств и состава внутренней среды организма

Нейрон. Оособенности строения, значение, виды
Структурной и функциональной единицей нервной ткани является нервная клетка – нейрон. Нейрон – специализированная клетка, которая способна принимать, кодировать, передават

Рефлекторная дуга, ее компоненты, виды, функции
Деятельность организма – закономерная рефлекторная реакция на стимул. Рефлекс– реакция организма на раздражение рецепторов, которая осуществляется с участием ЦНС. Структурной основ

Функциональные системы организма
Функциональная система– временное функциональное объединение нервных центров различных органов и систем организма для достижения конечного полезного результата. Полезный р

Координационная деятельность ЦНС
Координационная деятельность (КД) ЦНС представляет собой согласованную работу нейронов ЦНС, основанную на взаимодействии нейронов между собой. Функции КД: 1) обес

Виды торможения, взаимодействие процессов возбуждения и торможения в ЦНС. Опыт И. М. Сеченова
Торможение– активный процесс, возникающий при действии раздражителей на ткань, проявляется в подавлении другого возбуждения, функционального отправления ткани нет. Торможе

Методы изучения ЦНС
Существуют два большие группы методов изучения ЦНС: 1) экспериментальный метод, который проводится на животных; 2) клинический метод, который применим к человеку. К числу

Физиология спинного мозга
Спинной мозг – наиболее древнее образование ЦНС. Характерная особенность строения – сегментарность. Нейроны спинного мозга образуют его серое веществов ви

Структурные образования заднего мозга
1. V–XII пара черепных нервов. 2. Вестибулярные ядра. 3. Ядра ретикулярной формации. Основные функции заднего мозга проводниковая и рефлекторная. Через задний мо

Физиология промежуточного мозга
В состав промежуточного мозга входят таламус и гипоталамус, они связывают ствол мозга с корой большого мозга. Таламус– парное образование, наиболее крупное скопление серог

Физиология ретикулярной формации и лимбической системы
Ретикулярная формация ствола мозга– скопление полиморфных нейронов по ходу ствола мозга. Физиологическая особенность нейронов ретикулярной формации: 1) самопроизв

Физиология коры больших полушарий
Высшим отделом ЦНС является кора больших полушарий, ее площадь составляет 2200 см2. Кора больших полушарий имеет пяти-, шестислойное строение. Нейроны представлены сенсорными, м

Совместная работа больших полушарий и их асимметрия
Для совместной работы полушарий имеются морфологические предпосылки. Мозолистое тело осуществляет горизонтальную связь с подкорковыми образованиями и ретикулярной формацией ствола мозга. Таким обра

Анатомические свойства
1. Трехкомпонентное очаговое расположение нервных центров. Низший уровень симпатического отдела представлен боковыми рогами с VII шейного по III–IV поясничные позвонки, а парасимпатического – крест

Физиологические свойства
1. Особенности функционирования вегетативных ганглиев. Наличие феномена мультипликации (одновременного протекания двух противоположных процессов – дивергенции и конвергенции). Дивергенция – расхожд

Функции симпатической, парасимпатической и метсимпатической видов нервной системы
Симпатическая нервная системаосуществляет иннервацию всех органов и тканей (стимулирует работу сердца, увеличивает просвет дыхательных путей, тормозит секреторную, моторную и всасы

Общие представления об эндокринных железах
Железы внутренней секреции– специализированные органы, не имеющие выводных протоков и выделяющие секрет в кровь, церебральную жидкость, лимфу через межклеточные щели. Эндо

Свойства гормонов, механизм их действия
Выделяют три основных свойства гормонов: 1) дистантный характер действия (органы и системы, на которые действует гормон, расположены далеко от места его образования); 2) строгую с

Синтез, секреция и выделение гормонов из организма
Биосинтез гормонов– цепь биохимический реакций, которые формируют структуру гормональной молекулы. Эти реакции протекают спонтанно и генетически закреплены в соответствующих эндокр

Регуляция деятельности эндокринных желез
Все процессы, происходящие в организме, имеют специфические механизмы регуляции. Один из уровней регуляции – внутриклеточный, действующий на уровне клетки. Как и многие многоступенчатые биохимическ

Гормоны передней доли гипофиза
Гипофиз занимает особое положение в системе эндокринных желез. Его называют центральной железой, так как за счет его тропных гормонов регулируется деятельность других эндокринных желез. Гипофиз – с

Гормоны средней и задней долей гипофиза
В средней доле гипофиза вырабатывается гормон меланотропин(интермедин), который оказывает влияние на пигментный обмен. Задняя доля гипофиза тесно связана с супраоптическим

Гипоталамическая регуляция образования гормонов гипофиза
Нейроны гипоталамуса вырабатывают нейросекрет. Продукты нейросекреции, которые способствуют образованию гормонов передней доли гипофиза, называются либеринами, а тормозящие их образование – статина

Гормоны эпифиза, тимуса, паращитовидных желез
Эпифиз находится над верхними буграми четверохолмия. Значение эпифиза крайне противоречиво. Из его ткани выделены два соединения: 1) мелатонин(принимает участие в регуляци

Гормоны щитовидной железы. Йодированные гормоны. Тиреокальцитонин. Нарушение функции щитовидной железы
Щитовидная железа расположена с обеих сторон трахеи ниже щитовидного хряща, имеет дольчатое строение. Структурной единицей является фолликул, заполненный коллоидом, где находится йодсодержащий бело

Гормоны поджелудочной железы. Нарушение функции поджелудочной железы
Поджелудочная железа – железа со смешанной функцией. Морфологической единицей железы служат островки Лангерганса, преимущественно они расположены в хвосте железы. Бета-клетки островков вырабатывают

Нарушение функции поджелудочной железы
Уменьшение секреции инсулина приводит к развитию сахарного диабета, основными симптомами которого являются гипергликемия, глюкозурия, полиурия (до 10 л в сутки), полифагия (усиленный аппетит), поли

Гормоны надпочечников. Глюкокортикоиды
Надпочечники – парные железы, расположенные над верхними полюсами почек. Они имеют важное жизненное значение. Различают два типа гормонов: гормоны коркового слоя и гормоны мозгового слоя.

Физиологическое значение глюкокортикоидов
Глюкокортикоиды влияют на обмен углеводов, белков и жиров, усиливают процесс образования глюкозы из белков, повышают отложение гликогена в печени, по своему действию являются антагонистами инсулина

Регуляция образования глюкокортикоидов
Важную роль в образовании глюкокортикоидов играет кортикотропин передней доли гипофиза. Это влияние осуществляется по принципу прямых и обратных связей: кортикотропин повышает продукцию глюкокортик

Гормоны надпочечников. Минералокортикоиды. Половые гормоны
Минералокортикоиды образуются в клубочковой зоне коры надпочечников и принимают участие в регуляции минерального обмена. К ним относятся альдостерони дезоксикортикостерон

Регуляция образования минералокортикоидов
Регуляция секрета и образования альдостерона осуществляется системой «ренин-ангиотензин». Ренин образуется в специальных клетках юкстагломерулярного аппарата афферентных артериол почки и выделяется

Значение адреналина и норадреналина
Адреналин выполняет функцию гормона, он поступает в кровь постоянно, при различных состояниях организма (кровопотере, стрессе, мышечной деятельности) происходит увеличение его образования и выделен

Половые гормоны. Менструальный цикл
Половые железы (семенники у мужчин, яичники у женщин) относятся к железам со смешанной функцией, внутрисекреторная функция проявляется в образовании и секреции половых гормонов, которые непосредств

Менструальный цикл включает четыре периода
1. Предовуляционный (с пятого по четырнадцатый день). Изменения обусловлены действием фоллитропина, в яичниках происходит усиленное образование эстрогенов, они стимулируют рост матки, разрастание с

Гормоны плаценты. Понятие о тканевых гормонах и антигормонах
Плацента – уникальное образование, которое связывает материнский организм с плодом. Она выполняет многочисленные функции, в том числе метаболическую и гормональную. Она синтезирует гормоны двух гру

Понятие о высшей и низшей нервной деятельности
Низшая нервная деятельность представляет собой интегративную функцию спинного и ствола головного мозга, которая направлена на регуляцию вегетативно-висцеральных рефлексов. С ее помощью обеспечивают

Образование условных рефлексов
Для образования условных рефлексов необходимы определенные условия. 1. Наличие двух раздражителей – индифферентного и безусловного. Это связано с тем, что адекватный раздражитель вызовет б

Торможение условных рефлексов. Понятие о динамическом стереотипе
В основе этого процесса лежат два механизма: безусловное (внешнее) и условное (внутреннее) торможение. Безусловное торможение возникает мгновенно вследствие прекращения ус

Понятие о типах нервной системы
Тип нервной системы напрямую зависит от интенсивности процессов торможения и возбуждения и условий, необходимых для их выработки. Тип нервной системы– это совокупность процессов, п

Понятие о сигнальных системах. Этапы образования сигнальных систем
Сигнальная система– набор условно-рефлекторных связей организма с окружающей средой, который впоследствии служит основой для формирования высшей нервной деятельности. По времени об

Компоненты системы кровообращения. Круги кровообращения
Система кровообращения состоит из четырех компонентов: сердца, кровеносных сосудов, органов – депо крови, механизмов регуляции. Система кровообращения является составляющим компонентом сер

Морфофункциональные особенности сердца
Сердце является четырехкамерным органом, состоящим из двух предсердий, двух желудочков и двух ушек предсердий. Именно с сокращения предсердий и начинается работа сердца. Масса сердца у взрослого че

Физиология миокарда. Проводящая система миокарда. Свойства атипического миокарда
Миокард представлен поперечно-полосатой мышечной тканью, состоящей из отдельных клеток – кардиомиоцитов, соединенных между собой с помощью нексусов, и образующих мышечное волокно миокарда. Таким об

Автоматия сердца
Автоматия– это способность сердца сокращаться под влиянием импульсов, возникающих в нем самом. Обнаружено, что в клетках атипического миокарда могут генерироваться нервные импульсы

Энергетическое обеспечение миокарда
Для работы сердца как насоса необходимо достаточное количество энергии. Процесс обеспечения энергией складывается из трех этапов: 1) образования; 2) транспорта;

АТФ-АДФ-трансферазы и креатинфосфокиназы
АТФ путем активного транспорта при участии фермента АТФ-АДФ-трансферазы переносится на наружную поверхность мембраны митохондрий и с помощью активного центра креатинфосфокиназы и ионов Mg доставляю

Коронарный кровоток, его особенности
Для полноценной работы миокарда необходимо достаточное поступление кислорода, которое обеспечивают коронарные артерии. Они начинаются у основания дуги аорты. Правая коронарная артерия кровоснабжает

Рефлекторные влияния на деятельность сердца
За двустороннюю связь сердца с ЦНС отвечают так называемые кардиальные рефлексы. В настоящее время выделяют три рефлекторных влияния – собственные, сопряженные, неспецифические. Собственны

Нервная регуляция деятельности сердца
Нервная регуляция характеризуется рядом особенностей. 1. Нервная система оказывает пусковое и корригирующее влияние на работу сердца, обеспечивая приспособление к потребностям организма.

Гуморальная регуляция деятельности сердца
Факторы гуморальной регуляции делят на две группы: 1) вещества системного действия; 2) вещества местного действия. К веществам системного действияотносят

Сосудистый тонус и его регуляция
Сосудистый тонус в зависимости от происхождения может быть миогенным и нервным. Миогенный тонус возникает, когда некоторые гладкомышечные клетки сосудов начинают спонтанно генерировать нер

Функциональная система, поддерживающая на постоянном уровне величину кровяного давления
Функциональная система, поддерживающая на постоянном уровне величину кровяного давления, – временная совокупность органов и тканей, формирующаяся при отклонении показателей с целью

Гистогематический барьер и его физиологическая роль
Гистогематический барьер– это барьер между кровью и тканью. Впервые были обнаружены советскими физиологами в 1929 г. Морфологическим субстратом гистогематического барьера является

Сущность и значение процессов дыхания
Дыхание является наиболее древним процессом, с помощью которого осуществляется регенерация газового состава внутренней среды организма. В результате органы и ткани снабжаются кислородом, а отдают у

Аппарат внешнего дыхания. Значение компонентов
У человека внешнее дыхание осуществляется с помощью специального аппарата, основная функция которого заключается в обмене газов между организмом и внешней средой. Аппарат внешнего дыхания

Механизм вдоха и выдоха
У взрослого человека частота дыхания составляет примерно 16–18 дыхательных движений в минуту. Она зависит от интенсивности обменных процессов и газового состава крови. Дыхательный

Понятие о паттерне дыхания
Паттерн– совокупность временных и объемных характеристик дыхательного центра, таких как: 1) частота дыхания; 2) продолжительность дыхательного цикла; 3)

Физиологическая характеристика дыхательного центра
По современным представлениям дыхательный центр– это совокупность нейронов, обеспечивающих смену процессов вдоха и выдоха и адаптацию системы к потребностям организма. Выделяют нес

Гуморальная регуляция нейронов дыхательного центра
Впервые гуморальные механизмы регуляции были описаны в опыте Г. Фредерика в 1860 г., а затем изучались отдельными учеными, в том числе И. П. Павловым и И. М. Сеченовым. Г. Фредерик провел

Нервная регуляция активности нейронов дыхательного центра
Нервная регуляция осуществляется в основном рефлекторными путями. Выделяют две группы влияний – эпизодические и постоянные. К постоянным относятся три вида: 1) от периферических х

Гомеостаз. Биологические константы
Понятие о внутренней среде организма было введено в 1865 г. Клодом Бернаром. Она представляет собой совокупность жидкостей организма, омывающих все органы и ткани и принимающих участие в обменных п

Понятие о системе крови, ее функции и значение. Физико-химические свойства крови
Понятие системы крови было введено в 1830-х гг. Х. Лангом. Кровь – это физиологическая система, которая включает в себя: 1) периферическую (циркулирующую и депонированную) кровь;

Плазма крови, ее состав
Плазма составляет жидкую часть крови и является водно-солевым раствором белков. Состоит на 90–95 % из воды и на 8-10 % из сухого остатка. В состав сухого остатка входят неорганические и органически

Физиология эритроцитов
Эритроциты – красные кровяные тельца, содержащие дыхательный пигмент – гемоглобин. Эти безъядерные клетки образуются в красном костном мозге, а разрушаются в селезенке. В зависимости от размеров де

Виды гемоглобина и его значение
Гемоглобин относится к числу важнейших дыхательных белков, принимающих участие в переносе кислорода от легких к тканям. Он является основным компонентом эритроцитов крови, в каждом из них содержитс

Физиология лейкоцитов
Лейкоциты– ядросодержащие клетки крови, размеры которых от 4 до 20 мкм. Продолжительность их жизни сильно варьируется и составляет от 4–5 до 20 дней для гранулоцитов и до 100 дней

Физиология тромбоцитов
Тромбоциты– безъядерные клетки крови, диаметром 1,5–3,5 мкм. Они имеют уплощенную форму, и их количество у мужчин и женщин одинаково и составляет 180–320 × 109/л.

Иммунологические основы определения группы крови
Карл Ландштайнер обнаружил, что эритроциты одних людей склеиваются плазмой крови других людей. Ученый установил существование в эритроцитах особых антигенов – агглютиногенов и предположил наличие в

Антигенная система эритроцитов, иммунный конфликт
Антигены – высокомолекулярные полимеры естественного или искусственного происхождения, которые несут признаки генетически чужеродной информации. Антитела – это иммуноглобулины, образующиес

Структурные компоненты гемостаза
Гемостаз– сложная биологическая система приспособительных реакций, обеспечивающая сохранение жидкого состояния крови в сосудистом русле и остановку кровотечений из поврежденных сос

Функции системы гемостаза
1. Поддержание крови в сосудистом русле в жидком состоянии. 2. Остановка кровотечения. 3. Опосредование межбелковых и межклеточных взаимодействий. 4. Опсоническая – очист

Механизмы образования тромбоцитарного и коагуляционного тромба
Сосудисто-тромбоцитарный механизм гемостаза обеспечивает остановку кровотечения в мельчайших сосудах, где имеются низкое кровяное давление и малый просвет сосудов. Остановка кровотечения может прои

Факторы свертывания крови
В процессе свертывания крови принимают участие много факторов, они называются факторами свертывания крови, содержатся в плазме крови, форменных элементах и тканях. Плазменные факторы свертывания кр

Фазы свертывания крови
Свертывание крови– это сложный ферментативный, цепной (каскадный), матричный процесс, сущность которого состоит в переходе растворимого белка фибриногена в нерастворимый белок фибр

Физиология фибринолиза
Система фибринолиза– ферментативная система, расщепляющая нити фибрина, которые образовались в процессе свертывания крови, на растворимые комплексы. Система фибринолиза полностью п

Процесс фибринолиза проходит в три фазы
Во время I фазы лизокиназы, поступая в кровь, приводят проактиватор плазминогена в активное состояние. Эта реакция осуществляется в результате отщепления от проактиватора ряда аминокислот.

Почки выполняют в организме ряд функций
1. Регулируют объем крови и внеклеточной жидкости (осуществляют волюморегуляцию), при увеличении объема крови волюморецепторы левого предсердия активируются: угнетается секреция антидиуретического

Строение нефрона
Нефрон– функциональная почечная единица, где происходит образование мочи. В состав нефрона входят: 1) почечное тельце (двустенная капсула клубочка, внутри

Механизм канальцевой реабсорбции
Реабсорбция– процесс обратного всасывания ценных для организма веществ из первичной мочи. В различных частях канальцев нефрона всасываются различные вещества. В проксимальном отдел

Понятие о системе пищеварения. Ее функции
Система пищеварения– сложная физиологическая система, обеспечивающая переваривание пищи, всасывание питательных компонентов и адаптацию этого процесса к условиям существования.

Типы пищеварения
Выделяют три типа пищеварения: 1) внеклеточное; 2) внутриклеточное; 3) мембранное. Внеклеточное пищеварение происходит за пределами клетки, кото

Секреторная функция системы пищеварения
Секреторная функция пищеварительных желез заключается в выделении в просвет желудочно-кишечного тракта секретов, принимающих участие в обработке пищи. Для их образования клетки должны получать опре

Моторная деятельность желудочно-кишечного тракта
Моторная деятельность представляет собой координированную работу гладких мышц желудочно-кишечного тракта и специальных скелетных мышц. Они лежат в три слоя и состоят из циркулярно расположенных мыш

Регуляция моторной деятельности желудочно-кишечного тракта
Особенностью моторной деятельности является способность некоторых клеток желудочно-кишечного тракта к ритмической спонтанной деполяризации. Это значит, что они могут ритмически возбуждаться. В резу

Механизм работы сфинктеров
Сфинктер– утолщение гладкомышечных слоев, за счет которых весь желудочно-кишечный тракт делится на определенные отделы. Существуют следующие сфинктеры: 1) кардиальный;

Физиология всасывания
Всасывание– процесс переноса питательных веществ из полости желудочно-кишечного тракта во внутреннюю среду организма – кровь и лимфу. Всасывание происходит на протяжении всего желу

Механизм всасывания воды и минеральных веществ
Всасывание осуществляется за счет физико-химический механизмов и физиологических закономерностей. В основе этого процесса лежат активный и пассивный виды транспорта. Большое значение имеет строение

Механизмы всасывания углеводов, жиров и белков
Всасывание углеводов происходит в виде конечных продуктов метаболизма (моно– и дисахаридов) в верхней трети тонкого кишечника. Глюкоза и галактоза поглощаются путем активного транспорта, причем вса

Механизмы регуляции процессов всасывания
Нормальная функция клеток слизистой оболочки желудочно-кишечного такта регулируется нейрогуморальными и местными механизмами. В тонком кишечнике основная роль принадлежит местному способу,

Физиология пищеварительного центра
Первые представления о строении и функциях пищевого центра были обобщены И. П. Павловым в 1911 г. По современным представлениям пищевой центр – это совокупность нейронов, расположенных на разных ур

нервный гормон пищеварительный сон

Законы раздражения отражают определенную зависимость между действием раздражителя и ответной реакцией возбудимой ткани. К законам раздражения относятся, закон силы, закон "все или ничего", закон аккомодации (Дюбуа-Реймона), закон силы-времени (силы-длительности), закон полярного действия постоянного тока, закон физиологического электротона.

Закон силы: чем больше сила раздражителя, тем больше величина ответной реакции. В соответствии с этим законом функционируют сложные структуры, например, скелетная мышца. Амплитуда ее сокращений от минимальных (пороговых) величин постепенно увеличивается с увеличением силы раздражителя до субмаксимальных и максимальных значений. Это обусловлено тем, что скелетная мышца состоит из множества мышечных волокон, имеющих различную возбудимость. Поэтому на пороговые раздражители отвечают только те мышечные волокна, которые имеют самую высокую возбудимость, амплитуд, мышечного сокращения при этом минимальна. С увеличением силы раздражителя в реакцию вовлекается все большее количество мышечных волокон, и амплитуда сокращения мышц все время увеличивается. Когда в реакцию вовлечены все мышечные волокна, составляющие данную мышцу, дальнейшее увеличение силы раздражителя не приводит к увеличению амплитуды сокращения.

Закон «все или ничего»: подпороговые раздражители не вызывают ответной реакции ("ничего"), на пороговые раздражители возникает максимальная ответная реакция ("все"). По закону "все или ничего" сокращаются сердечная мышца и одиночное мышечное волокно. Закон "все или ничего" не абсолютен. Во-первых, на раздражители подпороговой силы не возникает видимой ответной реакции, но в ткани происходят изменения мембранного потенциала покоя в виде возникновения местного возбуждения (локального ответа). Во-вторых, сердечная мышца, растянутая кровью, при наполнении ею камер сердца, реагирует по закону "все или ничего", но амплитуда ее сокращений будет больше по сравнению с сокращением сердечной мышцы, не растянутой кровью.

Закон раздражения - Дюбуа-Реймона (аккомодации) раздражающее действие постоянного тока зависит не только от абсолютной величины силы тока или его плотности, но и от скорости нарастания тока во времени. При действии медленно нарастающего раздражителя возбуждение не возникает, так как происходит приспосабливание возбудимой ткани к действию этого раздражителя, что получило название аккомодации. Аккомодация обусловлена тем, что при действии медленно нарастающего раздражителя в мембране возбудимой ткани происходит повышение критического уровня деполяризации. При снижении скорости нарастания силы раздражителя до некоторого минимального значения потенциал действия вообще не возникает. Причина заключается в том, что деполяризация мембраны является пусковым стимулом к началу двух процессов: быстрого, ведущего к повышению натриевой проницаемости, и тем самым обусловливающего возникновение потенциала действия, и медленного, приводящего к инактивации натриевой проницаемости и как следствие этого - окончанию потенциала действия. При быстром нарастании стимула повышение натриевой проницаемости успевает достичь значительной величины прежде, чем наступит инактивация натриевой проницаемости. При медленном нарастании тока на первый план выступают процессы инактивации, приводящие к повышению порога или ликвидации возможности генерировать ПД вообще. Способность к аккомодации различных структур неодинакова. Наиболее высокая она у двигательных нервных волокон, а наиболее низкая у сердечной мышцы, гладких мышц кишечника, желудка.

Закон силы-дительности: раздражающее действие постоянного тока зависит не только от его величины, но и от времени, в течение которого он действует. Чем больше ток, тем меньше времени он должен действовать для возникновения возбуждения.

Исследования зависимости силы-длительности показали, что последняя имеет гиперболический характер (рис. 3). Из этого следует, что ток ниже некоторой минимальной величины не вызывает возбуждение, как бы длительно он не действовал, и чем короче импульсы тока, тем меньшую раздражающую способность они имеют. Причиной такой зависимости является мембранная емкость. Очень "короткие" токи просто не успевают разрядить эту емкость до критического уровня деполяризации. Минимальная величина тока, способная вызвать возбуждение при неограниченно длительном его действии, называется реобазой. Время, в течение которого действует ток, равный реобазе,и вызывает возбуждение, называется полезным временем.

В связи с тем, что определение этого времени затруднено, было введено понятие хронаксия - минимальное время, в течение которого ток, равный двум реобазам, должен действова.ть на ткань, чтобы вызвать ответную реакцию. Определение хронаксии - хронаксиметрия - находит применение в клинике. Электрический ток, приложенный к мышце, проходит через как мышечные, так и нервные волокна и их окончания, находящиеся в этой мышце. Так как хронаксия нервных волокон значительно меньше хронаксии мышечных волокон, то при исследовании хронаксии мышцы практически получают хронаксию нервных волокон. Если нерв поврежден или произошла гибель соответствующих мотонейронов спинного мозга (это имеет место при полиомиелите и некоторых других заболеваниях), то поисходит перерождение нервных волокон и тогда определяется хронаксия уже мышечных волокон, которая имеет большую величину, чем нервных волокон.

Закон полярного действия постоянного тока: при замыкании тока возбуждение возникает под катодом, а при размыкании - под анодом. Прохождение постоянного электрического тока через нервное или мышечное волокно вызывает изменение мембранного потенциала покоя. Так, в области приложения к возбудимой ткани катода положительный потенциал на наружной стороне мембраны уменьшается, возникает деполяризация, которая быстро достигает критического уровня и вызывает возбуждение. В области же приложения анода положительный потенциал на наружной стороне мембраны возрастает, происходит гиперполяризация мембраны и возбуждение не возникает. Но при этом под анодом критический уровень деполяризации смещается к уровню потенциала покоя. Поэтому при размыкании цепи тока гиперполяризация на мембране исчезает, и потенциал покоя, возвращаясь к исходной величине, достигает смещенного критического уровня и возникает возбуждение.

Закон физиологического электротона: действие постоянного тока на ткань сопровождается изменением ее возбудимости. При прохождении постоянного тока через нерв или мышцу порог раздражения под катодом и соседних с ним участках понижается вследствие деполяризации мембраны - возбудимость повышается. В области приложения анода происходит повышение порога раздражения, т. е. снижение возбудимости вследствие гиперполяризации мембраны. Эти изменения возбудимости под катодом и анодом получили название электротона (электротоническое изменение возбудимости). Повышение возбудимости под катодом называется катэлектротоном, а снижение возбудимости под анодом - анэлектротоном.

При дальнейшем действии постоянного тока первоначальное повышение возбудимости под катодом сменяется ее понижением, развивается так называемая католическая депрессия. Первоначальное же снижение возбудимости под анодом сменяется ее повышением анодная экзальтация. При этом в области приложения катода происходит инактивация натриевых каналов, а в области действия анода происходит снижение калиевой проницаемости и ослабление исходной инактивации натриевой проницаемости.

Закон аккомодации. Раздражающее действие постоянного тока зависит не только от силы раздражителя, но и от быстроты изменения ее по времени

Это происходит потому, что раздражитель, быстро нарастающий по силе, вызывает открывание достаточного количества натриевых каналов, которое необходимо для достижения критического уровня деполяризации, а значит, и для возникновения возбуждения.

Раздражитель, медленно нарастающий во времени, также приводит к открытию натриевых каналов, но так как они не могут быть открытыми длительное время, то до достижения критического уровня деполяризации некоторые из них успевают закрыться (натриевая инактивация) и поэтому требуется больший по силе раздражитель, чтобы достичь КУД и вызвать возбуждение клетки. Это учитывается, в частности, при электростимуляции тканей, так как во всех электростимуляторах предусмотрена возможность подачи импульсов с разной степенью крутизны нарастания силы тока.

Следствием закона аккомодации является вывод, что раздражающее действие постоянного тока выражено только в фазу замыкания или размыкания. Во время прохождения по ткани ток не оказывает раздражающего действия. Но резкое изменение силы постоянного тока в цепи (при физиотерапевтической процедуре) может вызвать болезненные ощущения у пациента.

Полярный закон. При замыкании цепи постоянного тока возбуждение возбудимой ткани возникает под катодом, а при размыкании – под анодом. Обратите внимание, что в полярном законе речь идет о действии пороговых и сверхпороговых раздражителей!

Чтобы удобнее было анализировать причины описанных проявлений, рассмотрим три последовательно развивающихся состояния возбудимой ткани: при замыкании цепи электрического тока; при прохождении постоянного тока по ткани; при размыкании цепи постоянного тока.

При замыкании цепи постоянного тока поверхностная мембрана клетки деполяризуется под катодом до критического уровня деполяризации и поэтому здесь возникает возбуждение. В то же самое время под анодом будет гиперполяризация, а значит, возбуждение здесь возникнуть не может (рис. 21А).

При прохождении постоянного тока по ткани происходит поляризация электродов, т.е. под катодом на поверхности мембраны скапливаются катионы, а под анодом – анионы (рис. 21Б).

При размыкании цепи постоянного тока, скопившиеся на поверхности мембраны под катодом катионы вызывают гиперполяризацию, а значит, здесь возбуждение возникнуть не может. Под анодом скопившиеся на мембране анионы вызывают деполяризацию, достигающую критического уровня, и здесь возникает возбуждение (рис. 21В).Эту особенность действия постоянного тока на ткань используют в физиотерапии, а также при электростимуляции мышц и нервов.

ПОСМОТРЕТЬ ЕЩЕ:

ПОИСК ПО САЙТУ:

ПОХОЖИЕ СТАТЬИ:

1. 10 страница. Недопущение на сейм представителей мещан и крестьян, преобладание в нем влияния крупных феодалов делали его представительным органом только класса феодалов и
2. 13 страница. Коммунистическим партиям и другим национальным политическим организациям, стремившимся не только к разгрому оккупантов

Занятие 2. Свойства возбудимых тканей. Законы раздражения.

Вопросы для самоподготовки:

1. Одиночный цикл возбуждения и его фазы.

2. Изменение возбудимости клетки при развитии возбуждения. Рефрактерность.

3. Лабильность, ее физиологический смысл и значение.

4. Законы раздражения; сила и длительность раздражителя.

5. Законы раздражения; градиент раздражения.

6. Полярные законы раздражения

Базовая информация.

К возбудимым тканям относятся только те, клетки которых генерируют потенциал действия (ПД). Это мышечные и нервные клетки. Нередко к возбудимым тканям необоснованно относят и «железистую ткань», хотя железистой ткани нет, а имеются различные железы и железистый эпителий как вид тканей. В процессе активной деятельности железы в ней действительно регистрируются биоэлектрические явления, поскольку железа как орган состоит из различных клеток: соединительной ткани, эпителиальной, мышечной. ПД проводится по мембранам нервных и мышечных клеток, с его помощью передается информация и обеспечивается управление деятельностью клеток организма.

Невозбудимыми тканями являются эпителиальная и соединительная (собственно соединительная, ретикулярная, жировая, хрящевая, костная и гемотопоэтические ткани в совокупности с кровью), клетки этих тканей хотя и способны изменять свой мембранный потенциал, но не генерируют ПД при действии на них раздражителя.

Основными физиологическими свойствами возбудимых тканей являются: возбудимость, проводимость, рефрактерность, лабильность. Специфическим свойством мышечной ткани является сократимость.

Возбудимость - это свойство некоторых тканей генерировать потенциал действия (ПД) в ответ на раздражение. Развитие ПД возможно только при действии раздражителей, которые вызывают деполяризацию клеточной мембраны. Раздражители вызывающие гиперполяризацию мембран будут приводить к процессу обратному возбуждению – торможению.

Возбудимость может быть охарактеризована кривой потенциала действия, в которой выделяют несколько фаз (рис.1 А). Отметим, что единой терминологии в классификации этих фаз нет, поэтому будем использовать наиболее часто употребляемые названия.

Рис. 1. Изменение мембранного потенциала (А) и возбудимости клетки (Б) в разные фазы потенциала действия.

МВ – фаза местного возбуждения;

Д – фаза деполяризации;

Р Б – фаза быстрой реполяризации;

Р М – фаза медленной реполяризации;

Г – фаза следовой гиперполяризации;

Н – период нормальной возбудимости;

Р А – период абсолютной рефрактерности;

Р О – период относительной рефрактерности;

Н + – период первичной экзальтации;

Н ++ – период экзальтации;

Н – – период субнормальной возбудимости.

Вначале, под действием раздражителя, развивается местное возбуждение (фаза начальной деполяризации) – процесс медленной деполяризации мембраны от мембранного потенциала до критического уровня деполяризации (КУД). Если этот уровень не будет достигнут – ПД не формируется, а развивается только локальный ответ.

Разность между мембранным потенциалом покоя и критическим уровнем деполяризации называют пороговым потенциалом , его величина определяет возбудимость клетки – чем больше пороговый потенциал, тем меньше возбудимость клетки.

Время фазы начальной деполяризации очень короткое, на кривой ПД она регистрируется только при большой развертке, и чаще всего является составной частью общей фазы деполяризации . Эта фаза развивается при достижении КУД, за счет открытия всех потенциалчувствительных Na+ – каналов и лавинообразного входа ионов Na+ в клетку по градиенту концентрации (входящий натриевый ток). В результате, мембранный потенциал очень быстро уменьшается до 0, и даже приобретает положительное значение. Графически – это восходящая часть кривой потенциала действия. В результате инактивации Na+ – каналов и прекращения поступления Na+ в клетку, рост кривой ПД прекращается и начинается ее снижение. Явление изменения знака мембранного потенциала называют реверсией заряда мембраны.

По мнению некоторых исследователей, фаза деполяризации заканчивается уже тогда, когда мембранный потенциал становится равным нулю, и весь период, когда величина мембранного потенциала превышает величину 0 мВ, следует считать отдельной фазой реверсии, т.к. ионные токи, определяющие развитие этой части ПД, имеют характерные особенности.

Период времени, в течение которого мембранный потенциал имеет положительное значение, называется овершут .

Нисходящая част кривой ПД – фаза реполяризации . Она определяется выходящим калиевым током. Калий выходит через постоянно открытые каналы утечки, ток через которые резко возрастает из-за изменения электрического градиента вызванного нехваткой снаружи ионов Na+ и через потенциалочувствительные, управляемые К+- каналы, которые активируются на пике ПД.

Различают быструю и медленную реполяризацию. В начале фазы, когда активны оба типа каналов, реполяризация происходит быстро, к концу фазы, ворота потенциалочувствительных К+- каналов закрываются, интенсивность калиевого тока снижается и реполяризация замедляется. Она прекращается тогда, когда положительный заряд снаружи мембраны вырастет настолько, что окончательно затруднит выход калия из клетки.

Фазу медленной реполяризации называют иногда отрицательным следовым потенциалом, что не совсем верно, так как эта фаза не является потенциалом по определению и не является следовым процессом по механизму.

Фаза следовой гиперполяризации (следовой положительный потенциал) – увеличение мембранного потенциала выше величины потенциала покоя, которое наблюдается у нейронов. Развивается за счет остаточного калиевого тока и за счет прямого электрогенного эффекта активировавшейся Na + /K + АТФ-азы.

Механизм наблюдаемой иногда следовой деполяризации (следовой отрицательный потенциал) до конца не ясен.

Изменение возбудимости клетки при развитии возбуждения. Рефрактерность.

Возбудимость в различные фазы развития одного цикла возбуждения, вообще является переменной величиной. В ходе развития одного цикла возбуждения возбудимость изменяется в сторону, как повышения, так и понижения. Повышение возбудимости называется экзальтацией , понижение – рефрактерностью.

В изменении возбудимости от момента нанесения раздражения до завершения одиночного цикла возбуждения отмечается несколько периодов (фаз). (Рис.1. Б)

В период развития местного возбуждения наблюдается некоторое повышение возбудимости, которое получило название первичной экзальтации . Каждое нанесенное в это время дополнительное раздражение, по силе даже ниже порогового, ускоряет развитие местного потенциала. Это связано с тем, что пороговый потенциал уменьшается, и открытие воротного механизма Na + -каналов облегчается.

Как только местное возбуждение достигает критической величины и переходит в потенциал действия (фаза деполяризации), возбудимость начинает быстро снижаться и в точке пика потенциала практически становится равной нулю. Это связано с полной инактивацией Na + -каналов на пике ПД.

Время, в течение которого происходит это снижение возбудимости называется абсолютной рефрактерной фазой (периодом), а само снижение возбудимости – абсолютной рефрактерностью. Раздражение любой сверхпороговой силы, нанесенное в этот период, практически не может повлиять на развитие текущего возбуждения (потенциала действия).

В фазе реполяризации возбудимость мембраны последовательно восстанавливается, до исходного уровня, за счет постепенного восстановления активности инактивированных Na + -каналов. Пока активны не все каналы – то этот период называется относительной рефрактерной фазой , а состояние, в котором находится живой объект – относительной рефрактерностью. Эта фаза продолжается до восстановления заряда мембраны до величины, соответствующей критическому уровню деполяризации. Раздражение, нанесенное в этот период, может вызвать усиление возбуждения только в том случае, если по силе оно будет больше величины порогового потенциала Длительность относительной рефрактерной фазы может быть значительно больше, чем абсолютной.

Вслед за периодом относительной рефрактерности наступает фаза экзальтации (повышенной возбудимости). Это связано с тем что мембранный потенциал снижается до величины КУД, при которой восстанавливается активность большей части Na + каналов, а разница между величиной мембранного потенциала и КУД – пороговый потенциал – минимальна. В этой фазе может возникнуть повторная волна возбуждения даже на раздражения, которые значительно ниже порогового потенциала. Фаза экзальтации длится до тех пор, пока не восстановится исходная величина мембранного потенциала – потенциал покоя, при этом восстанавливается исходная величина возбудимости.

В фазы следовой гипер- и деполяризации возбудимость меняется незначительно и связана с колебаниями порогового потенциала.

Биологический смысл фазового изменения возбудимости в ходе развития одиночной волны возбуждения заключается в следующем.

Начальная фаза повышения возбудимости обеспечивает условие, при котором каждый дополнительный раздражитель ускоряет процесс подготовки (местное возбуждение) к специфической (для данной ткани) приспособительной реакции.

Состояние абсолютной рефрактерности позволяет данной ткани «без помех» осуществлять текущую приспособительную реакцию. Если бы в этих условиях возбудимость была нормальной, то дополнительное раздражение, вызвав дополнительное возбуждение, могло бы исказить эту реакцию, превратив ее в избыточную или недостаточную для данных условий.

Абсолютная рефрактерность защищает ткань от чрезмерных энергетических трат в процессе осуществления текущей приспособительной реакции. Сходную роль играет и относительная рефрактерность, с той разницей, что в данном случае живое образование в состоянии реагировать на раздражения, требующие срочного ответа. Именно поэтому для большинства тканей и органов, работающих непрерывно и не имеющих длительных периодов физиологического покоя (например, сердце), характерна более длительная по сравнению со скелетной мускулатурой рефрактерность.

Кроме того, рефрактерность – один из факторов, определяющих максимальный (предельный) ритм импульсации клетки, что лежит в основе например кодирования и декодирования сигнала структурами нервной системы, регуляции восприятия, сокращения, обеспечении одностороннего проведения возбуждения по нервам и др.

Состояние зкзальтации создает условия готовности ткани к ответу на повторное раздражение не только прежней силы, но и более слабой.

Лабильность , или функциональная подвижность , одно из физиологических свойств живых тканей. Это свойство описано в 1892 г. Н. Е. Введенским, который установил, что скорость протекания процесса возбуждения в тканях различна. Каждая возбудимая ткань способна на раздражение отвечать только определенным количеством волн возбуждения. Так, нервное волокно способно воспроизводить до 1000 импульсов в секунду, поперечно-полосатая мышца только 200 250 имп/с.

Мерой лабильности , по Н. Е. Введенскому, является то наибольшее количество волн возбуждения, которое возбудимая ткань может воспроизводить в 1 с в точном соответствии с ритмом наносимых раздражений без явлений трансформации (переделки) ритма, т.е. не уменьшая и не увеличивая его.

Лабильность величина подвижная и может изменяться в достаточно широких пределах. В частности, лабильность широко варьирует в процессе ритмического раздражения. В одних случаях вследствие взаимодействия волн возбуждения лабильность может повыситься, в других понизиться. Повышение лабильности может привести к тому, что недоступные ранее ритмы деятельности станут доступными. На основании этого А. А. Ухтомский сформировал представление об «усвоении ритма» , как способности ткани отвечать на раздражение более высоким или более низким ритмом возбуждения по сравнению с его исходным уровнем. Усвоение ритма зависит от текущих изменений обмена веществ в ткани во время ее деятельности

Явление усвоения ритма играет важную роль в процессах врабатывания и тренировки. Снижение лабильности, происходящее в процессе деятельности, приводит к иному результату, способность ткани к ритмической работе уменьшается. Лабильность может быть измерена косвенным путем по величине хронаксии (см. ниже) возбудимых тканей. Чем короче хронаксия, тем выше лабильность. Определение лабильности весьма важно в физиологии труда и спорта.

Проводимость - способность живой ткани проводить возбуждение, которое, возникая в рецепторе, распространяется по нервной системе и является для организма информацией, закодированной в нейроне в виде электрических или химических сигналов. Способностью к проведению возбуждения обладают практически все возбудимые ткани, но наиболее ярко она выражена в нервной ткани, для которой проводимость является одной из функций.

Подробно механизм и закономерности распространения возбуждения по мембранам возбудимых клеток рассмотрен в отдельном занятии.

Законы раздражения .

Процесс возбуждения начинается с действия на возбудимую клетку какого либо раздражителя.

Раздражитель – любое изменение внешней или внутренней среды организма, воспринимаемое клетками и вызывающее ответную реакцию. По своей природе раздражители делят физические (электрические, механические, температурные, световые) и химические.

В зависимости от степени чувствительности клеток к тому или иному раздражителю их подразделяют на адекватные и неадекватные. Адекватный раздражитель - это такой раздражитель, к которому клетка обладает наибольшей чувствительностью вследствие наличия специальных структур, воспринимающих этот раздражитель. Так, адекватным раздражителем для фоторецепторов сетчатки глаза, например, являются световые волны, адекватным раздражителем нейронов являются медиаторы и электрические импульсы.

Неадекватные раздражители в естественных условиях существования организма не воздействуют на возбудимые структуры. Однако, при достаточной силе и продолжительности действия, могут вызвать ответную реакцию со стороны возбудимых тканей, например, удар в глаз при достаточной силе может вызвать ощущение вспышки света.

В условиях физиологического эксперимента в качестве раздражителя чаше всего используют электрический ток. Электрический ток легко дозировать, и он является адекватным раздражителем для возбудимых тканей, так как их функциональная активность всегда сопровождается электрическими явлениями.

Определенную зависимость между действием раздражителя и ответной реакцией возбудимой ткани отражают законы раздражения. К законам раздражения относятся:

Закон силы.

Для возникновения возбуждения решающее значение имеет сила раздражителя. Возбуждение возникают только в том случае, если сила действующего раздражителя достигает минимальной, критической величины, которая характеризуется порогом возбуждения . По отношению к этой величине, по своей силе раздражители могут быть подпороговыми, пороговыми и надпороговыми.

Подпороговый раздражитель – это раздражитель такой силы, который не вызывает видимых изменений, но обусловливает возникновение физико-химических сдвигов в возбудимых тканях, например локального ответа. Однако степень этих сдвигов недостаточна для возникновения распространяющегося возбуждения.

Пороговый раздражитель – это раздражитель минимальной силы, который впервые вызывает минимальную измеримую ответную реакцию со стороны возбудимой ткани. Именно эту пороговую силу раздражителя называют порогом раздражения или возбуждения . Порог раздражения и является мерой возбудимости ткани. Между порогом раздражения и возбудимостью существует обратная зависимость: чем выше порог раздражения, тем ниже возбудимость, чем ниже порог раздражения, тем возбудимость выше. При достижении раздражителем величины порога, возникновение потенциала действия становится неизбежным.

Следует отметить, что порог раздражения показатель достаточно изменчивый и значительно зависит от исходного функционального состояния возбудимой ткани и практически никак не зависит от характеристик самого раздражителя

Надпороговый раздражитель – это раздражитель, сила которого выше, чем сила порогового раздражителя.

Закон силы – характеризует взаимосвязь между силой раздражителя и электрическим ответом, он может быть применен для простых и сложных систем.

Простая возбудимая система – это одна возбудимая клетка, которая реагирует на раздражитель как единое целое. Исключением является сердечная мышца, которая вся реагирует как одна клетка. Закон силы для простых возбудимых систем – подпороговые раздражители не вызывают возбуждения, а пороговые и сверхпороговые раздражители вызывают сразу максимальное возбуждение (Рис. 2).

При подпороговых значениях раздражающего тока возбуждение (электротонический потенциал, локальный ответ) носит местный (не распространяется), градуальный (сила реакции пропорциональная силе действующего стимула) характер. При достижении порога возбуждения возникает ответ максимальной силы (ПД). Амплитуда ответа (амплитуда ПД) не изменяется при дальнейшем увеличении силы раздражителя.

Закон силы для простых возбудимых систем известен как закон «все ли ничего».

Сложная возбудимая система – система, состоящая из множества возбудимых элементов (мышца включает множество двигательных единиц, нерв – множество аксонов). Отдельные элементы (клетки) системы имеют неодинаковые пороги возбуждения.

Закон силы для сложных возбудимых систем – амплитуда ответа пропорциональна силе действующего раздражителя (при значениях силы раздражителя от порога возбуждения самого легковозбудимого элемента до порога возбуждения самого трудновозбудимого элемента) (рис. 3). Амплитуда ответа системы пропорциональна количеству вовлеченных в ответ возбудимых элементов. При возрастании силы раздражителя в реакцию вовлекается все большее число возбудимых элементов.

Рис. 2. Зависимость силы реакции простой Рис. 3. Зависимость силы реакции сложной

возбудимой системы от силы раздражителя. возбудимой системы от силы раздражителя.
ПВ – порог возбуждения. ПВ MIN – порог возбуждения самого

легковозбудимого элемента,

ПВ MАХ – порог возбуждения самого

трудновозбудимого элемента.

В случае сложных систем, от силы раздражителя будет зависеть не только электрический, но и физиологический (функциональный) ответ ткани, например сила сокращения. В этом случае закон силы будет звучать следующим образом: чем больше сила раздражителя, тем выше, до определенного предела , ответная реакция со стороны возбудимой ткани. Этот предел будет определяться функциональными возможностями ткани.

Ответ минимальной силы – едва заметное сокращение – возникнет при достижении раздражителем пороговой величины. При этом сократятся мышечные волокна имеющие наименьший порог возбуждения.

Ответная реакция на надпороговый раздражитель будет выше и по мере его увеличения некоторое время также возрастает за счет вовлечения в сокращение все новых мышечных волокон, которые имеют более высокие пороги возбуждения. По достижении определенной величины раздражителя, рост силы сокращения прекратится, значит, в сокращение вовлечены все мышечные волокна. Такую ответную реакцию называют максимальной, а степени силы раздражителя, находящиеся между пороговой и максимальной – субмаксимольными.

супермаксимальной пессимальной.

Закон силы-времени (силы-длительности)

Эффективность раздражителя зависит не только от силы, но и от времени его действия. Длительность действия раздражителя, способна компенсировать недостаток силы раздражителя и при его недостатке привести, тем не менее, к возникновению распространяющегося потенциала действия, поэтому важно определять не только пороговую силу, но пороговую длительность раздражителя. Учение о хронаксии как пороговом времени необходимом для возникновения возбуждения было создано французским ученым Лапиком.

Связь между силой и временем действия раздражителя характеризует закон силы длительности - сила раздражителя, вызывающего процесс распространяющегося возбуждения, находится в обратной зависимости от длительности его действия, т.е., чем больше сила раздражителя, тем меньше времени он должен действовать для возникновения возбуждения.тЗависимость между силой раздражителя и продолжительностью его воздействия, необходимого для возникновения минимальной ответной реакции живой структуры, очень хорошо можно проследить на так называемой кривой силы – времени (кривая Гоорвега – Вейса – Лапика) (Рис 4).

Из кривой следует, что ток ниже некоторой минимальной величины не вызывает возбуждение, как бы длительно он не действовал, и как бы ни велика была сила раздражителя, при недостаточной длительности его воздействия ответной реакции не будет.

Минимальная сила раздражителя, способная, при неограниченном времени действия вызвать возбуждение, была названа Лапиком реобазой. Наименьшая длительность действия раздражителя силой в одну реобазу, достаточная для возникновения ответной реакции называется – полезным временем.

Рис. 5. Изменение мембранного потенциала и критического уровня деполяризации при медленном (А) и быстром (Б) нарастании силы раздражающего тока.

При действии медленно нарастающего раздражителя возбуждение возникает при его гораздо большей силе, так как происходит приспосабливание возбудимой ткани к действию этого раздражителя, что получило название аккомодации. Аккомодация обусловлена тем, что при действии медленно нарастающего раздражителя в мембране возбудимой ткани происходит повышение критического уровня деполяризации. При снижении скорости нарастания силы раздражителя до некоторого минимального значения потенциал действия вообще не возникает.

Причина заключается в том, что деполяризация мембраны является пусковым стимулом к началу двух процессов: быстрого, ведущего к повышению натриевой проницаемости, и тем самым обусловливающего возникновение потенциала действия, и медленного, приводящего к инактивации натриевой проницаемости и как следствие этого – окончанию потенциала действия. При быстром нарастании стимула повышение натриевой проницаемости успевает достичь значительной величины прежде, чем наступит инактивация натриевой проницаемости. При медленном нарастании тока на первый план выступают процессы инактивации, приводящие к повышению порога или ликвидации возможности генерировать ПД вообще.

Способность к аккомодации различных структур неодинакова. Наиболее.высокая она у двигательных нервных волокон, а наиболее низкая у сердечной мышцы, гладких мышц кишечника, желудка.

Полярные законы раздражения.

Кроме всеобщих законов раздражения, которые применимы к любым раздражителям, специфические законы характеризуют закономерности действия постоянного электрического тока, прохождение которого через нервное или мышечное волокно вызывает изменение мембранного потенциала покоя и возбудимости у места приложения электродов имеющих разный заряд. Отметим, что речь идет именно о постоянном, а не о переменном токе, действие которого носит совершенно специфический характер

Закон полярного действия постоянного тока.

Закон не имеет однозначной формулировки и характеризует изменение мембранного потенциала и вероятность возникновения возбуждения мембраны у места приложения электродов. Поскольку при этом всегда возникает электрический ток, направленный от области положительного заряда к области отрицательного заряда, то в наиболее общем виде закон звучит так: возникновение возбуждения происходят при действии на клетку выходящего тока. При действии входящего тока происходит противоположные изменения – гиперполяризация и снижение возбудимости, возбуждение не возникает.

При внеклеточном раздражении возбуждение возникает в области катода (–). При внутриклеточном раздражении для возникновения возбуждения необходимо, чтобы внутриклеточный электрод имел положительный знак (рис. 6).

Рис. 6. Изменения, наступающие в нервном волокне при внутриклеточном раздражении (А, Г) и при внеклеточном раздражении в области анода (Б) и катода (В). Стрелкой показано направление электрического тока.

Следует отметить, что механизм инициации возбуждения определяется не столько направлением тока, сколько зарядом электрода. Кроме того, имеет значение, замыкается или размыкается электрическая цепь. Поэтому в более полном варианте закон полярного действия постоянного тока звучит так: при замыкании тока возбуждение возникает под катодом (-), а при размыкании – под анодом (+) .

Действительно, при замыкании цепи, в области приложения катода (-), положительный потенциал на наружной стороне мембраны уменьшается, заряд мембраны снижается, это активирует механизм переноса Na+ внутрь клетки, при этом мембрана деполяризация. Как только де­поляризация достигнет критического уровня (КУД)), ткань возбу­ждается - генерируется ПД.

В области же приложения анода (+), положительный потенциал на наружной стороне мембраны возрастает, происходит гиперполяризация мембраны и возбуждение не возникает.

При этом возбудимость ткани сначала снижается из-за увеличения порогового потенциала, а затем начинает повы­шаться в результате его уменьшения, так как анод уменьшает ко­личество инактивированных потенциалзависимых Na-каналов. КУД смещается в сторону увеличения и при определенной силе гиперполяризующего тока постепенно выходит на уровень исход­ной величины мембранного потенциала.

При размыкании постоянного тока мембранный потенциал под анодом возвращается к норме, одновременно выходя на КУД; при этом ткань возбуждается - запускается механизм генерации ПД.

Закон физиологического электротона .

Этот закон иногда объединяют с предыдущим, но в отличие от нег он характеризует изменения не мембранного потенциала, а возбудимости ткани, при прохождении через неё постоянного тока. Кроме того, он применим только в случае внеклеточного раздражения.

Изменения возбудимости достаточно сложные и зависят как от заряда приложенного к поверхности электрода, так и от времени действия тока, поэтому в общем виде закон можно сформулировать так: действие постоянного тока на ткань сопровождается изменением ее возбудимости (рис 7).

Рис. 7. Изменения возбудимости при действии на ткань постоянного тока под катодом (-) и анодом(+).

При прохождении постоянного тока через нерв или мышцу порог раздражения под катодом (-) и соседних с ним участках понижается вследствие деполяризации мембраны – возбудимость повышается. В области приложения анода происходит повышение порога раздражения, т. е. снижение возбудимости вследствие гиперполяризации мембраны. Эти изменения возбудимости под катодом и анодом получили название электротона (электротоническое изменение возбудимости). Повышение возбудимости под катодом называется катэлектротоном, а снижение возбудимости под анодом – анэлектротоном.

При дальнейшем действии постоянного тока первоначальное повышение возбудимости под катодом сменяется ее понижением, развивается так называемая катодическая депрессия. Первоначальное же снижение возбудимости под анодом сменяется ее повышением – анодная экзальтация. При этом в области приложения катода происходит инактивация натриевых каналов, а в области действия анода происходит снижение калиевой проницаемости и ослабление исходной инактивации натриевой проницаемости.

ПРАКТИЧЕСКИЕ ЗАДАНИЯ

1. Анализ компонентов биологического потенциала.

Одиночный цикл возбуждения характеризуется электрографическими, функциональными и электрохимическими показателями.

Первый – регистрируется в виде кривой потенциала действия (ПД), отражающей изменение мембранного потенциала в процессе одиночного цикла возбуждения

Второй – связан с изменением возбудимости мембраны и графически отражается кривой изменения возбудимости

Третий – характеризует электрическое состояния плазматической мембраны возбудимой клетки обеспечиваемое её транспортными системами в каждую фазу развития потенциала действия.

Анализ процессов, которые обеспечивают эти состояния, в реальном времени позволяет понять физиологическую сущность и механизм процесса возбуждения, а значит, объяснить и предсказать реакцию клетки на её раздражение. Это может иметь важное значение в изучении механизмов, лежащих в основе деятельности нервной системы, в регуляции как физиологических, так и психических процессов.

О с н а щ е н и е: схемы записи потенциала действия (ПД).

С о д е р ж а н и е р а б о т ы. Проанализируйте по имеющимся схемам фазы развития потенциала действия ПД на мембране возбудимой клетки (рис. 8).

Оформление протокола.

1. Зарисуйте ПД; обозначьте его фазы.

2. Отметьте направление ионных токов характеризующие каждую из фаз потенциала действия.

3. Сопоставьте фазы ПД и колебания возбудимости клетки, объясните причины не возбудимости клетки в некоторые фазы развития ПД.

4. Охарактеризуйте состояние мембраны в каждую фазу развития ПД, объясните, почему даже при самой высокой частоте раздражения возникновение ПД клетки имеет дискретный характер.

2. Определение порога возбуждения нервной и мышечной ткани.

Нервная и мышечная ткани обладают различной возбудимостью. Мерой возбудимости служит порог возбуждения, та минимальная сила раздражителя, которая способная вызвать процесс возбуждения. Показателем возникшего в мышце возбуждения является ее сокращение.

Для определения порога возбуждения нерва электроды прикладываются к нерву. Такой способ раздражения называется непрямое раздражение. По достижении пороговой силы тока, в нерве возникает распространяющееся возбуждение, которое, доходя до мышцы, вызывает ее сокращение. Величина электрического тока, вызывающая минимальное сокращение, отражает возбудимость нерва.

Непосредственное воздействие на мышечные волокна, когда раздражающие электроды располагаются на самой мышце, получило название прямого раздражения . При такой постановке опыта сокращение мышцы возникает по достижении порога возбуждения для мышечных волокон, его сила характе­ризует возбудимость мышцы.

Сравнивая пороговые величины при непрямом и прямом раздражении, можно судить о разнице возбудимости нерва и мышцы. Измерения показывают, что порог непрямого раздражения меньше, чем прямого, следовательно, возбудимость нерва выше, чем возбудимость мышцы.

С о д е р ж а н и е р а б о т ы. Соберите установку для работы с нервно-мышечным препаратом (см. предыдущее занятие). Приготовьте нервно-мышечный препарат лягушки, который зафиксируйте в штативе в вертикальном положении за пяточное сухожилие снизу и коленный сустав сверху.

Седалищный нерв расположите на электродах, наложите на него тонкий слой ваты, обильно смоченный раствором Рингера. Ахиллово сухожилие мышцы посредством нити присоедините к пишущему рычагу, писчик которого приставьте к поверхности барабана кимографа. Включите в сеть стимулятор и поставьте его переключатели на нужные параметры раздражения: частота – 1 имп/с, длительность – 1 мс, амплитуда – «0» и, медленно вращая ручку регулировки силы тока, найдите его минимальную силу (порог раздражения), вызывающую минимальное сокращение мышцы. Эта величина и будет порогом возбуждения нерва.

Запишите мышечное сокращение при непрямом раздражении мышцы на кимографе.

Затем определите порог возбуждения мышцы. Для этого используйте в качестве раздражающих электродов очищенные концы проводов, которые оберните вокруг мышцы в ее безнервном участке. Определите минимальную силу тока, вызывающую пороговое сокращение, т.е. порог прямого раздражения мышцы. Запишите кимограмму.

Запись производите на ленте остановленного кимографа, поворачивая барабан рукой после каждой стимуляции.

Оформление протокола.

1. Зарисуйте в тетради схему опыта.

2. Вклейте полученную кимограмму в тетрадь и сделайте на ней обозначения в соответствии с эталоном (рис. 9).

2. Сравните величины порогов прямого и непрямого раздражения мышцы.

3. Дайте оценку возбудимости нерва и мышцы, сравнив пороги их возбуждения. В чем, причина разницы этих величин.

4. Какое биологическое значение имеет разница порогов возбуждения нерва и мышцы.

Рис. 9. Кимограмма определения порога возбуждения

нерва и мышцы.

а – непрямое раздражение; б – прямое раздражение;

3. Регистрация эффекта, получаемого при различной силе раздражения.

Ответная реакция, наблюдаемая при увеличении силы раздражителя, характеризуется законом силы. Поскольку в скелетной мышце закон силы проявляется только электрическим, но и функциональным ответом – силой сокращения, то его проявление можно наблюдать, а закономерность – оценить.

При достижении раздражителем пороговой величины сократятся мышечные волокна, имеющие наименьший порог возбуждения – возникнет едва заметное сокращение. Ответная реакция на надпороговый раздражитель будет выше и по мере его увеличения некоторое время также возрастает за счет вовлечения в сокращение все новых мышечных волокон, которые имеют более высокие пороги возбуждения. По достижении определенной величины раздражителя, рост силы сокращения прекратится. Такую ответную реакцию называют максимальной, а силу раздражителя, её вызывающую – оптимальной. Раздражения, интенсивность которых выше порогового, но меньше максимального носят название субмаксимальных. Увеличение силы раздражителя выше максимального какое-то время не сказывается на величине ответной реакции. Такую силу раздражителя называют супермаксимальной или сверхмаксимальной . Но при достаточно большом увеличении силы раздражителя, сила ответной реакции начинает снижаться. Такую величину силы раздражителя называют пессимальной.

Пессимальный ответ и есть тот определенный предел, до которого может расти ответная реакция. Превышение этого предела при спортивных, интеллектуальных, эмоциональных и любых других нагрузках не имеет никакого физиологического смысла для получения результата.

Действие пессимальных сил связано с развитием торможения, возникающего вследствие стойкой и длительной деполяризации.

О с н а щ е н и е: кимограф, универсальный штатив с вертикальным миографом, раздражающие электроды, электростимулятор, набор инструментов для препарирования, бумага, вода, раствор Рингера. Работу проводят на лягушке.

С о д е р ж а н и е р а б о т ы. Соберите установку для работы с нервно-мышечным препаратом. Приготовьте нервно-мышечный препарат лягушки, который зафиксируйте в штативе в вертикальном положении за пяточное сухожилие снизу и коленный сустав сверху. Седалищный нерв расположите на электродах, наложите на него тонкий слой ваты, обильно смоченный раствором Рингера. Ахиллово сухожилие мышцы посредством нити присоедините к пишущему рычагу, писчик которого приставьте к поверхности барабана кимографа. Включите в сеть стимулятор и поставьте его переключатели на нужные параметры раздражения: длительность – 1 мс, амплитуда – «0». Нажимая кнопку разового запуска и, медленно вращая ручку регулировки силы тока, найдите его силу вызывающую минимальное сокращение мышцы. Зарегистрируйте на миографе минимальное сокращение мышцы.

Продолжайте увеличивать интенсивность раздражения, и каждый раз записывайте на кимографе ответную реакцию мышцы на это раздражение. Отметьте, когда по достижении определенной интенсивности раздражения ответная реакция мышцы с увеличением силы раздражения перестает возрастать. Наименьшая сила раздражения, при которой вы зарегистрируете самое сильное сокращение мышцы, будет максимальной силой раздражения.

Продолжая увеличивать интенсивность раздражения, убедитесь, что ответная реакция сначала остается прежней, а затем уменьшается. Так вы зарегистрируете оптимальную и пессимальную реакции мышцы на раздражение.

Оформление протокола.

1.Зарисуйте в тетради схему опыта

1. Вклейте полученную кимограмму и сделайте на ней обозначения характеризующие силу раздражителя и качество ответной реакции.

2. Охарактеризуйте зависимость между силой раздражения и ответной реакцией, в соответствии с законом силы для сложных систем.

Рис 10. Зависимость амплитуды сокращений икроножной мышцы

лягушки от силы раздражения. Нарастание силы раздражителя

помечено под кимограммой стрелками соответствующей длины

4. Построение кривой силы – длительности по результатам эксперимента на нервно-мышечном препарате лягушки.

Установить зависимость между силой и длительностью действующего раздражителя, характеризующую закон силы – времени можно с помощью стимулятора, используя регулировку длительности посылаемого импульса (Рис. 5, предыдущего занятия). В качестве объекта исследования можно использовать нервно-мышечный препарат лягушки.

О с н а щ е н и е: кимограф, универсальный штатив с вертикальным миографом, раздражающие электроды, электростимулятор, набор инструментов для препарирования, бумага, вода, раствор Рингера. Работу проводят на лягушке.

С о д е р ж а н и е р а б о т ы. Соберите установку для работы с нервно-мышечным препаратом. Приготовьте нервно-мышечный препарат лягушки, который зафиксируйте в штативе, соедините с миографом и приготовьте для регистрации мышечных сокращений.

Поставьте переключатель длительности импульса в минимальное положение – 0,05 мс и подберите амплитуду раздражения, вызывающую пороговое сокращение мышцы. Запишите её величину. Для более точного наблюдения можно записывать величину ответа на кимографе.

Затем увеличьте длительность, переместив ручку делителя длительности в положение 0,1, и включите прежнюю интенсивность раздражения. Вы увидите сверхпороговый ответ мышцы. Снижайте амплитуду стимула, чтобы получить прежнюю пороговую реакцию.

Так, используя длительности – 0,15, 0,2, 0,25, 0,3, 0,5 мс и др., подберите к ним амплитуду, вызывающую пороговый эффект. Величину порогового тока для каждой длительности стимула фиксируйте.

Оформление протокола.

1. Заполните таблицу, внеся в неё амплитуды раздражения соответствующие каждой длительности стимула.

2. Постройте кривую силы – длительности, укажите на ней характеристики выведенные Лапиком.

3. Объясните, почему с определенного момента зависимость между силой и длительностью действия раздражителя утрачивается.

5. Установление значения скорости нарастания интенсивности раздражения.

Ответная реакция на раздражение возникает только при достаточно быстром изменении его интенсивности. При медленном нарастании тока эффект отсутствует. Именно поэтому при действии электрического тока сокращение возникает в момент его включения и выключения. Это объясняется явлением аккомодации, в основе которой лежит изменение величины мембранного потенциала и критического уровня деполяризации мембраны при медленном изменении силы раздражителя. Пронаблюдать этот эффект можно на нервно-мышечном препарате лягушки.

О с н а щ е н и е: кимограф, универсальный штатив с вертикальным миографом, раздражающие электроды, электростимулятор, набор инструментов для препарирования, бумага, вода, раствор Рингера. Работу проводят на лягушке.

С о д е р ж а н и е р а б о т ы. Соберите установку для работы с нервно-мышечным препаратом как описано в предыдущей работе.

Определите порог раздражения, после чего ручку делителя напряжения поставьте на подпороговое значение, при котором препарат не отвечает на раздражение. Замкните цепь и пошлите ток к объекту. Включите кимограф, и очень плавно и медленно увеличивайте интенсивность раздражения до величины, значительно превышающей пороговую. Мышца не сокращается.

Ручку делителя напряжения переведите на сверхпороговое значение напряжения, и пошлите разовый стимул к препарату. Отметьте мышечную реакцию.

Оформление протокола.

1. Зарисуйте кривую изменения силы тока

6. Изучение полярного действия постоянного тока

При использовании постоянного тока в качестве раздражаю­щего агента было отмечено, что он действует на возбудимую ткань только в моменты замыкания и размыкания цепи. При замыкании цепи эффективное раздражение ткани и возбуждение возникают под катодом, а при размыкании - под анодом. Данная осо­бенность постоянного тока известна в физиологии как полярный закон.

О с н а щ е н и е: кимограф, миограф, электронный стимулятор, набор препаро­вальных инструментов, раствор Рингера для холоднокровных животных, неполяризующиеся электроды, раствор аммиака, пипетка. Объект исследования – нервно-мышечный препарат лягушки (седалищный нерв - мышца лапки).

С о д е р ж а н и е р а б о т ы. Приготовьте нервно-мышечный препарат с лапкой. Положите нерв на неполяризующиеся элек­троды, так чтобы они были максимально далеко друг от друга. Соедините электроды со стимулятором. Установите сти­мулятор в режим постоянного тока и подберите ток "среднего" напряжения. Замкните цепь и через 5 - 7 секунд разомкните ее. Мышца нервно-мышечного препарата будет сокращаться при замыкании и размыкании цепи в результате воз­буждения нервных волокон и его распространения на мышечные волокна.

Перевяжите нерв лигатурой между неполяризующимися элек­тродами и осторожно нанесите на образовавшийся узел каплю раствора новокаина. Спустя 3-5 мин повторите опыт замыкания и размыкания тока. При этом, если ближе к мышце находится катод ("нисходящий ток"), сокращение возникнет только на замыкание. Если ближе к мышце будет анод ("восходящий ток"), сокращение возникнет только на размыкание.

◄Рис. 12. Схема установки для изучения полярного действия постоянного тока.

Оформление протокола.

1. Зарисуйте схему опыта, опишите полученные результаты.

2. Сделайте вывод о месте и возможности возникновения возбуждения в нерве при замыкании и размыкании цепи постоянного тока в трех возможных ситуациях: А,Б – исходное состояние нервно-мышечного препарата, Б,В – после обработки нерва новокаином

раздражения	Возможность возникновения возбуждения при замыкании	Возможность возникновения возбуждения при размыкании

3. Объясните механизм возникновения возбуждения в каждом конкретном случае.

КОНТРОЛЬ УСВОЕНИЯ ТЕМЫ.

Тестовое задание к занятию «Возбудимые ткани. Законы раздражения»

1. Раздражитель, к восприятию которого в процессе эволюции специализировался данный рецептор, и который вызывает возбуждение при минимальных величинах раздражения, называется:

1. Пороговый;

2. Подпороговый;

3. Сверхпороговый;

5. Достаточный;

2. Порог раздражения зависит:

1. От силы раздражителя;

2. От длительности действия раздражителя;

3. От сочетания силы и длительности действия раздражителя;

4. От состояния волокна;

5. Ни от чего не зависит;

3. Порог раздражения любой возбудимой ткани:

1. Прямо пропорционален возбудимости этой ткани;

2. Обратно пропорционален возбудимости этой ткани;

3. Прямо пропорционален проводимости этой ткани;

4. Обратно пропорционален проводимости этой ткани;

5. Тем выше, чем выше лабильность этой ткани;

4. Возбудимость волокна:

1. Достигает минимальной величины на уровне потенциала покоя;

2. Достигает минимальной величины на пике потенциала действия;

3. Достигает минимальной величины в процессе реполяризации;

4. Достигает минимальной величины при достижении критического уровня деполяризации;

5. Не зависит от изменения величины мембранного потенциала;

5. Механизм фазы реполяризации заключается в:

1. Поступлении ионов калия в клетку и активации натрий-калиевого насоса;

2. Поступлении ионов калия и натрия в клетку;

3. Усилении выхода ионов калия из клетки и активации натрий-калиевого насоса;

4. Усилении поступления ионов натрия в клетку и активации натрий калиевого насоса;

5. Активации натрий калиевого насоса;

6. Закону силы подчиняются структуры:

1. Сердечная мышца;

2. Целая скелетная мышца;

3. Одиночное мышечное волокно

4. Одиночное нервное волокно;

7. Процесс деполяризации плазматической мембраны обеспечивается:

1. Увеличением мембранной проницаемости для ионов Na + ;

2. Увеличением мембранной проницаемости для ионов K + ;

3. Уменьшением мембранной проницаемости для ионов Na + ;

4. Уменьшением мембранной проницаемости для ионов K + ;

5. Активацией работы натрий – калиевой АТФазы;

8. Амплитуда сокращения одиночного мышечного волокна, при неограниченном увеличении силы раздражителя:

1. Уменьшается;

2. Увеличивается;

3. Сначала уменьшается, потом увеличивается;

4. Сначала увеличивается, потом уменьшается;

5. Остается без изменения;

9. Пессимум силы, это ситуация при которой:

1. Увеличение силы раздражителя приводит к снижению ответной реакции;

2. Увеличение силы раздражителя приводит к повышению ответной реакции;

3. Увеличение силы раздражителя не приводит больше к увеличении ответной реакции;

4. Снижение силы раздражителя приводит к снижению ответной реакции;

5. Снижение силы раздражителя приводит к повышению ответной реакции;

10. Минимальное время, в течение которого должен действовать ток удвоенной реобазы, чтобы вызвать возбуждение, называется:

1. Время реакции;

2. Реобаза;

3. Хронаксия;

4. Адаптация;

5. Полезное время;

11. При замыкании полюсов цепи постоянного тока, возбудимость нерва под анодом:

1. Повышается;

2. Понижается;

3. Сначала повышается, потом понижается;

4. Сначала понижается, потом повышается;

5. Не изменяется;

12. Закон, согласно которому, возбудимая структура на пороговые и сверхпороговые стимулы отвечает максимально возможным ответом, называется:

1. Закон силы;

2. Закон длительности;

3. Закон «все или ничего»;

4. Закон градиента;

5. Полярный закон раздражения;

13. Порог раздражения (возбуждения) – это:

1. Минимальная сила раздражителя, способная вызвать в ткани локальный ответ;

2. Минимальная сила раздражителя, способная вызвать в ткани процесс возбуждения;

3. Раздражитель, способный вызвать в ткани процесс возбуждения;

4. Раздражитель, способный вызвать в ткани критический уровень деполяризации;

5. Ответная реакция, возникающая при действии на ткань адекватного раздражителя;

14. Лабильностью ткани называется:

1. Способность ткани возбуждаться при действии подпорогового раздражителя;

2. Способность ткани возбуждаться при действии порогового и сверхпорогового раздражителя;

3. Способность ткани не отвечать на действие подпорогового раздражителя;

4. Способность ткани воспроизводить без искажений в виде возбуждения максимально заданную

частоту следующих друг за другом раздражителей;

5. Способность ткани генерировать потенциала действия длительное время без потери их амплитуды;

15. В фазу отрицательного следового потенциала возбудимость ткани:

1. Повысится, т.к. увеличится мембранный потенциал;

2. Понизится, т.к. уменьшится пороговый потенциал;

3. Понизится, т.к. увеличится пороговый потенциал;

4. Повысится, т.к. уменьшится мембранный потенциал;

5. Понизится, т. к увеличится мембранный потенциал;

Предыдущая статья: Углерод — характеристика элемента и химические свойства Следующая статья: Чему равна скорость света