1.Предмет и методы физиологии. Основные свойства живых тканей.

Физиология – наука о механизмах функционирования и регуляции деятельности клеток, органов, систем, организма в целом и взаимодействии его с окружающей средой.

Предмет изучения физиологии – функции живого организма, их связи между собой, регуляция и приспособление к внешней среде.

Методы изучений:

1. Наблюдение – неудобный, т.к. многие физ процессы очень быстры, что приводит к ошибкам.

2. Графическая регистрация физиологических процессов – объективные записи изучаемого процесса

3. Исследование биоэлектрических явлений (Гальвани) (ЭКГ – Эйнтховен), живые ткани – источники электрических потенциалов, способных взаимодействовать на нервы и мышцы другого организма

4. Методы эл раздражения органов и тканей – Дюба (сонный аппарат – индукционная катушка для дозированного эл раздражения живых тканей)

5. Острый эксперимент – группа аналитических методов или живосечение под наркозом, рассекают, изучают деятельность органов (изолированное сердце)

6. Хронический эксперимент (Павлов) – изучение деятельности органа, не нарушая целостность организма (изучение путем внедрения фистул)

Основные свойства живых тканей:

1. Специфическая организация – клетка – элементарная структурно-функциональная единица живой системы

2. Специфический метаболизм

3. Способность к самоорганизации и саморегуляции на всех уровнях биол системы

4. Подвижность (актин-миозиновая система, тубилин-динеиновая)

5. Рост и развитие

6. Наследственность и изменчивость

7. Реактивность (раздражимость)

2.РАЗДРАЖИМОСТЬ И ВОЗБУДИМОСТЬ. ПП И МЕХАНИЗМ ЕГО ВОЗНИКНОВЕНИЯ.

Раздражимость – способность живых тканей изменять свои свойства или состояние под действием раздражителей. Ответная реакция – изменение метаболизма, движение.

Возбудимость – способность в ответ на раздражитель генерировать специфический, высокоамплитудный, независящий от силы раздражителя (неградуальный) распространяющийся на большие расстояния, сигнал (ПД).

Клетки, способные к генерации ПД – возбудимые, сам процесс – возбуждение.

ПП – разность электрических потенциалов между внутренней и наружной средой клетки в состоянии покоя (измерение – прокол осциллографа)

Величина ПП – (-30-90 мВ)

В волокнах скелетных мышц от -60 до -90 мВ

В нервных клетках от -50 до -80 мВ

В гладких мышцах от -30 до -70 мВ

В сердечной мышце от -80 до -90 мВ

Роль – основа для возникновения ПД

ПП влияет на транспорт ионов и воды

Причина существования ПП – разная концентрация анионов и катионов внутри и вне клетки (Натрия больше вне клетки, Калия больше в клетке, Хлора больше вне клетки)

Неравномерное распределение ионов:

1. Неодинаковая проницаемость клеточных мембран

2. Работа ионных насосов

Калий – основной ион в формировании ПП

При уменьшении конц Калия ПП уменьшается, при увеличении конц Калия ПП увеличивается.

В покое – устанавливается динамическое равновесие между входящими и выходящими ионами Калия

Вклад Хлора и Натрия в ПП невелик, так как проницаемость ниже, чем у Калия

Мембранный потенциал покоя возникает вследствие дефицита положительных зарядов внутри клетки, возникающий за счет работы Натрий-калиевого насоса и последующей утечке из клетки положительно-заряженных ионов Калия

3.ПРИЗНАКИ ВОЗБУЖДЕНИЯ. ПД И МЕХАНИЗМ ЕГО ВОЗНИКНОВЕНИЯ. КЛАССИФИКАЦИЯ РАЗДРАЖИТЕЛЕЙ.

Возбудимость – способность живой ткани отвечать на раздражитель

Признаки возбуждения:

1. Специфическая реакция (Нервная ткань – нервный импульс, мышечная – сокращение)

2. Генерация ПД

3. Проводимость – бездекрементное распространение ПД по возбудимым мембранам

4. Уменьшение эл импеданса (сопротивления) вследствие повышения проницаемости возбудимых мембран для ионов

5. Усиление метаболизма (преимущественно катаболизма, повышение потребления О2 и субстратов метаболизма)

6. Повышение температуры возбужденной ткани

ПД – Быстрое колебание величины мембранного потенциала вследствие инактиваии и активации ионных каналов и диффузии ионов из клетки и в клетку.

Роль ПД – передача нервных импульсов между нервными клетками, нервными центрами, органами.

Параметры:

80 – 130 мВ

ПД подчиняется закону «Все или ничего»

Механизм: быстрое движение Натрия в клетку, Калия – из клетки

Фазы ПД:

1. Деполяризация – уменьшение заряда клетки до нуля, разв при действии деполяризующего раздражителя. Натриевые каналы открываются, Натрий поступает в клетку – мембр потенциал уменьшается до нуля.

2. Инверсия (Овершут) – изменение знака заряда клетки на противоположный, включает восход и нисход части пика. Восходящая – обеспечивается входом Натрия в клетку, после исчезновения мембранного потенциала вход Натрия в клетку продолжается – число положит ионов больше отриц ионов, заряд внутри клетки Положительный, закрытие Натриевых каналов, Натрий не поступает. Нисходящая – открытие Калиевых каналов, возрастает выход Калия из клетки, уменьшается число положительно заряженных ионов – заряд клетки уменьшается – продолжается до полного исчезновения положительного заряда внутри клетки.

3. Реполяризация –восстановление заряда клетки – продолжается быстрый выход Калия из клетки.

4. Гиперполяризация – в результате еще сохранившейся повешенной проницаемости мембраны для калия. Калиевые каналы не полностью закрыты, Калий продолжает выходить.

Раздражители:

По силе:

1. Пороговые – приводят к возникновению ПД

2. Подпороговые – ниже порога возбуждения

3. Максимальные – минимальная сила раздражителя, вызывающая максимальный ответ

4. Субмаксимальные – сила меньше максимальной силы

5. Супермаксимальные – сила больше максимальной силы

По природе:

1. Физические

2. Химические

3. Физико-химические

По биологической значимости:

1. Адекватные – раздражитель, к восприятию которого данная ткань приспособилась в процессе эволюции (орган слуха – к упругим механическим колебаниям среды)

2. Неадекватные – раздражитель, который в естественных условиях ж/д организма не вызывает возбуждение живой ткани

Максимальная сила раздражителя – минимальная сила раздражителя, вызывающая максимальный ответ

4.КРИВАЯ «СИЛА-ДЛИТЕЛЬНОСТЬ». РЕОБАЗА, ХРОНАКСИЯ, ЛАБИЛЬНОСТЬ.

Реобаза – наименьшая сила эл тока, способная вызвать возбуждение ткани, независимо от длительности действия. Чем выше возбудимость, тем ниже пороговая сила.

Важное условие для возбуждения – полезное время – мин время, в течение которого должен действовать на ткань раздражитель пороговой силы, чтобы вызвать возбуждение. После КМП ПД развивается вне зависимости от раздражителя.

Хронаксия (исп в медицине вместо порогового времени) – наименьшее время, в течение которого должен действовать эл ток в 2 Реобазы, чтобы вызвать возбуждение (Хронаксия для мышц конечностей 0.1 – 0.7 мс)

Кривая показывает, что с увеличением сверхпороговой силы раздражителя время его действия, необходимое для возбуждения, уменьшается и наоборот.

1. Правая часть графика – если использовать раздражитель меньшей амплитуды, чем реобаза, то возбуждения не возникнет

2. Левая сторона – если использовать раздражитель с длительностью меньше критического интервала – возбуждение не возникнет, даже если раздражитель бесконечно большой

Лабильность (Введенский) – способность разных возбудимых тканей воспроизводить ПД с неодинаковой частотой

Мера лабильности – макс число ПД, которое ткань может воспроизвести за 1 секунду (Нерв 200 – 400 Гц, ППМТ 100 – 200 Гц)

5.РЕАКЦИИ ВОЗБУДИМЫХ И НЕВОЗБУДИМЫХ МЕМБРАН НА РАЗДРАЖИТЕЛИ, ГРАДУАЛЬНОСТЬ И ЗАКОН «ВСЕ ИЛИ НИЧЕГО».

Раздражитель – любое изменение внутренней или внешней среды.

Мембрана возбудимой клетки поляризована, то есть имеет мембранный потенциал.

Уменьшение МП – деполяризация, увеличение МП – гиперполяризация

Ключевой процесс, обеспечивающий реагирование биологических систем на раздражители – изменение электроосмотических свойств живых клеток, 4 варианта:

1. Деполяризация плазмолеммы – входящий катионный ток (открылись каналы для катионов, концентрация которых в интерстиции выше, чем в цитозоле)

2. Гиперполяризация – выходящий катионный ток (открылись каналы для катионов, концентрация которых в цитозоле выше, чем в интрестиции)

3. Гиперполяризация – входящий анионный ток (открылись каналы для анионов, концентрация которых выше в интерстиции, чем в цитозоле (Хлор))

4. НЕВОЗМОЖНО в естественных условиях – выходящий анионный ток

Градуальность – линейная зависимость величины сдвига МП от силы раздражителя (характерна для невозбудимых мембран, и для возбудимых в промежутке между ПП и КМП)

Закон «ВСЕ ИЛИ НИЧЕГО» - начинается при достижении порогового уровня деполяризации. Он развивается полностью во всех фазах.

Состояние возбудимости характеризуется проявлением ПД, раздражитель недостаточной силы – развитие местного потенциала (НИЧЕГО), пороговая сила – (ВСЕ)

6. ПЕРВИЧНЫЕ И ВТОРИЧНЫЕ ЭЛЕКТРОТОНИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ В МЕДИЦИНЕ.

Электротонические явления – изменение возбудимости под влиянием постоянного подпорогового электрического тока, развивающееся в нервной и мышечной тканях.

Под катодом – деполяризация, под анодом – гиперполяризация

Сильнее тем больше, чем пропускаемый ток сильнее

Под катодом возникает катэлектротон (повышение возбудимости под катодом)

Под анодом возникает анэлектротон (уменьшение возбудимости под анодом)

Катэлектротон + анэлектротон – первичные электротонические явления

Существуют только при недолгом воздействии постоянного подпорогового эл тока.

При длительном действии тока – извращение возбудимости (мех – ослабление проницаемости потенциал-зависимых Натриевых каналов и усиление проницаемости Калиевых каналов) – возникают вторичные электротонические явления:

Катодическая депрессия – уменшение возбудимости под катодом

Анодическая экзальтация – повышение возбудимости под анодом

Физиотерапевтическая процедура (гальванизация) – управление возбудимостью тканей при помощи подпорогового эл тока, который изменяет уровень ПП, но не сдвигает КМП (уменьшение боли при процедуре) ДОЛГО - БОЛЬ

7.РЕФРАКТЕРНОСТЬ. КОЛИЧЕСТВЕННАЯ МЕРА ВОЗБУДИМОСТИ.

Рефрактерность – изменение возбудимости при возбуждении

1. АРФ – полная утрата возбудимости – соответствует времени развития деполяризации. В течение АРФ возбудимая мембране не может генерировать новый ПД, даже если на нее подействовать сколь угодно сильным раздражителем. Природа АРФ – во время деполяризации все ПИК открыты, и дополнительные стимулы не могут вызвать воротный процесс (им не на что действовать)

2. ОРФ – возбудимость от нуля возвращается к исходному уровню – соответствует реполяризации. Все большее число ПИК возвращается в закрытое состояние и ПИК вновь готовы к следующему переходу в открытое состояние под действием отдельных импульсов

3. Экзальтация – период повышенной возбудимости – связан с изменением свойств сенсора напряжения во время возбуждения. Изменение конформации белков – повышение чувствительности сенсора напряжения к сдвигам потенциала. КПМ ПРИБЛИЖАЕТСЯ К ПП. Возбудимость меняется за счет изменения КМП.

Количественная мера возбудимости – порог раздражения, то есть минимальная величина раздражителя, способная вызвать ответную реакцию тканей.

8.ТИПЫ МЫШЦ И ИХ СВОЙСТВА И ФУНКЦИИ. ГЕТЕРОГЕННОСТЬ МИОЦИТОВ СКЕЛЕТНЫХ МЫШЦ.

ПП (скелетные и миокард) и гладкие.

Скелетные функция:

1. Поза тела, противостояние притяжению

2. Сократительная деятельность – локомоция

3. Внешнее дыхание (вент легких)

4. Нагревание организма – терморегуляция

5. Жевательная деятельность

6. Глазное яблоко

Свойства скелетных мышц:

1. Возбудимость

2. Проводимость – бездекрементное распространение ПД

3. Сократимость – способность активно изменять свою длину и развивать напряжение

4. Не имеет гуморальной регуляции

5. Пассивные упруго-вязкие свойства

Миокард – кровообращение – насос

Гладкие – моторика внутренних органов (кровообращение, пищевар, выделение)

Основные разновидности скелетных миоцитов по БХ свойствам:

1. Медленные фазические М окислительного типа – много МХ и миоглобина, темно-красный цвет, сокращаются медленно, утомляются медленно, восст быстро. Ф – противостояние притяжению – поза.

2. Быстрые фазические М окислительного типа – много МХ, быстрое сокращение и медленное утомление, длительная работа, обеспечение быстрых локомоторных актов (энергичные перемещения в пространстве)

3. Быстрые фазические М с гликолитическим типом окисления – синтез АТФ в процессе анаэробного гликолиза. Мало МХ, нет миоглобина – белые. Быстрое и сильное сокращение, быстрое утомление. Ф – обеспечение движений при недост кислорода в орг (при слабом кровоснабжении).

4. Тонические М – низкая активность миозиновой АТФ-азы – медленное сокращение и медленное расслабление. Ф – изометрические сокр, поддерж позы.

Обе разновидности быстрых М – хорошо развитая СПС, обширная Т-система, высокая активность Кальций-активируемой АТФ-азы. У медленных и тонических данные структуры развиты слабо.

9.ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ МЕХ МЫШЕЧНОГО СОКРАЩЕНИЯ СКЕЛЕТНОЙ И ГЛАДКОМЫШЕЧНОЙ ТКАНЕЙ.

Теория скользящих нитей (Хаксли, 1954)

Взаимодействие миозиновой головки с актином вследствие присоединения Кальция к тропонину, из-за чего от активного центра актина отсоединяется тропомиозин, делая возможным прикрепление миозиновой головки к актину. Миозиновые головки совершают гребковые движения к центру саркомера. Смещение актиновой нити вдоль миозиновой. При взаимодействии с актином каждая молекула миозина активирует до 10 молекул АТФ. При присоединении молекулы АТФ головка миозина отделяется от актина, при гидролизе АТФ – головка присоединяется к актину. Каждая головка совершает 5 циклических гребков в секунду, но мостики работают не одновременно.

Одно прикрепление миозина к актину филамент укорачивается на 1%, развивая силу в 3-5 пикоНьютонов

Максимальная сила сокращения мышц пропорциональна степени перекрытия толстых и тонких нитей.

Электромеханическое сопряжение

Процесс, про котором ДП, генерируемый на мембране мышечного волокна распространяется по его поверхности и активирует молекулярный механизм сокращения мышцы.

ПД – Т-трубочки – открытие Кальциевых каналов – выход кальция из СПС – связывание Кальция с тропонином – запуск механизма сокращения

Сокращение ГМ

При возбуждении клетки Кальций поступает в цитоплазму миоцита из СПР, и из интерстиция. Ионы Кальция при участии белка кальмодулина активируют киназу миозина, переносящую фосфатную группу с АТФ на миозиновые головки, они прис к актиновым филаментам. Сокращение значительно медленнее, длительное тоническое сокращение, без утомления и больших энергозатрат. Сокращение ГМ происходит медленно из-за низкой скорости процесса электромеханического сопряжения, медленного гидролиза АТФ.

10.ТИПЫ И РЕЖИМЫ МЫШЕЧНОГО СОКРАЩЕНИЯ. СИЛА И РАБОТА МЫШЦЫ.