Частина 1. Загальна фізіологія та вищі інтегративні функції

1. Введення в фізіологію

Що вивчає фізіологія?

Фізіологія -це наука про об’єктивні закономірності функцій у їх взаємозв’язку та у взаємодії організму з зовнішнім середовищем.

Що таке фізіологічна функція?

Фізіологічна функція– це діяльність, яка здійснюється клітинами, тканинами, органами, системами та організмом в цілому.

Фізіологічні функції є загальні та специфічні.

Загальні функціїпритаманні всім структурам організму і організму в цілому: це дихання, живлення, виділення.

Специфічні функції –це функції, які мають окремі структури організму, наприклад, м’язи скорочуються, нервові волокна – передають інформацію, секреторні залози виділяють секрети, та інші.

Які методи застосовує фізіологія як наука?

Методи дослідження, що застосовуються у фізіології, це:а) спостереження, б) експеримент, в) моделювання.

Спостереження – це метод дослідження функцій без втручання в діяльність організму.

Експеримент– це метод дослідження функцій організму та його структур з втручанням в їх діяльність.

Експерименти поділяють на гострі та хронічні.

Гострі експерименти передбачають дослідження функцій на ізольованих клітинах, органах, тканинах, а також у цілісному організмі тварин, які знаходяться під наркозом.

Хронічні експерименти були введені в фізіологію російським вченим академіком І.П.Павловим, який запропонував і розробив методики проведення на тваринах оперативних втручань, що дозволяють досліджувати функції в умовах, наближених до фізіологічних.

Моделювання– це метод дослідження функцій за допомогою програм, що описують діяльність систем організму або пристроїв, які імітують діяльність системи, бо мають однакові вхідні та вихідні показники.

На схемі подано узагальнення відповіді на питання.

2. Фізіологія збудливих структур

Які структури називають збудливими?

Збудливими структурами називають такі, які передають інформацію чи викликають функцію шляхом зміни мембранних потенціалів. До збудливих структур належать нервові, м’язові та секреторні клітини.

Яке має значення вивчення фізіологічних функцій збудливих структур?

Збудження є основною функцією всіх збудливих структур.

Збудження – це процес, який виникає на мембрані збудливої структури при подразненні і супроводжується зменшенням її мембранного потенціалу.

Враховуючи те, що збудливі тканини в цілісному організмі забезпечують його здатність реагувати на дію зовнішніх і внутрішніх подразників, реєстрація й аналіз параметрів електричної активності збудливих тканин має практичне значення, бо вона лежить в основі таких клінічних методів дослідження, як електрокардіографія (ЕКГ), електроенцефалографія (ЕЕГ), електроміографія (ЕМГ) та інші.

Тема 1. Мембранні потенціали нервових і м’язових клітин

Як побудована мембрана збудливих клітин?

Мембрана збудливих клітин має у своїй структурі подвійний шар ліпідів і білки. Через ліпіди можуть проходити лише жиророзчинні речовини. Білки, які проходять через товщу мембрани (інтегральні білки), утворюють іонні канали, через які можуть проходити іони калію, натрію, кальцію, хлору та інші. Поверхневі білки виконують функцію рецепторів, які можуть утворювати комплекси з хімічними речовинами (гормонами, лікарськими препаратами) і змінювати функцію клітини. Білки мембрани входять також до складу ферментів, або приймають участь у транспорті іонів через мембрани проти градієнта концентрації (іонні насоси).

Яку роль відіграють іонні канали мембрани?

Іонні канали- це інтегральні білки в мембрані клітини, через які можуть проходити іони натрію, калі., кальцію, хлору, інші.

Іонні канали можуть бути відчиненими чи зачиненими. Коли іонні канали відчинені, через них можуть проходити окремі іони, коли зачинені - іони не проходять.

Відчинення чи зачинення іонних каналів контролюється воротами:

- Потенціалозалежні ворота - це такі, які відчиняються чи зачиняються при зміні мембранного потенціалу.

- Хемозалежні ворота- це такі, які відчиняються чи зачиняються при взаємодії циторецепторів мембрани (поверхневих білків) з медіаторами, гормонами.

Яку роль відіграють насоси мембрани?

Насоси мембрани –це білкові молекули, які завдяки енергії АТФ (аденозинтрифосфорної кислоти), яка гідролізується під впливом ферменту АТФ-ази, здійснюють активний транспорт іонів через мембрану проти градієнту концентрації, завдяки чому виникає іонна асиметрія. Так у збудливих клітинах іонів калію у 35 раз більшу у клітині, ніж у міжклітинній рідині, а іонів натрію більше у міжклітинній рідині у 10 раз, ніж у клітині.

Що називають мембранним потенціалом?

Мембранний потенціал – це різниця потенціалів між зовнішньою і внутрішньою поверхнями мембрани.

Що називають мембранним потенціалом спокою?

Мембранний потенціал спокою (МПС) - це різниця потенціалів між зовнішню та внутрішньою поверхнями мембрани клітини у стані спокою.

Які параметри має мембранний потенціал спокою?

МПС у збудливих клітинах становить від – 60мВ до - 90мВ.

Внутрішньоклітинна поверхня мембрани має негативний заряд (-), зовнішньоклітинна поверхня має позитивний заряд (+) відносно внутрішньої поверхні..

Які іонні механізми обумовлюють виникнення МПС?

• МПС обумовлений дифузією іонів калію через мембрану з клітини назовні завдяки градієнту концентрацій, бо концентрація іонів калію у збудливих клітинах становить біля 4 мекв/л, а поза клітиною – 140 мекв/л, більшість іонних калієвих каналів маю відкриті ворота.

• Проникність мембрани для іонів калію більша ніж для іонів натрію. Отже основну роль у створенні МПС відіграє дифузія іонів К⁺

• ^{Для аніонів мембрана не прониклива.}

• Електрогенна роль Na⁺- K⁺ насосу в створенні МПС незначна і полягає в тому, що насос викачує 3 іони Nа⁺ з клітини в обмін на 2 іони К⁺, які заходять у клітину.

Збільшення концентрації К⁺ у позаклітинному просторі (е) призводить до зменшення МПС - деполяризації (МПС стає більш позитивним):

Зменшення концентрації К⁺ в позаклітинному просторі (е) призводить до збільшення МПС - гіперполяризації (МПС стає більш негативним):

Що називають потенціалом дії? Які він має фази?

Потенціал дії (ПД) - це швидка високоамплітудна зміна мембранного потенціалу, що забезпечує передачу інформації в нервових і м’язових клітинах на відстань . ПД має фази:

- деполяризації (а) - зменшення мембранного потенціалу до 0 і реверсія потенціалу (б) - відхилення в позитивний бік;

- реполяризації (в) - повернення мембранного потенціалу до величини МПС.

Схема розвитку ПД: