Информационный обмен:

1. В неживой природе: отражение пассивно

2. В живой природе – отражение активно

(Человек прошелся в рифленой обуви по песку (остался след) и по другому человеку).

Раздражимые системы

Организм животных и человека обладает высочайшей способностью приспосабливаться к постоянно меняющимся условиям внешней и внутренней среды. В основе приспособительных реакций организма лежит универсальное свойство живой ткани раздражимость.

Раздражимость – способность активно отвечать на воздействие внешней и внутренней среды изменением обменных процессов.

Раздражимость характерна для всех биосистем (например, животные, растительные клетки). Раздражимость является эволюционно древней формой реагирования недифференцированных тканей. В процессе эволюции произошла постепенная дифференцировка тканей. Раздражимость в этих тканях достигла наивысшего выражения и получила название возбудимость. Т.е. возбудимость – частное проявление раздражимости.

Возбудимость - способность ткани специализированно, целенаправленно отвечать на раздражение. Возбудимостью обладают нервная, мышечная и железистая ткани.

Возбуждение – процесс, характеризующийся изменением обмена в ответ на раздражение в виде временной деполяризации мембраны. Ответной реакцией нервной клетки может быть проведение нервного импульса, мышечной клетки – сокращение, секреторной – синтез и выделение биологически активного вещества.

Компоненты возбуждения:

- Химический

- Физико-химический

- Физический

- Физиологический

Физико-химический – ионная проницаемость (будем изучать).

Физический – электрические, термические, механические проявления.

Физиологический – изменение функциональных свойств (например, клетка может утратить возбудимость во время возбуждения).

Электрическое проявление – наиболее значимое для возбуждения. Регистрируется в виде быстрого колебания мембранного потенциала или потенциала действия. Таким образом, возбудимость – способность генерации потенциала действия (ПД), а возбуждение – процесс генерации ПД.

Перерыв 10 минут. Старосты групп отмечают в журнал.

Итак, термин «возбудимые клетки» применяют лишь по отношению к нервным, мышечным и секреторным клеткам, способным в отчет на действие раздражителя генерировать специализированные формы колебаний электрического потенциала.

Первые данные о существовании биоэлектрических явлений («животное электричество») были получены в середине 18 века при изучении природы электрического разряда, наносимого некоторыми рыбами при защите (Адамсон 1751 год).

В конце 18 века Луиджи Гальвани (итал. естествоиспытатель) изучал атмосферное электричество. Препараты задних лап лягушки на медном крючке были подвешены на балконе. Во время грозы при покачивании от ветра лапки касались железных перил и дергались. Был сделан ошибочный вывод: в живой системе существует «животное электричество», которое возникает в спинном мозге и передается по металлическим проводникам к мышцам (первый опыт Гальвани).

Александро Вольта (физик) опроверг такое объяснение и доказал, что электрический ток возникает не в живых клетках, а в месте контакта разнородных металлов (Cu и Fe, или медь-цинк, медь-свинец, серебро-цинк) с электролитом, которым являются тканевые жидкости (раствор солей). В результате им был создан «вольтов столб», названный впоследствии гальваническим элементом.

В доказательство справедливости своей точки зрения Гальвани предложил через два года другой опыт: набрасывать на мышцу дистальный отрезок седалищного нерва, который иннервирует эту мышцу, чем действительностью доказал существование «животного электричества» (второй опыт Гальвани).

Поврежденные и неповрежденные участки заряжены неодинаково (рис.). 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.

Окончательное доказательство существования электрических явлений в живых тканях было получено в опыте «вторичного тетануса» К. Маттеуччи (1811-1868), в котором один нервно-мышечный препарат возбуждался током, а биотоки сокращающейся мышцы (токи действия) раздражали нерв второго нервно-мышечного препарата (рис.).

Э. Дюбуа-Реймон с помощью струнного гальванометра впервые определил, что поврежденный участок мембраны – заряжен «-», а неповрежденный – «+».

Таким образом, в конце Х1Х века благодаря работам Л. Германа, Э. Дюбуа-Реймона, Ю. Бернштейна (1902) стало очевидно, что электрические явления, которые возникают в возбудимых тканях, обусловлены свойствами клеточных мембран.

Ток возникает между поврежденным и неповрежденным участком (ток покоя) или между возбужденным и невозбужденным участком мембраны (ток действия).

Качественно новый этап в изучении электрических явлений в живых тканях наступил в середине 20 века в связи с разработкой точных методов регистрации электрических потенциалов и созданием современной гипотезы возникновения МПП – мембранно–ионной теории (Ходжкин, Хаксли, Катц (1949-1952).

Ток покоя, возникающий между поврежденным и неповрежденным участком мембраны, обусловлен разностью потенциалов между наружной и внешней мембраной.

+ + + +

_ _ _ _ МПП – мембранный потенциал покоя

в возбудимых клетках.

Суть теории – мембранный потенциал покоя возникает благодаря направленному движению заряженных частиц (ток). В основном это диффузия ионов К⁺ через мембрану клетки из внутриклеточной среды во внеклеточную (рис.).

Это предопределено:

1. Концентрация внутри – больше К⁺, чем вне. По градиенту концентрации калий выходит из клетки с участием калиевых каналов. В результате того, что мембрана непроницаема для анионов клетки (глутамат, аспартат, органические фосфаты, белки), на внутренней поверхности мембраны образуется избыток отрицательно заряженных частиц, а на наружной – избыток положительно заряженных частиц.

2) Избирательно высокая проницаемость мембраны для К⁺

Na⁺ – K⁺ – Cl^-

1 : 0,04 : 0, 45

Схема