№1 Цели и задачи нейрофизиологии.

Основная цель курса – формирование у будущих педагогов представлений о строении и функциях центральной нервной системы, о нейрофизиологических механизмах формирования высших психических функций и их возрастных особенностях. Задачи курса: дать представление о: - регулирующих системах организма и их взаимодействии; - формировании в онтогенезе, строении и функциях центральной нервной системы; - нейрофизиологических механизмах высших психических функций; - возрастных особенностях функционирования мозга.

 Цель  изучения дисциплины – Дисциплина « Нейрофизиология » предполагает формирование  и  развитие у студентов представлений  и  умений осмысливать сложнейшие законы деятельности головного мозга высших животных  и  человека. Рассматривая законы деятельности головного мозга, в основе которых базируется принцип рефлекторного отражения внешнего мира, понять сложные проявления поведения животных  и  человека, включая психические процессы.

Задачи дисциплины:

- сформировать у аспирантов представление о важнейших закономерностях деятельности головного мозга;

- о рефлекторном принципе функционирования центральной нервной системе;

- о физиологических механизмах, лежащих в основе поведения животных  и  человека, включая психические процессы;

- об основных научных проблемах  и  дискуссионных вопросах в современной  нейрофизиологии ;

- подготовить аспирантов к применению полученных знаний при осуществлении конкретного физиологического исследования.

Цели и задачи дисциплины:рассмотреть, проанализировать и усвоить основные современные представления о функциональных особенностях нервных клеток, частей нервной системы и сложных систем, обеспечивающих реализацию и протекание психических процессов; сформировать конкретные представления о соотношении строения нервной, двигательной и эндокринной систем организма с выполнением психических функций и осуществления их регуляции

№2 Понятие о физиологической функции.

Синергетика — современное междисциплинарное научное направление, в основе которого лежит теория самоорганизации систем различной природы.

1. Понятие о физиологических функциях и их регуляции; нервно-рефлекторные и гуморальные механизмы регуляции

С точки зрения классической рефлекторной теории, поведение животного состоит из рефлексов, которые начинаются с возбуждения определенного рецептивного поля и заканчиваются соответствующим действием (стимул-реакция). Согласно теории функциональных систем, поведение живых существ всегда направлено на получение полезного для организма приспособительного результата. Обязательным компонентом любого поведенческого акта является звено обратной связи (обратная афферентация), которая позволяет организму оценить результат совершенного действия и сигнализирует о нем в соответствующие нервные центры. Любой рефлекторный акт в условиях функционирования целостного организма выступает только как компонент более сложной совокупности процессов, конечной целью которых является не само действие, а достижение результатов, необходимых для выживания организма в широком смысле слова.

На современном этапе развития физиологии классическая рефлекторная теория стала своего рода базисом для развития более совершенных представлений о регулировании физиологических функций, а рефлекторная дуга органически вписалась в состав архитектуры функциональной системы организма.

Функциональные системы, поддерживающие на оптимальном для метаболизма уровне показатели внутренней среды организма, включают универсальные периферические и центральные механизмы.

Полезный приспособительный результат как системообразующий фактор. К категории результатов относятся жизненно важные метаболические (гомеостатические) показатели внутренней среды организма - артериальное давление (АД), рН крови, уровень глюкозы, осмотическое давление крови и т.д.

Рецепторы результата. Отклонения констант от нормального для метаболизма уровня воспринимаются рецепторами, функции которых могут выполнять:

а) - специализированные нервные клетки;

б) свободные окончания чувствительных нервов;

в) участки биологических мембран, чувствительные к физиологически активным веществам;

г) внутриядерные белковые молекулы, имеющие сродство к гормонам. Рецепторы могут быть сгруппированы в рецептивные поля (дуга аорты, сонный синус, брыжейка, корни зубов) или рассеяны диффузно по органам и тканям (болевые, температурные, тактильные). Рецепторы воспринимают энергию внешнего раздражения и трансформируют ее в энергию нервного возбуждения.

Обратная афферентация. Информация от рецепторов (обратная афферентация) поступает в ЦНС. Основными афферентными проводниками возбуждения являются чувствительные нервные волокна. Помимо этого, некоторые структуры ЦНС непосредственно реагируют на изменение химического состава крови. Они возбуждаются в результате прямого контакта крови с клетками этих структур, т.е. гуморально.

Механизмы регуляции могут быть гуморальными - это означает, что изменения концентрации ионов или молекул во внеклеточной жидкости могут вызвать реакцию (как при высвобождении паратиреоидного гормона, в результате изменения концентрации внеклеточного Са²⁺).

Системное объединение нервных центров. В нервных центрах различного уровня происходят обработка поступившей информации, ее оценка, интеграция (обобщение) и как следствие - посылка соответствующих команд к исполнительным органам.

Исполнительные механизмы. Большинство функциональных систем имеет внутреннее и внешнее звено саморегуляции. Внутреннее звено обеспечивается согласованной работой внутренних органов, в том числе желез внутренней и внешней секреции, и представлено разнообразными вегетативными, нейрогуморальными и местными регуляторными механизмами. Центральная регуляция внутреннего звена осуществляется в основном спинальными и подкорковыми вегетативными центрами и является непроизвольной (например, работа сердца, тонус сосудов, перистальтика кишечника). Внешнее звено саморегуляции представлено целенаправленным поведением.

№3 Уровни функционирования организма.

Как уже упоминалось, адаптация — сложный процесс, затра­гивающий все уровни функционирования организма — физиоло­гический, психологический, социально-психологический, в том числе профессиональный. Поэтому важно понимать, какие изме­нения происходят на каждом из этих уровней.

На физиологическом уровне наблюдается напряжение функ­циональных компенсаторных систем, направленных на обеспече­ние адекватного реагирования в экстремальных условиях. На этом уровне функционируют механизмы нейро-гуморальной регуляции (напряжение симпато-адреналовой системы, выделение гормонов коры надпочечников, нейромедиаторов мозговых структур — гистамина, дофамина, ацетилхолина и др.), а также происходит вклю­чение отдельных органов и систем в стресс-реакции (сердечно-со­судистой, дыхательной, выделительной и т.д.).

На психологическом уровне отмечаются изменение, перестрой­ка психики индивида, процесс выработки новых динамических стереотипов, под которыми понимают устойчивую систему временных нервных связей (условных рефлексов), обеспечивающую определенную интенсивность и последовательность реакций орга­низма и психики на изменение внешних и внутренних воздей­ствий. Выделяют положительные и отрицательные реакции пси­хологической адаптации.

Положительные реакции представляют конструктивные реше­ния, преодоление препятствия, мешающего достижению цели. Эффект достигается путем усиления стремления, направленного на разрешение проблемы. Отрицательные реакции фрустрации могут вызвать разные формы неконструктивного поведения. К ним относится агрессия, регрессия, фиксация, от­каз, негативизм, репрессия (Ф.Б. Березин, В.А.Бодров).

Агрессия направлена на другое лицо или объект. Формы агрес­сии могут быть физическими и вербальными. Иногда агрессия носит скрытый характер, также она может быть направлена на за­местительные объекты, а не на само препятствие. Агрессия, пере­ходящая в гнев, проявляется в бурных и неадекватных реакциях. Агрессия обычно не приводит к достижению цели, и поэтому она не является конструктивной формой поведения.

Регрессия — возврат к формам реагирования, поведения, при­сущим человеку на более раннем этапе жизни. При этом возмож­но возникновение инфантильных реакций, свойственных детско­му возрасту. Возможны примитивизация поведения, усиление же­стикуляции, применение физической силы. У лиц, получивших травму, это выражается в отказе строить планы на будущее, воз­вращении к привычным, отработанным ранее формам поведения.

Фиксация — повторение неэффективных способов поведения. Может проявляться в межличностных отношениях, профессио­нальной деятельности.

Отказ — тенденция индивидуума не участвовать в решении касающейся его проблемы. Таким образом, развивается апатиче­ский подход к ситуации. Это наиболее неблагоприятная реакция на фрустрацию. Существуют два типа отказа. Первый отказ «с лег­ким сердцем», когда человек относительно легко соглашается с не­возможностью справиться с ситуацией и ищет для себя другие сфе­ры деятельности. В этом случае сохраняются значительная эффек­тивность адаптационных механизмов, умение переключатся, со­храняя положительную мотивацию. Второй вид отказа — отказ с дезорганизацией поведения. Здесь выступают апатия, угнетение, снижение активности.

Негативизм: для него характерно отрицательное отношение не только к вызывающей фрустрацию ситуации, но и к другим, имеющим с ней какие-нибудь черты сходства, проблемам.

Репрессия характеризуется блокированием, вытеснением из сознания неприятных ситуаций, которые касаются требуемых для разрешения вопросов. Это нереалистическая форма поведения.

Необходимость адаптации приводит к активизации так назы­ваемых защитных механизмов личности. Проблема защитных механизмов (психологических защит) разрабатывалась со времен 3. Фрейда (в том числе его дочерью Анной). Роль защитных меха­низмов заключается, прежде всего, в снижении эмоционального напряжения в ситуациях внутриличностного конфликта, хотя это и не всегда решает саму проблему. Существует множество класси­фикаций защитных механизмов, начиная с классификации Фрей­да и заканчивая предлагаемыми последними исследованиями в этой области. К основным защитным механизмам относят рацио­нализацию, проекцию, фантазирование, вытеснение, идентифи­кацию, компенсацию.

В работах по стрессу психологическая защита как способ проти­водействия стрессу сопоставляется с так называемыми механизма­ми совладания (или стратегиями преодоления — stress-coping strategies). А.Адлером механизмы совладания понимаются как по­веденческие и внутрипсихические усилия по разрешению конфлик­тов между внешними и внутренними требованиями, которые пред­полагают мобилизацию психических ресурсов. Другие авторы под­черкивают, что не все, что в самом широком смысле служит реше­нию проблемы или адаптации, можно назвать совладанием; о нем можно говорить только тогда, когда переработка травматического опыта требует значительных усилий. Считается, что в общей струк­туре механизмов психической регуляции защитные реакции зани­мают последний уровень совладания с экстремальными ситуация­ми, уровень, который уже имеет характер прогрессирующей деком­пенсации. Защитный вариант регуляции поведения направлен на маскировку актуальной социальной недееспособности (в том чис­ле на маскировку перед самим собой), на купирование тревоги, на вытеснение информации, которая противоречит Я-концепции.

Р.Лазарусом, Мак-Гро и другими авторами была предложена классификация психозащитных техник, в которой в одну группу были выделены симптоматические техники (употребление алко­голя, транквилизаторов, седативных препаратов и т.д.), а в дру­гую — так называемые внутрипсихические техники когнитивной защиты (идентификация, перемещение, подавление, отрицание, реактивное образование, проекция, интеллектуализация). К на­стоящему времени сложилось представление о перечне основных стилей преодоления, которых придерживаются люди в кризисных ситуациях (табл. 8).

Эти стратегии существенно различаются своей адаптивной эф­фективностью. Исследование особенностей преодоления профес­сионального стресса в управленческой деятельности (Н. Е. Водопьянова, 1998) выявило группы менеджеров, успешно и неуспеш­но справляющихся с трудностями.

«Успешные» менеджеры отличаются от «неуспешных» по ряду критериев. Во-первых, у них больший репертуар преодолевающих стратегий, а это, соответственно, делает их выбор более адаптивным. Во вторых, «успешные» чаще предпочитают «здоровые» модели адаптивного поведения в стрессогенных ситуациях. Это выражается в более высоких пока­зателях уверенности поведения, вступления в социальные контак­ты, поиска социальной поддержки и в более низких показателях агрессивности и асоциальных действий. «Успешные» менеджеры чаще используют непрямые действия, рационализацию и поиск позитивного в эмоционально-напряженных ситуациях делового общения по сравнению с «неспешными» менеджерами. Кризисные ситуации «успешные» предпочитают рассматривать как но­вый опыт, полезный для будущей жизни и профессиональной карьеры (по принципу «за одного битого двух небитых дают»). Модели их поведения просоциальны, активны и гибки.

Для «неуспешных» более характерными оказались модели по­ведения, основанные на пассивно-созерцательном реагировании: осторожные действия, уход от проблемы. Значительно чаще отме­чались асоциальная стратегия (жесткие, догматические, цинич­ные, негуманные действия), агрессия (давление, отказ от поиска альтернативных решений, конфронтация, соперничество). Они чаще проявляли социальную незрелость и несмелость, в то же вре­мя их поведение в проблемных ситуациях более асоциально и аг­рессивно по отношению к окружающим. Это является своеобраз­ным компенсаторным механизмом преодоления внутреннего (ду­шевного) дискомфорта, обусловленного неуверенностью в себе, и негативизма.

Особое значение включение механизмов физиологической и психологической адаптации имеет в условиях воздействия экст­ремальных факторов производственной среды. В этом случае про­исходит краткосрочная мобилизация адаптационных ресурсов, позволяющая продолжать выполнение деятельности в условиях неблагоприятного воздействия чрезвычайной обстановки. При­обретенные в особой обстановке компенсаторно-приспособитель­ные психофизиологические и личностные изменения в ряде слу­чаев становятся устойчивым эмоционально-поведенческим сте­реотипом.

Социально-психологическая адаптация (далее — СПА) за­трагивает индивидуальные особенности человека, позицию лич­ности в обществе, систему взаимодействия с окружающими. Эк­стремальные ситуации, возникающие в области экономических, политических, социальных и духовных отношений в обществе, предъявляют повышенные требования к эффективности механиз­мов адаптации. СПА рассматривается, с одной стороны, как при­способление, с другой — как преобразование среды в результате активной деятельности адаптирующегося индивида. Процесс СПА состоит в том, что человек, овладевая разнообразным социальным опытом, постоянно сталкивается с новыми жизненными обстоя­тельствами, вырабатывая при этом новые модели поведения, наи­более соответствующие изменившимся условиям окружающей среды и данной ситуации. Это часто сопровождается отказом от сложившихся ранее понятий и представлений, установок, ценно­стных ориентации и приобретением новых, соответствующих из­менившимся условиям. Специфика собственно человеческой адаптации заключается в том, что она носит активный, деятельностный характер и изменяет как само поведение человека, так и окружающий мир (А. А. Налчаджян).

Выделяют несколько различных стратегий социально-психологической адаптации: стремление изменить вне­шние обстоятельства; уход от решения проблемы и поиск среды, более соответствующей адаптивному потенциалу индивида; изме­нение своей внутренней структуры.

Результатом адаптационного процесса является относитель­ное соответствие (баланс) состояния и поведения человека ус­ловиям социальной среды, т.е. социально-психологическая адаптированность личности. Социально-психологическая адаптированность — это интегральный показатель состояния человека, отражающий его возможности выполнять определенные биосоциальные функции (адекватное восприятие окружающей действительности и собственного организма; адекватная система отношений и общения с окружающими; способность к труду, обучению, к организации досуга и отдыха; способность к самообслуживанию и взаимообслуживанию в семье и коллективе; изменчивость (адаптивность) поведения в соответствии с ролевыми ожиданиями других). Основными проявлениями пси­хологической адаптированности человека в обществе являются его взаимодействие (в том числе общение) с окружающими людьми и его активная деятельность. Важнейшими средствами достижения психологической адаптации являются общее обра­зование и воспитание, а также трудовая и профессиональная подготовка.

Эффективному развитию всех механизмов СПА способствует взаимодействие объективных социальных условий (социальное происхождение, образовательный уровень), среды обитания (семья, школа, трудовой коллектив, неформальное окружение) и самой личности, которая формируется в зависимости от активной или пассивной позиции, способностей, творческой деятельности, природных задатков.

Показателями уровня СПА принято считать субъек­тивную удовлетворенность личности своей жизнью, результатами выполняемой деятельности и продуктивность деятельности субъекта (в качестве объективного показателя).

Таким образом, понятие социально-психологической адапта­ции отражает сложные процессы, происходящие с человеком в изменяющемся социальном окружении и направленные на до­стижение гармонии с социальной средой. Успешность СПА обеспечивает целенаправленная деятельность человека в интересах изменения внешних условий и самого себя. В ее основе лежат сложные механизмы структурной перестройки личности и ее окружения, поиск и формирование новых смыслов в жизнедеятельно­сти, овладение новыми трудовыми навыками, трансформации ценностного, мотивационного, смыслового ядра личности. В отличие от психофизиологической адаптации, которую можно считать процессом краткосрочного приспособления, СПА является механизмом долгосрочного планирования и обеспечения жизни индивида. Учитывая специфику деятельности в экстремальных си­туациях, можно говорить об успешности адаптации в том случае, если человек в этих условиях продолжает выполнять свои профес­сиональные задачи (проводить спасательные работы, управлять техникой в аварийной ситуации и др.).

№4 Взаимоотношение функции и структуры.

№5 Нервно-рефлекторные механизмы регуляции функций.

№6 Виды возбудимых тканей, их функциональные свойства.

Виды возбудимых тканей:

- Нервная

- Мышечная

- Железистая

Общее свойство:

Возбудимость- способность возбудимой ткани переходить из состояния покоя в состояние возбуждения под действием факторов внешней или внутренней среды, которые называются раздражителями.

Основные физиологические свойства возбудимых тканей:

Возбудимость - способность ткани отвечать на раздражение возбуждением. Возбудимость зависти от уровня обменных процессов и заряда клеточной мембраны. Показатель возбудимости порог раздражения - та минимальная сила раздражителя, которая вызывает первую видимую ответную реакцию ткани. Раздражители бывают: подпороговые, пороговые, надпороговые. Возбудимость и порог раздражения - обратно пропорциональные величины.

Проводимость- способность ткани проводить возбуждение по всей своей длине. Показатель проводимости - скорость проведения возбуждения. Скорость проведения возбуждения по скелетной ткани - 6-13 м/с, по нервной ткани до 120 м/с. Проводимость зависит от интенсивности обменных процессов, от возбудимости (прямо пропорционально).

Рефрактерность (невозбудимость)- способность ткани резко снижать свою возбудимость при возбуждении. В момент самой активной ответной реакции ткань становится невозбудимой. Различают: абсолютно рефрактерный период - время, в течении которого ткань не отвечает абсолютно ни на какие возбудители;

Oтносительный рефрактерный период - ткань относительно невозбудима - происходит восстановление возбудимости до исходного уровня.

Показатель рефрактерности- продолжительность рефрактерного периода (t). Продолжительность рефрактерного периода у скелетной мышцы - 35-50 мс, а у нервной ткани - 5-5 мс. Рефрактерность ткани зависит от уровня обменных процессов и функциональной активности (обратная зависимость).

Лабильность (функциональная подвижность)- способность ткани воспроизводить определенное число волн возбуждения в единицу времени в точном соответствии с ритмом наносимых раздражений. Это свойство характеризует скорость возникновения возбуждения. Показатель лабильности: максимальное количество волн возбуждения в данной ткани: нервные волокна - 500-1000 импульсов в секунду, мышечная ткань - 200-250 импульсов в секунду, синапс - 100-125 импульсов в секунду. Лабильность зависит от уровня обменных процессов в ткани, возбудимости, рефрактерности.

Для мышечной ткани к четырем перечисленным свойствам добавляется пятое - сократимость.

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 раздражителей.

Раздражители – это факторы внешней или внутренней среды, действующие на возбудимые структуры.

Различают две группы раздражителей:

1) естественные (нервные импульсы, возникающие в нервных клетках и различных рецепторах);

2) искусственные: физические (механические – удар, укол; температурные – тепло, холод; электрический ток – переменный или постоянный), химические (кислоты, основания, эфиры и т. п.), физико-химические (осмотические – кристаллик хлорида натрия).

Классификация раздражителей по биологическому принципу:

1) адекватные, которые при минимальных энергетических затратах вызывают возбуждение ткани в естественных условиях существования организма;

2) неадекватные, которые вызывают в тканях возбуждение при достаточной силе и продолжительном воздействии.

К общим физиологическим свойствам тканей относятся:

1) возбудимость – способность живой ткани отвечать на действие достаточно сильного, быстрого и длительно действующего раздражителя изменением физиологических свойств и возникновением процесса возбуждения.

Мерой возбудимости является порог раздражения. Порог раздражения – это та минимальная сила раздражителя, которая впервые вызывает видимые ответные реакции. Так как порог раздражения характеризует и возбудимость, он может быть назван и порогом возбудимости. Раздражение меньшей интенсивности, не вызывающее ответные реакции, называют подпороговым;

2) проводимость – способность ткани передавать возникшее возбуждение за счет электрического сигнала от места раздражения по длине возбудимой ткани;

3) рефрактерность – временное снижение возбудимости одновременно с возникшим в ткани возбуждением. Рефрактерность бывает абсолютной (нет ответа ни на какой раздражитель) и относительной (возбудимость восстанавливается, и ткань отвечает на подпороговый или сверхпороговый раздражитель);

4) лабильность – способность возбудимой ткани реагировать на раздражение с определенной скоростью. Лабильность характеризуется максимальным числом волн возбуждения, возникающих в ткани в единицу времени (1 с) в точном соответствии с ритмом наносимых раздражений без явления трансформации.

№7 Строение мембраны возбудимой ткани, ее функции.

Именно эти ткани называются возбудимыми, так как клетки возбудимых тканей, точнее их мембраны, имеют особенности строения.

Они состоят из билепидного слоя и белков 3 видов:

- Поверхностный– когда молекула располагается на поверхности.

- Погруженный – одна молекула на поверхности, а другая погружена внутрь.

- Пронизывающий – пронизывает насквозь.

Наличие этих молекул, особенно последнего 3 вида, формируют в мембране специфические структуры: каналы и насосы.

Мембрана клетки. Толщина 100 (ангстрем). Имеет слоистое строение.

Основные свойства:

1. Избирательная проницаемость.

2. Изменчивая проницаемость.

Строение и основные свойства клеточных мембран и ионных каналов:

Согласно современным представлениям, биологические мембраны образуют наружную оболочку всех животных клеток и формируют многочисленные внутриклеточные органеллы. Наиболее характерным структурным признаком является то, что мембраны всегда образуют замкнутые пространства, и такая микроструктурная организация мембран позволяет им выполнять важнейшие функции.

Строение и функции клеточных мембран.

1.Барьерная функция выражается в том, что мембрана при помощи соответствующих механизмов участвует в создании концентрационных градиентов, препятствуя свободной диффузии. При этом мембрана принимает участие в механизмах электрогенеза. К ним относятся механизмы создания потенциала покоя, генерация потенциала действия, механизмы распространения биоэлектрических импульсов по однородной и неоднородной возбудимым структурам.

2.Регуляторная функция клеточной мембраны заключается в тонкой регуляции внутриклеточного содержимого и внутриклеточных реакций за счет рецепции внеклеточных биологически активных веществ, что приводит к изменению активности ферментных систем мембраны и запуску механизмов вторичных «месенджеров» («посредников»).

3.Преобразование внешних стимулов неэлектрической природы в электрические сигналы (в рецепторах).

4.Высвобождение  нейромедиаторов  в  синаптических  окончаниях.

Клетки отделены от внутренней среды организма клеточной или плазматической мембраной. Мембрана обеспечивает: 1) избирательное проникновение в клетку и из неё молекул и ионов, необходимых для выполнения специфических функций клеток; 2) избирательный транспорт ионов через мембрану, поддерживая трансмембранную разницу электрического потенциала; 3) специфику межклеточных контактов.

Благодаря наличию в мембране многочисленных рецепторов, воспринимающих химические сигналы – гормоны, медиаторы и другие, биологически активные вещества, она способна изменять метаболическую активность клетки. Мембраны обеспечивают специфику иммунных проявлений, благодаря наличию на них антигенов – структур, вызывающих образование антител, способных специфически связываться с этими антигенами.

Ядро и органеллы клетки также отделены от цитоплазмы мембранами, которые предупреждают свободное движение воды и растворенных в ней веществ из цитоплазмы в них и наоборот. Это создает условия для разделения биохимических процессов, протекающих в различных отсеках (компартментах) внутри клетки.

№8 Ионные каналы, их виды, функции, ионные насосы.

Наличие этих молекул, особенно последнего 3 вида, формируют в мембране специфические структуры: каналы и насосы.

Классификация каналов:

-ионоселективные – пропускают определенный вид ионов.

- иононеселективные – пропускают всё.

- с воротным механизмом.

- без воротного механизма.

Ворота:

- активационные.

- инактивационные.

Канал, в котором оба вида ворот открыты, находится в активном состоянии.

Если активационные закрыты, а инактивационные открыты, канал находится в состоянии функциональной готовности.

Если активационные открыты, а инактивационные закрыты, то такой канал неактивен.

По механизму активации каналы бывают:

- хемочувствительные – приходят в активное состояние при действии химических факторов.

- электрочувствительные – активируются при действии зарядов.

- механочувствительные – активируются при деформации мембраны клетки.

Через ионные каналы ионы проходят при наличии либо концентрационного градиента, либо при наличии электрохимического градиента.

Насосы в отличии от ионных каналов перекачивают ионы против градиентов с затратой энергии АТФ.

Насосы могут быть либо моноионные – только 1 вид ионов в одну сторону, либо биионные – 2 вида ионов в разные стороны (N-Ca насос).

Концентрация осуществляется химическими, электрическими, механическими факторами.

Ионные каналы (ИК) - это мембранные молекулярные структуры, образованные интегральными (трансмембранными) белками, пронизывающими клеточную мембрану поперёк в виде нескольких петель и образующими в мембране сквозной канал (пору). Канальные белки состоят из субъединиц, образующих структуру со сложной пространственной конфигурацией, в которой кроме поры обычно имеются дополнительные молекулярные системы: открытия, закрытия, избирательности, инактивации, рецепции и регуляции. ИК могут иметь не один, а несколько участков (сайтов) для связывания с управляющими веществами (лигандами).

Свойства ИК

Селективность - это избирательная повышенная проницаемость ИК для определённых ионов. Для других ионов проницаемость понижена. Такая избирательность определяется селективным фильтром - самым узким местом канальной поры. Фильтр, кроме узких размеров, может иметь также локальный электрический заряд. Например, катион-селективные каналы обычно имеют в области своего селективного фильтра отрицательно заряженные остатки аминокислот в составе белковой молекулы, которые притягивают положительные катионы и отталкивают отрицательные анионы, не пропуская их через пору.

Управляемая проницаемость - это способность ИК открываться или закрываться при определённых управляющих воздействиях на канал. Понятно, что закрытый канал имеет пониженную проницаемость, а открытый - повышенную. По этому свойству ИК можно классифицировать в зависимости от способов их открытия: например, потенциал-активируемые, лиганд-активируемые и т.д.

Инактивация - это способность ИК через некоторое время после своего открытия автоматически понижать свою проницаемость даже в том случае, когда открывший их активирующий фактор продолжает действовать.

Быстрая инактивация - это особый процесс со своим особым механизмом, отличающийся от медленного закрытия канала (медленной инактивации). Закрытие (медленная инактивация) канала происходит за счёт процессов, противоположных процессам, обеспечившим его открытие, т.е. за счёт изменения конформации канального белка. А вот, например, у потенциал-активируемых каналов быстрая инактивация происходит с помощью специальной молекулярной "пробки-затычки", напоминающей пробку на цепочке, которую обычно используют в ваннах.  Эта пробка представляет собой аминокислотную (полипептидную) петлю с утолщением на конце в виде трёх аминокислот, которым и затыкается внутреннее устье канала со стороны цитоплазмы. Именно поэтому потенциал-зависимые ИК для натрия, обеспечивающие развитие потенциала действия и движение нервного импульса, могут пропускать в клетку ионы натрия только в течение нескольких миллисекунд, а затем они автоматически закрываются своими молекулярными пробками, несмотря на то, что открывающая их деполяризация продолжает действовать. Другим механизмом инактивации ИК может служить модификация дополнительными субъединицами внутриклеточного устья канала.

Блокировка - это способность ИК под действием веществ-блокаторов фиксировать какое-то одно своё состояние и не реагировать на обычные управляющие воздействия. В таком состоянии канал просто перестаёт давать ответы на управляющие воздействия. Блокировку вызывают вещества-блокаторы, которые могут называться антагонистами, блокаторами или литиками.

Антагонисты - это вещества, препятствующие активирующему действию других веществ на ИК. Такие вещества способны хорошо связываться с рецепторным участком ИК, но не способны изменить состояние канала, вызвать его ответную реакцию. Получается блокада рецептора и вместе с ним - блокада ИК. Следует помнить, что антагонисты не обязательно вызывают полную блокаду рецептора и его ИК, они могут действовать более слабо и лишь ингибировать (угнетать) работу канала, но не прекращать её полностью

Агонисты-антагонисты - это вещества, которые обладают слабым стимулирующим влиянием на рецептор, но при этом блокируют действие естественных эндогенных управляющих веществ.

Блокаторы - это вещества, препятствующее работе ионного канала, например, взаимодействию медиатора с молекулярным рецептором к нему и, следовательно, нарушающие управление каналом, блокирующие его. Например, действие ацетилхолина блокируют холиноблокаторы; норадреналина с адреналином - адреноблокаторы; гистамина - гистаминоблокаторы и т. д. Многие блокаторы применяются в терапевтических целях как лекарственные препараты.

Литики - это те же блокаторы в отношении ИК, но этот термин более старый. Он используется как синоним для блокатора: холинолитик, адренолитик и т.д. В то же время в фармакологии термин "литик" применяется в более широком смысле - как вещество, препятствующее не только действию лиганда, а вообще препятствующее передаче возбуждения.

Пластичность - это способность ИК изменять свои свойства, свои характеристики. Наиболее распространённый механизм, обеспечивающий пластичность - это фосфорилирование аминокислот канальных белков с внутренней стороны мембраны ферментами-протеинкиназами. К канальным белкам присоединяются фосфорные остатки от АТФ или ГТФ - и канал меняет свои свойства. Накпример, фиксируется в постоянно закрытом состоянии, или, наоборот, в открытом.

Функции ИК

Главная функция ИК - обеспечивать управляемое перемещение ионов через мембрану.

В зависимости от проходящих через них ионов ИК подразделяют на натриевые, калиевые, кальциевые, хлорные, протонные (водородные).

Функции ИК:

1. Регуляция водного обмена клетки: объём и тургор.

2. Регуляция pH: закисление и защелачивание.

3. Регуляция ионного обмена (обмен солей): изменение внутриклеточного ионного состава и концентрации.

4. Создание и изменение мембранных потенциалов: потенциал покоя; в возбудимых клетках - локальные потенциалы, потенциал действия.

5. Проведение возбуждения в возбудимых клетках: обеспечение движения нервных импульсов.

6. Трансдукция в сенсорных рецепторах: преобразование раздражения (стимула) в возбуждение.

7. Управление активностью клетки: за счёт обеспечения потоков вторичного мессенджера - Са²⁺.

Способность к проведению нервного импульса в аксонах обусловлена, с одной стороны, наличием в его мембранах специфических белковых комплексов, которые представляют собой ионные каналы, управляемые электрическими потенциалами, с другой стороны, наличием белковых структур, поддерживающих ионные градиенты в мембранах, — так называемых ионных насосов.

Насосы расходуют метаболическую энергию для перемещения ионов против концентрационных градиентов между вне- и внутриклеточной средой. Особенно важны различия в концентрациях ионов Na, К и Са. Наружная среда приблизительно в десять раз богаче ионами Na, чем внутренняя > а внутренняя среда в десятки раз богаче ионами К, чем наружная. Внеклеточные концентрации Са+ в сотни-тысячи раз выше внутриклеточных.

Ионы Na и К могут медленно проникать через поры в клеточной мембране по градиенту, поэтому ионные насосы непрерывно производят обмен вошедших в клетку ионов натрия на ионы калия из внешней среды, такое откачивание ионов натрия осуществляется внутренним мембранным белком — Na+, К+-АТФазой или Na-насосом. Существуют и другие типы ионных насосов, преимущественно называемых по типу ионов, которые они транспортируют, например Са-насосы, К-насосы и т.д..

№9 Мембранный потенциал, механизмы его формирования.

Разность зарядов на наружной и внутренней стороне мембраны называется мембранным потенциалом или мембранным потенциалом покоя. Мпп. Его величина отрицательна, измеряется в милливольтах мВ, и в зависимости от мембранных состояний может колебаться от -40 до -60 мВ. Мы в среднем берем – 90 мВ.

Величину мпп можно измерить и рассчитать.

Наличие белков, каналов и насосов формирует в клетках тканей ионную ассиметрию.

При этом в состоянии покоя мембрана клетки возбудимой ткани пропускает ионы К+, который вытекает наружу через каналы утечки (безворотного механизма). В результате концентрации ионов Na+ снаружи, и вытекания и вытекания К+, на наружной поверхности мембраны накапливается + заряд, а на внутренней -. Т. к. вытекающий К+ притягивает к внутренней поверхности мембраны огромную молекулу НСО3-, с отрицательным зарядом. Она не может вытекать и накапливается, создавая – заряд.

Мембранный потенциал (или потенциал покоя) – это разность потенциалов между наружной и внутренней поверхностью мембраны в состоянии относительного физиологического покоя. Потенциал покоя возникает в результате двух причин:

1) неодинакового распределения ионов по обе стороны мембраны. Внутри клетки находится больше всего ионов К, снаружи его мало. Ионов Na и ионов Cl больше снаружи, чем внутри. Такое распределение ионов называется ионной асимметрией;

2) избирательной проницаемости мембраны для ионов. В состоянии покоя мембрана неодинаково проницаема для различных ионов. Клеточная мембрана проницаема для ионов K, малопроницаема для ионов Na и непроницаема для органических веществ.

За счет этих двух факторов создаются условия для движения ионов. Это движение осуществляется без затрат энергии путем пассивного транспорта – диффузией в результате разности концентрации ионов. Ионы K выходят из клетки и увеличивают положительный заряд на наружной поверхности мембраны, ионы Cl пассивно переходят внутрь клетки, что приводит к увеличению положительного заряда на наружной поверхности клетки. Ионы Na накапливаются на наружной поверхности мембраны и увеличивают ее положительный заряд. Органические соединения остаются внутри клетки. В результате такого движения наружная поверхность мембраны заряжается положительно, а внутренняя – отрицательно. Внутренняя поверхность мембраны может не быть абсолютно отрицательно заряженной, но она всегда заряжена отрицательно по отношению к внешней. Такое состояние клеточной мембраны называется состоянием поляризации. Движение ионов продолжается до тех пор, пока не уравновесится разность потенциалов на мембране, т. е. не наступит электрохимическое равновесие. Момент равновесия зависит от двух сил:

1) силы диффузии;

2) силы электростатического взаимодействия.

Значение электрохимического равновесия:

1) поддержание ионной асимметрии;

2) поддержание величины мембранного потенциала на постоянном уровне.

В возникновении мембранного потенциала участвуют сила диффузии (разность концентрации ионов) и сила электростатического взаимодействия, поэтому мембранный потенциал называется концентрационно-электрохимическим.

Для поддержания ионной асимметрии электрохимического равновесия недостаточно. В клетке имеется другой механизм – натрий-калиевый насос. Натрий-калиевый насос – механизм обеспечения активного транспорта ионов. В клеточной мембране имеется система переносчиков, каждый из которых связывает три иона Na, которые находятся внутри клетки, и выводит их наружу. С наружной стороны переносчик связывается с двумя ионами K, находящимися вне клетки, и переносит их в цитоплазму. Энергия берется при расщеплении АТФ. Работа натрий-калиевого насоса обеспечивает:

1) высокую концентрацию ионов К внутри клетки, т. е. постоянную величину потенциала покоя;

2) низкую концентрацию ионов Na внутри клетки, т. е. сохраняет нормальную осмолярность и объем клетки, создает базу для генерации потенциала действия;

3) стабильный концетрационный градиент ионов Na, способствуя транспорту аминокислот и сахаров.

№10 Значение ионной асимметрии в формировании мембранного потенциала.

См. вопрос №9.

№11 Понятие о возбудимости и возбуждении.