Кафедра физиологии Крас ГМУ ИМЕНИ ПРОФЕССОРА А Т

Кафедра физиологии Крас. ГМУ ИМЕНИ ПРОФЕССОРА А. Т. ПШОНИКА Тема: ФИЗИОЛОГИЯ КАК НАУКА. лекция № 1 для студентов 2 курса, обучающихся по специальности 060301 Педиатрия профессор Пац Юрий Степанович. Красноярск, 2012

ПЛАН ЛЕКЦИИ • Предмет и задачи физиологии, • ее связи с другими дисциплинами • Краткая история развития физиологии как науки • Методы физиологии • Основные физиологические понятия • Физиология возбудимых тканей

Общая цель лекции сформировать у студента современные представления о нормальной физиологии, ее целях и задачах, методах исследования, понять ее значение для медицины.

САВЧЕНКОВ ЮРИЙ ИВАНОВИЧ КАФЕДРА ФИЗИОЛОГИИ ДОЛЖНОСТЬ ПРОФЕССОР уч. степень: Д. М. Н. уч. звание ПРОФЕССОР

МИХАЙЛОВА ЛЮДМИЛА АРКАДЬЕВНА КАФЕДРА ФИЗИОЛОГИИ ДОЛЖНОСТЬ ПРОФЕССОР уч. степень: Д. Б. Н. уч. звание: ПРОФЕССОР

СОЛДАТОВА ОЛЬГА ГЛЕБОВНА КАФЕДРА ФИЗИОЛОГИИ ДОЛЖНОСТЬ: ДОЦЕНТ уч. степень: Д. М. Н. уч. звание: ДОЦЕНТ

Физиология (греч. physiologia; от physis - природа и logos - учение) - наука о процессах жизнедеятельности целостного организма и механизмах ее регуляции для оптимального приспособления к меняющимся условиям окружающей среды

Цитата «Физиология - это научный стержень, на котором держатся все науки. В сущности в медицине имеется лишь одна наука: наука о жизни или физиология» Клод Бернар

«Физиология – наука, способная объяснить человеку, чем занимаются его внутренние органы, пока он живет" Г. Ратнер.

Цель курса «Нормальная физиология» ОВЛАДЕТЬ СОВРЕМЕННЫМИ ТЕОРЕТИЧЕСКИМИ ЗНАНИЯМИ ОБ ОБЩИХ ЗАКОНОМЕРНОСТЯХ РАБОТЫ ОРГАНИЗМА, МЕХАНИЗМАХ РЕГУЛЯЦИИ ФИЗИОЛОГИЧЕСКИХ ФУНКЦИЙ И МЕТОДАХ ИХ ИССЛЕДОВАНИЯ

Понятия нормы Физиологическая норма биологический оптимум процессов жизнедеятельности

Взаимосвязь физиологии с другими дисциплинами Анатомия Эмбриология Цитология Гистология Физиология Общая биология Биофизика Биохимия

Основные проявления жизнедеятельности ь Физиологический покой; ь Физиологическая активность; Возбуждение Активный процесс, ответная реакция ткани на раздражение Общие признаки: 1) изменение уровня обменных процессов, 2) выделение тепловой, химической энергии. Специфические признаки: 1) изменение электрических процессов; 2) изменение функции: нервной - генерация нервных импульсов, для мышечной ткани сокращение, железистой - выделение секрета. Торможение Активный процесс, ответ ткани на действие раздражителя, характеризуется угнетением функционального состояния данной ткани – понижением ее возбудимости.

Уровни изучения процессов жизнедеятельности: ь Клеточный уровень; ь Тканевой уровень; ь Органный уровень; ь Системный уровень; ь Аппаратный уровень; ь Организменный уровень.

Определения: ь Клетка – элементарная единица строения и жизнедеятельности всех живых организмов, обладающая собственным обменом веществ, способная к самостоятельному существованию, самовоспроизведению и развитию. ь Ткань – система клеток и неклеточных структур, объединенных общностью строения, функции, происхождения: - нервная – совокупность взаимосвязанных нервных клеток, основа нервной системы; - эпителиальная – покровный и железистый эпителий; - соединительная; - мышечная – скелетная, сердечная гладкая. ь Орган – часть организма, обособленная в виде комплекса тканей, выполняющих специфическую функцию; ь Система – наследственно закрепленная совокупность органов и тканей, выполняющая определенную функцию; ь Организм – самостоятельно существующая единица органического мира, существующая при постоянном взаимодействии с внешней средой и способная самовозобновляться в процессе такого взаимодействия.

История развития физиологии • • • врачи и ученые Древней Греции (Аристотель, Гиппократ), Древнего Рима (Гален), Древнего Китая (Хуанди, Бянь Цяо); Эпоха Возрождения - Леонардо да Винчи и Андреаса Везалия – изучение анатомического строения тела Начало XVII века - Вильям Гарвей (открытие кругов кровообращения), Марчелло Мальпиги (исследование капилляров), Рене Декарт (формулирование понятия о рефлексе), Джакомо Борелли (учение о механике движения) В. ГАРВЕЙ, 1578 - 1657.

История развития физиологии • XIX век – Ломоносов (закон сохранения вещества и превращения энергии), Шванн , Шлейден (клеточная теория), Дарвин (эволюционное учение), Клод Бернар (представление о гомеостазе, изучение роли НС), Дюбуа-Реймон (электрофизиология), Шеррингтон (физиология СМ), Кэннон (физиология ВНС). • XX век - Сеченов, Павлов, Боткин, Бехтерев, Введенский, Ухтомский – изучение ЦНС и ВНД; • Орбели (эволюционная и возрастная физиология ), Быков (исследование коры ГМ), Черниговской, Анохин (учение о ФС) и др.

Академик Анохин: ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ СИСТЕМА – СОВОКУПНОСТЬ РАЗНОРОДНЫХ ОРГАНОВ И ТКАНЕЙ, ОБЪЕДИНЕННЫХ НА ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ ОСНОВЕ ДЛЯ ДОСТИЖЕНИЯ ПОЛЕЗНОГО РЕЗУЛЬТАТА Компоненты ФС: 1 - полезный результат (системообразующий фактор), 2 - рецепторы, 3 - нервный центр, 4 - исполнительные механизмы, 5 - пути обратной связи для сообщения результата действия.

ОБЩАЯ СХЕМА ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ СИСТЕМЫ и ее компоненты ВНЕШНИЕ ИСПОЛНИТЕЛЬНЫЕ МЕХАНИЗМЫ ПОЛЕЗНЫЙ РЕЗУЛЬТАТ РЕЦЕПТОРЫ АППАРАТЫ УПРАВЛЕНИЯ РЕЗУЛЬТ АТ ВНУТРЕННИЕ ИСПОЛНИТЕЛЬНЫЕ МЕХАНИЗМЫ РЕЦЕ ПТОР Ы РЕЗУ ЛЬТА ТА

Виды «полезных» результатов ФС ь Гомеостатические ФС поддерживают оптимальные физиологические показатели, обеспечивающие жизнедеятельность организма в разных условиях (концентрация питательных веществ, БАВ, гормонов, р. Н, р. СО 2, АД и др. ); ь Поведенческие ФС обеспечивают достижение полезного результата в виде удовлетворения потребностей (ФС питания, оборонительная ФС); ь Ассоциативные - объединение животных или людей в группы во имя ее потребностей; ь Социальные – учебная, производственная деятельность и др.

Определения: ь Функция - специфическое проявление жизнедеятельности биологической системы, имеющее приспособительное значение (соматические и вегетативные). ь Регуляция функций – направленное изменение интенсивности работы органов, тканей, клеток для достижения полезного результата согласно протребностям организма в различных условиях его жизнедеятельности.

Принципы регуляции: • Регуляция осуществляется нервной системой и гуморально • Регуляция осуществляется по принципу саморегуляции

Принципы саморегуляции исполнитель регулятор По отклонению исполнитель Возмущающий фактор регулятор По возмущению

Методы физиологии: • Наблюдение; • Эксперимент; Острый позволяет в короткое время изучить какой-либо регуляторный механизм, срабатывающий в экстремальных для подопытного организма ситуациях Хронический позволяет длительное время исследовать механизмы регуляции в условиях нормального взаимодействия организма и среды

Основы электрофизиологии

Физиология возбудимых тканей

Основные понятия: ь Раздражимость – способность ткани отвечать на действие какого-либо фактора внешней или внутренней среды определенной биологической реакцией (изменение формы, структуры, роста, процессов обмена, образования тепла, химических веществ, потенциалов т. д. ); ь Возбудимость - свойство клеточных мембран отвечать на действие раздражителя изменением ее ионной проницаемости и формированием возбуждения; ь Возбуждение - биологический процесс или состояние ткани, возникающее при действии раздражителя, характеризующийся сменой заряда мембраны и распространением; ь Проводимостьпо всей своей длине; способность ткани проводить возбуждение ь Рефрактерность - способность ткани резко снижать свою возбудимость при возбуждении.

Классификация раздражителей Раздражитель - фактор внешней или внутренней среды, изменяющий состояние возбудимых структур. По природе: ь механические - ушибы, переломы, порезы и др. , ь химические - кислоты, щелочи, спирты и др. , ь физические - электрический ток, свет, звук, температура и др. , ь биологические - токсические вещества, выделяемые микроорганизмами, простейшими и др. По физиологическому признаку (по наличию воспринимающих структур, сформированных в процессе эволюции к конкретному раздражителю): ь адекватные; ь неадекватные;

Классификация раздражителей По силе: ь Подпороговые раздражители (субсенсорные, неосознаваемые) - раздражители, при действии на ткань которых не возникает распространяющееся возбуждение; ь Пороговые раздражители – раздражители, при действии которых на ткань наблюдается минимальная видимая ответная реакция (распространяющееся возбуждение) ; ь Надпороговые раздражители - раздражители, которые при воздействии на ткань вызывают эффект больше минимального. Порог раздражения — наименьшая сила раздражителя, способная вызвать распространяющийся потенциал действия (нервный импульс);

История открытия электрических явлений в возбудимых тканях Первый опыт Гальвани в 1786 г. Второй опыт Гальвани

История открытия электрических явлений в возбудимых тканях Опыт Маттеучи в 1838 г. Мембранная теория возникновения биопотенциалов Бернштейна

Строение мембраны Липопротеидная пластинка (6 -10 нм): липиды – 40%, белки -60%. На внешней поверхности – 5 -10 % углеводов соединенные либо с белками (гликопротеиды), либо с липидами (гликолипиды) и образуют гликокаликс. Липиды обеспечивают высокое электрическое сопротивление мембраны –до 1000 Ом/см 2. Молекулы фосфолипидов состоят из 2 частей- заряженной –гидрофильной, и незаряженой – гидрофобной. В липидном слое мембран содержится много холестерина. Молекулы белков встроены в фосфолипидный матрикс. Обновление белков происходит в течении 2 -5 -дней.

Функции мембран: ь Барьерная – создание концентрационных градиентов, препятствие свободной диффузии, участие в электрогенезе; ь Транспортная – транспорт веществ из клетки и в клетку – секретов, гормонов, ферментов, и других БАВ. ь Мембрана обеспечивает создание электрического заряда (МП), и возникновение потенциала действия (ПД) в возбудимых тканях (возбуждения) ь Регуляторная – осуществление тонкой регуляции клетки за счет восприятия биологически-активных веществ (при этом изменяется ферментативная активность клетки или запускаются определенные биохимические реакции); ь Преобразовательная (рецепторная)– способность преобразования внешних импульсов любой природы в импульсы электрических сигналов; ь Проводниковая - проведение возбуждения вдоль мембраны;

Строение каналов ь образованы белковыми молекулами, вкрапленные в липидный матрикс и принизывающие мембрану ь селективный фильтр (определяет избирательную проницаемость канала); ь сенсор напряжения (регулирует состояние канала – открыт или закрыт); ь активационная и инактивационная системы, представленные воротами, имеющими белковые микрозаслонки.

Виды ионных каналов ь Управляемые: • Механоуправляемые (активируются и инактивируются деформацией клеточной мембраны); • Хемоуправляемые (при взаимодействии медиатора (или БАВ) с рецептором); • Потенциалоуправляемые (состояние зависит от величины мембранного потенциала); ь Неуправляемые (каналы утечки). По скорости открытия и закрытия: быстрые и медленные. По избирательности: Na+-каналы, К+-каналы, Cl— каналы и т. д.

Мембранный потенциал клетки (МП) от -30 до -90 м. В м +30 в 0 -90 Ео

Факторы обуславливающие МП : (Ю. Бернштейн, А. Ходжкин, Э. Хаксли, Б. Катц 1902 -1952) K+ Na+ (14 раз) ь Ионная асимметрия; ь Различная степень проницаемости (Р) каналов для разных ионов; PK+ : PNa+ : PCl- = 1 : 0, 04 : 0, 45. ь АТФ зависимый К-Na насос (активный транспорт) поддерживает ионную асиметрию. K+40 раз Na+ K+ ) A- K+ A- Na+ Na+

Калиевый равновесный потенциал мембраны по Нернсту + [K out] Е 0 Ek 61, 5 log ----- -90 mv + ] [K in

Концентрация некоторых ионов внутри и вне клетки Концентрация, ммоль/л Внутриклеточная Внеклеточная Na+ K+ Ca+ Cl- HCO 3 Другие катионы Другие анионы 10 -12 155 <1 4 8 -10 - 155 2, 4 (2, 1 -2, 9) 102 (96 -120) 25 (23 -28) 5 7 145 4 (130 -155) (3, 2 -5, 5)

Механизмы транспорта: ь Пассивный транспорт (концентрационный, электрохимический градиент); ь Активный транспорт: ь Первично-активный (наличие специальных структур, использование энергии); ь Вторично-активный (сопряженный) – обеспечивают белки, транспортирующие одновременно два соединения: • Однонаправленный (симпорт); • Разнонаправленный (антипорт) 2 K+ Na+ Na+ АТФ аза 3 Na+ Сa+

Состояние мембранного потенциала ь Поляризация - возникновение двойного электрического слоя на границе между внеи внутриклеточной средой клетки в состоянии покоя (Е 0)-равновесный Кпотенциал. ь Деполяризация – уменьшение МП, вследствие увеличения внутри клетки положительно-заряженных ионов; Ек ь Гиперполяризация – увеличение МП, вследствие увеличения вне клетки положительно-заряженных ионов; Критический уровень деполяризации (Ек) – некий уровень МП, достигая который запускается открытие электроуправляемых ионных каналов (Na+) и местные изменения МП переходят в распространяющееся возбуждение– 30 -40% Ео.

Изменение МП при действии раздражителей различной силы I. Действие подпорогового раздражителя вызывает локальный (местный) ответ. Свойства локального потенциала: ь локальный ответ распространяется декрементно; ь он подчиняется закону градуальности; ь локальный ответ не имеет периода рефрактерности (невозбудимости); ь локальный ответ способен суммироваться. Ек

II. Изменение мембранного потенциала при действии порогового раздражителя Потенциал действия (ПД) – электрофизиологический процесс, выражающийся в быстром колебании МП, вследствие изменения проницаемости клеточной мембраны, сопровождающееся ее перезарядкой.

Свойства потенциала действия: 1) Потенциал действия подчиняется закону “Все или ничего”, т. е. при достижении пороговой величины раздражающего стимула дальнейшее увеличение его интенсивности или длительности не изменяет характеристик ПД; 2) Потенциал действия распространяется инкрементно, т. е. по мере удаления от места раздражения величина пика потенциала действия практически не изменяется. 3) Потенциал действия имеет период полной невозбудимости (абсолютный рефрактерный период); 4) Потенциал действия не суммируется.

Механизм проведения нервного импульса по немиелиновым и миелиновым нервным волокнам Распространение возбуждения по Распространение миелиновому волокну возбуждения по Преимущества: немиелиновому волокну 1) большая скорость; 2) экономичность.

Законы распространения возбуждения по нерву ь Закон физиологической целостности; ь Закон двустороннего проведения возбуждения; ь Закон изолированного распространения возбуждения.

Изменение возбудимости при возбуждении Фазы: 1. Фаза повышенной возбудимости (1 -5 мс); 2. Фаза абсолютной рефрактерности (0, 5 -2 мс); 3. Фаза относительной 3 1 2 рефрактерности (1 мс); 4 5 4. Фаза экзальтации (4 -8 мс); 5. Фаза пониженной возбудимости (20 -30 мс).

Критерии оценки Законы раздражения возбудимости ь Пороговая сила – это наименьшая сила раздражителя, способная вызвать возбуждение при неограниченном времени действия ее на ткань; «реобаза» наименьшая сила тока, способная вызвать импульсное возбуждение; Закон силы раздражения: чем сильнее раздражитель, тем сильнее до известного предела ответная реакция ткани. Чем больше по силе требуется раздражитель, тем возбудимость ткани ниже. ь Пороговое время (полезное время) – минимальное время, в течение которого должен действовать на ткань раздражитель пороговой силы, чтобы вызвать ее возбуждение; ь Хронаксия - это наименьшее время, в течение которого должен действовать ток силой в две реобазы, чтобы вызвать возбуждение; Закон длительности раздражения: чем длительнее раздражение, тем сильнее до известного предела ответная реакция ткани. Чем больше по времени должен действовать раздражитель, для получения ответа, тем ткань менее возбудима.

Кривая "силы-времени Гоорвега- Вейса

Закон градиента раздражения (закон Дюбуа-Реймона): чем выше скорость (крутизна) нарастания раздражителя , тем он более эффективен. ь Аккомодация - состояние ткани, характеризующееся ее приспособлением к медленно нарастающей силе раздражителя, связанное с инактивацией натриевых каналов. ь Лабильность - свойство или способность ткани воспроизводить в единицу времени максимальное количество импульсов (потенциалов действия): нерв – свыше 100 гц, мышца – около 50 гц.

Полярный закон действия тока (Пфлюгер 1859 г. ) В момент замыкания цепи активным является катод, под ним возникает раздражение и возбуждение (катодзамыкательный удар) ; В момент размыкания цепи активным является анод, под ним возникает раздражение и возбуждение(анодразмыкательный удар).

Физиологический электротон - это есть изменение величины МП и возбудимости под электродами при действии постоянного тока на ткань. Виды электротона: ь Катэлектротон - уменьшение величины МП и увеличение возбудимости под катодом при действии постоянного тока на ткань. ь Анэлектротон - это увеличение МП и уменьшении возбудимости под анодом при действии постоянного тока на ткань.

Парабиоз - (в пер. : “para” - около, “bio” - жизнь) – это состояние на грани жизни и гибели ткани, возникающее при воздействии на нее токсических веществ таких как наркотиков, фенола, формалина, различных спиртов, щелочей и других, а также длительного действия электрического тока. нерв KCl Введенский Н. Е. (1852 -1922)

Фазы парабиоза: ь Фаза кратковременного повышения возбудимости; ь Уравнительная; ь Парадоксальная; ь Тормозная.