Лекция № 4 Возбудимые ткани Биоэлектрические явления. Общие свойства возбудимых тканей
ПЛАН ЛЕКЦИИ ¢ ¢ ¢ ¢ Понятие о возбудимости и возбудимых тканях Раздражители и их классификация Проявления процесса возбуждения История открытия биоэлектрических явлений Структура и функции биологических мембран Мембранно-ионная теория происхождения мембранного потенциала покоя (МПП) Потенциал действия (ПД): его фазы, ионные механизмы развития Свойства возбудимых тканей Меры возбудимости Изменения возбудимости при возбуждении Лабильность. Понятие об оптимуме и пессимуме Законы раздражения возбудимых тканей Местное возбуждение и распространяющееся
Возбудимость и возбудимые ткани (нервная, мышечная, секреторная) ¢ Раздражимость – способность всех живых тканей реагировать на действие раздражителей изменением интенсивности обменных процессов (местным возбуждением). ¢ Возбудимость (частный случай раздражимости) – способность некоторых живых тканей отвечать на действие раздражителей специализированной реакцией (распространяющимся возбуждением). Раздражитель – любое изменение внешней или внутренней среды, воспринимаемое клетками и вызывающее ответную реакцию
Классификация раздражителей ¢ По природе l Физические (механические, электрические, температурные, световые, звуковые) l Физико-химические (изменения Pосм. , КОС, l Химические (щелочи, кислоты, лекарственные препараты, электролитного состава, коллоидного состояния) яды, компоненты пищи и другие химические вещества) ¢ По силе l Подпороговые (меньше пороговых) l Пороговые (способные вызвать возбуждение) l Сверхпороговые (более сильные, чем пороговые) ¢ По биологическому значению l Адекватные (к восприятию которых биологическая структура специально приспособлена в процессе эволюции) l Неадекватные
Физиологические состояния клеток ПОКОЙ (относительно пассивное состояние с минимальными энергозатратами) АКТИВНОСТЬ (энергозатратное состояние) Возбуждение – ответная реакция на действие раздражителя со знаком «+» (появление или усиление деятельности) Торможение – ответная реакция на действие раздражителя со знаком «-» (ослабление или прекращение деятельности)
Возбуждение – ответная реакция на действие раздражителя, проявляющаяся усилением активности клетки. Проявления возбуждения ¢ Неспецифические (общие) l Изменения в мембране (проницаемость и заряд) l Изменения в цитоплазме (p. H, вязкость и др. ) ¢ Специфические (особенные) l l l Сокращение Проведение нервного импульса Секреция
Строение и функции биологических мембран Поддержание клеточного гомеостаза Граница раздела между наружной и внутренней средой (структурные белки) ¢ Транспорт веществ (белки-каналы и белки-насосы) ¢ Участие в биохимических реакциях (белки-ферменты) ¢ Рецепция (белки-рецепторы) ¢
Мембранный потенциал покоя (МПП) – существующая в состоянии покоя клетки стабильная разность потенциалов между наружной и внутренней сторонами клеточной мембраны (от -30 до – 90 m. B). Причины формирования МПП l Ионная асимметрия (K - внутриклеточный ион, Na - внеклеточный) + + создается работой Na+/K+-насоса (системой активного ионного транспорта) l Селективная (избирательная, неодинаковая) проницаемость мембраны клетки l 1) Pкатионы>>Pанионы; 2) Pкалия>>Pнатрия (Pкалия: Pнатрия = 1: 0, 04) обусловлена ионными каналами (системой пассивного ионного транспорта)
Гипотетический механизм работы Na+/K+-насоса Электрогенность насоса (избыток «+» зарядов снаружи) сопряженный активный транспорт
Отличия пассивного и активного ионного транспорта Пассивный транспорт Активный транспорт Энергозатратность По градиенту Против градиента (из большего в меньшее) Направление (из меньшего в большее) «-» «+»
Механизм формирования МПП Мембранный потенциал покоя формируется благодаря пассивному выходу ионов калия из клетки
Характеристика МПП создается ионной асимметрией и селективной мембранной проницаемостью ¢ Основным потенциалобразующим ионом является катион калия ¢ Стабильность потенциала обеспечивается постоянством ионных градиентов, поддерживаемым работой ионных насосов ¢ Электрогенность Na+-K+-насоса вносит дополнительный вклад в создание МПП ¢
Потенциал действия электрофизиологический процесс, выражающийся в быстром изменении мембранного потенциала покоя (МПП) вследствие изменения мембранной проницаемости и ионного транспорта Фазы ПД 1) Деполяризация – исчезновение заряда 2) Инверсия – изменение знака заряда 3) Реполяризация – восстановление исходного заряда
Потенциал действия (ПД) φ (m. B) +20 3 0 2 -20 4 1 КУД 5 6 МПП t (время) 1 – медленная деполяризация; 2 – быстрая деполяризация; 3 – инверсия; 4 – реполяризация; 5 – остаточная деполяризация; 6 - гиперполяризация
Ионные механизмы развития потенциала действия
Свойства возбудимых тканей ¢ Возбудимость – способность отвечать на действие ¢ Проводимость – способность передавать возбуждение. раздражителя высокоспециализированной реакцией, генерацией потенциала действия. ¢ Автоматия раздражителей. – способность к возбуждению без действия ¢ Сократимость – способность развивать напряжение и менять длину при возбуждении. ¢ Лабильность – способность к ритмической активности (скорость элементарных реакций, лежащих в основе возбуждения).
Порог деполяризации и его связь с возбудимостью КУД 2 Sd 1 Sd 2 КУД 1 МПП Sd = МПП – КУД возбудимость выше Sd 1<Sd 2 возбудимость ниже
Пороги раздражения ¢ ¢ ¢ Порог силы – минимальная сила раздражения (без ограничения времени), способная вызвать распространяющееся возбуждение. Порог времени – минимальное время действия сверхпорогового раздражителя для развития распространяющегося возбуждения. Порог градиента – минимальная скорость изменения силы раздражения во времени, необходимая для развития распространяющегося возбуждения.
Зависимость силы раздражителя от времени сила С – сила больше, время меньше С В – сила меньше, время больше В A Д Е время В F А – порог силы, F – полезное время С
Изменения возбудимости при возбуждении φ (m. B) +20 0 -20 КУД МПП t (время) 1 4 100% 3 0 исходный уровень возбудимости 5 2 1 – первоначальное повышение возбудимости; 2 – абсолютная рефрактерность; 3 – относительная рефрактерность; 4 – экзальтация (супернормальная возбудимость); 5 – субнормальная возбудимость
Механизмы изменений возбудимости во время ПД ¢ ¢ ¢ Первоначальное кратковременное повышение возбудимости связано с уменьшением порога деполяризации (МПП приближается к КУД) во время фазы медленной деполяризации. Абсолютная рефрактерность (невозбудимость), когда возбудимость равна нулю, объясняется наличием максимальной натриевой проницаемости в фазах быстрой деполяризации и инверсии, а также в начале фазы реполяризации. Относительная рефрактерность (низкая возбудимость), продолжающаяся до конца фазы реполяризации, объясняется восстановлением способности отвечать на действие раздражителей в связи с закрытием части натриевых каналов. Экзальтация (повышение возбудимости) объясняется низким порогом деполяризации в фазе остаточной деполяризации. Субнормальная возбудимость (пониженная) связана с увеличением порога деполяризации (при удалении МПП от КУД) в фазе гиперполяризации
Меры лабильности ¢ МРВ (максимальный ритм возбуждения) – наибольшее число ПД, которое ткань способна воспроизвести при полном соответствии с частотой стимуляции (↑↑) ¢ Длительность рефрактерной фазы (↑↓) ¢ Длительность ПД (↑↓)
Закон «все или ничего» ответная реакция раздражители п Закон силы
Сравнительная характеристика местного и распространяющегося возбуждения Местное Распространяющееся 1. Место развития Универсальное явление Характерно только для возбудимых тканей 2. Возможность распространения Развивается локально и быстро затухает вблизи от места возникновения Способно к распространению на большие расстояния практически без затухания (без декремента) 3. Законы развития Закон силы Закон «всё или ничего» 4. Способность к суммации Присутствует Отсутствует 5. Закономерные изменения возбудимости Повышается Изменяется по фазам (разнонаправленно)
Условия перехода местного возбуждения в распространяющееся Любое распространяющееся возбуждение начинается с местного (первая фаза ПД), но не всякое местное возбуждение переходит в распространяющееся!!! ¢ Возбудимая ¢ Пороговый ткань раздражитель
ИТОГИ ¢ ¢ ¢ Состояния биологических структур отличаются энергозатратностью: 1) покой – относительно пассивное состояние с минимальными затратами энергии и 2) активность (возбуждение или торможение) с высокой энергозатратностью. Свойства биологических структур (раздражимость, возбудимость, проводимость, сократимость, лабильность…) – это потенциальные (скрытые) возможности. Процессы (возбуждение, торможение) – это ответные реакции, имеющие характерные проявления (видимые или регистрируемые). Местное возбуждение – универсальная реакция, распространяющееся возбуждение развивается только в возбудимых тканях. Пассивный ионный транспорт ответственен за формирование потенциалов: 1) МПП формируется за счет пассивного выхода калия из клетки; 2) ионные механизмы развития фаз ПД связаны: а) либо с пассивным вхождением натрия в клетку (восходящая часть ПД), б) либо с пассивным выходом калия из клетки (нисходящая часть ПД). Натрий-калиевый насос (активный ионный транспорт) работает непрерывно (и в покое, и во время развития ПД), создавая ионную асимметрию (к формированию фаз ПД насос не имеет отношения). Прекращение работы насоса (при недостатке АТФ) ведет к выравниванию концентраций ионов внутри и снаружи клеточной мембраны и, в конечном итоге, к гибели клетки.
Скачать презентацию Лекция 4 Возбудимые ткани Биоэлектрические явления Общие
4_VT.ppt