ФВМ практика 1 занятие

1.

Возбудимые ткани.
Мембранный потенциал.
Потенциал действия.

2.

Раздражимость – способность отвечать на действие какого-либо
фактора внешней или внутренней среды изменением своей
структуры или функции (роста, процессов обмена, образования
тепла, химических веществ и т.д.).
Раздражение – процесс и состояние ткани при действии
раздражителя.
Возбудимость - свойство клеточных мембран возбудимых тканей
отвечать на действие раздражителя изменением ионной
проницаемости и формированием электрического потенциала.
Возбуждение - биологический процесс или состояние возбудимой
ткани, возникающее при действии раздражителя.
Проводимость- способность ткани проводить возбуждение по
поверхности своей мембраны.

3. Классификация раздражителей

По природе:
механические - ушибы, переломы, порезы и др.,
химические - кислоты, щелочи, спирты и др.,
физические - электрический ток, световые лучи, звук, температура и др.,
биологические - токсические вещества, выделяемые микроорганизмами,
простейшими и др.
По физиологическому признаку:
адекватные — к данным раздражителям возбудимые ткани в процессе эволюции
адаптировались, возбудимость к ним высокая, т.к. порог раздражения низкий
(свет — для фоторецепторов, звук — для слуховые рецепторов и т.д.);
неадекватные — к ним возбудимые ткани не приспособились, возбудимость
низкая, порог раздражения высокий (механические и электрические др.).
По силе:
пороговые (на одиночный минимальный по силе стимул возникает потенциал
действия);
подпороговые (на одиночный стимул, по силе меньше порогового, возникает
локальный ответ);
надпороговые (их сила больше порогового; различают максимальные,
субмаксимальные и сверхмаксимальные раздражители)

4. Возбудимость -

Возбудимость свойство ткани отвечать на
раздражение
специализированной
реакцией - возбуждением

5. К возбудимым тканям относят

нервную ткань
мышечную ткань
железистый (или секреторный) эпителий

6.

Общие свойства возбудимых тканей:
1) возбудимость — способность ткани отвечать на
раздражение возбуждением;
2) проводимость — способность ткани проводить
возбуждение;
3) лабильность (функциональная подвижность) —
способность реагировать на воздействие с определенной
скоростью, т.е. воспроизводить в единицу времени
максимальное число волн возбуждения.

7.

Различные ткани обладают различной
возбудимостью. Мерой возбудимости
является порог раздражения —
минимальная сила раздражителя,
вызывающая возбуждение.
Возбудимость обратно пропорциональна
порогу раздражения. Порог раздражения
минимален у наиболее возбудимой ткани
(нервной).

8.

Реобаза – это минимальная сила тока (электрический
раздражитель), способная вызвать возбуждение.
Реобазе соответствует критический уровень деполяризации (КУД).
Только при его достижении развивается возбуждение, т.е.
возникает ПД.
При действии раздражителя силой ниже пороговой формируется
локальный ответ (ЛО). Все электрические процессы
разворачиваются на цитоплазматической мембране.

9.

10. Строение клеточной мембраны

Мембрана – крепостная стена и одновременно ворота для входа в клетку и
выхода из нее ионов и гидрофильных молекул.
Ее основа – бислой фосфолипидных молекул с включениями молекул
холестерина
Фосфолипид –производное трехосновного спирта глицерина, образующего
эфирные связи с двумя жирными кислотами и через фосфорную кислоту с
азотистым основанием

11. Каждая молекула фосфолипида состоит из головки и хвоста. Одна из головок бислоя обращена к внеклеточной поверхности и находится

в водной среде интерстициальной жидкости.
Другая - к внутриклеточной поверхности в водной среде цитозоля
клетки.
Гидрофобные хвосты обращены к середине липидного бислоя
навстречу другому параллельному слою.
Такая конструкция молекул сообщает фосфолипидному бислою
свойство амфифильности, то есть сродства одновременно к воде и
жирам.

12.

Белки биологических мембран
Толщина биологических мембран составляет 7-10 нм, однако
вследствие большой общей площади мембран и их высокой плотности,
их масса составляет более 50 % сухой массы.
Интегральные белки - пронизывают фосфолипидный матрикс
Ассоциированные (периферические) – частично погружены в матрикс
Белки контактируют с фосфолипидным
матриксом своими неполярными
гидрофобными участками
Основные функции мембранных белков
осуществляют:
Рецепторы
Синаптические
Гормональные
Ионные каналы
Насосы
Переносчики
Ферменты
Белки-антигены (белки узнавания)

13. Виды ионных каналов

Управляемые:
Механоуправляемые (активируются и инактивируются
деформацией клеточной мембраны);
Лигандуправляемые каналы (Хемоуправляемые) (при
взаимодействии медиатора (или БАВ) с рецептором);
разделяются на две подгруппы: ионотропные и
метаботропные.
Потенциалоуправляемые (состояние зависит от величины
мембранного потенциала);
Неуправляемые (каналы утечки).
По скорости открытия и закрытия: быстрые и медленные

14.

Плотность распределения ионных каналов на мембране
различна:
на аксонном холмике расположено примерно 50-130,
в немиелинизированном нервном волокне примерно100,
в гигантском аксоне кальмара – 300,
в перехвате Ранвье несколько тысяч на 1 мкм2.

15.

Схема структуры механоуправляемого
ионного канала при прямом растяжении
мембраны.

16.

Схема лигандуправляемого ионотропного канала.
Схема лигандуправляемого метаботропного рецептора.

17.

Ионы натрия, калия, хлора и кальция
проходят через клеточную мембрану по
специфическим, или ионоселективным
каналам.
Для возникновения и распространения
возбуждения наиболее важны 2 типа
каналов:
потенциалуправляемые
лигандуправляемые, или хемозависимые
(для синапсов)

18.

Схема локализации каналов утечки для
ионов калия, натрия и хлора в
плазматической мембране.
Функциональные особенности каналов утечки
зависят от pH среды, температуры, действия
летучих анестетиков, медиаторов, пептидов, Gбелок-сцепленных рецепторов и некоторых
других
метаболитов.
Следовательно,
проводимость
каналов
утечки
является
регулируемой
величиной,
хотя
и
поддерживается
достаточно
высокой
в
физиологическом
диапазоне
изменений
потенциала на мембране (от -90 до +50 мВ).

19.

Теоретические знания о функции Na+ каналов возбудимых мембран
используются в клинике анестезиологии, фармакологии, токсикологии
Применение местных анестетиков (новокаин, лидокаин, кокаин, прокаин) для
целей обезболивания основано на знаниях о том, что местные анестетики
обратимо подавляют трансмембранный ток ионов Na+, блокируя функции
инактивационных
ворот
полностью
или
частично
независимо
от
функционального состояния канала. Вследствие чего при введении местного
анестетика на определенном участке нервного волокна прекращается проведение
ПД по нерву с места болезненных манипуляций, что и приводит к временной
потере чувствительности.
Инсектициды, например, ДДТ замедляют процесс закрытия натриевых
каналов, в результате каналы остаются открытыми и не в состоянии отвечать на
новые стимулы. Тем самым нарушается проведение ПД в нервных волокнах, что
может вызвать гибель насекомых. Кроме этого, ДДТ ингибирует
ацетилхолинэстеразу на внешней стороне постсинаптической мембраны и тем
самым блокируется гидролиз ацетилхолина.
Тетродотоксин блокирует селективный фильтр в потенциал управляемых
Na+каналах. Тетродоксин производится в коже, печени и других тканях рыбы
фугу. Сакситоксин производится планктоном и моллюсками. Локальные
анестетики блокируют внутреннее устье водной поры натриевого канала

20.

Теоретические знания о функции Са2+ каналов возбудимых мембран
используются в клинике
Мощными необратимыми блокаторами кальциевого тока являются катионы
кобальта, кадмия, никеля, марганца и лантана (описаны случаи отравления
этими металлами при несоблюдении правил техники безопасности во время
их добычи). Фармакологические вещества-кальциевые анатагонисты,
например, верапамил, нифидепин, дигидропиридин и др. временно
блокируют медленные L- типа кальциевые каналы Т- трубочек и широко
применяются в случае заболеваний для блокады входа ионов Са2+ внутрь,
например, кардиомиоцитов. Рианодин (алкалоид) является блокатором
кальциевых каналов саркоплазматического ретикулума.

21.

22.

23.

Простая диффузия
Единственный вид транспорта, не опосредованный переносчиком.
Происходит по электрохимическому градиенту.
Не требует метаболической энергии и поэтому является пассивным.
Проницаемость
Описывает легкость, с которой растворенное вещество диффундирует через
мембрану.
Зависит от характеристик растворенного вещества и мембраны.
Факторы, повышающие проницаемость
↑липофильности. Чем выше липофильность вещества, тем активнее его
проникновение через клеточную мембрану.
↓ радиус (размер) растворенного вещества увеличивает коэффициент
диффузии и ее скорость.
↓ Толщина мембраны уменьшает расстояние диффузии.
Небольшие гидрофобные растворенные вещества (например, 02 , СO2)
обладают наибольшей проницаемостью в липидных мембранах.
Гидрофильные растворенные вещества (например, Na+, К+) должны
пересекать клеточные мембраны через заполненные водой каналы или
поры или с помощью переносчиков. Если растворенное вещество
представляет собой ион (заряжено), то его поток будет зависеть как от
разности концентраций, так и от разности потенциалов на мембране.

24.

25. Первично- активный транспорт

26.

27.

28.

29.

30.

31.

32.

33.

34. Мембранный потенциал (МП)-

Разность потенциалов
между наружной и
внутренней
поверхностями
мембраны клетки в
состоянии покоя

35.

В состоянии покоя наружная
поверхность мембраны
заряжена
электроположительно по
отношению к внутренней
поверхности мембраны. Такое
состояние мембраны
называется поляризацией

36.

1. Потенциал покоящейся мембраны определяется диффузионными
потенциалами, возникающими в результате разницы концентраций
проникающих ионов.
2. Каждый проницаемый ион пытается приблизить мембранный
потенциал к своему равновесному потенциалу. Ионы с самой высокой
проницаемостью, или проводимостью, будут вносить наибольший
вклад в потенциал покоящейся мембраны, а ионы с самой низкой
проницаемостью будут вносить незначительный вклад или не давать
его вообще.
3. Например, мембранный потенциал покоя нерва составляет -70 мВ,
что близко к расчетному равновесному потенциалу К+, равному -85
мВ, но далеко от расчетного равновесного потенциала Na+, равному
+65 мВ. В покое мембрана нерва гораздо более проницаема для К+, чем
для Na+.

37. Природа мембранного потенциала:

Асимметричное распределение ионов
(натрия, калия, хлора, кальция) по обе
стороны клеточной мембраны.
Избирательная ионная проницаемость
клеточной мембраны: в покое мембрана
хорошо проницаема для ионов калия, плохо
проницаема для ионов натрия и практически
не проницаема для органических ионов.
Работа натрий-калиевого насоса
Ведущая роль принадлежит ионам калия

38. Механизм возникновения МП. Мембранная теория

39. Возбуждение -

Возбуждение это сложный биологический процесс,
который возникает в ткани под действием
раздражителей и характеризуется
изменением обмена веществ, генерацией
потенциала действия, проявлением
специализированной реакции ткани
(проведение возбуждения нервной тканью,
сокращение мышцы, секреция железы).

40.

41. Действие подпорогового раздражителя вызывает локальный (местный) ответ.

Свойства локального потенциала:
локальный ответ распространяется декрементно;
он подчиняется закону градуальности;
локальный ответ не имеет периода рефрактерности
(невозбудимости);
локальный ответ способен суммироваться.

42. Потенциал действия (ПД)-

возникновение возбуждения в
нервной или мышечной клетке при
действии порогового или
сверхпорогового раздражителя,
проявляющееся быстрым
колебанием мембранного
потенциала в положительном
направлении

43. Изменение мембранного потенциала при действии порогового раздражителя

Потенциал действия - быстрое колебание МП при раздражении,
сопровождающееся перезарядкой мембраны.

44. Состояние деполяризации-

Состояние деполяризациинаружная поверхность клеточной
мембраны заряжается отрицательно по
отношению к внутренней.
Деполяризация обусловлена повышением
проницаемости клеточной мембраны для
ионов натрия и лавинообразным
проникновением их внутрь клетки.

45. Состояние реполяризации-

процесс восстановления
исходного уровня
мембранного потенциала.
Реполяризация связана с
увеличением выхода из клетки
ионов калия

46.

Причины следовой гиперполяризации:
1. продолжающийся выход ионов калия;
2. открытие каналов для хлора;
3. усиленная работа натрий-калиевого насоса

47. Свойства потенциала действия:

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;
Потенциал действия распространяется инкрементно, т. е.
по мере удаления от места раздражения величина пика
потенциала действия практически не изменяется;
Потенциал действия имеет период полной
невозбудимости (абсолютный рефрактерный период);
Потенциал действия не суммируется.

48.

Сравнение локального потенциала и потенциала действия
Локальный потенциал
Потенциал действия
Тип сигнала
Местный, при распространении
быстро затухает
Распространяющийся
регенеративный сигнал
Где возникает ?
Обычно дендриты и тело
нейрона
Триггерная зона нейрона и по
ходу аксона
Типы каналов, участвующих в
генерации
Механо-, хемочувствительные
Обычно потенциалозависимые
натриевые и калиевые
Ионы, переносящие токи
Обычно Na, Cl, Ca
Na, K, (Са)
Тип сигнала
Деполяризующий (вход Na) или
гиперполяизующий (вход Cl)
Деполяризующий
Амплитуда сигнала
Зависит от амплитуды стимула,
может суммироваться
Относительно постоянная по
принципу «все или ничего», не
суммируется
Что инициирует сигнал?
Вход ионов через открывыемые
стимулом каналы
Локальный потенциал,
амплитуда которого достигла
порога
Особые отличия
Не требуется достижения
минимального уровня, два
близких по времени стимула
дают суммарный ответ
Существует рефрактерный
период, близкие по времени
стимулы не суммируются

49. Графики ПД (красная кривая) и возбудимости (синяя кривая)

Фазы потенциала действия (ПД)
а – мембранный потенциал покоя;
б – локальный ответ, или предспайк;
в – спайк (восходящая фаза –
деполяризация, нисходящая –
реполяризация);
г – следовая деполяризация;
д – следовая гиперполяризация.
Фазы возбудимости
а – исходный уровень возбудимости;
б – фаза супернормальной
(повышенной)
возбудимости;
в1 – фаза абсолютной рефрактерности;
в2 – фаза относительной
рефрактерности;
г – фаза супернормальной
возбудимости;
д – фаза субнормальной (сниженной)
возбудимости.

50.

Состояние покоя — канал закрыт, но готов к открытию в ответ на
электрический или химический импульс.
Состояние активации — канал открыт и обеспечивает прохождение
ионов.
Состояние инактивации — канал закрыт, не способен к активации.