Общая физиология
Общая физиология возбудимых тканей
В физиологии к возбудимым тканям относят нервную, эпителиальную и мышечную
Основные механизмы деятельности клеток
Свойства клеток
Клетка – один из основных структурных функциональных и воспроизводящих элементов живой материи.
Свойства клетки:
· Раздражимость;
· Возбудимость;
· Проводимость;
· Сократимость;
· Способность к поглощению и усвоению питательных веществ;
· Секреция – способность к синтезу веществ, которые используются другими клетками;
· Экскреция – способность выделять через свою поверхность продукты метаболизма. К примеру, вода, СО2, аммиак, сероводород;
· Способность к окислению веществ и выделение, вследствие этого, энергии;
· Клетка обменивается с окружающей средой веществом, энергией и информацией;
· Способность к размножению;
· Способность к состоянию физиологического покоя.;
Физиологический покой характеризуется как стационарное состояние, то есть состояние устойчивого неравновесия (динамическое равновесие). Устойчивое неравновесное состояние обеспечивает клетке постоянную готовность к реагированию на воздействие раздражителей. Физиологический покой сопряжен с текущим метаболизмом.
Исходя из того, что физиологический покой есть стационарное состояние, свойство возбудимости следует рассматривать как способность живой системы кратковременно уклоняться от стационарного состояния.
Размножение – рост, наследственность и развитие. Размножение – одно из самых специфичных и самых сложных свойств жизни, так как в эволюции отбор идет именно на способность к размножению. В борьбе за существование побеждают те организмы, которые размножаются лучше других.
В размножении, как физиологическом явлении, можно выделить несколько элементов.
1. Первым составляющим элементом размножения является рост. Без роста любой способ размножения привел бы к измельчанию потомков, и процесс прекратился бы сам собой.
2. Вторым необходимым условием является наследственность, то есть способность потомства воспроизводить своих родителей. Речь идет о сходстве потомков между собой и с родительскими организмами.
3. Развитие – это стадийный процесс, это ряд последовательных изменений, когда изменяются в организме свойства клеток, состав молекул, из которых они построены, и расширяется спектр функциональной активности структур.
По мере развития происходит последовательная реализация частей генетической информации.
Одним из этапов развития является клеточная дифференцировка. Когда клетки специализируются и дифференцируются
Следующий этап развития – морфогенез (формообразование).
Раздражение (реактивность). Это способность реагировать на действие различных факторов изменяющих структуру или состояние клетки.
Раздражимостью обладают все клетки животных и растений.
Раздражимость клеток эволюционировала по мере увеличения организации.
В клетке появились структуры, которые реагировали на раздражитель, воспринимая его. И выделились структуры, которые осуществляли ответную реакцию и ее распространение к другим частям клетки.
Таким образом в ходе эволюции наметилось разграничение процессов возбуждения и раздражения.
Раздражимость – способность, свойство реагировать на раздражитель.
Живая система может реагировать на раздражитель раздражением и возбуждением.
Раздражение и возбуждение
Раздражение – это местная реакция клетки на раздражитель. Когда в мембране на участке, где подействовал раздражитель происходят микроструктурные перестройки, и, вследствие этого, проницаемость мембраны в этом участке либо возрастает, либо снижается.
Возбуждение – процесс, когда проницаемость мембраны меняется на всей мембране. Это тоже ответная реакция на раздражитель. Вся клетка вовлекается в специфическую для нее деятельность.
Установлено, что клеточная мембрана постоянно поляризована за счет метаболических механизмов – ионных насосов (помп), которые постоянно поддерживаю определенную разность ионных концентраций в клетках. Поэтому наружная поверхность клеточной мембраны несет положительный заряд, а внутренняя - отрицательный. Под влиянием раздражителя, проницаемость для ионов натрия возрастает, и натрий из межклеточной среды устремляется в клетку. Вследствие этого концентрация положительно заряженных частиц снаружи уменьшается, а внутри увеличивается. Наружная поверхность мембраны становится электроотрицательной, а внутренняя – электроположительной. Происходит смена зарядов, это называется деполяризацией.
Таким образом, возбуждение – сложный физиологический процесс временной деполяризации клеток, который продолжается даже после прекращения действия раздражителя.
Возбуждение у простейших организмов проявляется:
· усилением обмена веществ;
· изменением физико-химического состояния оболочек и протоплазмы;
· активацией роста;
· ускорением деления.
Возбуждение дифференцированных тканей в многоклеточных организмах проявляется не только активацией метаболизма, но и специализированной реакцией на макроуровне.
1. Это проведение нервного импульса от одной клетки к другой;
2. Сокращение мышц;
3. Отделение секрета.
Эволюция возбудительных процессов достигает совершенства в быстром и точном проведении возбуждения (нервного импульса) по нервному волокну в виде волны деполяризации клеточной мембраны.
На микроуровне деполяризация характеризуется тем, что каждый следующий участок клеточной мембраны возбуждается токами возбуждения предыдущего участка, при этом каждый возбужденный в данный момент участок становится электроотрицательным по отношению к участку, находящемуся в состоянии покоя.
Распространение волны возбуждения сопровождается всеми признаками повышения метаболизма, таким образом импульс возбуждения – волна физико-химических превращений:
· Усиливается клеточное дыхание;
· Усиливается потребление АТФ;
· Усиливается теплообразование.
Клетки, способные к возбуждению, называют возбудимыми. Любая клетка организма способна к возбуждению. Однако, в физиологии к возбудимым клеткам относят нервные клетки, все виды мышечных клеток и железистый эпителий.
Порог раздражения
Раздражительность
Возбудимость различных тканей неодинакова. Величину возбуждения оценивают по порогу раздражения (обозначают возбудимость такими терминами, как высокая возбудимость и низкая возбудимость).
Порог раздражения – это мера возбудимости. Порог раздражения – минимальная сила (энергия раздражителя), которая способна вызвать возбуждение.
Возбудимость обратно пропорциональна величине порога. Чем выше порог, тем ниже возбудимость.
Раздражители, сила которых ниже порога раздражения, называют подпороговыми.
Раздражители, сила которых выше порога, называют надпороговыми, или сверхпороговыми.
Раздражитель – любой фактор среды, обеспечивающий переход биологической системы в активное состояние, то есть в состояние возбуждения.
Адекватный раздражитель – раздражитель, соответствующий (биологически приспособленный) к данному виду клеток и вызывающий возбуждение при очень малой силе (дозе) воздействия.
Пороговая сила для адекватных раздражителей на много порядков меньше пороговой энергии для неадекватных раздражителей.
Возбудимость, как свойство клеток, нельзя увидеть. Ее необходимо выявить. Для этого необходимо подействовать раздражителем и отметить, возникает возбуждение, или нет.
Возбуждение на микроуровне во всех тканях проявляется одинаково, то есть неспецифически, в виде определенных электрических явлений – потенциалов действия, регистрация которых позволяет выявить возбуждение.
Возбуждение на макроуровне проявляется специфической деятельностью органа: сокращением или выделением секрета, или двигательной активностью.
Возбудимость нервных клеток значительно выше возбудимости мышечных и железистых клеток. Иначе говоря, порог будет ниже раздражения клеток других тканей.
Проводимость – это способность ткани проводить возбуждение. Показателем проводимости является скорость проведения возбуждения. Самая высокая скорость проведения возбуждения у нервных клеток.
Лабильность – скорость (подвижность) реакций, лежащих в основе возбуждения. То есть это способность ткани осуществлять единичный процесс возбуждения в определенный промежуток времени.
Мера лабильности – мера подвижности, это тот предельный ритм импульсов, который возбудимая ткань в состоянии воспроизводить в единицу времени.
Раздражитель – это любой фактор среды, обеспечивающий переход биологической системы в активное состояние.
Различают следующие раздражители:
1. В зависимости от локализации раздражителя
a. Внешний
b. Внутренний
2. По природе
a. Физические
b. Химические
c. Физико-химические (изменение осмотического давления, изменение электролитного состояния)
d. Семантические, или информационные (слово, музыка)
e. Биологические (укус змеи)
3. По биологической значимости
a. Адекватные
b. Неадекватные. Их пороговая сила во много раз превышает пороговую силу адекватного раздражителя
4. По количественному признаку (в зависимости от силы)
a. Пороговые. Характеризуются минимальной силой, необходимой для минимального по величине возбуждения
b. Подпороговые. Сила раздражителя ниже порога
c. Надпороговые. Сила раздражителя превышает порог раздражения.
Универсальный раздражитель для биологических исследований – электрический ток. Его можно легко дозировать по:
· Силе действия;
· Продолжительности;
· Форме раздражающего импульса;
· Частоте.