Раздражимость и возбудимость. Порог раздражения. Физиология возбудимых мембран. Строение мембраны нервной клетки.

Мембрана. Все события, связанные с возникновением возбуждения, связаны с мембраной. На мембране нервной клетки, отростков, мышечных волокон формируется возбуждение. Причина: неодинаковая концентрация внутри клетки и в окружающей среде. Мембрана состоит из липидов (гидрофильные головки и гидрофобные хвосты; толщина 6 нм). Через мембрану должны мигрировать ионы. Билипидный слой не проницаем для воды и практически не проницаем для ионов. В мембрану встроены белки. Некоторые находятся с наружной части мембраны, и к ним прикрепляется белковая молекула — гликокаликс, на которой находятся поверхностные лиганды. Трансмембранные белки пронизывают билипидный слой. Они образуют ионные каналы. Ионные каналы: ионы калия, натрия, хлора и кальция. Для каждого иона свой канал. Канал представляет крупную белковую молекулу, которая несколько раз проходит через бислой. Домен — это 6 петель белковой молекулы, участок насоса.

Причины движения по каналу:

1) разность концентраций внутри клетки и в окр. среде

2) канал и ион имеет заряд, что обеспечивает прохождение или непрохождение.

Натриокалиевый насос работает против концентрационного градиента. Он обеспечивает поступление ионов, где их заведомо больше. Натрий выталкивает из клетки, а калий загоняет в клетку, для того чтобы поддерживать разность концентраций.

Na-K-АТФаза активируется, когда внутри накапливается натрий и когда внутри мало калия (нарушение исходной разности концентрации).

Насос выносит 3 иона натрия и загоняет в клетку 2 иона калия. Для этого процесса необходима энергия.

Зигзагообразный белок

1) Мембрана участвует во всех процессах обмена в-в т. к. в мембрану встроены ферменты.

2) Мембрана координирует физиологические процессы в клетке за счет изменения проницаемости для ионов глюкозы, аминокислот, гормонов. А это меняет физиологию клетки.

Раздражимость — это способность отвечать на воздействие внешней среды изменением структуры и функции как организма, так и клетки. 1) изменение формы клетки 2) изменение структуры клетки 3) начало секреции в-ва в клетке 4) возникновение роста и деления в клетке 5) совершение работы в клетке

Раздражимость.

Раздражители могут быть разной природы: физическими, механическими, химическими; разной раздражимости: пороговые, подпороговые и надпороговые; разной адекватности: адекватные (действуют на данный биологический объект в естественной среде, т. е. объект генетически приспособлен к такому воздействию) и неадекватные (на них клетка не приспособлена отвечать). Например, скелетная мышца — адекватный раздражитель: передние рога спинного мозга аксоны мотонейронов; неадекватные — ожог, эл. ток и др.

Возбудимост ь — это св-во клеток, а точнее их мембран отвечать на адекватные раздражители специфческим изменением ионной проницаемости. А это ведет к возникновению мембранных потенциалов.

Порог — это минимальная сила раздражения на которое отвечает данное образование.

Если сила раздражения достигла порога, то и нервное волокно, и мышечное волокно отвечает максимальным ответом.

Каждое отдельное волокно работает по принципу "всё или ничего". По амплитуде потенцалы не меняются.

Если сила раздражения маленькая, то включаются только самые возбудимые структуры.

Все события, связанные с возникновением процессов возбуждения, торможения, состояния покоя в нервных, мышечных и железистых клетках, обеспечиваются особым строением клеточных мембран и различными концентрациями ионов внутри и вне клетки, обеспечивающими их движение через мембрану.

Клеточная мембрана состоит из жидкой фазы – липидов и встроенных белковых молекул. Молекулы липидов организованы в двухслойную мембрану – бислой толщиной 6 нм. Липиды состоят из гидрофильной головки, обращенной к поверхности мембраны, и отходящих гидрофобных углеводных хвостов, которые образуют внутренний слой мембраны. (РИС,)

Липиды плохо пропускают воду и почти не пропускают ионы! Но как же тогда происходит движение ионов через мембрану? Эту задачу решают белки, встроенные в мембрану, т.е. в билипидный слой. Белки могут быть частично погружены в билипидный слой с внеклеточной стороны или изнутри клетки. Если белок находится на поверхности мембраны, то на них находятся короткие разветвленные цепочки полисахаридов, образующие ГЛИКОКАЛИКС, с помощью которого клетки опознают друг друга. (РИС.)

Некоторые белки насквозь пронизывают мембрану – билипидный слой, они называются ТРАНСМЕМБРАННЫЕ и именно они образуют ИОННЫЕ КАНАЛЫ. Основные ионы, участвующие в генерации электрических сигналов –K+, Na+, Ca++, Cl- - движутся через соответствующие каналы. Для каждого иона есть свой канал, и они имеют разное строение. Ионы могут проходить через канал ПАССИВНО по градиенту концентрации (от большей к меньшей) и по ЭЛЕКТРИЧЕСКОМУ ПОТЕНЦИАЛУ НА МЕМБРАНЕ КАНАЛА.

Трансмембранные, или интегративные, белки асимметрично распределены в бислое и многократно его пересекают. ПО строению – это ЗИГЗАГООБРАЗНЫЕ БЕЛКИ, которые образуют ДОМЕНЫ. Например, в натриевом канале 4 домена (РИС.). Каждый домен имеет 6 трансмембранных участков –S1-S6. Между участками S5-S6 располагается пора для входа натрия. В самом начале канала находится широкое устье, которое сужается до размеров иона селективным фильтром. Далее идет водная пора и система «ворот», которые могут открывать и закрывать канал. Кроме селективного фильтра имеется сенсоры напряжения с определенным зарядом. Следовательно натриевые каналы потенциалзависимые, т.е. вход натрия регулируется зарядом на мембране.

Количество каналов на единицу площади мембраны, и изменение состояния мембраны при прекращении работы того или иного канала изучалось с применением различных ядов. Например, если обработать нервное волокно тетраэтиламмонием, перестают работать калиевые каналы, а при действии тетродотоксина (из рыбы фугу), перестают работать натриевые каналы и можно подсчитать их число на мембране.

Еще один тип трансмембранных белков – НАСОСЫ – переносчики веществ через мембрану против концентрационного градиента. Эти белки-насосы необходимы для переноса метаболитов – глюкозы, аминокислот и ионов для поддержания исходной разности их концентраций в клетке и окружающей среде.

Таким образом, мембрана выполняет следующие ФУНКЦИИ 1) это граница между внешней средой и внутренним содержимым, 2)участвует во всех процессах обмена веществ в клетке, так как в мембране встроены ферментативные системы.3)координирует физиологические процессы в клетке за счет изменения проницаемости для ионов, глюкозы, аминокислот, гормонов, а это меняет физиологию клетки.

Живой организм и в целом и каждая его клетка обладает свойством РАЗДРАЖИМОСТИ – способность отвечать на воздействия вешней среды изменением структуры и функции как организма, так и клетки. В ответ на раздражающий стимул возникает ответная физиологическая реакция, которая может проявляться следующими способами: изменение ФОРМЫКЛЕТКИ, изменение СТРУКТУРЫКЛЕТКИ, РОСТ, ПРОЦЕСС ДЕЛЕНИЯ, СИНТЕЗ КАКОГО-ЛИБО ВЕЩЕСТВА, СОВЕРШЕНИЕ РАБОТЫ.

РАЗДРАЖИТЕЛИ могут быть различными 1. по природе – физические, химические, механические и др.2. по силе – подпороговые, пороговые, надпороговые.3. по адекватности:

АДЕКВАТНЫЕ – действуют на данный биологический объект в естественной среде, т.е. объект генетически приспособлен к данному раздражителю:колбочки-свет, волосковые клетки –звук.

Для НЕАДЕКВАТНОГО ответа клетка не приспособлена. Например, мышца отвечает на раздражение мотонейрона, но может отвечать и на электрический стимул, на механическое повреждение, химическое раздражение.

Более чувствительны клетки к адекватному раздражителю. (ПРИМЕР свет для палочек и колбочек, запах для обонятельных клеток, давление для телец Пачини, растяжение для мышечных веретен и др.).

ВОЗБУДИМОСТЬ – это свойство клеточных мембран отвечать на АДЕКВАТНЫЙ раздражитель СПЕЦИФИЧЕСКИМ ИЗМЕНЕНИЕМ ИОННОЙ ПРОНИЦАЕМОСТИ И ВОЗНИКАЮЩИМ ВСЛЕДСТВИЕ ЭТОГО МЕМБРАННЫМ ПОТЕНЦИАЛОМ

ВОЗБУЖДЕНИЕ – это электрический процесс, возникающий и протекающий исключительно на мембране клеток. При этом обязательно меняется ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ СОСТОЯНИЕ МЕМБРАНЫ.

Возбуждение приводит к сокращению мышцы, к проведению нервного импульса по мышечному или нервному волокну, секреции гормона. Возбудимость любого возбудимого образования можно измерить, определив порог раздражения – минимальную силу раздражения, на которую отвечает данное возбудимое образование.

Билет 5

6) Подходы к изучению мозга человека. Общий план строения нервной системы. ЦНС и периферическая нервная система. Какие процессы в организме контролирует нервная система.

Общий план строения нервной системы: центральная (головной и спинной мозг со спинномозговым каналом и желудочками мозга и оболочками мозга) и периферическая (соматическая, иннервирующая скелетную мускулатуру и обеспечивающая движение, и вегетативная, регулирующая работу внутренних органов).

Центральная нервная система делится на головной мозг и спинной мозг. Головной мозг и спинной мозг снаружи покрыты твердой мозговой оболочкой. Между твердой мозговой оболочкой и мозгом находится цероброспинальная жидкость. Внутри спинного мозга проходит спинномозговой канал, который в головном мозге превращается в систему мозговых желудочков. Спинномозговой канал и желудочки заполнены цероброспинальной жидкостью.

Цероброспинальная жидкость выполняет функции:

- защитную

- питающая функция (в ней содержатся белки, пептиды, аминокислоты)

диагностическую (при заболеваниях и при травмах мозга состав цероброспинальной жидкости меняется).

лечебная (через нее можно вводить в мозг вещества) Кроме того, при эпилепсии берут цероброспинальную жидкость между приступами, потом ее же вводят обратно, и количество приступов меняется, но этот вопрос еще не изучен.

Перефирическая нервная система делится на:

- соматическую (иннервирует скелетную мускулатуру, т. е. нерв подходит к этой мышце);

- вегетативную:

симпатическую

парасимпатическую. (обе они регулируют работу внутренних органов).

Пренебрежение египтян: не бальзамируют, а вымывают из черепа.

427-347 г. до н. э. — время Платона. Интересовался сферической формой мозга.

420 г. до н.э. – Гиппократ: реалистично представлял лишь внешнее строение тела человека и все-таки «И этой частью мы мыслим и разумеем, видим и слышим, распознаем постыдное и честное, худое и доброе».По существу, практически все функции мозга перечислены.

370 г. до н. э. — время Аристотеля. Написал около 1000 книг. Считал, что мозг остужает кровь, которую нагревает сердце.

320 г. до н. э. Герофил написал книгу "Анатомика". Ему разрешили вскрывать трупы. Описал глаз, описал нервные связи внутренних органов со спинным и головным мозгом и считал, что «умственная деятельность – функция мозга».

129 г. до н. э. — Гален. 1-ым физиологом. Механически раздражал нервы, которые идут к сердцу. Изучал строение и функции органов живых животных, например свиней и обезьян. Выяснил в результате наблюдений:Двигательные и чувствительные нервы выходят из головного и спинного мозга и подходят к органам, Изучал действие блуждающего нерва на сердце., Изучал действие межреберных нервов на дыхание, Изучал строение спинного мозга на поперечных и продольных срезах, Считал, что мозг — источник нервных влияний, Первый психофизиолог.

Везалий — сын аптекаря, был хорошим рисовальщиком (считал своим учителем Леонардо да Винчи). Считал, что мозг — это не единое серое в-во, что он хорошо снабжается кровью. Выявил в сером в-ве головного мозга таламус, гипоталамус, бугры четверохолмия, свод, гиппокамп. Называл Галена "божественным мужем", но нашел в его работах 200 ошибок.

15 млрд нейронов в головном мозге. Кроме нейронов, есть глиальные клетки (100-130 млрд). После 30 лет погибает от 30 до 65 тыс. нейронов ежедневно и от 7 до 10 тыс. связей между ними. Обучение, память и т. д. — это сети нейронов.

Любая деятельность сводится к раздражению и торможению нейрона на мембране.

Разные подходы:

• Анатомический – изучается морфология, цитология и гистология мозга, единство нервных и глиальных клеток, кровеносные сосуды, оболочки мозга.

• Биофизический. Мозг — это взаимодействие клеточных и субклеточных единиц, разделенных мембранами. Строение и функции мембран – задача биофизиков и электрофизиологов.

• Психологический подход —изучение мозга как источника психической деятельности.

• Физиологический подход – изучение нервных центров.

Функции мозга: