1.Понятие «биомембрана» Биологическая мембрана (биомембрана) морфо-функциональное образование, отграничивающее содержимое клетки живых организмов от внешней для неё среды и жидкостные компартменты внутри клетки, имеющее общий план строения и сходные функции Понятие биологическая мембрана ввел Дж. Робертсон в 1963 г. 2.Эволюция представлений о биомембране Роберт Гук действительно был первым человеком, увидевшим клетки. В 1663 году, пытаясь понять, почему пробковое дерево так хорошо плавает, Гук стал рассматривать тонкие срезы пробки с помощью усовершенствованного им микроскопа. Он обнаружил, что пробка разделена на множество крошечных ячеек, напомнивших ему монастырские кельи, и он назвал эти ячейки клетками (поанглийски cell означает «келья, ячейка, клетка»). Чем друг от друга были отделены ячейки? Что видел Гук? Мембраны? Нет. Оболочки (стенки) растительных клеток. Это надмембранные структуры. Мембрану и сейчас плохо видят. Даже при внимательном рассмотрении фотографий ультратонкого среза живой ткани (после его фиксации и соответствующего прокрашивания), выполненных с помощью лучших электронных микроскопов, мы можем увидеть только тонкие двойные линии, которые "вырисовывают" контуры клетки и внутриклеточных органелл. О том, что содержимое клетки отделено от окружающей её среды мембраной догадались. Клеточную мембрану вычислили. 1855 год. К. фон Негели обнаружил, что неповрежденные клетки изменяют свой объем при изменении осмотического давления окружающей среды. У растительных клеток и бактерий при их погружении в гипертонический раствор наблюдается плазмолиз - отставание клеточной (плазматической) мембраны от клеточной 1895-1902 годы. Э. Овертон на основании того, что в его опытах неполярные молекулы легче проходили через клеточную мембрану, чем полярные соединения, делает вывод о липидной природе биомембран. 1925 год. Е.Гортер и Ф.Грендел сравнили площадь мономолекулярной пленки на поверхности воды, образованной липидами, экстрагированными из мембраны эритроцитов и поверхности этих эритроцитов. Получили соотношение значений площадей 2:1. Отсюда был сделан вывод, что мембрана эритроцитов состоит из липидных молекул, расположенных в два слоя. 1930-40 годы. В связи с необходимостью объяснить явное расхождение между поверхностным натяжением на границах раздела масло/вода и мембрана/вода Дж. Даниелли предполагает, что с мембранами связаны белки. Была создана «бутербродная модель» Даниелли и Давсона : мембрана состоит из двойного липидного слоя, а белок располагается на её поверхности. Вопрос о взаимном расположении липидов и белков в мембране стал предметом многочисленных дискуссий, так как обнаружилось, что мембраны выполняют разнообразные функции. 1972 год. С. Сингер и Дж. Никольсон предложили жидкостно мозаичная модель биомембраны. К этому времени электронно-микроскопические исследования с применением метода замораживанияскалывания показали, что в мембраны встроены глобулярные частицы. Биохимики с помощью детергентов «раздробили» мембраны до состояния функционально активных «частиц». Данные спектральных исследований указывали, что для мембранных белков характерно высокое содержание αспиралей и что они, вероятно, образуют глобулы, а не распределены в виде монослоя на поверхности липидного бислоя. Неполярные свойства мембранных белков наводили на мысль о наличии гидрофобных контактов между белками и внутренней неполярной областью липидного бислоя. С. Сингер и Дж. Никольсон свели воедино все эти идеи, создав жидкостно-мозаичную модель. В рамках этой модели мембрана представляется как фосфолипидный бислой, в который погружены свободно диффундирующие белки. В последние годы жидкостно-мозаичная модель также подверглась модификации. Выявляются новые функции цитоскелета. Не все мембранные белки свободно диффундируют в липидном бислое. Имеются данные о существовании в мембране липидных доменов. Обнаружены динамические ассоциаты липидов, обладающие более плотной упаковкой (рафты). Выявлен специфический класс амфифильных белков, которые под влиянием внеклеточных сигналов меняют свою гидрофобность и обратимо диссоциируют от мембраны. Тем не менее, жидкостно- мозаичная модель в её разных модификациях все еще служит в качестве концептуальной основы для объяснения многих мембранных феноменов. Сложность создания единой модели биологических мембран связана с огромным разнообразием мембранных функций. 3.Жидкостно-мозаичная концептуальная модель биомембраны Сингера-Николсона (1972 г.) Принцип построения всех биологических мембран одинаков, независимо от того, какой клетки (растительной или животной) или клеточной органелле она принадлежит Согласно этой модели, мембрана представлена бислоем фосфолипидных молекул, ориентированных таким образом, что гидрофобные концы молекул находятся внутри бислоя, а гидрофильные направлены в водную фазу. В ее состав входят липиды (в основном фосфолипиды), белки (в основном гликопротеины) и углеводы (в основном мукополисахариды). Механическую прочность липидных слоев мембраны увеличивает холестерол, связывающийся с полярными головками фосфолипидов. В фосфолипидный матрикс полностью (т.е. пронизывая его насквозь) погружены молекулы белков — интегральные белки. Другая группа мембранных белков, которые также частично погружены в мембрану и связаны с ее внешней или внутренней поверхностями, называется поверхностными белками. Интегральные белки выполняют функцию ионных каналов и насосов — переносчиков веществ через мембрану и наряду с поверхностными белками — функции рецепторов химических раздражителей (гормонов, медиаторов, антигеном) и редко — ферментов. Функции поверхностных белков многочисленны: рецепторные, ферментативные, сократительные, адгезивные, медиаторные (в качестве вторичных посредников). Углеводы в виде цепей присоединены к белкам (гликопротеиды) и липидам (гликолипиды) и создают на наружной поверхности мембран разветвленную сеть рецепторов, участвующих в процессах определения специфичности белковых и клеточных структур. Белки: -Интегральные – пронизывают оба слоя фосфолипидов -Полуинтегральные – пронизывают 1 слой фосфолипидов -Поверхностные – на поверхности 4. Предметные модели биомембраны Физические Плоские (стакан с водой) Сферические (липосомы) Биологические «тени» эритроцитов «Гигантский» аксон кальмара - Имеет диаметр около 0,5 мм, что в 100-1000 раз больше, чем диаметр аксона человека.Является одним из модельных объектов для изучения биопотенциалов Плоские (стакан с водой) Такие мембраны получают на маленьких отверстиях диаметром около 1 мм в пластинке из пластика (например, фторопласта), погруженной в водную среду. На отверстие наносят каплю раствора липида (в спирте, хлороформе, гептане и других растворителях). Растворитель диффундирует из раствора в воду и на отверстии остается пленка липида. Эта пленка спонтанно утончается до тех пор, пока не образуется бимолекулярный слой толщиной около 6 нм. Лишний липид собирается в виде ободка-торуса у краев отверстия. На плоских мембранах можно проводить электрические измерения. Эта система особенно полезна для изучения пор, каналов или переносчиков, которые облегчают или ускоряют перенос заряда через бислой из одного водного компартамента в другой. В водные камеры нетрудно поместить электроды, растворы в них можно легко заменять, а измерение тока и напряжение высокоточных и высокочувствительных. Плоскую бислойную липидную мембрану предложил в 1962 г. Мюллер. Она представляет собой саморганизующийся бислой фосфолипидов в отверстии тефлоновой пластинки Сферические (липосомы) Липидные слои, если они имеют большую протяженность, стремятся замкнуться сами на себя, чтобы спрятать гидрофобные «хвосты» от воды. При этом образуются фосфолипидные везикулы – липосомы. Они представляют собой мельчайшие пузырьки (везикулы), состоящие из билипидной мембраны. Липосомы фактически являются биологической мембраной, полностью лишенной белковых молекул. На липосомах часто проводят эксперименты по изучению влияния различных факторов на свойства мембраны, или, наоборот, влияния мембранного окружения на свойства встраиваемых белков. В медицине липосомы используются для доставки лекарственных веществ, приготавливая их в среде, содержащей чужое вещество, в определенные органы и ткани. Таким способом готовят липосомные кремы и мази в дерматологии и косметологии. Сами липосомы не токсичны, полностью усваиваются в организме и являются надежной липидной микрокапсулой для направленной доставки лекарства. 5.Мембранные липиды Фосфолипиды – основа биомембран, сложные липиды (глицерофософолипиды, сфингофосфолипиды) Стероиды (спирты со стероиновым скелетом). Холестерин (состоит из 4 колец и не имеет прямых цепочек. Имеет полярную голову и неполярный хвост. Легко встраивается в бислой липидов. В печени около 30%. Роль: подвижность жирно-кислотных хвостов, регулятор упаковки биомембраны). Фитостерин у растений. Сфинголипиды- содержится в больших количествах в белом веществе мозга, в миелиновых оболочках нервных стволов. Подвижность липидов в бислое. Изменение ориентации полярных головок, образование клинков, перемещение в поперечном направление, флип – флоп взаимодействие(редко), выход из бислоя. 6.Мембранные белки К мембранным белкам относят белки, которые в нее встроены или взаимосвязаны с ней. Классификация: Биохимическая интегральные (моно- или политопические)- прочно встроены в мембрану и могут быть извлечены из липидного окружения только с помощью детергентов или неполярных растворителей. По отношению к липидному бислою интегральные белки могут быть трансмембранными политопическими или интегральными монотопическими. периферические (монотопические)- являются монотопическими белками. Они либо связаны слабыми связями с липидной мембраной, либо ассоциируют с интегральными белками за счёт гидрофобных, электростатических или других нековалентных сил. Таким образом, в отличие от интегральных белков они диссоциируют от мембраны при обработке соответствующим водным раствором (например, с низким или высоким pH, с высокой концентрацией соли или под действием хаотропного агента). Эта диссоциация не требует разрушения мембраны. Топологическая монотопические политопические Монотопные белки пересекают мембрану один раз, политопные белки - несколько раз. Политопические, или трансмембранные, белки полностью пронизывают мембрану и, таким образом, взаимодействуют с обеими сторонами липидного бислоя. Периферические мембранные белки являются монотопическими, могут легко диссоциировать от мембраны при обработке любым раствором. Его отделение не требует разрушения мембраны. 7.Углеводы мембран Углеводы, в составе мембран обнаруживаются лишь в соединении с белками (гликопротеины и протеогликаны) и липидами (гликолипиды). В мембранах гликозилировано около 10 % всех белков и от 5 до 26 % липидов (в зависимости от объекта). В числе углеводных компонентов – глюкоза, галактоза, нейраминовая кислота, фукоза и манноза. Углеводные компоненты мембранных структур в подавляяющем большинстве открываются во внеклеточную среду. Их функции связаны с контролем за межклеточными взаимодействиями, поддержанием иммунного статуса клетки, обеспечением стабильности белковых молекул в мембране. Типичным примером гликоконъюгатов, выполняющих свои функции в составе мембран, являются антигенные детерминанты эритроцитов различных групп крови. Они представлены как гликолипидами, так и гликопротеинами, в числе которых – белок гликофорин. Очень важна роль углеводного компонента белковых молекул в формировании специфических функций мембранных белков и липидов. Многие белковые молекулы, особенно биологически активные вещества (например, нейропептиды), синтезируются в виде крупных, неактивных предшественников, которые затем расщепляются специфическими протеазами с формированием «зрелых» биологически активных продуктов. Деятельность протеаз контролируется уровнем гликозилирования белков. Так, многие белки, синтезируемые вначале как гликопротеины, в дальнейшем в результате процессинга теряют олигосахаридную часть. 8.Свойства и функции биомембраны Функции мембран Учавствует в ферментативных реакциях организма Механическая. Обеспечивает прочность и автономность клетки и внутриклеточных структур. Энергетическая. Синтез АТФ на внутренних мембранах митохондрий и фотосинтез в мембранных хлоропластах. барьерную, отделяющую внутреннюю среду клетки от окружающей среды, что обеспечивает клетке относительное постоянство состава цитоплазмы, определенный уровень ионной асимметрии с внешней средой, участие в генерации электрических явлений; транспортную, связанную с движением ионов через мембрану, т.е. с формированием ионных токов через ионные каналы, насосы и ионообменники; рецепторную, благодаря которой клетка реагирует на сигналы внешней среды или изменения состава внутренней среды; регуляторную, включающую тонкие изменения активности внутриклеточных ферментных систем в связи с действием биологически активных веществ; контактную, благодаря которой обеспечивается механическая связь между клетками, а также их функциональное взаимодействие; информационную, выражающуюся в передаче химических, электрических, электромагнитных сигналов от одной клетки к другой. 9.Подмембранные и немембранные структуры К мембранным компонентам клетки относятся ядро , вакуолярная система ( эндоплазматическая сеть , аппарат Гольджи , лизосомы , вакуоли растительных клеток ), митохондрии и пластиды . К немембранным компонентам относятся хромосомы , рибосомы , клеточный центр и центриоли , реснички и жгутики с базальными тельцами , микрофиламенты . 10. История изучения биоэлектрических явлений История изучения биоэлектрических явлений (опыты Луиджи Гальвани) Гальвани первым убедился в существовании "живого электричества". Термин «животное электричество» принадлежит Л.Гальвани. Это произошло в 1771 г. По данным других источников - в 1780 г., но опубликованы результаты открытия были только в 1791 Первый «Балконный» опыт: Ученого интересовало влияние электрических грозовых разряды на мышцы лягушки. Препарат задних лапок лягушек на медном крючке был подвешен в грозу к железному балкону. Влияние молнии на мышцы лягушки он не заметил, но отметил другое – от ветра в дождь препарат задевал балконные перила, и в этот момент мышцы сокращались Второй опыт Л.Гальвани (без металла) Опыт поставлен в ответ на возражения А. Вольта Набрасывался нерв между поврежденной и неповрежденной поверхностями мышцы В ответ – сокращение интактной мышцы Многолетний научный спор (1791-1797) между Л.Гальвани и А.Вольта завершился двумя крупными открытиями: были установлены факты, свидетельствующие о наличии электрических потенциалов в нервной и мышечной тканях, и открыт новый способ получения электрического тока при помощи разнородных металлов - coздан гальванический элемент («вольтов столб», 1800). Опыт К.Маттеуччи (вторичный тетанус). Окончательное доказательство существования электрических явлений в живых тканях было получено в опыте «вторичного тетануса» Маттеуччи. Тетанус-состояние длительного сокращения, непрерывного напряжения мышцы (опистотонус). Возникает при поступлении к мышце нервных импульсов с такой частотой, что расслабления между последующими одиночными сокращениями не происходит. Суть опыта: берется 2 нервно-мышечных препарата лягушки. Нерв одного препарата накладывается на мышцу другого. Нерв 1 препарата стимулируется током. Т. о. один нервно-мышечный препарат возбуждался током, а биотоки сокращающейся мышцы раздража¬ ли нерв второго нервномышечного препарата. Прямые измерения потенциалов в живых тканях стали возможны только после изобретения гальванометров. 40—50-е годы XX века с помощью внутриклеточных микроэлектродов удалось произвести прямую регистрацию электрических потенциалов клеточных мембран. 11. Понятие «мембранный потенциал покоя». Kогда клетка находится в состоянии физиологического покоя, ее внутренний потенциал, отрицателен по отношению к наружному, условно принимаемому за нуль. Этот потенциал называют потенциалом покоя (мембранным потенциалом покоя, трансмембранным потенциалом покоя). У различных клеток мембранный потенциал покоя варьирует от –50 до –90 мВ. 12. Способы регистрации и измерения потенциала покоя. Двумя способами: 1. Методом повреждения 2. Методом внутриклеточного отведения Метод повреждения-на ткани делают надрез, помещают активный электрод. Метод повреждения чаще используется при регистрации потенциала покоя на макропрепарате – мышце, нерве. Впервые таким способом регистрировали потенциал покоя в середине XIX века Дюбуа-Реймон (на срезе нерва) и Маттеучи (на срезе мышцы). Этот же метод лежит в основе второго опыта Гальвани, в этом случае мышечно-нервный препарат выполняет роль регистрирующего прибора. Методом повреждения достаточно точно измерить потенциал покоя невозможно. Метод внутриклеточного отведения-клетку помещают в жидкость. Активный электрод-микроэлектрод-это тонкая серебрянная нить, которая находится в микро-пипетке, её сначала помещают перпендикулярно клетке, потом медленно вводят в клетку, при этом мембрана не повреждается. При удачном введении микроэлектрода мембрана плотно охватывает его кончик и клетка сохраняет способность функционировать в течение нескольких часов, не проявляя признаков повреждения. До прокола мембраны микроэлектродом разность потенциалов между активным и индифферентным электродом равна нулю (рис. И рис. А). Kак только микроэлектрод прокалывает поверхностную мембрану клетки, регистрируется разность потенциалов между поверхностью и содержимым клетки, равная потенциалу покоя клетки. Существует множество факторов, меняющих потенциал покоя клеток: приложение электрического тока, изменение ионного состава среды, воздействие некоторых токсинов, нарушение кислородного снабжения ткани и т.д. Во всех тех случаях, когда внутренний потенциал уменьшается (становится менее отрицательным), говорят о деполяризации мембраны; противоположный сдвиг потенциала (увеличение отрицательного заряда внутренней поверхности клеточной мембраны) называют гиперполяризацией. 13.Механизм формирования (электрогенез) потенциала покоя клетки Значение потенциала покоя клетки определяется двумя основными факторами: 1. Соотношением концентраций проникающих через покоящуюся поверхностную мембрану катионов и анионов 2. Соотношением проницаемостей мембраны для этих ионов. Для количественного описания этой закономерности используют обычно уравнение Гольдмана – Ходжкина – Kатца: Где Em – потенциал покоя; R – газовая постоянная; T – абсолютная температура; F – постоянная Фарадея; РK, РNa, РCl – проницаемости мембраны для ионов K+, Na+ и Сl- соответственно; Ko+, Nao+ и Сlo- - наружные концентрации ионов K+, Na+ и Сl-, а Ki+, Nai+ и Сli- - их внутренние концентрации. Основным механизмом формирования потенциала покоя являются : 1. Создание концентрационной асимметрии K+ при работе калий-натриевого насоса (калий-натриевой АТФазы) 2. Выход K+ из клетки по градиенту концентрации Первоначально полагали, что натриевый насос электронейтрален, т.е. число обмениваемых ионов Na+ и K+ равно. В дальнейшем выяснилось, что на каждые три иона Na+, выводимые из клетки, в клетку поступает только два иона K+. Это означает, что насос электрогенен: он создает на мембране разность потенциалов, суммирующуюся с потенциалом покоя. Этот вклад натриевого насоса в нормальную величину потенциала покоя у различных клеток не одинаков: он, повидимому, незначителен в нервных волокнах кальмара, но существен для потенциала покоя (составляет около 25 % от полной величины) в гигантских нейронах моллюсков, гладких мышцах. Таким образом, в формировании потенциала покоя натриевый насос играет двоякую роль: a. Создает и поддерживает трансмембранный градиент концентраций Nа+ и K+; b. Генерирует разность потенциалов, суммирующуюся с потенциалом, создаваемым диффузией K+ по концентрационному градиенту 14.Фазы ПД (деполяризация, гиперполяризация, реполяризация). Деполяризация – сдвиг МП в сторону его уменьшения. Под действием раздражения открываются «быстрые» натриевые каналы, вследствие чего ионы Na лавинообразно поступают в клетку. Переход положительно заряженных ионов в клетку вызывает уменьшение положительного заряда на ее наружной поверхности и увеличение его в цитоплазме. В результате этого сокращается трансмембранная разность потенциалов, значение МП падает до 0, а затем по мере дальнейшего поступления Na в клетку происходят перезарядка мембраны и инверсия ее заряда (поверхность становится электроотрицательной по отношению к цитоплазме) – возникает потенциал действия (ПД). Электрографическим проявлением деполяризации является спайк, или пиковый потенциал. Реполяризация – восстановление исходного уровня МП. При этом ионы натрия перестают проникать в клетку, проницаемость мембраны для калия увеличивается, и он достаточно быстро выходит из нее. В результате заряд клеточной мембраны приближается к исходному. Электрографическим проявлением реполяризации является отрицательный следовой потенциал. Гиперполяризация – увеличение уровня МП. Вслед за восстановлением исходного значения МП (реполяризация) происходит его кратковременное увеличение по сравнению с уровнем покоя, обусловленное повышением проницаемости калиевых каналов и каналов для Cl. В связи с этим поверхность мембраны приобретает избыточный по сравнению с нормой положительный заряд, а уровень МП становится несколько выше исходного. Электрографическим проявлением гиперполяризации является положительный следовой потенциал 15.Ионный механизм формирования пикообразных потенциалов действия. Ионный механизм формирования платообразных потенциалов действия. 16.Понятия «раздражитель», «раздражение» в физиологии возбудимых тканей. Раздражитель - фактор внешней или внутренней по отношению к возбудимой структуре среды, который при действии или изменении действия, способен вызвать возбуждение. Раздражение - неспецифический ответ ткани на действие раздражителя. Признаки, по которым различаются раздражители: 1. 2. 3. 4. Природе (модальность, валентность): физические, химические и т.п. Биологическому значению (адекватные, неадекватные) Отношению силы воздействия к порогу возбуждения (подпороговые, пороговые, сверхпороговые). Одиночные или серийные По природе раздражители разделяют на химические, механические, лучистые, температурные, электрические и т.д.. По биологическому значению независимо от модальности раздражители делят на адекватные и неадекватные. Адекватные раздражители способны при воздействии на определенные возбудимые структуры вызвать реакцию возбуждения. Другими словами, раздражитель, действуя на разные биологические структуры, может вызвать возбуждение только в некоторых из них. Вот для этих структур этот раздражитель будет адекватен. Например, действие света, только в определённых структурах сетчатки глаза вызывает возбуждение. Для них он адекватен. Неадекватные раздражители способны при воздействии на определенные возбудимые структуры вызвать реакцию возбуждения, но при этом необходимы затраты энергии существенно большие, чем при возбуждении этих же структур от адекватного раздражителя. Например, видимый свет для рецепторов сетчатки или звук в диапазоне его восприятия для рецепторов слухового анализатора является адекватным раздражителем. Однако ощущение вспышки света (фосфен, «искры из глаз») или слышимого звука (звона в ушах) может возникнуть при действии механических (удар по голове) и других раздражителей достаточной силы. В данном случае также возникает возбуждение соответственно в зрительном или слуховом анализаторах, но уже под влиянием не свойственных для них неадекватных раздражителей. Адекватность раздражителя проявляется в том, что его пороговая сила значительно ниже по сравнению с пороговой силой неадекватного раздражителя. Ещё раз подчеркну, неадекватные раздражители тоже способны вызвать возбуждение. Когда мы говорим о неадекватных раздражителях для какой либо возбудимой структуры, имеем ввиду, что для этой же структуры имеются адекватные раздражители. По отношению силы воздействия раздражителя к порогу возбуждения различают подпороговые, пороговые, сверхпороговые. Раздражители могут быть одиночные и серийные. Одиночные раздражители различаться по силе, длительности, форме, скорости нарастания и уменьшения силы (градиенту) Серийные раздражители различаться по частоте, меандру (паттерну, рисунку). 17.Законы раздражения: силы, времени, градиента. Характер ответных реакций отдельных возбудимых структур и организма в целом зависит от силы, длительности, скорости нарастания (градиента) силы раздражителя. Определение законов раздражения может быть очень коротким и всех трёх сразу: Раздражитель может вызвать возбуждение, если он достаточно сильный (закон силы), длительный (закон времени) и быстро нарастает (закон градиента). Строго говоря эти законы раздражения выполняются для элементарных возбудимых структур (участка мембраны, клетки, волокна) или для ответа минимальной силы составной структуры (мышца, нерв). Закон силы Стимул должен быть достаточно сильным (пороговым или сверхпороговым) при любых временах действия и градиентах (крутизнАх) нарастания силы, чтобы возникло возбуждение. Прежде всего, необходимо помнить, что возбуждение может возникнуть при деполяризации мембраны до критического уровня (КУД). Раздражитель минимальной силы, вызывающий возбуждение называется пороговым. Раздражитель, сила которого превышает пороговый уровень, называется сверхпороговым. Следует обратить внимание на то, что, чем больше сила сверхпорогового раздражителя, тем быстрее возникает возбуждение. A - подпороговый стимул, B – пороговый стимул, C – сверхпороговый стимул. Вверху – изменения мембранного потенциала при раздражении, внизу – раздражающие стимулы. ПП – уровень мембранного потенциала покоя, КУД – критический уровень деполяризации (порог). ПД – потенциал действия. Закон времени Стимул должен действовать достаточно долго при любых силах действия и градиентах (крутизнАх) нарастания силы, чтобы возникло возбуждение. Следует подчеркнуть, что согласно закону времени, слишком короткие по длительности стимулы не способны вызвать возбуждение, какими бы сильными они небыли. A — подпороговый стимул достаточной длительности для возникновения потенциала действия, B — пороговый стимул, недостаточной длительности для возникновения потенциала действия C — подпороговый стимул более чем достаточной длительности для возникновения потенциала действия. Вверху – изменения мембранного потенциала при раздражении, внизу – раздражающие стимулы. ПП – уровень мембранного потенциала покоя, КУД – критический уровень деполяризации (порог). ПД – потенциал действия. Объяснения в тексте. Важным следствием закона времени является введение понятия полезное время – минимальное время, которое необходимо для действия рассматриваемого раздражителя, чтобы возникло возбуждение. Закон градиента Сила стимула должна нарастать достаточно быстро при любых силах и длительностях действия, чтобы возникло возбуждение. A — прямоугольный пороговый стимул, B —стимул, с линейно нарастающей силой, вызывающий ПД, C — стимул, с более полого нарастающей силой, не вызывающий ПД. Вверху – изменения мембранного потенциала при раздражении, внизу – раздражающие стимулы. ПП – уровень мембранного потенциала покоя, КУД – критический уровень деполяризации (порог). ПД – потенциал действия, МП – мембранный потенциал. 18.Закон «силы-времени» Гоорвега-Вейса-Лапика. Реобаза, хронаксия. Хронаксиметрия. Исследования Дж.Гоорвега, М.Вейса, Л.Лапика показали, что соотношения силы и длительности порогового раздражения определяются гиперболической кривой — кривой «силы — времени». Кривые «силы-времени» (Гоорвега-Вейса-Лапика) хорошо характеризуют возбудимость объектов. Очевидно, возбудимость структуры 1 больше, чем 2. Для числовой характеристики экспериментально полученных зависимостей часто используют показатель называемый хронаксией. Л.Лапик (1908), введя в физиологическую науку понятие хронаксия (от греч. Chronos - время, axia - количество), предложил использовать в качестве единицы порогового раздражения не силу (амплитуду), а время (длительность) раздражения. Экспериментальными исследованиями установлено, что у различных тканей кривые «силы—времени» имеют сходную форму, а количественные величины реобазы и хронаксии различны. 19.Законы возбуждения: «всё или ничего», силы. закон «все или ничего» сила ответной реакции возбудимой структуры при прочих равных условиях даёт максимальную ответную реакцию («всё») при любой силе порогового или сверхпорогового раздражения и не даёт никакого ответа («ничего») при подпороговом раздражении. Установлен Боудичем в 1871 г. на мышце сердца. При подпороговой силе раздражения мышца сердца не сокращается, а при пороговой силе раздражения – сокращение максимально. При дальнейшем увеличении силы раздражения амплитуда сокращений не увеличивается. Закон «силы» с увеличением силы стимула увеличивается сила ответной реакции возбудимой структуры. 20.Действие постоянного подпорогового тока на возбудимые ткани. Возбудимость определяется значением порога раздражения: ПР=КУД-МП Чем ближе МП к КУД, тем меньше ПР, т.е. тем более возбудима клетка. ПР – порог раздражения МП – мембранный потенциал КУД – критический уровень деполяризации В 1859 г. немецкий физиолог Пфлюгер Э.Ф.В. установил, что если на нерв воздействовать слабым (подпороговым) постоянным током, то его возбудимость под катодом повышается, а под анодом снижается. В 1883 г. российский (пермский) физиолог Б.Ф.Вериго значительно дополнил наблюдения Э.Пфлюгера и показал, что как повышение возбудимости под катодом, так и снижение её под анодом характерно только для первоначального действия постоянного подпорогового тока, т.е. это явление временное. Если ток действует достаточно долго, то под катодом возбудимость снижается, становясь меньше исходной (в состоянии покоя), а под анодом может повыситься. Раздражающие электроды могут быть расположены внеклеточно и внутриклеточно. При внеклеточном расположении электродов говорят об «аппликации тока», при внутриклеточном — об «инъекции тока». У одного и другого способа воздействия есть достоинства и недостатки. При «инъекции тока» по сравнению с «аппликацией тока» все будет наоборот: то, что происходит при аппликации под катодом, будет происходить при инъекции анода, а то, что происходит при аппликации под анодом, будет происходить при инъекции катода. 21. Замыкательно-размыкательные законы Э.Пфлюгера. При раздражении нерва или мышцы постоянным током возбуждение возникает в момент замыкания постоянного тока только под катодом, а в момент размыкания — только под анодом. Эту закономерность открыл в 1859 г. Э.Пфлюгер. Как это было сделано? Умертвили участок нерва. При этом электротоническое проведение тока на поврежденном участке сохранилось, а возбудимость этого участка исчезла. Один из электродов установили на поврежденном участке, а второй — на неповрежденный. Если с неповрежденным участком соприкасается катод, возбуждение возникало в момент замыкания тока. Если же катод устанавливали на поврежденном участке, а анод — на неповрежденном, возбуждение возникает только при размыкании тока. 22. Длительная сверхпороговая деполяризация возбудимых структур Длительная сверхпороговая деполяризация преобразуется в возбудимых клетках ритмический разряд потенциалов действия (рис.209251057) (генерирование ритмических потенциалов действия (импульсов) [++501+C.48]; (повторяющимся) ответы при одном, но длительном стимуле [++75+ C.38]). Рис.209251057 При более сильном токе происходят в принципе такие же процессы, но скорость нарастания деполяризации увеличивается и, следовательно, повышается генерирования потенциалов действия. Сравните рис.209251057 и рис.209251135. При длительном действии деполяризующего стимула частота генерирования постепенно уменьшается (рис. 209251205). Это явление называется адаптацией 23. Функциональная подвижность возбудимых структур. (Лабильность) Н.Е.Введенский на нервно-мышечном препарате установил, что нерв, мионевральные синапсы и мышца по-разному реагируют на сверхпороговые раздражения различной частоты. Отсюда был сделан вывод, что разные структуры имеют неодинаковую функциональную подвижность. Синонимом термина «функциональная подвижность» является «лабильность». Под термином лабильность Н.Е.Введенский (1892) понимал «большую или меньшую скорость тех элементарных реакций, которыми сопровождается физиологическая деятельность данного аппарата» (данной структуры), а мерой лабильности считал «то наибольшее число электрических осцилляций, которое данный физиологический аппарат может воспроизвести в 1 с, оставаясь в точном соответствии с ритмом максимальных раздражении». Нерв способен воспроизводить без искажений наиболее широкий диапазон частотных раздражений, средний воспроизводится мышцей и наименьший — синапсами. Следовательно, в нервномышечном препарате мионевральные синапсы являются частотными фильтрами между нервными и мышечными волокнами. Частота при которых достигается максимальная частота ответов Н.Е.Введенским о п т и м а л ь н о й ч а с т о т о й. Сразу за оптимальными следуют п е с с и м а л ь н ы е ч а с т о т ы , по Н.Е. Введенскому высокие частоты раздражения, вызывающие уменьшение ответа. Лабильность может изменяться в процессе длительного воздействия раздражителей. Это, в частности, подтверждается способностью ткани повышать свою функциональную подвижность в процессе своей жизнедеятельности. При этом у ткани возникают новые свойства, и она приобретает способность воспроизводить более высокий ритм раздражения. Это явление, наблюдаемое в тканях, исследовал ученик и последователь А.А.Ухтомский, и назвал процессом у с в о е н и я р и т м а. 24. Парабиоз Введенского. Экспериментальные факты, составляющие основу учения о парабиозе, Н.Е.Введенский (1901) изложил в своем классическом труде «Возбуждение, торможение и наркоз». Опыты проводились на нервно-мышечном препарате. Нервно-мышечный препарат помещался во влажную камеру, а на его нерв накладывались три пары электродов: 1. для нанесения раздражения (стимуляции) 2. для отведения биотоков до участка, на который предполагалось воздействовать химическим веществом. 3. для отведения биотоков после участка, на который предполагалось воздействовать химическим веществом. Кроме этого, в опытах регистрировались сокращение мышцы и потенциал нерва между интактным и альтерированным участками. О частоте следования импульсов после альтерированного участка можно было судить по наличию, характеру и амплитуде тетанического сокращения икроножной мышцы. Если же участок между раздражающими электродами и мышцей подвергнуть действию наркотических веществ и продолжать раздражать нерв, то ответ на раздражение через некоторое время исчезает. Н.Е.Введенский, исследуя в подобных условиях действие наркотиков и прослушивая с помощью телефона биотоки нерва ниже наркотизированного участка, заметил, что ритм раздражения начинает трансформироваться за некоторое время до того, как полностью исчезнет ответ мышцы на раздражение. Отметив это явление, Н.Е.Введенский подверг его тщательному исследованию и показал, что в реакции нерва на воздействие наркотических веществ можно выделить три последовательно сменяющиеся фазы: 1. уравнительную 2. парадоксальную 3. тормозную Выделенные фазы характеризовались разной степенью возбудимости и проводимости при нанесении на нерв слабых (редких), умеренных и сильных (частых) раздражении. A — раздражители разной силы и ответные реакции на них; B — до парабиоза; C — в уравнительную; D — парадоксальную; E — тормозную фазу парабиоза В уравнительную фазу происходит уравнивание ответной реакции на раздражители разной силы и наступает момент, когда на разные по силе раздражения регистрируются равные по величине ответные реакции. Это происходит потому, что в уравнительной фазе понижение возбудимости выражено в большей степени для сильных и умеренных раздражений, чем для раздражении слабой силы. Более быстрое снижение возбудимости и проводимости для большей силы (частоты) предопределяет развитие следующей парадоксальной фазы. В парадоксальную фазу реакция тем больше, чем меньше сила раздражения. При этом можно наблюдать, когда на слабые и умеренные раздражения ответная реакция регистрируется, а на сильные нет. Парадоксальная фаза сменяется тормозной фазой, когда все раздражители становятся неэффективными и не способны вызвать ответной реакции. Если наркотическое вещество продолжает действовать после развития тормозной фазы, то в нерве могут произойти необратимые изменения и он погибает. Если же действие наркотика прекратить, то нерв медленно восстанавливает свою исходную возбудимость и проводимость, а процесс восстановления проходит через развитие парадоксальной фазы. В дальнейшем Введенский использовал различные методы воздействия на нерв: химические вещества (аммиак и др.), нагревание и охлаждение, постоянный электрический ток и т.д., и во всех случаях наблюдал сходные изменения возбудимости в исследуемом препарате. Учитывая, что обнаруженные явления могут возникать не только при действии наркотиков, но и других разнообразных влияний, Введенский выбрал для обозначения этих явлений термин парабиоз, так как во время тормозной фазы нерв утрачивает свои физиологические свойства и сходен с умершим нервом, а, кроме того, за тормозной фазой может последовать истинная смерть. Обобщая результаты исследований по изучению парабиоза, Н.Е.Введенский сделал вывод, что парабиоз — это своеобразное, локальное, длительное состояние возбуждения, возникающее в ответ на разнообразные внешние воздействия, способные взаимодействовать с распространяющимся возбуждением, и развивающееся на фоне избыточной, чрезмерной деполяризации. Для живых образований, находящихся в состоянии парабиоза, характерно снижение возбудимости и лабильности. Парабиоз есть форма приспособительной реакции живых образований на разнообразные воздействия, и учение о парабиозе широко используется для объяснения различных механизмов реагирования не только клеток, тканей, органов, но и целого организма. 25. Описание процессов распространения автоволн. Тау-модель распространения возбуждения. Математическое описание процессов распространения автоволн связано с моделью формальных активных сред, предложенную Н.Винером и А.Розенблютом, называемой τ-моделью. В τ-модели постулируется, что каждый элемент активной среды, может находиться в одном из трех состояний (фазовых состояний): 1. τ — возбуждение 2. R - τ — «рефрактерный хвост» 3. покой Элемент в состоянии τ (возбуждения): не может быть возбуждён соседним элементом может возбудить соседний элемент, находящийся в состоянии покоя уровень его мембранного потенциала выше критического уровня деполяризации (φм > φмпор) Элемент в состоянии R - τ («рефрактерного хвоста»): не может быть возбуждён соседним элементом не может возбудить соседний элемент, находящийся в состоянии покоя уровень его мембранного потенциала ниже критического уровня деполяризации, но выше потенциала покоя (φмп > φм > φмпор). Элемент в состоянии покоя: может быть возбуждён соседним элементом (при условии, что трансмембранный потенциал соседнего элемента выше значения порога рассматриваемого). не может возбудить соседний элемент уровень его мембранного потенциала равен потенциалу покоя (φм = φмп ). Графическое представление τ-модели (с изменениями). R – рефрактерность. Клетка с темной штриховкой — элемент, находящиеся в состоянии возбуждения τ-зона. Светлая штриховкой — клетки в состоянии (R - τ) – рефрактерный хвост. Незаштрихованные клетки — элементы, находящиеся в покое. Допущения τ-модели: 1. конфигурация потенциала действия упрощена 2. не учитываются состояния относительной рефрактерности, а весь период R считается абсолютно рефракторным или просто рефрактерным. Из представленной модели следует, что возможны лишь три типа перехода элемента из одного фазового состояния в другое: 1. возбуждение рефрактерный хвост 2. рефрактерный хвост покой 3. покой возбуждение Основные свойства автоволн, касающиеся их распространения: распространяется без затухания не интерферируют не отражаются от препятствий направление распространения определяется зонами рефрактерности и покоя. 26. Циркуляция возбуждения в замкнутых возбудимых структурах (кольце). Многие возбудимые структуры образуют сетчатые структуры, элементом которых является кольцо. Большое клиническое значение имеет наличие таких структур в проводящей системе сердца, в частности волокна Пуркинье образуют сетчатые структуры. Замкнутые проводящие пути образуются вокруг естественных отверстий, соединяющих сосуды и камеры сердца, участков омертвевшей (инфарцированной) мышцы и в других случаях. Возбуждение будет распространяться лишь в одну сторону. А когда возбуждение обежит кольцо и блокада будет снята, оно беспрепятственно проследует через это место, совершив второй и последующие витки. Начнется циркуляция возбуждения по кольцу. Реализовать представленную модель удобно на нервном кольце у медуз, проходящем по краю купола. Более суток возбуждение может циркулировать в одном направлении не замедляя скорости и не уменьшаясь в интенсивности. Только смерть животного или полное его истощение прервёт эту циркуляцию. По своему устройству оно существенно отличается от нерва, но в данном случае это не имеет значения. Аналогия с вечным двигателем, неправильна, поскольку энергия при распространении возбуждения расходуется, а не образуется. 27. Повторный вход возбуждения (re-entry). Получить циркуляцию возбуждения в кольцевой возбудимой структуре можно иным способом. Допустим, в кольце активной среды имеется участок, период рефрактерности элементов которого больше, чем период рефрактерности остальной среды. Если внешнее воздействие создает подряд два возбуждения, первая волна возбуждения вызовет переход участка b в состояние длительной рефрактерности. Вторая волна возбуждения подойдет к элементу b в момент, когда он еще остается рефракторным и гасится. Остается одна волна, идущая по другой стороне кольца. Если она дойдет до элемента b с другой стороны в момент времени, к которому элемент успеет выйти из рефрактерности и будет находится в состоянии покоя, волна пройдет дальше и в кольце так и будет продолжаться незатухающий процесс - циркуляция возбуждения. Рассмотренный механизм возникновения циркуляции возбуждения по замкнутым возбудимым структурам называется п о в т о р н ы м в х о д о м возбуждения или r e - e n t r y . Сама природа очень часто ставит подобные «опыты» на больном человеке. Например, повышенную рефрактерность приобретают гипоксичные участки миокарда и это через механизм re-entry приводит к возникновению аритмий. Условия возникновения циркуляции в замкнутых возбудимых структурах 1. время между двумя волнами возбуждения должно быть 2. меньше периода рефрактерности «ненормального» элемента. 3. время прохождения волны возбуждения по «обходного» 4. пути должно быть больше времени рефрактерности 5. «ненормального» элемента. Как предотвратить циркуляцию возбуждения по замкнутой структуре? Есть два основных способа: • уравнять рефрактерность всех элементов замкнутой возбудимой структуры – снизить высокую рефрактерность «ненормальных» элементов возбудимых структур до уровня рефрактерности «нормальных» (рис. 809181251). – повысить рефрактерность «нормальных» элементов до уровня рефрактерности «ненормальных». • усилить рефрактерность «ненормальных» элементов до уровня, когда их период рефрактерности станет равен или больше времени прохождения возбуждения по «обходному» пути. 28. Распространение электротона. Распространение электротона - важный механизм клеточной сигнализации. С помощью распространения электротона (главным образом катэлектротона) осуществляется функциональная связь между различными участками мембраны в клетках, не генерирующих ПД (глия, эпителий, так называемые тонические мышечные волокна). Электротонические сигналы используются в телах нейронов и в дендритах таких мультиполярных нейронов позвоночных, как альфа-мотонейроны, клетки Пуркинье мозжечка, гигантские пирамидные клетки коры и крупные нейроны ретикулярной формации ствола мозга. Если источник тока действует достаточно долго, то вдоль волокна (в обоих направлениях от электрода) устанавливается определенный градиент электротона (около анода — градиент гиперполяризации, около катода — деполяризации). Величина электротона (U) экспоненциально убывает с расстоянием В толстых волокнах – дольше. Дескрементом (x) при удалении от источника: U = Uo ∙ e-х/λ, где U0 — электротон в точке приложения электрода; λ — постоянная длины, на которой электротон снижается в е раз (т.е. до 37 %). где Rм — удельное сопротивление мембраны; RI— удельное сопротивление аксоплазмы; d - диаметра волокна. 29. Распространение возбуждения в безмиелиновых нервных волокнах Принципиально механизм проведения возбуждения у различных нервных волокон одинаков. По современным представлениям, он осуществляется на основе ионных механизмов генерации ПД. Вместе с тем имеются и некоторые различия в механизмах проведения возбуждения по миелиновым и безмиелиновым волокнам. При распространении возбуждения по безмиелиновому нервному волокну местные электрические токи, которые возникают между его возбужденным участком (поверхность заряжена отрицательно) и невозбужденным (поверхность заряжена положительно), вызывают деполяризацию мембраны до ее критического уровня с последующей генерацией ПД (т.е. распространяющегося возбуждения) в ближайшей к возбужденному участку части невозбужденной мембраны. В следующий момент локальные токи возникают уже между только что возбужденной частью мембраны и следующим ближайшим невозбужденным участком. Процесс генерации ПД в этой части невозбужденной мембраны многократно повторяется и обеспечивает распространение возбуждения вдоль нервного волокна. Амплитуда ПД не изменяется, так как он каждый раз воспроизводится заново возбуждающимся участком мембраны. Поскольку при этом в процесс возбуждения последовательно вовлекаются участки всей без исключения мембраны волокна, то такой механизм проведения возбуждения называется последовательным, или непрерывным. Распространение возбуждения в миелиновых нервных волокнах Наличие у миелиновых волокон оболочки, обладающей высоким электрическим сопротивлением, а также участков волокна, лишенных такой оболочки (перехваты Ранвъе), создает условия для качественно иного типа проведения возбуждения. Здесь местные электрические токи возникают не между соседними участками мембраны, а между соседними перехватами Ранвье, разделенными участком волокна, покрытым миелиновой оболочкой. Следовательно, возбуждение как бы «перепрыгивает» через эти участки от одного перехвата к другому. Такой механизм распространения возбуждения называется сальтаторным (скачкообразным), или прерывистым. Скорость такого способа проведения возбуждения значительно выше и он более экономичен по сравнению с непрерывным, поскольку в состояние активности вовлекается не вся мембрана, а только ее небольшие участки в области перехватов. 30. Явление перескока при проведении возбуждения в нервных волокнах «Перепрыгивание» потенциала действия через межперехватный участок возможно потому, что амплитуда ПД в 5— 6 раз превышает величину, необходимую для возбуждения соседнего перехвата. ПД может «перепрыгивать» не только через один, но и через два—четыре межперехватных промежутка. Это явление может наблюдаться, например, при снижении возбудимости соседнего перехвата под действием какого-либо фармакологического вещества (например, новокаина). 31.Сальтаторное проведение потенциалов действия Наличие у миелиновых волокон оболочки, обладающей высоким электрическим сопротивлением, а также участков волокна, лишенных такой оболочки (перехваты Ранвъе), создает условия для качественно иного типа проведения возбуждения. Здесь местные электрические токи возникают не между соседними участками мембраны, а между соседними перехватами Ранвье, разделенными участком волокна, покрытым миелиновой оболочкой. Следовательно, возбуждение как бы «перепрыгивает» через эти участки от одного перехвата к другому. Такой механизм распространения возбуждения называется сальтаторным (скачкообразным), или прерывистым. Скорость такого способа проведения возбуждения значительно выше и он более экономичен по сравнению с непрерывным, поскольку в состояние активности вовлекается не вся мембрана, а только ее небольшие участки в области перехватов. 32.Классификация нервных волокон по Эрлангеру-Гассеру Нервные волокна по диаметру и скорости проведения возбуждения подразделяют на три типа: А, В, С. Волокна типа А в свою очередь делят на подтипы А-альфа, А-бета, Агамма, А-дельта. Основанием для такой дифференциации послужили исследования Дж. Эрлангера и X. Гассера (1937), подкрепленные результатами гистологических работ. Было установлено, что волокна типа А покрыты миелиновой оболочкой. Наиболее толстые из них (А-альфа) имеют диаметр 12—22 мкм и наибольшую скорость проведения возбуждения — 70—120 м/с. Эти волокна проводят возбуждение от моторных нервных центров спинного мозга к скелетным мышцам (двигательные волокна) и от определенных рецепторов мышц к соответствующим нервным центрам (афферентные волокна). Три другие группы волокон типа А (бета, гамма, дельта) имеют меньший диаметр — от 8 до 1 мкм и меньшую скорость проведения возбуждения — от 5 до 70 м/с. Волокна этих групп относятся преимущественно к чувствительным, проводящим возбуждение от различных рецепторов — тактильных, температурных, некоторых болевых рецепторов и рецепторов внутренних органов в ЦНС. Исключение составляют лишь гамма-волокна, значительная часть которых проводит возбуждение от гамма-мотонейронов спинного мозга к интрафузальным мышечным волокнам. К волокнам типа В относятся миелиновые преганглионарные волокна автономной нервной системы (АНС). Их диаметр — 1—3,5 мкм, а скорость проведения возбуждения — 3— 18 м/с. К волокнам типа С относятся безмиелиновые нервные волокна малого диаметра — 0,5— 2,0 мкм. Скорость проведения возбуждения по ним не более 3 м/с (0,5—3,0 м/с). Большинство волокон этого типа составляют постганглионарные волокна симпатического отдела АНС. Они также проводят возбуждение от болевых рецепторов, терморецепторов и рецепторов давления. 33.Законы проведения возбуждения в нервных волокнах Законы проведения возбуждения вытекают из условий распространения автоволн. 1. Проведение возбуждения может быть только при сохранении анатомической и физиологической целостности нервного волокна (сохранении непрерывности активной среды). 2. Возбуждение проводится без затухания (без декремента) как по длине волокна, так и при его разветвлении. 3. Возбуждение по нервному волокну проводится в обе стороны, причем с одинаковой скоростью. 4. Волны возбуждения не интерферируют. 5. Волны возбуждения не отражаются от препятствий. 6. Направление распространения возбуждения определяется зонами рефрактерности и покоя. 34. Классификация синапсов По характеру контактирующих клеток 1. Нейрон нейрон (межнейронный, нейронейрональный,) 2. Нейрон эффекторная клетка, а именно: 2.1. нейрон миоцит (нервномышечный, мионевральный) 2.2. нейрон гландулоцит (нейросекреторный) 3. Рецепторная клетка вторичночувствующего рецептора нейрон Иногда в литературе встречается термин «внутриклеточный синапс». По способу передачи сигнала 1. хими¬ческие, 2. электрические, 3. смешанные. Смешанные синапсы называют ещё синапсами двоякого действия. По конечному эффекту 1. возбуждающие 2. тормозные Раньше считали, что тормозными могут быть только химические синапсы, а электрические могут быть только возбуждающими. Относительно недавно найдены тормозные электрические синапсы. По форме контакта 1. терминальные (концевые, колбообразное сое¬динение); 2. проходящие (касательные, варикозное расширение аксона). По развитию в онтогенезе 1. стабильные (например, си¬напсы дуг безусловного рефлекса) 2. динамичные (появляю¬щиеся и исчезают в процессе развития организма). Пример — синапсы дуг условного рефлекса. 35. Типы межнейрональных синапсов Межнейрональные синапсы — специализированные контакты между нейронами, необходимые для проведения нервного импульса по цепи нейронов. Межнейрональные синапсы делятся: 1) по способу передачи: • на химические; • электрические; • смешанные. Наиболее распространены в нервной системе высших животных химические синапсы. Они классифицируются по типу взаимосвязанных отростков нейронов, химическому типу медиатора и функциональной направленности; 2) по морфологической классификации (по локализации, по типу взаимосвязанных отростков): • аксосоматические — синапсы между аксоном одного нейрона и телом другого; • аксодендритные — синапсы между аксоном одного нейрона и дендритом другого; • аксо-аксональные — синапсы между аксонами разных нейронов (являются тормозными); • дендродендритные — синапсы между дендритами разных нейронов; • соматосоматические — синапсы между телами разных нейронов; 3) по химическому типу медиатора: • холинергические; • адренергические; • пептидергические; • пуринергические, • аминокислотные и т.п; 4) по функциональной направленности: • возбуждающие; • тормозные. 36.Химический синапс: общий план строения. Типы химических синапсов В синапсе различают пресинаптический элемент (полюс), который ограничен пресинаптической мембраной, постсинаптический элемент (полюс), который ограничен постсинаптической мембраной. В постсинаптическом элементе выделяют околосинаптическую (внесинаптическую) область, синаптическую щель. Большинство синапсов нервной системы — химические. Функционирование таких синапсов зависит от высвобождения медиаторов. Классический химический синапс представлен пресинаптической мембраной, синаптической щелью и постсинаптической мембраной. Пресинаптическая мембрана — часть булавовидного расширения нервного окончания клетки, передающей сигнал, а постсинаптическая мембрана — часть клетки, получающей сигнал. Медиатор высвобождается из булавовидного расширения посредством экзоцитоза, проходит через синаптическую щель и связывается с рецепторами на постсинаптической мембране. Под постсинаптической мембраной расположена субсинаптическая активная зона, в которой после активации рецепторов постсинаптической мембраны происходят разнообразные биохимические процессы. В булавовидном расширении расположены содержащие медиаторы синаптические пузырьки, а также большое количество митохондрий и цистерны гладкой эндоплазматической сети. Применение традиционных методик фиксации при исследовании клеток позволяет различить на пресинаптической мембране пресинаптические уплотнения, ограничивающие активные зоны синапса, к которым при помощи микротрубочек направляются синаптические пузырьки. По природе медиатора химические синапсы различают: — холинергические (медиатор - ацетилхолин), — адренергические (медиатор - норадреналин), — дофаминергические (ме¬диатор - дофамин), — ГАМК-ергические (ме¬диатор - гамма-аминомасляная кислота), — глицинергические, — глутаматергические, — аспартатергические, — пептидергические (медиатор - пептиды), — пуринергические (медиатор - АТФ) — и т.д. По характеру рецепторов на постсинаптической мембране, определяющих в постсинапсе процессы, происходящие при передаче возбуждения химические синапсы разделяются на • ионотропные • метаботропные По характеру изменения мембранного потенциала на постсинаптической мембране при передаче возбуждения химические синапсы разделяются на • возбуждающие • тормозные 37. Этап передачи сигнала в химическом синапсе При огромном разнообразии синапсов и различиях в механизмах передачи сигнала в них, для большинства изученных синапсов можно выделить следующие наиболее общие этапы передачи возбуждения: 1. Деполяризация пресинаптической мембраны приходящим по аксону потенциалом действия (ПД). 2. Открытие потенциалзависимых Сa++ каналов на пресинаптической мембране и поступление Сa++ в пресинапс (пассивный транспорт). 3. Увеличение концентрации Сa++ в пресинапсе запускает слияние синаптических пузырьков с пресинаптической мембраной и выброс нейромедиатора в синаптическую щель (экзоцитоз). 4. Диффузия медиатора к постсинаптической мембране. 5. Взаимодействие медиатора с рецепторами постсинаптической мембраны. 6. Реакция постсинапса на действие медиатора. 7. Инактивация медиатора. 38. Медиатор химического синапса Медиатор - биологически активные вещества, выделяемые пресинаптической мембраной и являющиеся посредником в процессе синаптической передачи возбуждения. Виды (классификация) медиаторов химического синапса • Известно более 50 химических веществ, выполняющих функции нейромедиаторов, их можно разделить на следующие группы. • Аминокислоты: нейтральные (глутамат и аспартат) и кислые (глицин, ГАМК гамма-аминомасляная кислота). • Амины: моноамины (ацетилхолин, серотонин, гистамин) и катехоловые амины (адреналин, норадреналин, дофамин). • Нейропептиды: метионин- и лейцин-энкефалины, ангиотензин II, окситоцин, соматостатин, люлиберин, вещество P, нейротензин, β-эндорфин. • Пурины: АТФ и аденозин. Газы не являются «классическими» медиаторами, поскольку они не содержатся в синаптических пузырьках. Пример - оксид азота (NO). Доказательство возможности химической передачи возбуждения. Опыт О.Лёви. Впервые идеи о химической передаче нервного возбуждения были высказаны Дж.Ленгли (1906) на основе многолетних опытов с кураре, никотином и другими ядами. Он обнаружил, что яд эффективно блокировал сократительный эффект мышцы на раздражение нерва только в том случае, если его наносили на область вхождения нерва в мышцу. Дж.Ленгли выдвинул предположение о существовании «рецептивной», или «синаптической», субстанции. Однако необходимую сумму доказательств впервые получил О.Лёви на сердце лягушки (1921—1926) (рис. 30110005161). Он идентифицировал как медиатор парасимпатической нервной системы - ацетилхолин. Лёви О. принадлежит открытие фермента, который гидролизует ацетилхолин, позднее названный холинэстеразой. Медиаторную функцию выполняет большая группа разнородных химических веществ. Известно более 50 химических веществ. Список вновь открываемых химических медиаторов неуклонно пополняется. Чаще всего химическими медиаторами являются вещества с небольшой относитель¬ной молекулярной массой. Однако и высокомолекулярные соединения, такие, как полипептиды, также способны выполнять роль химических передатчиков в ряде центральных и периферических синапсов. Основные критерии медиаторной функции веществ: 1. наличие вещества в соот¬ветствующих пресинаптических окончаниях; 2. способность вещества высвобождаться под влиянием потенциала действия; 3. идентичность молекулярных и ионных механизмов действия на постсинаптическую мембрану вещества, высвобождаемого потенциалом действия и при¬кладываемого искусственно к постсинаптической мембране; В периферических структурах процесс идентифика¬ции медиатора по указанным выше критериям может быть произведен сравнительно просто. ЦНС построена из негомогенных диффузно расположенных популяций нервных клеток и окончаний. Это вносит значительные трудности в обнаружение выделяемого медиатора, который, прежде чем появиться на поверхности мозга или в спинномозговой жидкости, должен диффундировать на большие расстояния. Помимо этого, в централь¬ных структурах трудно добиться избирательной стимуляции определенной гомогенной группы нейронов или волокон, так же как трудно подводить предполагаемый медиатор к определенным нервным клеткам, не оказывая влияния на соседние нейроны. Именно поэтому природа химических медиаторов в периферических структурах нервной системы достаточно хорошо изучена, а в ЦНС до сих пор оконча¬тельно не установлена. Тем не менее, выявлен ряд веществ, играющих роль медиаторов синаптического возбуждения и торможения в ЦНС млекопитающих и человека. Виды (классификация) медиаторов химического синапса К наиболее изученным медиаторам относят: 1. амины 1.1. моноамины (ацетилхолин, серотонин, гистамин); 1.2. катехоламины (адреналин, норадреналин, дофамин) 2. аминокислоты 2.1. нейтральные (глутамат, аспартат) 2.2. кислые (глицин, гамма-аминомасляная кислота (ГАМК)); 3. полипептиды (вещество Р, энкефалин, соматостатин и др.) 4. пурины (АТФ и аденозин) 5. газы (окись азота). Характер изменений, наблюдаемых при синаптической передаче возбуждения определяется не характером медиатора, а структурами постсинаптической мембраны. Поэтому разделять медиаторы на возбуждающие и тормозные неправильно! Правда при этом глицин и ГАМК называют «тормозными медиаторами», поскольку встречаются только в тормозных синапсах. 39. Комедиаторы, модуляторы, агонисты, антагонисты медиаторов в химическом синапсе Комедиаторы (сомедиаторы) Большинство нейронов (а возможно, и все) содержит не один нейромедиатор, а несколько; их родовое наименование - комедиаторы. Обычно это один низкомолекулярный нейромедиатор и один нейропептид (ацетилхолин в качестве комедиаторов может иметь энкефалин, соматостатин и нейротензин; некоторые спинальные интернейроны высвобождают глицин и ГАМК, а нейроны ядер шва секретируют в одних и тех же синапсах серотонин и глутамат). Модуляторы не осуществляют синаптическую передачу, но могут значительно усиливать как синаптическую передачу, так и возбудимость нервных клеток. Так, пирамидные нейроны зрительной коры имеют следующие синаптические входы: возбуждающие (глутамат) из таламуса, тормозные (ГАМК) от интернейронов и модулирующие (норадреналин) из голубоватого места. Каждый рецептор постсинаптической мембраны взаимодействует со своим специфическим медиатором Однако такая специфичность не абсолютна – практически все рецепторы способны связываться с другими веществами. Такие вещества для медиаторов являются АГОНИСТАМИ (полными или частичными). Агонисты • Мускарин - алкалоид, содержащийся в мухоморе кра́сном (лат. Amanita muscaria) • действуя подобно ацетилхолину, стимулирует М-холинорецепторы. Эффекты: расширение сосудов и уменьшение сердечного выброса, и при достаточно большом поступлении в организм может вызвать характерную картину отравления, включающую такие симптомы, как тошнота, рвота, слюнотечение, усиленное потоотделение, снижение артериального давления Если вещество, связываясь с рецепторами не вызывает возбуждения, а при этом мешает действию медиатора, то его называют АНТАГОНИСТОМ. Точнее конкурентным антагонистом. Антогонисты • Атропин - М-холиноблокатор, растительный алкалоид (содержится в различных растениях семейства паслёновых: белена, паслён, дурман). • Атропин является экзогенным антагонистом холинорецепторов. • Введение атропина в организм сопровождается уменьшением секреции слюнных, желудочных, бронхиальных, потовых желёз (последние получают симпатическую холинергическую иннервацию), поджелудочной железы, • учащением сердечных сокращений (вследствие уменьшения тормозящего действия на сердце блуждающего нерва), понижением тонуса гладкомышечных органов (бронхи, органы брюшной полости и др.). • Под влиянием атропина происходит сильное расширение зрачков. • Стрихнин – антагонист глициновых рецепторов (тормозные синапсы) является алкалоидом, получаемым из чилибухи или рвотного ореха (Strychnos nux-vomica ), произрастающего в Азии. • Блокирует тормозные синапсы спинного мозга. • Происходит тоническое сокращение всех мышц тела, длящееся секунды, иногда минуты и состоящее из отдельных, быстро следующих друг за другом мышечных сокращений. Один приступ отделяется от другого более или менее длинными паузами. У теплокровных животных тело выгибается в виде опистотонуса, т. е. в виде дуги с резким запрокидыванием головы назад (разгибатели спины более сильны, чем сгибатели). 40. Ионотропные синапсы. Постсинаптические потенциалы. Ионотропные рецепторы содержат домен, узнающий медиатор и ионный канал. Хемовозбудимые натриевые каналы постсинаптических мембран имеют только один воротный механизм, активируемый медиатором. Вспомните! Потенциалзависимые натривые каналы, обеспечивающие развитие регенеративной деполяризации (спайка потенциала действия) имеют два воротных механизма – активационный и инактивационный. В отсутствие медиатора канал закрыт. Взаимодействие медиатора с рецептором приводит к активации натриевого канала. В результате мембрана деполяризуется. В качестве примера ионотропного синапса приведем Н-холинергический синапс Рецепторы постсинаптических мембран - это белковые структуры, которые являются интегральными белками плазматической мембраны, они синтезируются в эндоплазматическом ретикулюме клетки, после чего они попадают (встраиваются) в постсинаптическую мембрану, пройдя предварительно "сортировку" в аппарате Гольджи. При нарушении белкового синтеза концентрация рецепторов может существенно снижаться и приводить к уменьшению функциональных возможностей синаптической передачи. В ряде случаев у человека могут вырабатываться антитела к собственным рецепторам постсинаптической мембраны. Это приводит к нарушению функции синапса. Синтез рецепторов - контролируемый процесс. Например, если мышца денервирована, то число рецепторов области постсинаптической мембраны снижается. Одновременно во внесинаптических областях возрастает концентрация рецепторов, это делает мышцу более чувствительной в отношении циркулирующего в крови медиатора . Постсинаптические потенциалы Образование постсинаптических потенциалов связано с активацией медиатором хемовозбудимых (рецепторуправляемых) ионных каналов, имеющихся в постсинаптической мембране. Так же как электровозбудимые, хемовозбудимые каналы образованы макромолекулами белка, пронизывающими липидный бислой мембраны. Деполяризация постсинаптической мембраны получила название возбуждающий постсинаптический потенциал (ВПСП). ВПСП может быть обусловлена входом в клетку катиона или выходом аниона ВПСП распространяется электротонически в околосинаптическую (например, в мионевральном синапсе) или более отдалённую (например, аксонный холмик нейрона) область плазматической мембраны. Если значение электротона в названных областях достаточно велико и достигает критического уровня деполяризации, то генерируется потенциал действия. Эта деполяризация постсинаптической мембраны имеет нерегенеративный характер, поскольку хемовозбудимые каналы не обладают электровозбудимостью: порция медиатора, поступившая к постсинаптической мембране, активирует определенное число хемовозбудимых каналов. Это вызывает деполяризацию мембраны, но такая деполяризация не способствует дальнейшему увеличению числа активируемых каналов. Поэтому значение постсинаптического потенциала зависит от концентрации медиатора, действующего на мембрану: чем больше эта концентрация, тем выше до определенного предела постсинаптический потенциал. Таким образом, постсинаптический потенциал в отличие от потенциала действия градуален. То есть, возбуждение в постсинаптической мембране в форме образования постсинаптического потенциала происходит по закону силы, а не по закону «всё или ничего» как при образовании потенциала действия. В этом отношении постсинаптический потенциал сходен с локаль¬ным ответом, хотя имеет иной механизм. В тормозных синапсах в результате взаимо¬действия медиатора с рецепторами происходит гиперполяризация (например за счет увеличения проницае¬мости мембраны для ионов калия и хлора, при этом калий выходит, а хлор входит в клетку). Это называется тормозным постсинаптическим потенциалом (ТПСП). В гиперполяризованном состоянии клетка снижает свою возбудимость и благодаря этому прекращает отвечать на внешние раздражители, или (если она обладала свойством автоматии) уменьшает спонтанную активность. 41. Метаботропные синапсы При передаче сигнала в метаботропных синапсах используется мультимолекулярная система, состоящая из рецептора, ГТФ-связывающего белка (G-белка), фермента, второго посредника, эффектора. Как могут быть связаны (сопряжены) метаботропные рецепторы с ионным каналом? Через G-белки (система «G-белок – ионный канал»): М-холинорецепторы, адренорецепторы 2. Через изменение концентрации внутриклеточного посредника типа циклического аденозинмонофосфата (цАМФ), в результате чего меняется активность внутриклеточных протеаз - а как следствие этого - изменение функциональной активности клетки. G-белки — это семейство белков, относящихся к ГТФазам и функционирующих в качестве вторичных посредников во внутриклеточных сигнальных каскадах. G-белки названы так, поскольку в своём сигнальном механизме они используют замену ГДФ на ГТФ как молекулярный функциональный «выключатель» для регулировки клеточных процессов. G-белки принадлежат к большой группе ферментов ГТФаз. G-белки биологических мембран имеют гетеротримерную структуру. Они состоят из большой альфа-субъединицы (около 45 килодальтон - кДа), а также меньших бета- и гамма-субъединиц. 1. 42.Нервно-мычешный синапс скелетного мышечного волокна Следует отметить, что длительная история изучения НМС привела к возникновению многочисленных синонимов как по отношению к названию синапсу, так и его частей. Синонимы НМС – мионевральный синапс, нервно-мышечное соединение, аппарат нервно-мышечный, бляшка двигательная, бляшка моторная, синапс аксо-мышечный, синапс нейромускулярный, моторная бляшка, двигательная бляшка, двигательный концевой аппарат, концевая пластинка, двигательная концевая пластинка. Но концевой пластинкой (End-Plate) чаще называют постсинаптическую мембрану, отсюда возбуждающий постсинаптический потенциал (ВПСП) чаще называют потенциалом концевой пластинки (ПКП). Нервный отросток проходя по сарколемме мышечного волокна утрачивает миелиновую оболочку и образует сложный аппарат с цитолеммой мышечного волокна. НМС – типичный химический синапс. Холинергический, потому что медиатором является ацетилхолин. Н-холинергический [эн, не аш и не эйч], потому что агонистом ацетилхолина в этом синапсе является никотин. Часто такие синапсы называют никотиновыми. Н-холинергический, мышечного типа, потому что антагонистами ацетилхолина в этом синапсе являются кураре и курареподобные вещества. Структура нервно-мышечного синапса Мионевральный синапс (по Е.А.Шубниковой с изменениями). 1 — аксон мотонейрона: 2 — мышечное волокно; 3 — синаптическая щель; 4 — пальцевидные инвагинации сарколеммы; 5 — митохондрии мышечного волокна; 6 — синаптические пузырьки; 7 — леммоцит; 8 — ядра мышечного волокна. Для НМС характерно наличие большого числа изгибов на пресинаптической и, особенно, на постсинаптической мембране. Благодаря этому, вероятно, возрастает площадь контакта пресинапса с постсинапсом, что увеличивает вероятность взаимодействия. Терминали аксонов содержат большое количество митохондрий и синаптических пузырьков с медиатором (ацетилхолином). В основном везикулы расположены в определенных местах пресинапса - около так называемых активных зон. В норме везикулы не подходят близко к пресинаптической мембране, вероятно, из-за того, что имеют такой же заряд, как и пресинапс, хотя возможно и наличие жесткой структуры, которая удерживает везикулы в подвешенном состоянии. Каждая везикулам содержит примерно по 1000-10000 молекул ацетилхолина. Синаптическая мембрана аксона и постсинаптическая мембрана мышечного волокна разделены синаптической щелью. В синаптической щели расположен гликокаликс - волокна, которые выполняют опорную функцию (связь механическая). Здесь расположена ацетилхолинэстераза (АХЭ), способная расщеплять ацетилхолин со скоростью 1 мл/мс. В области синапса мышечное волокно не имеет поперечной исчерченности, характерно скопление митохондрий и ядер. Гребешки постсинаптической мембраны следуют с интервалом примерно в 1 мкм. На вершине гребешка концентрация холинорецепторов достигает максимальных значений (примерно 20000 рецепторов на 1 мкм кв.), а в устьях - т.е. в глубине - около 1000 рецепторов. Во внесинаптической зоне, естественно, концентрация холинорецепторов меньше - порядка 50 на 1 мкм кв. Молекулярная масса рецепторов нервно-мышечного синапса определена с помощью методики связывания рецептора бунгаротоксином (яд полосатой крайоты - вид змеи) и равна 250.000. Молекула рецептора состоит из 5 субъединиц – 2-х α, β, γ, δ. Узнающая субъединица - это α. Внешне рецептор похож на гриб. Внутри рецептора проходит ионный канал, пропускающий Na+. Этапы передачи возбуждения в НМС 1. Деполяризация пресинаптической мембраны пришедшим по аксону потенциалом действия (ПД). 2. Открытие потенциалзависимых Сa++ каналов на пресинаптической мембране и поступление Сa++ в пресинапс (пассивный транспорт). 3. Выход в синаптическую щель ацетилхолина путем экзоцитоза. 4. Диффузия медиатора к постсинаптической мембране. 5. Взаимодействие ацетилхолина с Н холинорецепторами постсинаптической мембраны мышечного волокна. 6. Открытие никотиновых рецепторных каналов постсинаптических каналов, пассивный вход Na+ в мышечное волокно. 7. Образование потенциала концевой пластинки - ПКП (возбуждающего постсинаптического потенциала - ВПСП) в области постсинаптической мембраны. 8. Электротоническое распространение ПКП в околосинаптическую область. 9. Формирование ПД мышечного волокна на сарколемме околосинаптической области. 43. Электрические и смешанные синапсы. В электрических синапсах ширина синаптической щели составляет всего 2 – 4 нм. Особенно важным является то, что в таких синапсах через синаптическую щель перекинуты мостики, образованные белковыми частицами .Они представляют собой своеобразные каналы шириной 1 – 2 нм, пронизывающие пре- и постсинаптическую мембраны синапса. Благодаря существованию таких каналов, размеры которых позволяют переходить из клетки в клетку неорганическим ионам и даже небольшим молекулам, электрическое сопротивление в области такого синапса (получившего название щелевого uлu высокопроницаемого контакта) оказывается очень низким. Это позволяет пресинаптическому току распространяться на постсинаптическую клетку без угасания. Поэтому механизм работы электрического синапса сходен в общих чертах с механизмом распространения волны деполяризации по нервному или мышечному волокну. В некоторых межнейронных синапсах электрическая и химическая передача осуществляются параллельно благодаря тому, что щель между пре- и постсинаптической мембранами имеет участки со структурой химического и электрического синапсов. Все 3 типа синапсов: электрический, химический и смешанный Основные свойства электрических синапсов • Менее распространены, чем химические (» 1%). • Прилегающие мембраны соединены щелевым контактом. • Ток течет из одной клетки в другую в области щелевых контактов через широкие каналы, образуемые белками - коннексонами. • Сигнал теряет в амплитуде • Скорость распространения сигнала высокая, лимитируется только диффузией. • Сигналы могут распространяться в обоих направлениях. • Основная функция – синхронизация электрической активности в популяции близко расположенных нейронов. • Не только ионы, но и вещества большего размера, (например, АТФ). • Физиологическое значение – синхронность ответа множества клеток на приходящий сигнал, несмотря на ослабление сигнала 44.Типы мышечной ткани 1. поперечнополосатая: • мышцы скелета • мышца сердца (миокард) Важным морфологическим признаком расслабленного поперечнополосатого мышечного волокна является наличие в цитоплазме поперечной исчерченности. Поперечная исчерченность обусловлена упорядоченным расположением элементов актомиозинового хемомеханического преобразователя. Продольная – параллельной ориентацией миофибрилл вдоль оси мышечного волокна. 2. гладкая: • мышцы внутренних органов • мышцы сосудов • мышцы кожи Миокард по своим морфологическим и физиологическим характеристиками занимает промежуточное положение между скелетной и гладкой мышцей, поэтому принято сравнивать 3 типа мышц: 1. 2. 3. Поперечнополосатую скелетную мышцу Поперечнополосатую сердечную мышцу Гладкую мышцу 45. Физические и физиологические свойства мышц. физические свойства: Скелетная и сердечная мышца – Эластичность Гладкая мышца - Пластичность Физические свойства: Скелетная и сердечная мышца Эластичность Гладкая мышца – Пластичность - Физиологические свойства: 1. 2. 3. 4. возбудимость проводимость автоматизм сократимость Скелетные мышцы полностью контролируются ЦНС и не способны возбуждаться без прихода управляющих сигналов. Гладкие мышцы контролируются ЦНС значительно слабее. Они подчиняются управляющим влияниям метасимпатического отдела автономной нервной системы, расположенного в стенке тех же органов, где находятся гладкие мышцы. В гладких мышцах могут происходить сокращения и без нервных воздействий за счет их автоматии. Физические свойства скелетных мышц лежат в основе их способности возвращаться к исходному положению после сокращения. К ним относятся: • эластичность — способность изменять длину под действием растягивающей ее или деформирующей силы; • упругость — способность восстанавливать исходную длину после деформации. Физические свойства мышц обеспечивают возможность изменения положения конечностей или всего тела в пространстве, т.е. формирование определенной позы, которая организуется путем сокращения определенных групп мышц, что неизбежно вызывает растяжение мышц-антагонистов. Физиологические свойства скелетных мышц обеспечивают их функционирование. К ним относятся: • возбудимость — способность отвечать на действие раздражителя возбуждением; • проводимость — способность проводить возбуждение из места его возникновения к другим участкам мышцы; • сократимость — способность мышцы изменять длину или напряжение в ответ на действие раздражителя; • лабильность — способность мышцы сокращаться в соответствии с частотой действия раздражителя. При непосредственном раздражении мышцы (прямое раздражение) или опосредованно через иннервирующий ее двгательный нерв (непрямое раздражение) возникает мышечное сокращение — укорочение мышцы, благодаря которому она способна совершать работу. Гладкие мышцы построены из веретенообразных одноядерных мышечных клеток (волокон. Они не имеют поперечной исчерченности, поскольку в них миофибриллы расположены не строго параллельно друг другу, а хаотично. Клетки в гладких мышцах функционально связаны между собой специальными структурами наружных мембран рядом расположенных клеток — нексусами, которые имеют низкое электрическое сопротивление. За счет этих контактов потенциалы действия и локальные (медленные) потенциалы распространяются с одного мышечного волокна на другое, поэтому несмотря на то что двигательные нервные окончания заканчиваются на небольшом числе мышечных волокон, в реакцию вовлекается вся мышца. Особенностью гладких мышц является их способность осуществлять относительно медленные ритмические и длительные тонические сокращения. Медленные, ритмические сокращения гладких мышц желудка, кишечника, мочеточников и других полых органов обеспечивают перемещение их содержимого из одной области органа в другую. Длительные же тонические сокращения, особенно гладких мышц сфинктеров полых органов, препятствуют свободному выходу из этих органов их содержимого или его свободному перемещению из одной области органа в другую. Для гладких мышц стенок внутренних органов характерен Тонус. Так, он отчетливо наблюдается у кровеносных сосудов, особенно артерий и артериол. Тонус гладкомышечных клеток влияет на величину просвета сосудов и, следовательно, на уровень артериального давления (АД) и кровоснабжения органов. Этот тонус является миогенным, т.е. создается за счет свойств самих миоцитов. В его основе лежат выход некоторого количества ионов Са2+ из цистерн ретикулума под влиянием растяжения стенки сосудов протекающей кровью и активация сократительных белков. Важным свойством гладких мышц является их пластичность, т.е. способность сохранять приданную им при растяжении или деформации форму. Реакция на растяжение гладких мышц — уникальное их свойство. Оно заключается в развитии сокращения в ответ на сильное и резкое растяжение. Сокращение гладкомышечных клеток обусловлено нарастающей при растяжении деполяризацией клеток с развитием ПД. Сокращение, вызванное растяжением, играет важную роль в авторегуляции тонуса кровеносных сосудов, перемещении содержимого кишки, а также обеспечивает непроизвольное (автоматическое) опорожнение переполненного мочевого пузыря, ампулы прямой кишки в тех случаях, когда нервная регуляция отсутствует в результате повреждения спинного мозга. 46. Структурная организация миофибриллы. Саркомер. Каждая миофибрилла поделена Z-мембранами на саркомеры. Положение этих мембран одинаково во всех миофибриллах волокна. Саркомер – это наименьшая сократительная единица миофибриллы, участок между двумя Z-мембранами. В покое его длина составляет 2-3 мкм. К Z-мембранам прикреплены центральной частью тонкие актиновые протофибриллы. В центре саркомера лежат толстые миозиновые миофибриллы. Концы тонких и толстых протофибрилл в покое немного перекрываются І –диск (изотропный) содержит только актиновые нити, А-диск (анизотропный) – актиновые и миозиновые. Н-зона – светлая часть А-диска – участок саркомера, где миозиновые волокна не перекрываются с актиновыми нитями. М-полоса (в центре) содержит сеть опорных белков. На всем протяжении миофибриллы расположение толстых (миозиновых) и тонких (актиновых) миофиламентов строго упорядочено При рассматривании мышечного волокна в расслабленном состоянии можно увидеть чередование тёмных и светлых поперечных полосок Тёмная полоска носит название А-диска, светлая - I-диска. А-диск в центре более светлый и эта область называется Н-полоской. Края А-диска более тёмные называются Sзоной. Выяснилось, что I-диск в основном состоит из актиновых нитей, H-полоска – из миозиновых, S-зона из актиновых и миозиновых. На основании этих данных предложена схема взаимного расположения актиновых и миозиновых нитей Актиновые нити крепятся на Z-мембране, миозиновые – на М-мембране. Участок между миофибриллы между Z-мембранами называется саркомером (рис. 210211130). Саркомер принято считать структурно-функциональной единицей (СФЕ) миофибриллы скелетных и сердечных миоцитов. Для иллюстраций мышечного сокращения удобно пользоваться упрощённой схемой саркомера. 1. Особенности расположения сократительных филаментов в гладком миоците. Расположение сократительных филаментов в гладком миоците. Нити не организованы в саркомеры. Тонкие филаменты прикреплены к плотным тельцам, а не к Z-мембране. Тонкие филаменты содержат актин и тропомиозин, но в них нет тропонина. Отношение актина к миозину в гладких миоцитах намного больше (14-16:1), чем в поперечнополосатых (2:1). Филаменты взаимодействуют на значительно большем расстоянии, что обеспечивает более высокую степень укорачивания 47. Классификация скелетных мышечных волокон и мышц. На практике важны следующие к л а с с и ф и ц и р у ю щ и е к р и т е р и и типов мышечных волокон: по расположению и основной функции экстрафузальные и интрафузальные характеру сокращения - фазные и тонические скорости сокращения – медленные и быстрые механизму ресинтеза АТФ – окислительные (красные) и гликолитические (белые) 1. 2. 3. 4. Экстра- и интрафузальные мышечные волокна Интрафузальные мышечные волокна вместе c чувствительными нервными окончаниями формируют мышечные веретёна. Мышечные веретёна – это рецепторный аппарат формирующий и передающий в ЦНС информацию о состоянии скелетной мышцы. Экстрафузальные мышечные волокна образуют основную массу мышцы и выполняют всю работу, необходимую для движения и поддержания позы. Фазные и тонические мышечные волокна Экстрафузальные мышечные волокна подразделяют на 1. фазные, осуществляющие энергичные и быстрые сокращения. 2. тонические, специализирующиеся на поддержании статического напряжения, или тонуса. Произвольная мускулатура человека практически полностью состоит из фазных мышечных волокон, генерирующих потенциалы действия. Тонические мышечные волокна встречаются лишь в наружных ушных и наружных глазных мышцах. Тонические мышечные волокна имеют более низкий потенциал покоя (от -50 до -70 мВ). Но лишь повторные нервные стимулы вызывают сокращение тонических волокон. Тонические мышечные волокна имеют полинейронную иннервац Быстрые и медленные мышечные волокна Скорость сокращения мышечного волокна определяется типом миозина. Различают миозин с высокой АТФазной активностью (быстрый) и низкой (медленный). Скелетные мышечные волокна I типа имеют медленный миозин, II типа – быстрый. Оксидативные и гликолитические мышечные волокна Единственным непосредственным источником энергии для мышечного сокращения является АТФ. Мышечные волокна используют два основных пути образования АТФ - окислительный и гликолитический. Оксидативные мышечные волокна имеют высокой уровень активности окислительных ферментов (например, сукцинатдегидрогеназы - СДГ)и относительно низкий уровень активности гликолитических ферментов. Гликолитические мышечные волокна имеют высокой уровень активности гликолитических ферментов (например, фосфофруктокиназы - ФФК) и относительно низкий уровень активности окислительных ферментов. Оксидативные мышечные волокна небольшого диаметра, окружены большим количеством капилляров, содержат много митохондрий. Гликолитические мышечные волокна большего диаметра, окружены небольшим количеством капилляров, содержат немного митохондрий. Оксидативные мышечные волокна содержат много миоглобина и мало гликогена, поэтому имеют красный цвет и имеют второе название – красные. Гликолитические мышечные волокна содержат много гликогена и мало миоглобина, поэтому они бледны и имеют второе название – белые. Сводная классификация мышечных волокон На практике результаты типирования мышечных волокон комбинируют. Различают 2 типа скелетных мышечных волокон: I типа (медленные) и II типа (быстрые). Волокна I типа – медленные оксидативные (красные). Волокна II типа делятся на 2 подтипа – быстрые оксидативные (тип IIа) и быстрые гликолитические (тип IIb). Не обнаружен четвёртый теоретически возможный вариант – медленные гликолитические волокна. Волокна I типа относят к неутомляемым, IIа – малоутомляемым, IIб – быстроутомляемым. 48.Структурно-функциональная организация скелетной мышцы. Скелетная мышца состоит из множества мышечных волокон, имеющих точки прикрепления к костям и расположенных параллельно друг другу. Каждое мышечное волокно (миоцит) включает множество субъединиц – миофибрилл , которые построены из повторяющихся в продольном направлении блоков (саркомеров). Саркомер является функциональной единицей сократительного аппарата скелетной мышцы. Миофибриллы в мышечном волокне лежат таким образом, что расположение саркомеров в них совпадает. Это создает картину поперечной исчерченности. Саркомер и филламенты. Саркомеры в миофибрилле отделены друг от друга Z -пластинками, которые содержат белок бета-актинин. В обоих направлениях от Z -пластинки отходят тонкие актиновые филламенты. В промежутках между ними располагаются более толстые миозиновые филламенты . Актиновый филламент внешне напоминает две нитки бус, закрученные в двойную спираль, где каждая бусина – молекула белка актина . В углублениях актиновых спиралей на равном расстоянии друг от друга лежат молекулы белка тропонина , соединенные с нитевидными молекулами белка тропомиозина. Миозиновые филламенты образованы повторяющимися молекулами белка миозина . Каждая молекула миозина имеет головку и хвост . Головка миозина может связываться с молекулой актина, образуя так называемый поперечный мостик . Клеточная мембрана мышечного волокна образует инвагинации (поперечные трубочки), которые выполняют функцию проведения возбуждения к мембране саркоплазматического ретикулума. Саркоплазматичекий ретикулум (продольные трубочки) представляет собой внутриклеточную сеть замкнутых трубочек и выполняет функцию депонирования ионов Са++ . Двигательная единица. Функциональной единицей скелетной мышцы является двигательная единица (ДЕ). ДЕ – совокупность мышечных волокон, которые иннервируются отростками одного мотонейрона. Возбуждение и сокращение волокон, входящих в состав одной ДЕ, происходит одновременно (при возбуждении соответствующего мотонейрона). Отдельные ДЕ могут возбуждаться и сокращаться независимо друг от друга. 49. Электромеханическое сопряжение *Электромеханическое сопряжение в миоцитах. Совокупность явлений, обусловливающих связь между возбуждением (потенциалом действия) и сокращением мышечных волокон. Имеет разные названия: «электромеханическая связь», или «электромеханическое сопряжение» (ЭМС), «электромеханический каплинг», связь «возбуждение — сокращение», «мембранно-миофибриллярная связь», этапы генерирования сокращения. *Электромеханическое сопряжение в скелетном миоците Под электромеханическим сопряжением понимают процесс преобразования электрического сигнала в химический, а затем в мышечное сокращение. Расположение структур, обеспечивающих передачу электрического сигнала сокращение в мышечном волокне, строго упорядочены. Схема организации саркоплазматического ретикулума, Ттрубочек и миофибрилл в мышечном волокне. 1 – сарколемма, 2 – триада, 3 - митохондрия, 4 – миофибриллы, 5 - саркоплазматический ретикулум (САР), 6 – терминальные цистерны САР К регулярно расположенным Ттрубочкам с двух сторон подходят терминальные цистерны саркоплазматического ретикулума (САР). Ттрубочка и расположенные с двух сторон от неё цистерны образуют триаду. Zмембраны и зоны перекрытия актиновых и миозиновых нитей расположены рядом с триадами. Такая структура необходима для эффективного электромеханического сопряжения. Электромеханическое сопряжение включает следующие процессы: 1. Образование потенциала концевой пластинки (ПКП). 2. Электротоническое распространение ПКП в околосинаптическую область. 3. Генерация потенциала действия мышечного волокна в околосинаптической области. 4. Распространение потенциала действия по поверхностной мембране мышечного волокна 5. Распространение потенциала действия по мембранам поперечных трубочек (Тсистемы). 6. Реакция рецепторов дигидропиридина на изменение мембранного потенциала. 7. Передача сигнала дигидропиридиновыми рецепторами рианодиновым рецепторам терминальных цистерн саркоплазматического ретикулума. 8. Открытие каналов Ca2+, с рианодиновыми рецепторами и выход Ca2+ из саркоплазматического ретикулюма (цистерн) в саркоплазму (цитозоль). 9. Диффузия Ca2+ в межфибриллярное пространство. 10. Связывание Ca2+ с тропонином, расположенным на тонком, актиновом, миофиламенте. 11. Конформационные изменения тропонина при связывании Са2+ ® «заталкивание» тропомиозина в канавки актиновых нитей. 12. Открытие активного центра актиновых нитей. 13. Соединение головки миозина, каталитический центр которого связан с АДФ и фосфатом (продуктами гидролиза АТФ). 14. Начинается цикл миозиновых мостиков. Иногда электромеханическое сопряжение разбивают на 2 этапа – электрохимическое сопряжение от образования ПКП до выделения Ca2+ САР и хемомеханическое сопряжение от выделения Ca2+ САР до цикла миозиновых головок. *Особенности электромеханического сопряжение при сокращении сердечного и гладкого миоцита У миокардиоцита значительное колличество Ca2+ в цитозроль поступает из интерстиция. Пути поступления Ca2+ в цитозоль у разных типов миоцитов при сокращении. Рианодиновые рецепторы, расположенные на мембране саркоплазматического ретикулума, активируются входящим из межклеточного вещества Ca2 Кофеин также оказывает на эти рецепторы активирующее действие. У гладких миоцитов основное колличество Ca2+ в цитозроль поступает из интерстиция. Каналы Ca2 + на мембране плохо выраженного саркоплазматического ретикулума управляются рецепторами инозитолтрифосфата. При возбуждении плазматической мембраны активируется фосфолипаза С и образуется ИТФ. Этот механизм функционирует в лимфоцитах, овоцитах. 50. Рабочий цикл миозиновых мостиков поперечнополосатого миоцита, гладкого миоцита Цикл миозиновых (поперечных) мостиков поперечнополосатых миоцитов Головка миозина, несущая продукты гидролиза АТФ (АДФ + фосфат) соединяется с миозинсвязывающим участкам актиновой нити. АДФ и фосфат покидают миозиновую головку. Головка миозина изменяет конформацию за счёт шарнирного участка в области шейки миозина. Происходит гребковое движение, продвигающее актиновую нить к центру саркомера (рабочий ход). Головка миозина связывается с молекулой АТФ, что приводит к отделению миозина от актина. Гидролиз АТФ восстанавливает конформацию молекулы миозина, и она оказывается готовой вступить в новый цикл. Головка миозина совершает около пяти циклов в секунду. Когда одни головки миозина толстой нити производят тянущее усилие, другие в это время свободны и готовы вступить в очередной цикл. Следующие друг за другом гребковые движения стягивают тонкие нити к центру саркомера. Скользящие тонкие нити тянут за собой Z-линии, вызывая сокращение саркомера. Поскольку в процесс сокращения практически одномоментно вовлечены все саркомеры мышечного волокна, происходит его укорочение. До тех пор, пока в межфибриллярном пространстве имеется Ca2+, циклы будут повторяться. Это быстрое прикрепление, разрушение и новое прикрепление поперечных мостиков происходит повторно с большой скоростью и во многих участках миофиламентов во время мышечного сокращения и прекращается, когда Ca2+ уходит из межфибриллярного пространства в цистерны или когда молекулы АТФ образуются не столь быстро, чтобы полностью обеспечивать «зарядку» энергией поперечные мостики. Напряжение, развиваемое мышечным волокном, зависит от числа замкнутых поперечных мостиков, а скорость развития напряжения — от числа замкнутых поперечных мостиков, образуемых в единицу времени, т.е. от скорости их прикрепления к актину. По-видимому, даже при максимальном возбуждении только часть поперечных мостиков эффективно связана с актиновыми миофиламентами. При повышении скорости укорочения мышцы число прикрепленных поперечных мостиков в каждый момент времени уменьшается. Это и объясняет падение силы сокращения мышцы с увеличением скорости ее укорочения. Если же мышца не укорачивается (при изометрическом сокращении), напряжение в мышечных волокнах создается за счет повторного прикрепления поперечных мостиков на одних и тех же фиксированных участках актиновых нитей. В этом случае никакой внешней работы не совершается, а энергия (АТФ) расходуется на поддержание напряжения мышцы. Тяга, развиваемая сократительными элементами в миофибриллах, передается сарколемме и через нее — на сухожилия мышц. Период химико-механических изменений в сократительном миофибриллярном аппарате мышечного волокна, на протяжении которого в нем возникает и поддерживается активная механическая тяга, определяющая процесс сокращения, называется периодом активного состояния *Цикл миозиновых (поперечных) мостиков гладких миоцитов Вхождение актомиозинового комплекса гладкого миоцита в цикл миозиновых головок. Рис. Вхождение актомиозинового комплекса в цикл миозиновых головок (А) и выход из цикла (Б) гладкого миоцита. Киназа ЛЦМ – киназа лёгких цепей миозина. Инициация сокращения в ответ на увеличение концентрации Ca2+происходит в результате связывания четырёх ионовCa2+ с кальмодулином. Кальций-кальмодулиновый комплекс активирует киназу лёгких цепей миозина, которая фосфорилирует лёгкие цепи на головках миозина. Головках миозина приобретает аффинитет к актну при условии нахождения на ней АДФ и фосфата (продуктов гидролиза АТФ). Начинается цикл миозиновых мостиков. 51. Расслабление. Энергетика мышечного сокращения *Расслабление *Энергетика мышечного сокращения Единственным прямым (непосредственным) источником энергии для мышечного сокращения служит аденозинтрифосфат (АТФ). 3 химические (энергетические) системы: 1. фосфагенная, или АТФ-КФ-система; 2. лактацидная, или гликолитическая; 3. кислородная, или окислительная. В динамическом режиме работоспособность мышцы определяется скоростью расщепления и ресинтеза АТФ — скорость расщепления АТФ может увеличиваться в 100 раз и более. Ресинтез АТФ может обеспечиваться за счет окислительного расщепления глюкозы. Действительно, при умеренных нагрузках ресинтез АТФ обусловлен повышенным потреблением мышцами глюкозы и кислорода. Это сопровождается увеличением кровотока через мышцы примерно в 20 раз, увеличением минутного объема кровообращения и дыхания в 2—3 раза. У тренированных лиц большую роль в обеспечении повышенной потребности организма в энергии играет повышение активности митохондриальных ферментов. При максимальной физической нагрузке происходит дополнительное расщепление глюкозы путем анаэробного гликолиза. Во время этих процессов ресинтез АТФ осуществляется в несколько раз быстрее, и механическая работа, производимая мышцами, также больше, чем при аэробном окислении. Предельное время для такого рода работы составляет около 30 с, после чего возникает накопление молочной кислоты, т.е. метаболический ацидоз, и развивается утомление. Анаэробный гликолиз имеет место и в начале длительной физической работы, пока не увеличится скорость окислительного фосфорилирования таким образом, чтобы ресинтез АТФ вновь сравнялся с его распадом. После метаболической перестройки спортсмен обретает как бы второе дыхание. 52. Типы мышечного сокращения Выделяют три виды мышечного сокращения: 1. Одиночное мышечное сокращение; 2. Тетаническое мышечное сокращение (тетанус); 3. Тоническое мышечное сокращение. Кроме того, тетаническое мышечное сокращение делят на зубчатый и гладкий тетанус. 1. Одиночное мышечное сокращение возникает в условиях действия на мышцу пороговых или надпороговых электрических стимулов, межимпульсный интервал которых равен или больше длительности одиночного мышечного сокращения. В одиночном мышечном сокращении выделяют три временных отрезка: латентный период, фазу укорочения и фазу расслабления (см. рис. 3). 2. Тетаническое мышечное сокращение (тетанус) возникает в условиях действия на скелетную мышцу порогового или надпорогового электрического раздражителя, межимпульсный интервал которого мень- ше длительности одиночного мышечного сокращения. В зависимости от длительности межстимульных интервалов электрического раздражителя при его воздействии может возникнуть либо зубчатый, либо гладкий тетанус. Если межимпульсный интервал электрического раздражителя меньше длительности одиночного мышечного сокращения, но больше или равен сумме латентного периода и фазы укорочения, возникает зубчатый тетанус. Указанное условие выполняется при повышении частоты импульсного электрического раздражителя в определенном диапазоне. Если же длительность межимпульсного интервала электрического раздражителя меньше суммы латентного периода и фазы укорочения возникает гладкий тетанус. При этом амплитуда гладкого тетануса больше амплитуды и одиночного мышечного сокращения и зубчатого тетанического сокращения. При дальнейшем уменьшении межимпульсного интервала электрического раздражителя, а следовательно при увеличении частоты, амплитуда тетанических сокращений возрастает Различают изотонический, изометрический и смешанный режимы сокращения мышц. При изотоническом сокращении мышцы изменяется ее длина, а напряжение остается постоянным. Такое сокращение происходит в том случае, когда мышца не преодолевает сопротивление (например, не перемещает груз). В естественных условиях близкими к изотоническому типу сокращений являются сокращения мышц языка вне акта жевания. При изометрическом сокращении длина мышечных волокон остается постоянной, меняется лишь степень их напряжения. Такое сокращение мышцы можно получить созданием сопротивления, сила которого превышает силу мышечного сокращения (например, при попытке поднять непосильный груз). В целом организме сокращения мышц никогда не бывают чисто изотоническими или изометрическими. Они всегда имеют смешанный характер, т.е. происходит одновременное изменение и длины, и напряжения мышцы. Такой режим сокращения называется ауксотоническим, если преобладает напряжение мышцы, или ауксометрическим, если преобладает укорочение. 53. Режимы мышечного сокращения Выделяют три режимы мышечного сокращения: 1. Изотонический; 2. Изометрический; 3. Смешанный (ауксометрический). 1. Изотонический режим мышечного сокращения характеризуется преимущественным изменением длины мышечного волокна, без существенного изменения напряжения. Указанный режим мышечного сокращения наблюдается, например, при поднятии легких и средних по массе грузов. 2. Изометрический режим мышечного сокращения характеризуется преимущественным изменением мышечного напряжения, без существенного изменения длины. Примером может служить изменения состояния мышц при попытке человека сдвинуть с места предмет большой массы (например, при попытке сдвинуть с места стену в комнате). 3. Смешанный (ауксометрический) тип мышечного сокращения, наиболее реальный, наиболее часто встречающийся вариант. Содержит в себе компоненты первого и второго вариантов в разных соотношениях в зависимости от реальных условий окружающей среды. 54. Одиночные сокращения: фазы (тетанус) Одиночное сокращение, его фазы. Одиночное мышечное сокращение является единственным видом сокращений для сердечной мышцы, а в скелетной мускулатуре оно носит искусственную этиологию и возникает в ответ на одиночный электрический сигнал и возникновение потенциала действия (ПД). Такое сокращение, имеет форму волны и включает три фазы: 1 – латентный период (от 2-3 до 10 мс), длящийся от момента нанесения раздражения до начала сокращения, 2 – фаза укорочения или сокращения (40-50 мс) и 3 – фаза расслабления (около 50мс). 1) Латентный период: это время от момента нанесения раздражения до начала сокращения. Его длительность около 1-2 мс. Во время латентного периода генерируется и распространяется ПД, происходит высвобождение кальция из СР, взаимодействие актина с миозином и т.д. 2) Период укорочения: в зависимости от типа мышцы (быстрая или медленная) его продолжительность от 10 до 100 мсек., 3) Период расслаблени: его длительность несколько больше, чем укорочения (0,05-0.06 сек.) В режиме одиночного сокращения мышца способна работать длительное время без утомления, но его сила незначительна. Поэтому в организме такие сокращения встречаются редко, например, так могут сокращаться быстрые глазодвигательные мышцы, мышцы сгибателей пальцев. Чаще одиночные сокращения суммируются. * Суммация сокращений и тетанус. Суммация– это сложение двух последовательных сокращений при нанесении на нее двух пороговых или сверхпороговых раздражений, интервал между которыми меньше длительности одиночного сокращения, но больше продолжительности рефракторного периода. Виды: - неполная суммация: возникает в том случае, если повторное раздражение наносится на мышцу, когда она уже начала расслабляться - полная возникает тогда, когда повторное раздражение действует на мышцу до начала периода расслабления, т.е. в конце периода укорочения. Амплитуда сокращения при полной суммации выше, чем неполной. Если интервал между двумя раздражениями еще больше уменьшить, например, нанести второе в середине периода укорочения, то суммации не будет, потому что мышца находится в состоянии рефрактерности. В естественных условиях импульсы поступают не одиночно, а сериями не менее 15-50 имп/с, на что мышца отвечает возникновением тетанического сокращения (тетануса). В его основе лежит явление суммации нескольких одиночных сокращений. Тетанус –это длительное сокращение мышцы, возникающее в результате суммации нескольких одиночных сокращений, развивающихся при нанесении на нее ряда последовательных раздражений. В зависимости от частоты импульсов различают зубчатый и гладкий тетанус. - зубчатый тетанус: наблюдается в том случае, если каждое последующее раздражение действует на мышцу, когда она уже начала расслабляться. Т.е. наблюдается неполная суммация. - гладкий тетанус: возникает тогда, когда каждое последующее раздражение наносится в конце периода укорочения. Т.е. имеет место полная суммация отдельных сокращений. Амплитуда гладкого тетануса больше, чем зубчатого. В норме мышцы человека сокращаются в режиме гладкого тетануса. Зубчатый возникает при патологии, например, тремор рук при алкогольной интоксикации и болезни Паркинсона. 55. Оптимум и пессимум частоты раздражения скелетной мышцы Амплитуда тетанического сокращения превышает амплитуду одиночного сокращения. Исходя из этого, Гельмгольц (1847) объяснил процесс тетанического сокращения простой суперпозицией, т.е. простой суммацией амплитуды одного мышечного сокращения с амплитудой другого. Однако в дальнейшем было показано, что при тетанусе имеет место не простое сложение двух механических эффектов, так как сумма амплитуд и длительностей сокращений может быть не только равной, но и большей или меньшей показателей, зарегистрированных при тетанусе. Н.Е. Введенский (1885) объяснил такую изменчивость характеристик тетануса изменениями возбудимости мышцы, введя понятия оптимума и пессимума частоты раздражения Оптимальной называется такая частота раздражения, при которой каждое последующее раздражение осуществляется в фазу повышенной возбудимости мышцы. Тетанус при этом будет максимальным (оптимальным). Пессимальной называется такая частота раздражения, при которой каждое последующее раздражение осуществляется в фазу пониженной возбудимости мышцы. Тетанус при этом будет по амплитуде минимальным или меньше ожидаемого — пессимальным. 56. Сила и работа мышц Сила мышц определяется по максимальному грузу, который она в состоянии поднять, или максимальному напряжению, которое она может развить в условиях изометрического сокращения. Сила мышцы, прежде всего, зависит от ее поперечного сечения. Чем больше физиологическое поперечное сечение (сумма поперечных сечений всех волокон мышцы), тем больше груз, который она в состоянии поднять. Для сравнения силы разных мышц вычисляют абсолютную мышечную силу. Для этого максимальный груз, который может поднять мышца, делят на площадь ее физиологического сечения. Работа мьшшы измеряется произведением поднятого груза на величину укорочения мышцы. Работа мышцы равна нулю, если она сокращается без нагрузки. По мере увеличения нагрузки работа сначала увеличивается, а затем постепенно уменьшается. При очень большом грузе, который мышца не способна поднять, работа опять становится равной нулю. Таким образом, наибольшую работу мышца совершает при средних нагрузках. Работа мышцы, при которой происходит перемещение груза и движение костей в суставах, называется динамической. Работа мышцы, при которой мышечные волокна развивают напряжение, но не укорачиваются, называется статической (удержание груза). Статическая работа более утомительна, чем динамическая. Работа может совершаться в условиях удлинения мышцы (опускание груза), тогда она называется уступающей. 57. Закон средних нагрузок Правило средних нагрузок – мышца может совершить максимальную работу при средних нагрузках. Работа мышц измеряется произведением поднятого груза на величину укорочения мышцы. Между грузом, который поднимает мышца, и выполняемой ею работой существует следующая закономерность. Внешняя работа мышцы равна нулю, если мышца сокращается без нагрузки. По мере увеличения груза работа сначала увеличивается, а затем постепенно падает. Наибольшую работу мышца совершает при некоторых средних нагрузках. +Утомление – физиологическое состояние мышцы, которое развивается после совершения длительной работы и проявляется снижением амплитуды сокращений, удлинением латентного периода сокращения и фазы расслабления. Причинами утомления являются: истощение запаса АТФ, накопление в мышце продуктов метаболизма. Утомляемость мышцы при ритмической работе меньше, чем утомляемость синапсов. Поэтому при совершении организмом мышечной работы утомление первоначально развивается на уровне синапсов ЦНС и нейро-мышечных синапсов. 58. Кривая изометрических максимумов
