- •Vm определяется проницаемостью мембраны для различных ионов и их концентрациями.
- •Торможение в химическом синапсе
- •Особенности передачи возбуждения в химическом синапсе:
- •V0 (cкорость при нулевой нагрузке) зависит от скорости оборота поперечных мостиков и гидролиза атф (определяется типом волокон).
- •Проверь себя – зависимость Франка-Старлинга
- •Проверь себя – гладкая мышца
Физиология клетки
Формирование мембранных потенциалов
Возбудимые ткани (нервная, мышечная, железистая)
-
Раздражимость – способность реагировать на раздражитель (изменение в окружающей среде) – характерна для всех живых тканей.
-
Возбудимость (характерна для возбудимых тканей) – способность реагировать на раздражитель возбуждением.
-
Возбуждение:
-
Генерация потенциала действия
-
Реализация функции (сокращение, проведение возбуждения, секреция)
-
Ионные каналы
-
Виды: Na+, K+, Ca2+, Cl-.
-
Cостояние - закрытое, открытое (активированное), инактивированное.
-
Управление: потенциал-, лиганд- и механозависимость.
-
Блокаторы
-
Проницаемость мембраны определяется числом открытых каналов.
Ионный транспорт
-
Пассивный: по градиенту концентрации, без затрат энергии;
-
Активный: против градиента концентрации с использованием АТФ;
-
Вторично активный: один ион – по градиенту, другой – против градиента концентрации.
Равновесный потенциал
-
Равновесный потенциал - потенциал, при котором ток данного иона через мембрану равен нулю.
-
K+ выходит из клетки по градиенту концентраций и переносит с собой заряд => снаружи оказывается некомпенсированный “+”, а внутри – “-”.
-
Каждый вышедший ион затрудняет выход последующего (электростатическое взаимодействие).
-
Выход K+ будет продолжаться до тех пор, пока разность электрических потенциалов не станет такой большой, чтобы полностью остановить движение ионов.
-
Эта разность потенциалов и есть равновесный калиевый потенциал (ЕК)
ЕК создается при перемещении очень небольшого количества ионов (концентрации иона внутри и вне клетки практически не меняются).
Термин ”равновесный потенциал” означает, что разность химических потенциалов (концентраций) уравновешивается разностью электрических потенциалов (концентрации не уравновешиваются!):
=>, абсолютная величина ЕК будет тем больше, чем больше трансмембранный градиент концентраций по K+.
Проверь себя - равновесный потенциал
Как изменится ЕК при помещении клетки в среду с повышенным содержанием калия (один ответ)?
-
деполяризация
-
гиперполяризация
-
не изменится
Мембранный потенциал (Em, Vm) (потенциал покоя)
-
Мембранный потенциал складывается из равновесных потенциалов по различным ионам.
-
Вклад равновесного потенциала в мембранный потенциал определяется проницаемостью мембраны для данного иона:
-
Чем больше проницаемость для данного иона, тем ближе Vm к равновесному потенциалу по данному иону.
Проверь себя – мембранные потенциалы
Как будет меняться в состоянии покоя равновесный и/или мембранный потенциал (деполяризация, гиперполяризация, не изменится) в следующих условиях:
|
EK |
Vm |
↑ [K+]o |
|
|
↓ [K+]o |
|
|
Как будет меняться в состоянии покоя равновесный и/или мембранный потенциал (вверх, вниз, не изменится) в следующих условиях:
|
ENa |
Vm |
↑ [Na+]o |
|
|
↓ [Na+]o |
|
|
Как будет меняться в состоянии покоя равновесный и/или мембранный потенциал (деполяризация, гиперполяризация, не изменится) в следующих условиях:
|
EK |
ENa |
Vm |
↓PK |
|
|
|
↑PK |
|
|
|
↑PNa |
|
|
|
Потенциал действия (ПД)
ПД - быстрое колебание Vm, связанное с открытием сначала Na, а потом K каналов. Потенциалзависимость ионных каналов: при деполяризации Na и K каналы открываются, а затем инактивируются.
ПД подчиняется закону «все или ничего»
Проверь себя – мембранные потенциалы
Что произойдет, если клетку поместить в гипонатриевую среду (несколько ответов)?
-
Деполяризация ПП
-
Гиперполяризация ПП
-
ПП не изменится
-
Амплитуда ПД увеличивается
-
Амплитуда ПД уменьшается
-
Амплитуда ПД не изменится
Возбудимость и рефрактерность
-
Равновесный потенциал зависит от трансмембранной разности концентраций данного иона.
-
Мембранный потенциал зависит от равновесных потенциалов и проницаемости мембраны для данных ионов.
-
Потенциал действия возникает вследствие Na+ и K+-токов через потенциалзависимые каналы.
-
Потенциал действия подчиняется закону «все или ничего».
Рефрактерность
-
Возбудимость зависит от состояния Na+ каналов:
-
открыты - клетка возбуждена;
-
закрыты - клетка не возбуждена, но способна к возбуждению (возбудима);
-
инактивированы - клетка невозбудима (рефрактерна).
-
-
Период, в течение которого клетка невозбудима – рефрактерный период (РП).
-
Степень инактивации Na+ каналов зависит от потенциала: чем более деполяризована мембрана, тем больше инактивированных каналов.
-
Поскольку Na+ каналы инактивированы, когда мембрана деполяризована, длительность РП зависит от длительности ПД.
-
Лабильность - максимальная возможная частота ПД (Н.Е.Введенский).
-
Чем короче ПД, тем короче РП, тем выше лабильность клетки.
Изменение возбудимости
-
Чем ближе VM к Екр, тем более возбудима клетка.
Проверь себя - изменение возбудимости
Как изменится возбудимость при кратковременной подпороговой деполяризации (например, при снижении калиевой проводимости) (один ответ)?
-
повысится
-
понизится
-
не изменится
Как изменится возбудимость при кратковременной гиперполяризации (один ответ)?
-
повысится
-
понизится
-
не изменится
-
Возбудимость зависит не только от Vm, но и от Екр
-
Длительная подпороговая деполяризация приводит к инактивации Na+ каналов (Екр) и снижает возбудимость.
-
Длительная гиперполяризация приводит к восстановлению Na+ каналов после инактивации (Екр¯) и повышает возбудимость.
-
Чем больше в покое инактивированных натриевых каналов, тем выше Екр.
Проверь себя - изменение возбудимости
Как изменится возбудимость при стойкой подпороговой деполяризации, например, при повышении внеклеточной концентрации калия или длительном действии подпорогового стимула (один ответ)?
-
повысится
-
понизится
-
не изменится
-
Аккомодация, или депрессия, - снижение возбудимости при длительном действии подпорогоового стимула.
-
Закон Пфлюгера: при кратковременном действии постоянного тока возбудимость под катодом растет, а под анодом снижается, при длительном действии - под катодом снижается, а под анодом растет.
Проверь себя – кратковременное действие тока
|
Катод (-) |
Анод (+) |
Изменение потенциала (деполяризация или гиперполяризация) |
|
|
Степень инактивации Na-каналов (↑,↓,=) |
|
|
Екр (↑,↓,=) |
|
|
Возбудимость (↑,↓,=) |
|
|
Проверь себя – длительное действие тока
|
Катод (-) |
Анод (+) |
Изменение потенциала (деполяризация или гиперполяризация) |
|
|
Степень инактивации Na-каналов (↑,↓,=) |
|
|
Екр (↑,↓,=) |
|
|
Возбудимость (↑,↓,=) |
|
|
Таким образом,
Возбудимость определяют два фактора:
-
Мембранный потенциал;
-
Критический уровень деполяризации,
-
который зависит от количества инактивированных в покое Na+ каналов,
-
которое зависит от мембранного потенциала.
-
-
-
Небольшие смещения мембранного потенциала изменяют Екр, только если они длительные
Оценка возбудимости
-
Для того, чтобы вызвать возбуждение стимул должен обладать определенной силой и определенной длительностью, не ниже порогового значения.
-
Чем больше сила стимула, тем меньше может быть его длительность, и наоборот.
Выводы
-
Возбудимость – способность генерировать ПД.
-
Чем ближе VM к Екр, тем больше возбудимость.
-
Vm определяется проницаемостью мембраны для различных ионов и их концентрациями.
-
Екр определяется степенью инактивации Na каналов.
-
Полная инактивация Na каналов - причина рефрактерности.
-
Длительность рефрактерного периода соответствует длительности ПД.
Распространение возбуждения по волокнам
-
Генерация ПД в точке А.
-
Точка А – источник деполяризующего тока для соседнего участка (точка Б).
-
Когда в точке Б деполяризация достигает ЕКр, в ней формируется стереотипный ПД. Точка А в это время рефрактерна.
-
Точка Б – источник деполяризующего тока для точки В и т.д.
-
По миелиновым волокнам импульс распространяется быстрее вследствие более мощного тока, который идет через перехват Ранвье.
Причины усиления тока:
-
Большее количество натриевых каналов в мембране перехвата.
-
Отсутствие шунтирования токов на межперехватных участках.
Закономерности проведения импульса по нервным волокнам
-
Двустороннее;
-
Бездекрементное (без затухания);
-
Без утомления;
-
По отдельным волокнам одного нервного ствола изолированное;
-
ПД не способны к суммации;
-
Факторы, влияющие на скорость проведения:
-
деполяризующий ток (dV/dt max), диаметр волокна, сопротивление мембраны, миелиновая оболочка (+)
-
сопротивление внутриклеточной среды, емкость мембраны (-)
-
Классификация нервных волокон
Нервные волокна классифицируются по диаметру и скорости проведения.
Классификации:
-
По Эрлангеру-Гассеру (Aα, Aβ, Aγ, Aδ, B, C);
-
По Ллойду-Ханту (только афферентные волокна) (Ia, Ib, II, III, IV).
Проверь себя – проведение возбуждения по волокнам
Амплитуда ПД на конце аксона по сравнению с ПД в начале аксона будет (один ответ):
-
больше
-
меньше
-
такой же
Можно ли в эксперименте заставить возбуждение распространяться по волокну ретроградно (противоположно естественному направлению) (один ответ)?
-
да
-
нет
Межклеточная передача возбуждения: химический синапс, электрический синапс
Медиаторы:
-
Медиатор, или нейротрансмиттер, передается от клетки к клетке путем диффузии (без участия кровотока). Медиатор меняет проницаемость постсинаптической мембраны.
-
Нейрогормоны (либерины, эндорфины, пептиды) действуют не только в области синапса.
-
«Дополнительные» медиаторы – медиаторы, находящиеся в окончании вместе с основным медиатором.
-
Нейромодуляторы – вещества, не оказывающие прямого влияния на проницаемость постсинаптической мембраны, но изменяющие действие медиаторов на нее.
-
Агонисты – вещества, действующие так же, как медиатор; антагонисты – вещества, блокирующие действие медиатора.
Примеры медиаторов:
-
ацетилхолин, АХ (нервно-мышечные синапсы, автономная система, ЦНС)
-
моноамины:
-
норадреналин, НА (симпатическая система, ЦНС)
-
дофамин (ЦНС)
-
серотонин (5-гидрокситриптамин), 5-НТ (ЦНС)
-
-
аминокислоты:
-
глутамат (главный возбуждающий медиатор ЦНС)
-
глицин (главный тормозной медиатор спинного мозга)
-
гамма-аминомасляная кислота, ГАМК (главный тормозной медиатор головного мозга)
-
-
пептиды: вещество Р, галанин, нейропептид Y, соматостатин и др. (автономная система, ЦНС)
Передача возбуждения в химическом синапсе
-
Поскольку МП намного ближе к ЕК, чем к ЕNa, ЭДС Na тока > ЭДС K тока ® при одновременном открытии Na и K каналов – деполяризация (входящий Na ток).
Механизм синаптической передачи возбуждения:
-
Распространение ПД по аксону. Деполяризация пресинаптической мембраны.
-
Открытие Са2+ каналов пресинаптической мембраны, и вход Са2+ в терминальную бляшку.
-
Са2+ -зависимый экзоцитоз медиатора с участием белков синаптобревина и синаптотагмина.
-
Медиатор (АХ для концевой пластинки) квантами выделяется в синаптическую щель и диффундирует к постсинаптической мембране.
-
Медиатор взаимодействует с рецепторами постсинаптической мембраны, ее проницаемость для Na и K и формируется миниатюрный потенциал концевой пластинки (МПКП).
-
Суммация нескольких МПКП, и формирование потенциала концевой пластинки (ПКП), или возбуждающего постсинаптического потенциала (ВПСП).
-
В случае, если ВПСП достигает порога, формируется ПД на постсинаптической мембране.