Вопрос 40. Биофизика слуха. Понятие о звукопроводящей и звуковоспринимающей системах уха. Гидродинамическая теории слуха. Физические основы звуковых методов исследования.

Слуховой аппарат человека состоит из проводящей и восприни­мающей звук частей. В звукопроводящую часть входит наружный слуховой проход и среднее ухо. В среднем ухе находятся слуховые косточки: молоточек, наковальня и стремечко. Молоточек прикреплен к барабанной перепонке, стремечко соединено с мембраной овального окна, которая отделяет внутреннее ухо от среднего.

Слуховые косточки действуют как разноплечные рычаги: они уменьшают амплитуду колебаний барабанной перепонки и соответст­венно увеличивают давление на жидкость, заполняющее внутреннее ухо. Другими словами, слуховые косточки согласуют волновое сопро­тивление воздуха с волновым сопротивлением среды внутреннего уха. Если слуховые косточки будут повреждены, то звуковая волна практически почти полностью претерпит полное внутреннее отраже­ние на границе раздела внутреннего и среднего уха.

Звуковоспринимающая часть находится во внутреннем ухе, распо­ложенном в глубине основания черепа. Во внутреннем ухе находится улитка, полость которой делится двумя мембранами, основной и вес­тибулярной, на три канала. Верхний и нижний канал заполнены перилимфой. Средний канал полости улитки заполнен эндолимфой. Внутри среднего канала расположен кортиев орган, содержащий рецепторные волосковые клетки. Над волосковыми клетками располо­жена покровная мембрана. Волоски рецепторных клеток прикреплены к покровной мембране. Волосковая клетка имеет синапсы с несколь­кими окончаниями слуховых нейронов.

Гидродинамическая теория слуха:

- длина столба жидкости, вовлекаемого в колебания мембраной овального окна, определяется частотой колебаний. При частоте 1000 гц колеблется весь столб жидкости. При увеличении частоты длина столба уменьшается. На высоких частотах колеблется неболь­шая часть жидкости вблизи овального окна.

- колебания перилимфы и эндолимфы вызывают колебания основ­ной мембраны. Максимум амплитуды перемещается вдоль основной мембраны от вершины улитки к основанию при увеличении частоты колебаний. - осуществляется пространственное кодирование высоты звука. При пространственном кодировании у основания улитки лока­лизуются рецепторные клетки, воспринимающие высокие частоты, на вершине улитки - низкие частоты.

Звуковые методы исследования:

- аускультация - метод выслушивания звуков и шумов, кото­рые сопровождают работу того или иного органа или системы челове­ка. При этом используются стетоскопы, фонендоскопы;

- перкуссия - метод выстукивание полостей тела с последую­щим анализом возникающих при этом звуков.

Литература: Губанов Н.И.» Медбиофизика, -1978, с.296-304. Владимиров Ю.А., Биофизика, -1983, с.252-259. Лекции.

Вопрос 41. Структурная организация клетки. Принцип компартментатностн. Современные методы исследования биоло­гических мембран. Структура мембран.

Клетка окружена мембраной. Было обнаружено, что внутри клет­ки существует большое количество внутриклеточных мембран:

1) плазматическая мембрана, через нее происходит обмен веществ между клеткой и внутренней средой организма;

2) мембрана клеточного ядра, она отгораживает генетический материал клетки - хроматин;

3) мембрана митохондрий:

4) лизосомы - пузырьки с набором, ферментов;

5) ЭПС (эндоплазматическая сеть) - химический комбинат клетки;

6) рибосомы, они примыкают к ЭПС, в них происходит синтез бел­ка;

7) комплекс Гольджи, в нем происходит упаковка белка, синтез гликопротеинов.

Все существующие мембраны можно поделить на 3 вида:

а) везикулярные,

б) кристообразные,

в) дисковидные.

Принцип компартментатности: клетка разделена мембранами на отсеки (компартментатность - отсековость). Каждый отсек имеет свой набор ферментов и в нем про­текают строго определенные биохимические реакции. Продукты этих реакций поступают в соседний отсек, в котором свой набор фермен­тов, и находят там свое продолжение. Этим достигается направлен­ность (векторизация) биохимических процессов в клетке. Современные основные методы исследования клеточных мембран:

1) электронная микроскопия (позволила обнаружить биологическую мембрану толщиной 8-10 нм);

2) метод рентгеноструктурного анализа (позволяет изучить ато­марные структуры биологических мембран);

3) метод центрифугирования (позволяет разделить мембраны на хи­мические фракции);

4) метод замораживания и скалывания (изучает субъединицы мемб­раны);

5) метод ультразвуковой абсорбционной спектроскопии (позволяет изучать молекулярное строение вещества in vivo).

Современная теория строения мембраны:

- структурной основой биологической мембраны является липидный бимолекулярный слой. Его образование обусловлено особенностями взаимодействия с водой мембранных липидов:

- среди липидов преобладают фосфолипиды, в молекуле которых выделяют три части: головку, тело, пару углеводородных хвостов. Головка фосфолипида либо электронейтральна, либо несет отрицательный заряд. Образующие ее молекулы гидрофильны, а углеводородные хвосты гидрофобны, поэтому при взаимодействии фосфолипидов с водой образуется бимолекулярный слой, который и является каркасом биологической мембраны (БМ). Для создания 1 м² такой поверхности хватает 1 мг липида.

- наряду с фосфолипидами в составе БМ присутствуют и другие жиры. Особое место среди мебранных липидов занимает холестерин. По мере увеличения холестерина в БМ укладка фосфолипидов приобретает большую компактность, и мембрана уплотняется. Она становится более вязкой и менее проницаемой для многих веществ: глюкозы, ионов, воды. - в липидный каркас мембраны встроены белковые компоненты (протеины). На клетку приходится в среднем 10 пг мембранных протеинов.

В мембране обнаружено более 100 различных белков. Все мембранные белки принято разделять на три группы:

- структурные белки;

- ферменты;

- рецепторы (гликопротеины).

Именно гликопротеины служат рецепторами вирусов, антигенов, токсинов, гормонов и множества других физиологически активных ве­ществ, у которых выражена стереоспецефичность.

Литература: Ремизов А.Н.,Медбиофизика,-1987,с.243-247; Губанов Н.И.,Медбиофизика,-1978,с.121-132; Лекции.