1.Понятие о регуляции, саморегуляции. Принципы гуморальной и рефлекторной регуляции функций в организме. Нейрогуморальная регуляция.

Регуляция – совокупность физиологических процессов, обеспечивающих равновесие организма со средой. В основе – взаимосвязь органов и функционирующих систем м/у собой.

Для оптимальной и стабильной работы организма необходима регуляция систем на всех уровнях – от молекулярного до популяционного. Механизмы (физиологич, биохимич, поведенч) должны соответствовать уровню организации и условиям жизни.

Саморегуляция – механизм поддержания жизнедеятельности организма на относительно постоянном уровне. Возникла в процессе эволюции в ответ на изменение условий среды, т.е. присуща всем живым организмам. В ходе естественного отбора вырабатываются общие регуляторные механизмы разной природы (нейрогуморальн, эндокринн, иммунологич), направл на поддержание относительного постоянства внутренней среды организма. У чела и высоко организованных животных относит. постоянство внутр среды поддерж нейро-гуморальн механизмом регуляции, деятельность ССС, дыхательной системы, ЖКТ, почек и потовых желез.

Многообразие физиологически активных веществ, образующихся в рез жизнедеятельности органов, тканей, клеток, включая продукты распада белков, СО2, лежит в основе гуморальной регуляции.

Гуморальная регуляция - координация физиологических и биохимических процессов, осуществляемая через жидкие среды организма (кровь, лимфу, тканевую жидкость) с помощью БАВ (метаболиты, гормоны, гормоноиды ионы), выделяемых клетками, органами и тканями в процессе их жизнедеятельности. Продукты обмена веществ действуют не только непосредственно на эффекторные органы, но и на окончания чувствительных нервов (хеморецепторы) и нервные центры, вызывая гуморальным или рефлекторным путём те или иные реакции. Гуморальная передача нервных импульсов химическими веществами, т. н. медиаторами, осуществляется в центральной и периферической нервной системе.

Основное положение рефлекторной теории заключается в утвер¬ждении, что деятельность организма есть закономерная рефлектор¬ная реакция на стимул. Рефлекс как универсальная форма взаимодействия организма и среды есть реакция организма, возникающая на раздражение рецепторов и осуществляемая с участием центральной нервной системы. В естественных условиях рефлекторная реакция происходит при пороговом, надпороговом раздражении входа рефлекторной дуги — рецептивного поля данного рефлекса.

Гуморальные связи характеризуются:

- медленной скоростью распространения веществ

- отсутствие точного адреса

- малая надежность связи (т.к. вещ-во высвобождается в меньшем количестве и очень быстро разрушается/ выводится)

В процессе эволюции механизм гуморальной регуляции, дополняясь мех-мами нервной регуляции -> единая схема взаимосвязанных нервно-гуморальных отношений.

В основе представлений о нервно-гуморальной регуляции лежит учение о рефлексе. В основе рефлекторная дуга:

1. рецептор, восприним раздражение

2. афферентные нейроны (центростремительные)

3. вставочные

4. эфферентные (центоробежные)

5. эффекторы

Нейрогуморальная регуляция функций (греч. neuron нерв + лат. humor жидкость) — регулирующее и координирующее влияние нервной системы и содержащихся в крови, лимфе и тканевой жидкости биологически активных веществ на процессы жизнедеятельности организма человека и животных. Н.р.ф. имеет важное значение для поддержания относительного постоянства состава и свойств внутренней среды организма, а также для приспособления организма к меняющимся условиям существования. В нейрогуморальной регуляции функций участвуют многочисленные специфические и неспецифические продукты обмена веществ (метаболиты). К ним относятся тканевые и гастроинтестинальные гормоны, гипоталамические нейрогормоны, гистамин, простагландины, олигопептиды широкого спектра действия. Током крови они разносятся по всему организму, но лишь в «результирующих органах», или органах-мишенях, вызывают специфические реакции, вступая во взаимоотношение с рецептором (клеткой-мишенью, клеткой-исполнителем).

2. Современные представления о строении и функциях мембран. Активный и пассивный транспорт через мембраны, их роль в формировании мембранного потенциала покоя.

Это чрезвычайно вязкие, но тем не менее пластичные структуры, окружающие все живые клетки. Плазматическая мембрана обретает компартмент, внутри которого находится цитоплазма.

Функции:

1) барьер (поддерживается различный состав вне и внутрикл среды)

2) селективная проницаемость за счет работы каналов и насосов

3) обмен веществами м/у клеточным содержимым и окружающей средой путем экзо- и эндоцитоза.

4) архитектура и микросреда

5) транспорт

6) осмос

7) синтетическая (образование АТФ)

Хим состав: липиды (40%), белки (60%), углеводы (<10%)

В жизнедеятельности клетки огромную роль играет мембрана. Она принимает участие в генерации потенциала дей¬ствия (мембраны клеток возбудимых тканей), энергии (мембра¬ны митохондрий), осуществляет функции восприятия внешнего сигнала и межклеточного взаимодействия (например, передачу информации от одной клетки другой). Основной диапазон мембранных свойств обусловлен барьерно-транспортный функцией: мембрана определяет потоки ве¬ществ, идущих через нее, микросреду, т. е. состав цитоплазмы. неравномерность концентрации ионов во внутри- (много К+) и внеклеточном (много Na+ и Cl-) пространстве обеспечивается рядом механизмов транспорта протонов через мембрану клетки.

ТРАНСПОРТ ВЕЩЕСТВ ЧЕРЕЗ МЕМБРАНЫ

Механизмы транспорта веществ зависят от состава и структуры биологических мембран, природы веществ, которые должны пройти через мембрану, размера молекул и их заряда.

Пассивный транспорт веществ через мембрану происходит без затраты энергии и может осуществляться как без носителя, так и с помощью специфического транспортера (белка). Он идет по градиенту концентрации, т. е. из зоны с более высоким содержанием транспортируемого вещества в зону с более низкой концентрацией.

Пассивный транспорт представлен следующими формами. Простая диффузия. Электронейтральные молекулы с молярной массой до 100—150 проходят через биологические мембраны сравнительно легко (на основе простой диффузии). !вода, мочевина, Лимитирующими факторами проницаемости являются константы диффузии веществ, концентрационный градиент и расстояние. Простая диффузия может идти и через особые образования в мембране — каналы поры).

Облегченная диффузия. Это пассивный транспорт, обеспечиваемый специфическим для данного вещества транспортером. В качестве последнего выступают особые типы белков (белки-носители), которые облегчают диффузию тем, что связывают переносимое вещество на одной поверхности мембраны, проводят его через мембрану и на другой поверхности освобождают переносимое соединение. Однако и в этом случае транспорт осуществляется по градиенту концентрации.

Обменная диффузия. Один и тот же белок-носитель спосо¬бен перенести в обратном направлении другое соединение, т. е. транспортер доставляет внутрь клетки вещество из внеклеточ¬ного пространства, где его концентрация выше, а в обратном на¬правлении, опять же по градиенту концентрации, выводит веще¬ство, концентрация которого максимальна внутри клетки.

Активным транспортом называется процесс, в ходе кото¬рого вещество 1) связано с носителем. 2) переносится через мем¬брану против своего химического пли электрохимического гра¬диента. Активный транспорт вещества представляет собой эндоэргонический процесс, т. е. идет с потреблением энергии и, сле¬довательно, должен быть обязательно сопряжен с другим про¬цессом (экзоэргоническим), в ходе которого освобождается та¬кое же или большее количество энергии. Источником свобод¬ной энергии чаще всего является энергия, выделяемая при рас¬щеплении АТФ. Все многообразие разновидностей молекулярного специфи¬ческого транспорта через мембрану, включая активный транс¬порт против градиента концентраций, реализуется с помощью нескольких типов молекулярных машин — насосов, переносчи¬ков, каналов и пор.

Насосы. Деятельность насосов, которые представляют собой транспортные АТФазы (Na+—К+—АТФаза, Са2+—Mg2+— АТФа- ' К +— Н+—АТФаза, Н+—АТФаза, анионная АТФаза и др.), лежащих в основе функционирования практически всех известных! клеток.

Транспортеры. Мобильный переносчик, представляющий co¬бой, как правило, белковую молекулу, движется от одной поверхности мембраны к другой, совершая вертикальные или вращательные движения, чтобы связывать транспортируемые субстраты на одной поверхности мембраны и освобождать — на другой. Типичным примером мобильного переносчика могут служить ионофоры.

Переносчики переносят один или ограниченное число типов молекул через мембрану либо по электрохимическому градиенту, либо благодаря сопряжению с механизмом транспорта другого вещества, движение которого по градиенту концентрации служит источником энергии для сопряженного с ним процесса.

Канал (как устройство) характеризуется наличием постоянной или индуцированной поры, через которую проходит транспортируемое вещество. Если несколько молекул интегральных белков в мембране удачно пространственно ориентированы, то внутри их группы может возникнуть каналец (пора), на внутрен¬ней поверхности которого преобладают положительные или отрицательные заряды или он может быть нейтральным, но содержать из¬быток гидрофильных групп.

В каждом канале следует различать наружное и внутреннее устья и суженную часть поры — "селективный фильтр". Устья канала способны принимать ион вместе с его гидратной оболоч¬кой. При поступлении его в канал происходит замещение моле¬кулы воды гидратной оболочки иона на полярные группы поло¬сти канала. Работа же по частичной или полной дегидратации иона осуществляется в области селективного фильтра.

Однорядный транспорт ионов через канал обладает харак¬терными особенностями. Ион относительно долго задерживает¬ся в каждой потенциальной яме. Это значит, что второй ион не может попасть в занятую потенциальную яму из-за электроста¬тического взаимодействия (отталкивания) с уже находящимся там ионом. Перескоки между ямами совершаются под действием тепловых флуктуации (колебаний). Выход из канала иона облег¬чается при появлении на входе канала другого иона вследствие их электростатического отталкивания. Проводимость канала за¬висит от того, насколько заполнены участки "входа" и "выхода"

канала, связывающие ионы. Осо¬бое значение имеют каналы, проницаемые для ионов Na+, К+, Сl Са, т. е., каналы, изби¬рательно пропускающие эти ионы. Они обладают воротны¬ми механизмами и в зависимости от их функционального состояния могут быть открытыми или закрытыми. В связи с этим их классифицируют по следующим ос¬новным признакам: 1) по иону, который избирательно проникает через канал, 2) по механизму, управляющему этим каналом.

Потенциал приемные каналы. Работа потенциал управля¬емого канала зависит от мембранного потенциала. Наиболее яр¬ким представителем такого канала является потенциалуправляемый Nа+-канал. Вход в Nа+-канал является селективным фильт¬ром, который пропускает практически только ионы Na+. В по¬кое Na-каналы закрыты и открываются лишь во время деполя¬ризации мембраны. Внутри Na-канала имеется воротный меха¬низм, контролируемый потенциалом. Этот компонент поры под¬вергается влиянию мембранного потенциала через заряженный "сенсор" в липидной фазе мембраны. При деполяризации эти за¬ряды смещаются, вызывая изменение молекулярной конформации. которое открывает проход через канал. Смещение заряда регистрируется в виде воротного тока, который непо¬средственно предшествует входу Na+ в клетку в начале возбуж¬дения.

Рецепторуправляемые каналы. В этом случае ворота каналов управляются за счет ре¬цептора, расположенного на поверхности мембраны; при взаи¬модействии медиатора (лиганда) с этим рецептором может про¬исходить открытие ионных каналов.

Наконец, открытие ворот канала может происходить в ре¬зультате действия на мембрану других ионов — ионоуправляемый канал (название по иону).

Поры. Кроме того, в мембране находятся неспецифические каналы для ионной утечки, каждый из которых проницаем для ио¬нов К+, Na+ и Сl (больше всего для К+). Эти каналы (или поры) не имеют воротных механизмов, всегда открыты и почти не меняют своего состояния при электрических воздействиях на мембрану.

Подводя итоги, следует отметить, что внутриклеточная и вне¬клеточная среды отличаются по ионному составу. Эти различия обеспечиваются процессами постоянного транспорта веществ че¬рез мембрану. Благодаря существованию одновременно несколь¬ких механизмов транспорта его скорость может варьироваться в результате изменения их состояния и соотношения между ними под влиянием внешних факторов. Наличие динамического равно-весия между постоянными ионными потоками определяет заряд мембраны ЖИВОЙ клетки. При гибели же клетки, когда активный транспорт выключается, происходит постепенное выравнивание состава внутриклеточной и внеклеточной сред.

МЕМБРАННЫЕ ПОТЕНЦИАЛЫ

Мембранный потенциал характеризует разность потенциалов поверхностей мембраны в результате избирательного переноса катионов и анионов. Различают потенциал покоя, местный потенциал действия.

ПОТЕНЦИАЛ ПОКОЯ. клетка находится в состоянии физиологического покоя, поверхность заряжена положительно, а внутри отрицательно.. Эта разность потенциалов получила название мембранного потенциала покоя.

Природа его возникновения и поддержания:

1. Неравномерное распределение концентраций ионов во внутри- и внеклеточном пространствах.

2. Различная проницаемость мембраны для ионов. Ионы К+ и С1+ проходят через нее легко. Na+— с трудом, а органические ио¬ны вообще не проходят.

Всякая несущая электрический заряд частица (ион или полярная молекула), находящаяся в растворе, окружается сольватной оболочкой. Если растворитель - вода, то оболочка будет называться гидратной, а процесс -- гидратацией. Сте¬пень гидратации различных ионов и молекул неодинакова и зависит от размеров частиц и их зарядов. Чем выше удельная плотность заряда, тем сильнее гидратация. Поэтому ион калия, несмотря на большой радиус, имеющий больший (2.66 А) крис¬таллический диаметр по сравнению с ионом натрия (1.8 А), в гидратированной форме меньше гидратированного иона натрия. Таким образом, ионы К+ могут достаточно легко диффун¬дировать через мембрану. Поскольку с внутренней стороны мембраны ионов К+ гораздо больше, чем снаружи, то имеет место чистый выход К+ из клетки, создаваемый более высокой внутриклеточной концентрацией или осмотическим давлени¬ем К+. Этот выходящий поток ионов К+ должен был бы вскоре выровнять осмотическое давление (пли концентрацию) этого иона, если бы ему не противодействовала эквивалентная про¬тивоположно направленная сила. Эта сила, действующая в противоположном направлении, обусловлена электрическим зарядом ионов К+. Вышедшие из клетки ионы К+ создают на наружной поверхности мембраны избыток положительно за-ряженных частиц. На внутренней же поверхности возникает избыток крупных молекул органических анионов, оставшихся без нейтрализующих их калий-положительных ионов. Благо¬даря электростатическим силам, вышедшие катионы К+ не мо¬гут далеко удалиться от наружной поверхности мембраны (по¬ложительно заряженные частицы, находящиеся вне клетки, прижимают их к мембране, а скопившиеся на внутренней по¬верхности отрицательно заряженные частицы стремятся "вта¬щить" их обратно внутрь клетки). Однако высокий концентра¬ционный градиент для калия препятствует этому. Мембран¬ный потенциал продолжает нарастать до тех пор. пока сила, препятствующая выходу К+, не станет равной осмотическому давлению ионов К+. При таком уровне потенциала вход и выход К+ находятся в равновесии, поэтому он называется калиевым равновесным потенциалом, сокращенно Ек.

т. е. потенциал покоя близок к калиевому равновесному потенциалу, но не равен ему,

поскольку в его формировании помимо диффузии К+ принимают участие и другие механизмы.

Потенциал покоя зависит от следующих факторов.

1. Внеклеточной концентрации К+.

2. Катионов Na+, по градиенту концентрации поступающих в клетку. Но положительный заряд потока натрия значительно больше, чем противоположный поток ионов калия.

3. Ионов Сl В нервных клетках проницаемость для Сl обычно гораздо ниже, чем для К+. однако в мышечных волок¬нах наоборот. Распределение Сl по обе стороны мембраны противоположно распределению К+.

4. Работы натриевого насоса. Активный транспорт ионов Na и К против градиента концентраций. Мембранный механизм, поддерживающий определённое соотношение ионов Na+ и К+ в клетке. 3 Na наружу и 2 К внутрь. 3 положительных заряда выносятся и 2 заносятся, чтобы внутренняя поверхность мембраны оставалась отрицательно заряжена – электрогенный эффект насоса. Чем больше К внутри, тем быстрее он утекает по каналам утечки. Создается дополнительный положительный заряд снаружи – неэлектрогенный эффект насоса.

Следует обратить внимание на факт возникновения и под¬держания потенциала покоя как активного саморегулирующе¬гося процесса.

Функция мембранного потенциала покоя. В самой мембране потенциал покоя проявляется как электрическое поле значи¬тельной напряженности (10 В/см). Это воздействует на макромолекулы мембраны и придает их заряженным группам определен¬ную пространственную ориентацию.

Особенно важно, что электрическое поле мембранного по¬тенциала покоя обеспечивает закрытое состояние так называе¬мых активационных ворот натриевых каналов и открытое состояние их инактивационных ворот, а следовательно, состояние покоя и готовности к возбуждению.

Наряду с мембранной теорией существуют и другие взгляды, изъясняющие формирование потенциала покоя.

Теория редокспотенциалов. Она объясняет возникновение электродвижущих сил (электрических потенциалов) в клетке, рассматриваемой в качестве редокссистемы (окислительно-вос¬становительная система), разным уровнем окислительно-восста-новительных процессов. Согласно этой теории, источником воз¬никновения потенциалов на поверхности биологических мемб¬ран (потенциала покоя) являются высвобождающиеся при окислительно-восстановительных процессах электроны. Вследствие повышения интенсивности обмена веществ, под влиянием раздражений, окислительные процессы усиливаются и потенциал покоя может перейти в местный потенциал действия. Главной отличительной особенностью данной теории является то, что она ставит возникновение электрических потенциалов в зависи¬мость от состояния метаболических процессов в клетке, а не только от обмена веществ мембраны, обеспечивающей актив¬ный транспорт.

Теория протонно-химических процессов. В соответствии с нею возникновение мембранного потенциала есть результат пе¬реноса положительно заряженных частиц — протонов.