Основні параметри циркуляції крові. Методи вимірювання тиску крові і швидкості кровообігу.

У клініці найбільш часто досліджують тиск і швидкість течії крові. Тиск крові в артеріях коливається від максимального під час скорочення серця (систоли) до мінімального під час розслаблення (діастоли). При кожному серцебитті тиск крові піднімається до систолічного рівня, а між ударами падає до діастолічного рівня. Тому артеріальний тиск визначають як максимальне / мінімальне значення (систолічний / діастолічний). Зазвичай його вимірюють в міліметрах ртутного стовпчика. Середнє значення артеріального тиску для здорових дорослих людей в стані спокою становить 120/60 мм.рт.ст. Сфігмоманометр – прилад, який найбільш часто використовується для вимірювання тиску крові. Сфігмоманометр складається з надувної манжети, в яку за допомогою гумової груші нагнітають повітря, збільшуючи в ній тиск. Ця система пов'язана з манометром, за шкалою якого визначають артеріальний тиск пацієнта. Манжету фіксують на плечі, фонендоскоп встановлюють в ліктьовому згині. Тиск у манжеті збільшують до тих пір, поки в артерії не припинитися потік крові. Потім тиск в манжеті повільно зменшують. Коли воно досягне максимального (систолічного) значення, артерія частково відкривається. Оскільки перетин артерії в цей момент менше, ніж зазвичай, в ній створюється висока швидкість течії крові, і ця течія є турбулентною.

Тому фонендоскопом можна почути звуки - тони Kороткова. Якщо продовжувати зменшувати тиск в манжеті, артерія протягом деякого періоду залишається ще досить стислою, в порівнянні з нормальним станом. Отже, тони Короткова чути до тих пір, поки тиск в манжеті не досягне мінімального (діастолічного) значення. У цей момент кров починає вільно проходити через артерію. В артерії відновлюється ламінарний плин крові, і тони Короткова зникають. Таким чином, вимірюють максимальний і мінімальний тиск крові. Швидкість течії крові вимірюють, використовуючи ефект еходоплерографіі. Як тиск крові, так і швидкість її течії є важливими діагностичними показниками.

Лекція 2 тема: Біологічні мембрани. Мембранний транспорт.

Структурні елементи біологічних мембран. Пасивний транспорт речовин крізь мембранні структури. Рівняння Фіка. Коефіцієнт проникності мембрани для певної речовини. Рівняння Ернста—Планка. Електрохімічний потенціал і рівняння Теорелла. Активний транспорт, основні види. Молекулярна організація активного транспорту на прикладі роботи Na⁺ - K⁺ насосу.

Мембранні потенціали спокою та дії. Природа мембранного потенціалу спокою (стаціонарний потенціал Гольдмана—Ходжкіна—Катца). Потенціал дії (ПД). Потенціал дії та причини його виникнення. Поширення ПД у нервових волокнах. Швидкість і особливості поширення ПД у аксонах.

Основою живого є клітина. Біологічні мембрани є важливою частиною клітини, тобто структурами, які відіграють ключову роль у функціонуванні клітин живих організмів. Вони обмежують внутрішньоклітинне середовище, тобто забезпечують компартменталізацію, завдяки їм відбувається регуляція життєдіяльності клітин(обмежують клітину від оточуючого середовища, захищають її від шкідливих зовнішніх впливів, керують обміном речовин між клітиною та її оточенням, сприяють генерації електричних потенціалів, приймають участь у синтезі універсального акумулятора енергії – АТФ (аденозитрифосфорної кислоти) в мітохондріях).

Мембрани формують структуру клітини та здійснюють її функції. З біологічними мембранами пов'язаний ціла низка ферментів, що каталізують реакції трансмембранного переносу речовин, беруть участь у процесах передачі сигналу тощо.

Порушення функції клітинної та внутрішньоклітинної мембран покладені в основу пошкодження кісток, і, як наслідок, розвиток важких захворювань серцево-судинної, нервової, ендокринної систем. Всі клітини оточені мембранами (цитоплазматичними або зовнішніми клітинними мембранами). Клітини без мембрани „розтеклися” б, що означало б відсутність життя. Можна сказати, що перша клітина з’явилася тоді, коли змогла відділитися від оточуючого середовища мембраною. Внутрішньоклітинні мембрани ділять клітину на ряд замкнутих відсіків – компартаментів – кожен з яких виконує певну чітко визначену функцію. Новітні методи дослідження дали можливість установити, що: 1) поверхня мембрани покрита білками частково; 2) білки нерівномірно розподілені в мембрані; 3) агрегатний стан мембрани – це рідкий кристал.

Загальна характеристика структури біологічних мембран.

Біологічна мембрана – це структура, що складається з органічних молекул, яка має товщину близько 7-10 нм і видима тільки за допомогою електронного мікроскопа. У кожній клітці є плазматична мембрана, яка обмежує вміст клітини від зовнішнього середовища, і внутрішні мембрани, які формують різні органели клітини (мітохондрії, органели, лізосоми тощо)

Плазматична мембрана виконує кілька важливих функцій.

1. Утворює виборчий бар'єр, який відокремлює вміст клітини від навколишнього середовища, що дозволяє підтримувати постійний

хімічний склад цитоплазми і її фізичні властивості.

2) Регулює транспорт речовин між вмістом клітини і оточуючим клітку розчином.

3) Бере участь в інформаційних процесах в живій клітині.

Хімічний склад і структура плазматичної мембрани.

До складу плазматичної мембрани входять ліпіди, білки і вуглеводи. Співвідношення між ліпідами і білками може значно варіювати в різних клітинах.

Ліпіди мембрани бувають трьох видів: гліцерофосфоліпіди, сфінгофосфоліпіди і стероїди (холестерол).

У молекулі гліцерофосфоліпідів можна виділити дві частини, які називаються головка (залишок гліцерину, залишок фосфорної кислоти і азотистих основ) і хвостики (залишки жирних кислот). Головка і хвостики сильно відрізняються за своїм фізичним властивостям. Головка Біологічні мембрани є найважливішими компонентами клітини, які відокремлюють клітину від зовнішнього середовища, їхня цілісність є необхідною умовою існування клітини як єдиного цілого. Більшість клітин еукаріотів має розвинуту мембранну структуру, яка включає плазматичну (зовнішню) мембрану й більш або менш складний набір внутрішньоклітинних мембран (ендомембран), до яких належать ендоплазматичний ретикулум, апарат Гольджі, мембрани клітинних органел (ядер, мітохондрій, лізосом, пероксисом та ін.)

Плазматична мембрана, що має селективну проникність для різних речовин, забезпечує підтримання постійного складу внутрішньоклітинного середовища, а також захищає клітину від впливу несприятливих факторів зовнішнього середовища.

Ендомембрани поділяють клітину на відсіки (компартменти), в яких здійснюються специфічні функції: синтез біомолекул (ендоплазматичний рети-кулум), відтворення генетичної інформації (ядро), генерація енергії (мітохондрії), вивільнення продуктів життєдіяльності (апарат Гольджі) та ін.

Така компартменталізація є необхідною для забезпечення автономії та контролю за здійсненням диференційованих функцій клітини. Крім бар'єрної функції, біологічні мембрани забезпечують зв'язок між окремими внутрішньоклітинними компартментами, а також між клітиною й навколишнім середовищем. У біомембранах локалізовані кілька спеціалізованих транспортних систем, наприклад, іонні канали та рухливі переносники, що дифундують з однієї поверхні мембрани до іншої.

Класифікація процесів транспорту у біологічних мембранах

Мембрана клітини є виборчим бар'єром для різних речовин, що знаходяться всередині і зовні клітини. Існує кілька специфічних механізмів транспорту в мембранах. Всі вони можуть бути поділені на два типи: пасивний і активний транспорт. Усі види пасивного транспорту засновані на принципі дифузії. Невелика частка, розчинена в рідині, постійно піддається ударам з боку оточуючих її молекул рідини.

Результатом цього є хаотичний рух частинки, який називається броунівським рухом. Дифузія є результатом хаотичних незалежних рухів багатьох частинок. Якщо концентрація речовини однакова в кожній частині розчину, то рух частинок хаотичний. При цьому існує дрейф частинок з областей, де вони розташовані більш щільно, в області, де частинок менше.

Існує кілька видів дифузії в плазматичній мембрані:

1) Вільна дифузія.

2) Полегшена дифузія неелектролітів.

3) Електродифузія (полегшена дифузія іонів).

В процесі дифузії енергія розсіюється. Навпаки, речовина не може переміститися з області низької її концентрації в область високої концентрації за рахунок внутрішньої енергії. Для цього необхідна додаткова енергія із зовнішнього джерела. Для того, щоб переміщати речовини проти їх концентраційного або електрохімічного градієнтів, мембрана використовує енергію метаболізму. Такий тип транспорту називається активним транспортом. Є два основних види активного транспорту:

1) Первинно – активний транспорт.

2) Вдруге – активний транспорт.

Мембрани також виконують низку спеціалізованих функцій, таких як ендо- та екзоцитоз, міжклітинні взаємодії, проліферація тощо.

Біологічні мембрани мають складну гетерогенну структурну організацію, яку зумовлено, по-перше, різноманіттям їх компонентів і, по-друге, утворенням комплексів між ними. Основними структурними компонентами біомембран є білки та ліпіди. Фосфоліпіди переважно організовані у плоский бішар (ліпідний матрикс), у який занурені численні білки, які утворюють мозаїчну структуру (рис.2). Структурна основа мембрани – це подвійний шар фосфоліпідів, який складається з двох мономолекулярних плівок ліпідів, звернутих один до одного гідрофобними хвостами, та контактуючих полярними головками з оточуючим середовищем. У ньому є молекули білка. Крім ліпідів і білка в складі багатьох мембран є вуглеводи, але не як самостійні компоненти, а як складові частини відповідних ліпідів і білків. Вуглеводи розміщені з зовнішньої сторони мембрани.

Ліпідна фаза мембран – це рідкий кристал, тому є текучою та динамічною структурою. По щільності і в’язкості нагадує рослинну олію, чутливо реагує на зміни умов у зовнішньому середовищі. У залежності від температури може змінювати свою густину, в’язкість, діелектричну проникність.

Білкова фаза мембрани різноманітна та складна. Деякі мембрани містять один хімічний білок (палички сітківки – родопсин, колбочки - йодопсин). Інші – 2-3 різного виду.

Мембрана є динамічною структурою, основними функціями якої є:

1) бар’єрна (є перешкодою для іонів та водорозчинних молекул);

2) матрична (структурна основа для розміщення основних рецепторних та ферментативних систем клітини);

3) механічна;

4) енергетична;

5) генерація біологічних потенціалів;

6) рецепторна.

Основними властивостями є:

1) латеральна дифузія (ліпіди і білки обмінюються місцями уздовж мембрани);

2) фліп-флоп переходи (рух ліпідів з одного моношару в інший).

Мембрани володіють високою стійкістю на розрив та гнучкістю. Електроізоляційні властивості дуже високі. Загальна площа мембран в органах і тканинах досягає великих розмірів (площа клітинних мембран печінки криси складає кілька сотень м²).

Важливим елементом функціонування мембран є їх здатність пропускати або не пропускати молекули (атоми) та іони. Ймовірність такого проникнення частинок залежить від напрямку їх переміщення (в клітину або з клітини) та різновиду молекул та іонів. Такі проникнення називаються явищами переносу – неповоротні процеси, в результаті яких в системі виникає просторове переміщення (перенесення) маси, імпульсу, енергії, заряду або будь-якої іншої фізичної величини. З переносом речовини через мембрани пов’язані процеси метаболізму клітин, біоенергетичні процеси, утворення біопотенціалів, генерація нервового імпульсу. Порушення переносу веде до різних патологій і захворювань.