Нервно мышечная физиология.

1. Раздражимость, возбудимость как основа реакции ткани на раздражения. Раздражители, их виды, характеристика.

Основным свойством живых клеток является раздражимость, т. е. их способность реагировать изменением обмена веществ в ответ на действие раздражителей. Возбудимость – свойство клеток отвечать на раздражение возбуждением. К возбудимым относятся: нервные, мышечные и некоторые секреторные клетки. Возбуждение – ответ ткани на раздражение, проявляющееся в специфической для нее деятельности (проведение возбуждения нервной тканью, сокращение мышцы секреция железы) и неспецифических реакциях (генерация потенциала действия, метаболические изменения). Проводимость — это способность ткани и клетки проводить возбуждение по всей длине. Сократимость — присуща мышечной ткани и выражается в изменении ее длины и/или напряжения. Для того чтобы клетка возбуждалась, на нее должен подействовать раздражитель. Одним из важных свойств живых клеток является их электрическая возбудимость, т. е. способность возбуждаться в ответ на действие электрического тока. Высокая чувствительность возбудимых тканей к эл. току  впервые была продемонстрирована Л. Гальвани в опытах на нервно-мышечном препарате лягушки: Если к нервно-мышечному препарату лягушки приложить 2 соединенные между собой пластинки из различных металлов так, чтобы 1 пластинка касалась мышцы, а другая – нерва, то мышца сокращается( 1 опыт Гальвани).  Гальвани провел другой опыт: набрасывал на мышцу дистальный отрезок нерва, который иннервирует эту мышцу, при этом мышца также сокращалась (2 опыт Гальвани).Отсутствие при этом металлических проводников позволило ему подтвердить и развить представления о «животном электричестве», т. е. эл. явлениях, возникающих в живых тканях. Раздражители. Раздражителем живой клетки или организма как целого может оказаться любое изменение внешней среды или внутреннего состояния организма, если оно достаточно велико, возникло достаточно быстро, и продолжается достаточно долго. А) Их можно разделить на 3 группы: физические, физико-химические и химические. К числу физических раздражителей относятся температурные, механические (удар, укол, давление, перемещение, ускорение и т.п.), электрические, световые. Физико-химические раздражители представлены изменениями осмотического давления, активной реакции среды, электролитного состава, коллоидального состояния. К числу химических раздражителей относится множество веществ, имеющих различный состав и свойства, и способных изменить обмен веществ клеток (вещества пищи, лекарства, яды, гормоны, ферменты, метаболиты и т.п.). Раздражителями клеток, вызывающими их деятельность, имеющими особо важное значение в жизненных процессах, являются нервные импульсы. Будучи естественными, т.е. возникающими в самом организме, электрохимическими раздражителями клеток, нервные импульсы, поступая по нервным волокнам от нервных окончаний в ЦНС или приходя от нее к периферическим органам, вызывают направленные изменения их состояния и деятельности. Все раздражители по месту возникновения делят на внешние (экстеро-) и внутренние (интеро-) раздражители. Б) по физиологическому значению - на адекватные и неадекватные. Адекватные – раздражители, для восприятия которых ткань приспособлена в результате эволюции. И при восприятии нарушения целостности ткани не происходит. Неадекватные - раздражители, для восприятия которых ткань не приспособлена. Происходит нарушение ее целостности (падение, удар) В) по силе: пороговые-сверхпороговые-допороговые. Пороговая сила раздражителя – мин сила раздражителя, способная изменить мембранный потенциал, т. е. вызвать возбуждение. На допороговые силы возникает местное, не распространяющееся возбуждение, т. е. локальный ответ.

2. Современные представления о строении и функции мембран. Ионные каналы мембран. Ионные градиенты клетки, их механизмы.

Клеточная мембрана (оболочка клетки) представляет собой тонкую липопротеидную пластинку, содержание липидов в которой составляет около 40 %, белков — около 60 %. На внешней поверхности мембраны имеется небольшое количество (5—10 %) углеводов, молекулы которых соединены либо с белками (гликопротеиды), либо с липидами (гликолипиды) и образуют гликокаликс, структура и функции которого у разных клеток могут различаться. В нейронах она называется невролеммой, в мышечных волокнах – сарколеммой. Отличительным свойством плазматических мембран является полупроницаемость. За этим термином скрывается большое различие в проницаемости для разных веществ. Это означает, что одни вещества легко проникают в клетку и легко выходят из нее. В таком случае говорят о наличии проницаемости мембраны для конкретных веществ.В фосфолипидном бислое интегрированы глобулярные белки, полярные участки которых образуют гидрофильную поверхность в водной фазе. Эти интегрированные белки выполняют различные функции, в том числе рецепторную, ферментативную, образуют ионные каналы, являются мембранными насосами и переносчиками ионов и молекул. Функции:

-Барьерная функция: участвует в создании концентрационных градиентов, препятствуя свободной диффузии.При этом мембрана принимает участие в механизмах электрогенеза ( механизмы создания потенциала покоя, генерация потенциала действия).-Регуляторная функция – регуляция внутриклеточного содержимого и внутриклеточных реакций.-Контактная функция – организация зон специфического и неспецифического контакта между клетками с образованием тканевой структуры. В области контакта возможен обмен ионами, медиаторами, макромолекулами между клетками, или передача электрических сигналов.-Преобразование внешних стимулов неэлектрической природы в электрические сигналы( в рецепторах).-Высвобождение нейромедиаторов в синаптических окончаниях.

Строение и функции ионных каналов. Ионы Na+, K+, Ca2+, Cl- проникают внутрь клетки и выходят наружу через специальные, заполненные жидкостью каналы. Размер каналов мал ( 0,5-0,7 нм).Именно через ионные каналы совершается проход ионов через мембрану по электрохимическому градиенту. В настоящее время установлена первичная структура нескольких ионных каналов: нескольких типов рецепторов ацетилхолина – АХ (хемовозбудимый канал) и электровозбудимого Na+-канала. Канальный белок (гликопротеид) имеет внутренний просвет, который открывается или закрывается с помощью воротного механизма. Воротный механизм устроен достаточно сложно, поскольку имеет двое ворот – активационные и инактивационные. Положение воротного механизма (открыт или закрыт) управляется с помощью сенсора напряжения в электровозбудимых мембранах или с помощью рецептора сигнальных молекул в хемовозбудимых мембранах. Во внутренней области канала расположен селективный фильтр, благодаря которому через пору могут проходить ионы только одного типа. Разность концентрации веществ внутри и снаружи клетки называют градиентом концентрации. Активный транспорт веществ в клетку отличается от пассивного (диффузии) тем, что вещество переносится против градиента концентрации, т. е. из области низкой концентрации в область более высокой концентрации. Активный транспорт особенно эффективен в случае переноса ионов. Реакции, обеспечивающие активный транспорт, происходят в мембране и сопряжены с реакциями, дающими свободную энергию. Примером активного транспорта веществ является транспорт ионов натрия и калия ,который определяет клеточный мембранный потенциал. Концентрация ионов натрия (Na+) внутри большинства клеток является меньшей, чем в среде, тогда как концентрация ионов калия (К+) внутри клеток является в 10—20 раз большей, чем в среде. В результате этого ионы Nа+ стремятся проникнуть из среды в клетку, а ионы К+, наоборот, выйти из клетки в среду. Поддержание концентрации этих ионов в клетке и в окружающей среде обеспечивается благодаря наличию в клеточной мембране системы, которая является ионным «насосом» и которая откачивает ионы Na+ из клетки в среду и накачивает ионы К+ в клетку из среды. Концентрация: Na внеклет – 140-144 ммоль/л; Na внутрикл – 12-14 ммоль /лК внекл – 4 ммоль/л ; К внутриклет – 150 ммоль/л;Са2+ внутриклет - 10-7 Са2+внеклет  - 5;Cl- внутрикл -   4 Cl- внекл- 1203.Мембранный потенциал, теория его происхождения.                      С внутренней и наружной стороны мембраны находится фактически раствор солей, главными ионами которого в количественном отношении являются Na+, K+, Cl- и A- – молекулы внутриклеточных белков в анионной форме . Поскольку A- не могут проникнуть через мембрану, то по обе стороны мембраны создается неравенство концентраций ионов одного типа. Благодаря этому в норме между внутри- и внеклеточным пространством существует разность электрических потенциалов, называемая мембранным потенциалом (МП), т.е. мембрана электрически поляризована. МП варьирует от -50 до -100 мВ. МП всегда отрицателен. Снаружи поверхность мембраны заряжена электроположительно. Внутренняя поверхность заряжена электроотрицательно. Проницаемость мембраны повышена для К+, понижена для Na+, не проницаема для анионов белков. В возбудимой клетке, находящейся в состоянии функционального, покоя все натриевые каналы закрыты, а много калиевых каналов, наоборот, открыто. По каналам утечки происходит диффузия К+ из клетки наружу по концентрационному градиенту. К+ выносит с собой «+» заряд. Этот заряд фиксируется на наружной поверхности мембраны. Анионы белков тоже устремляются к порам, но их заряд “-”, происходит отталкивание. Эти анионы скапливаются на внутренней стороне мембраны, происходит электростатическое напряжение между + и – зарядами.         Процесс утраты K+ клеткой компенсируется работой Na+, K+- насоса, «закачивающего» обратно K+, вышедший из клетки. На этот процесс расходуется энергия, черпаемая молекулярным механизмом насоса из  АТФ. В покоящихся возбудимых клетках активность Na+, K+- насоса невелика вследствие недостаточности для его активации катионов Na+  внутри клетки. Поэтому  натриевый ток лишь частично компенсирует выносимый из клетки положительный заряд, уменьшая разность потенциалов, создаваемую K+. Пассивная проницаемость Na+ в клетку компенсируется удалением Na+ из клетки с помощью Na+, K+- насоса. Следовательно, в состоянии покоя существует динамическое равновесие между Na+, пассивно входящим в клетку, и Na+ активно откачиваемым из клетки Na+, K+- насосом. Сам по себе Na+,K+- насос также вносит небольшой вклад в создание МПП,  на 2 вносимых в клетку катиона K+ он выносит из клетки 3 катиона Na+ .