Общая физиология возбудимых тканей

1. Раздражимость и возбудимость. Виды возбудимых тканей и их свойства. Общие и специфические признаки возбуждения. Законы возбуждения (силы, времени и градиента). Классификация раздражителей.

Раздражимость – способность реагировать изменением обмена веществ на действие раз-ля

Возбудимость – ответ на раз-е возбуждением

Возбудимые ткани: нервные мышечные, некоторые секреторные

Возбуждение - -ответ на раздражение

Специализированные признаки возбуждения: проведение возбуждения нервной тканью, сокращение мышцы, секреция железы

Общие признаки возбуждения: Генерация ПД, метаболитические изменения.

Раздражители: 1) Естественные (нервные импульсы)

2)Искуственные (физ., хим.,температура ток..)

Также раздражители:

Адекватные – при минимальных энергозатратах вызывают возбуждение в естественных условиях

Неадекватные – вызывают возбуждение при достаточной силе и длительности воздействия

Законы возбуждения:

1) Закон силы: Чем больше сила раздражителя, тем сильнее ответная реакция. Однако выраженность ответной реакции растет лишь до определенного максимума. Закону силы подчиняется целостная скелетная, гладкая мышца, так как они состоят из многочисленных мышечных клеток, имеющих различную возбудимость.

2) .Закон силы-длительности.(времени) Между силой и длительностью действия раздражителя имеется определенная взаимосвязь. Чем сильнее раздражитель, тем меньшее время требуется для возникновения ответной реакции. Зависимость между пороговой силой и необходимой длительностью раздражения отражается кривой силы-длительности. По этой кривой можно определить ряд параметров возбудимости.

а) Порог раздражения – это минимальная сила раздражителя, при которой возникает возбуждение.

б) Реобаза – это минимальная сила раздражителя, вызывающая возбуждение при его действии в течение неограниченно долгого времени. На практике порог и реобаза имеют одинаковый смысл. Чем ниже порог раздражения или меньше реобаза, тем выше возбудимость ткани.

в) Полезное время – это минимальное время действия раздражителя силой в одну реобазу, за которое возникает возбуждение.

г) Хронаксия – это минимальное время действия раздражителя силой в две реобазы, необходимое для возникновения возбуждения. Этот параметр предложил рассчитывать Л. Лапик, для более точного определения показателя времени на кривой силы-длительности. Чем короче полезное время или хронаксия, тем выше возбудимость и наоборот.

В клинической практике реобазу и хронаксию определяют с помощью метода хронаксиметрии для исследования возбудимости нервных стволов.

Закон градиента или аккомодации. Реакция ткани на раздражение зависит от его градиента, Т.е. чем быстрее нарастает сила раздражителя во времени тем быстрее возникает ответная реакция. При низкой скорости нарастания силы раздражителя растет порог раздражения. Поэтому если сила раздражителя возрастает очень медленно, возбуждения не будет. Это явление называется аккомодацией.

2. Физиологические особенности мембран возбудимых тканей. Роль

мембранных белков. Виды и значение ионных каналов и насосов в функционировании возбудимых клеток. Механизмы деятельности Na⁺-K⁺-насоса, Са²⁺-насоса и Na⁺-Ca²⁺-насоса. Ионные каналы и насосы как мишени действия лекарств.

Биологические мембраны - функционально активные структуры клеток, ограничивающие цитоплазму и большинство внутриклеточных структур; образуют единую внутриклеточную систему канальцев, складок и замкнутых полостей. Структурная основа мембраны – двойной слой фосфолипидов, в который встроены мембранные белки.

Молекулы липидов амфотерны. Своими гидрофильными частями они обращены в сторону водной среды (межклеточная жидкость и цитоплазма), гидрофобные части молекул направлены внутрь липидного бислоя.

Белковые молекулы выполняют роль каналов рецепторов, насосов, ферментов.

Канал – это белковая макромолекула, образующая пору через двухслойную липидную мембрану.

Натриевый канал – тетродотоксин. Калиевый канал – тетраэтиламмоний.

Пора - молекулярное динамическое образование. Образована транспортным ферментом, который способен в 200 раз ускорить диффузию.

Воротный механизм – на внутренней стороне мембране, это белок, способный к конформации (изменение пространственной конфигурации молекул)

Ионные каналы мембраны – Белковые трубочки разного диаметра заполненные жидкостью проходящие мембрану насквозь

Сенсор напряжения – белковая молекула в самой мембране, способна реагировать на изменение мембранного потенциала.

Селективный фильтр – определяет однонаправленное движение ионов через пору и ее избирательную проницаемость.

Пассивный перенос веществ через мембраны проходит без затрат энергии при наличии градиентов (разницы концентраций веществ, разности электрохимического градиента, при наличие градиента давления и осмотического градиента). При этом пассивный транспорт осуществляется с помощью:

- диффузии.

- фильтрация. Осуществляется при наличии разности гидростатического давления.

- осмос. При осмосе происходит движение растворителя. То есть вода из чистого раствора будет переходить в раствор с большей концентрацией.

 Во всех этих случаях не происходит затраты энергии. Вещества идут через поры, которые имеются в мембране.

В мембране существуют поры с медленной проводимостью, но таких пор в мембране не много. Большинство каналов в мембране имеет в своем строении еще воротный механизм, который перекрывает канал. Эти каналы могут управляться двумя способами: реагировать на изменение заряда (электровозбудимые или потенциалозависимые каналы). В другом случае ворота в канале открываются, когда присоединяется химическое вещество (хемовозбудимые или лигандозависимые).

Активный перенос веществ через мембрану связан с переносом веществ против градиента.

Для активного транспорта используются интегральные белки, которые обладают ферментативными функциями. В качестве энергии используется АТФ. Интегральные белки имеют специальные механизмы (белок), которые активизируется либо при повышении концентрации вещества снаружи клетки, или при понижении внутри.

Наиболее важный процесс активного транспорта - это работа Na/K-насоса, существующего практически во всех клетках; насос выкачивает ионы натрия из клетки, одновременно накачивая ионы калия внутрь клетки. Таким образом обеспечивается низкая внутриклеточная концентрация ионов натрия и высокая-калия (табл. 1.1). Градиент концентрации ионов натрия на мембране имеет специфические функции, связанные с передачей информации в виде электрических импульсов, а также с поддержанием других активных транспортных механизмов и регулирования объема клетки (см. ниже). Поэтому неудивительно, что более 1/3 энергии, потребляемой клеткой, расходуется на Na/К-насос, а в некоторых наиболее активных клетках на его работу расходуется до 70% энерги

насос—кальциевый; это насос откачивает ионы кальция (Са2+) из клетки и участвует в поддержании их внутриклеточной концентрации на крайне низком уровне (табл. 1.1). Кальциевый насос присутствует с очень высокой плотностью в саркоплазматическом рети-кулуме мышечных клеток, которые накапливают ионы кальция в результате расщепления молекул АТФ.

Ионные каналы — порообразующие белки (одиночные либо целые комплексы), поддерживающие разницу потенциалов, которая существует между внешней и внутренней сторонами клеточной мембраны всех живых клеток. Относятся к транспортным белкам. С их помощью ионы перемещаются согласно их электрохимическим градиентам сквозь мембрану. Такие комплексы представляют собой набор идентичных или гомологичных протеинов, плотно упакованных в липидном бислое мембраны вокруг водной поры. Каналы расположены в клеточной и некоторых внутренних мембранах клетки.

Через ионные каналы проходят ионы Na+ (натрия), K+ (калия), Cl- (хлора) и Ca++ (кальция). Из-за открывания и закрывания ионных каналов меняется концентрация ионов по разные стороны мембраны и происходит сдвиг мембранного потенциала.

Виды ионных каналов:

Лиганд-зависимые ионные каналы

Эти каналы открываются, когда медиатор, связываясь с их наружними сторонами, меняет их конформацию. Открываясь, они впускают ионы, изменяя этим мембранный потенциал. Лиганд-зависимые каналы почти нечувствительны к изменению мембранного потенциала. Они генерируют электрический сигнал, сила которого зависит от количества медиатора, поступающего в синаптическую щель и времени, которое он там находится.

Потенциал-зависимые ионные каналы

Эти каналы отвечают за распространение потенциала действия, они открываются и закрываются в ответ на изменение мембранного потенциала. Например, натриевые каналы. Если мембранный потенциал поддерживается на уроне потенциала покоя, натриевые каналы закрыты и натриевый ток отсутствует. Если мембранный потенциал сдвигается в положительную сторону, то натриевые каналы откроются и в клетку начнут входить ионы натрия по градиенту концентрации. Через 0,5 мс после установления нового значения мембранного потенциала, этот натриевый ток достигнет максимума. А еще через несколько миллисекунд падает почти до нуля. Это значит, что каналы через некоторое время закрываются, даже если клеточная мембрана остается деполяризованной. Но закрывшись, они отличаются от состояния, в котором находились до открытия, теперь они не могут открываться в ответ на деполяризацию мембраны то есть они инактивированны. В таком состоянии они останутся до тех пор, пока мембранный потенциал не вернется к исходному значению и не пройдет восстановительный период, занимающий несколько миллисекунд.

Важную роль в действии лекарственных веществ играет их способность имитировать или блокировать действие эндогенных лигандов, регулирующих ток ионов через каналы плазматической мембраны.

 местные  анестететики блокируют   потенциалозависимые Na -каналы.  К  числу  блокаторов Na -каналов относятся и многие противоаритмические средства. Кроме

того,   было   показано,  что  ряд  противоэпилептических  средств

(дифенин,  карбамазепин)   также   блокируют   потенциалозависимые Na -каналы и с этим связана их противосудорожная активность.  Ионы 2+Са   принимают участие  во  многих  физиологических  процессах:  всокращении  гладких  мышц,  в проведении возбуждения по проводящейсистеме  сердца,  в  секреторной  активности  клеток,  в   функции2+тромбоцитов  и  др. 

Так,  верапамил оказывает более сильное  влияние  на  ино-,

хронотропную  функцию сердца и на атриовентрикулярную проводимость

и в меньшей степени на гладкие мышцы сосудов;  нифедипин оказывает

большее  воздействие  на  гладкие  мышцы  сосудов  и  меньшее - на

функцию сердца; дилтиазем в равной степени влияет на гладкие мышцы

сосудов  и  проводящую  систему;  нимодипин обладает избирательным

цереброваскулярным действием.

Активаторы К -каналов  участвуют  в  механизме  их  открытия ивыхода ионов К  из клетки.  Если этот процесс происходит в гладкихмышцах  сосудов,  то развивается гиперполяризация мембраны,  тонус

мышц уменьшается и снижается артериальное давление. Такой механизм

гипотензивного действия характерен для миноксидила.