prakt_mdf_1

УДК 612.1/.(076.5)

ББК ________

П__

Авторы: проректор по научной работе УО «ГрГМУ», д-р мед. наук, проф. В.В. Зинчук;

зав. каф. нормальной физиологии УО «ГрГМУ», доц., канд. мед. наук О.А. Балбатун; доц. каф. нормальной физиологии УО «ГрГМУ», канд. мед. наук Ю.М. Емельянчик;

доц. каф. нормальной физиологии УО «ГрГМУ», канд. мед. наук Л.В. Дорохина;

ст. препод. каф. нормальной физиологии УО «ГрГМУ», канд. мед. наук С.Д. Орехов; ассистент каф. нормальной физиологии УО «ГрГМУ», канд. мед. наук С.В. Глуткин.

Рецензенты: профессор кафедры нормальной физиологии УО «Витебский государственный медицинский университет», доктор медицинских наук Кузнецов В.И.

профессор кафедры нормальной физиологии УО «Белорусский государственний медицинский университет», доктор медицинских наук Переверзева В.А.

Практикум по нормальной физиологии : учебное пособие в 2-х ч. / В.В. П__ Зинчук [и др.]. – Гродно: ГрГМУ, 2013. – Ч. I. – 312 с.

Предназначено для студентов медицинских вузов медико-диагностического факультета. Составлено согласно действующей типовой учебной программы по нормальной физиологии, утвержденной МЗ РБ. Курс изложен в виде теоретической и практической частей.

Данное издание защищено авторскими правами. Материалы практикума не могут быть копированы, сохранены или воспроизведены без письменного разрешения издательства и авторов.

УДК 612.1/.(076.5) ББК ________

2

Тема раздела:

ЗАНЯТИЕ №1: ВВЕДЕНИЕ. СИСТЕМА КРОВИ, ЕЕ СВОЙСТВА И ФУНКЦИИ. КЛИНИКО-ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ КРОВИ

ЦЕЛЬ ЗАНЯТИЯ: Усвоить цели и задачи предмета нормальной физиологии. Изучить функции эритроцитов, лейкоцитов, тромбоцитов, методы определения их количества в периферической крови человека.

Физиология является одним из важнейших разделов биологических наук, составляет теоретическую основу медицины. Это завершающая учебная дисциплина доклинического медико-биологического образования студентов медиков. Глубокое знание закономерностей функционирования различных органов, систем и механизмов их регулирования обеспечивает успешное изучение других предметов: патологической физиологии, фармакологии, клинических дисциплин. Задачей физиологии является глубокое познание функций, для обеспечения возможности активного воздействия на них в желаемом направлении. Существуют различные разделы дисциплины: общая и частная физиология, физиология клетки, сравнительная и эволюционная физиология, экологическая, возрастная, физиология трудовой деятельности, спортивная, патологическая физиология и другие. Нормальная физиология (от греч. phýsis – природа и lógos – слово, учение) – наука, изучающая закономерности, механизмы функционирования и регуляции организма в целом и отдельных его составляющих во взаимодействии с окружающей средой, организацию жизненных процессов на различных структурно-функциональных уровнях. Появление ее как науки связано с выходом в свет книги Уильяма Гарвея «Анатомические исследования о движении сердца и крови у животных» (1628 год). В первой половине XX века в физиологии стал превалировать целостный подход к изучению организма. Важную роль в становлении этого принципа сыграли работы И.П. Павлова и учеников его школы. Было установлено, что целостность организма обеспечивается взаимодействием всех клеток, тканей, органов благодаря активности интегрирующих систем - нервной, эндокринной, иммунной.

Физиологический механизм – совокупность различных процессов, обеспечивающих формирование определенной функции. Функция (от лат. function – деятельность) – специфическая активность различных структур по обеспечению жизнедеятельности целого организма. Организм с помощью собственных механизмов изменяет интенсивность функционирования органов и систем согласно своим потребностям в различных условиях жизнедеятельности. Регуляция функций – это направленное изменение активности работы органов, тканей, клеток для достижения полезного результата согласно потребностям организма в различных условиях жизнедеятельности. Выделяют различные еѐ виды. Регуляция по отклонению – механизм, при котором любое изменение от оптимального уровня регулируемого показателя инициирует деятельность соответствующих компонентов функциональной системы к восстановлению его значения к исходному уровню. Регуляция по опережению – механизм, при котором регулирующие процессы активируются до начала изменения соответствующего параметра на основе информации, поступающей в нервный центр функциональной системы и сигнализирующей о возможном его изменении. Саморегуляция функций – вид регуляции, при котором организм с помощью непосредственно собственных механизмов изменяет интенсивность функционирования органов и систем в соответствии со своими потребностями в различных условиях жизнедеятельности.

Функциональная система – это саморегулирующаяся организация, динамически и избирательно объединяющая ЦНС и периферические органы, ткани на основе нервной и гуморальной регуляции для достижения полезного приспособительного результата. Теория сформулирована в 1935 г. П.К. Анохиным. Функциональная система включает следующие

5

компоненты: полезный приспособительный результат, рецептор результата, обратную афферентацию, идущую от рецепторов результата в центральные образования функциональной системы, центральные механизмы регуляций, исполнительные соматические, вегетативные и эндокринные компоненты. Системообразующим фактором функциональной системы является полезный приспособительный результат, которым могут быть поддержание и восстановление гомеостаза, результаты поведенческой деятельности, удовлетворяющие физиологические, социальные и духовные потребности человека. Для его достижения организуется совокупность различных органов, тканей и клеток, принадлежащих к различным системам и взаимодействующих (взаимосодействующих) между собой. В отличие от рефлекторной дуги, представление о функциональной системе не ограничивается каким-то действием (например, сокращением мышц), а фиксирует внимание на результате этого действия. Важным звеном функциональной системы является «обратная афферентация», т.е. пути, по которым идут сообщения обратно в ЦНС о достижении полезного результата. Обратная афферентация может осуществляться от рецепторов эффектора, по нервным путям (нервная регуляция), а также с кровью к центральным рецепторам (гуморальные влияния). Нервный центр, участвующий в организации функциональной системы, обычно представляет собой совокупность многих центральнонервных структур, расположенных на разных уровнях ЦНС. Эфферентные пути также, в отличие от схемы рефлекторной дуги, могут включать нервную и гуморальную сигнализацию, передающуюся из ЦНС по различным соматическим и вегетативным нервам, с подключением гормонального звена и распространяющуюся ко многим внутренним органам и тканям (вегетативная регуляция), а также приспосабливающую к потребностям организма его поведение (поведенческая регуляция). Обратная связь в функциональной системе – передача информации о фактических параметрах состояния объекта в органы управления функциональной системы. Обязательным компонентом и условием жизни является адекватный обмен веществ. Функциональные системы должны создавать определенные условия для обмена веществ, энергии и информации как внутри организма, так и с внешней средой, как в условиях покоя, так и активной деятельности организма, в процессе взаимодействия организма с постоянно изменяющимися условиями внешней среды. Рефлекс – это ответная реакция организма на раздражение, осуществляемая c участием нервной системы. Рефлекторная дуга – это последовательно соединенная цепь нейронов, обеспечивающая реакцию на раздражение (рефлекторная дуга состоит из афферентного, центрального и эфферентного звеньев, связанных между собой синапсами).

Внутренняя среда характеризуется относительным постоянством состава и условий. «Постоянство внутренней среды есть условие независимого существования организма» (К. Бернар). Оно поддерживается различными механизмами, под которыми понимают не только физиологические процессы, поддерживающие устойчивое состояние организма, но и механизмы регуляции, в некоторых пределах изменяющие эти состояния. Внутренние среды организма: внутриклеточные; внеклеточные: экстравазарные (межтканевая жидкость, внутрисуставная, внутриплевральная, внутримозговая) и интравазарные (кровь, лимфа).

В 1939 г Г.Ф. Ланг ввѐл понятие «система крови», которое включает периферическую кровь, органы кроветворения, органы кроверазрушения и нейрогуморальный аппарат регуляции. Система крови выполняет транспортную функцию (газотранспортную, трофическую, экскреторную), регуляторную, гомеостатическую, терморегуляторную, защитную, гемостатическую. Кровь состоит из плазмы бледно-жѐлтого цвета (плазма без фибрина – сыворотка) и форменных элементов (эритроцитов, лейкоцитов, тромбоцитов). Масса крови у взрослого человека составляет 6,0-8,0% массы тела, у новорожденных – до 1015%. Объем увеличивается с 200-350 мл при рождении до 3500-5000 мл в зрелом возрасте. Гематокрит (Hct) – отношение форменных элементов к общему объему крови. Этот показатель может существенно варьировать в зависимости от условий внутренней и внешней среды (в норме у мужчин Hct – 40-48%, у женщин 36-42%). Плазма состоит из воды (90-91 %), белков (6,5-8 %) и низкомолекулярных веществ (около 2 %). В состав плазмы входят как

6

электролиты, так и неэлектролиты. Электролиты: катионы (натрий, калий, кальций, магний), анионы (хлор, бикарбонат, фосфат, белки); неэлектролиты: глюкоза, мочевина, небелковый азот, жиры, стероиды, фосфолипиды. В плазме содержится около 50 различных гормонов, ферментов и витаминов, в большом количестве присутствуют продукты обмена веществ, такие кислоты, как молочная, пировиноградная, угольная, а также мочевина, СО2, О2 и микроэлементы – медь, йод, кобальт, железо и др.

Форменные элементы крови – морфологически и функционально дифференцированные клетки крови: эритроциты; лейкоциты (гранулоциты – эозинофилы, базофилы, нейтрофилы; агранулоциты – моноциты, лимфоциты); тромбоциты.

Эритроциты – наиболее многочисленная фракция клеток, их количество – (4,0-5,0) х 1012/л. Общее число в крови взрослого человека (25-30) х 1012 клеток Увеличение количества эритроцитов называется эритроцитозом, а уменьшение – эритроцитопенией. Истинный эритроцитоз – увеличение числа эритроцитов вследствие усиленного их образования; поступление из депо ведет к распределительному эритроцитозу. Эритроциты специализированные клетки по переносу кислорода благодаря наличию в них дыхательного пигмента – гемоглобина. Они являются безъядерными, имеют двояковогнутую форму, способствующую лучшей диффузии газов (О2, СО2), так как площадь поверхности эритроцита при этом больше, а внутриклеточное диффузионное расстояние меньше. Отсутствие ядра существенно снижает внутриклеточное потребление кислорода (более чем в 200 раз), таким образом, обеспечивая кислородом весь организм, сами эритроциты потребляют минимальное его количество. Общая площадь поверхности всех эритроцитов взрослого человека составляет примерно 3800 м2 (в 1,5 тыс. раз больше поверхности тела). Как правило, эритроциты имеют определенный отрицательный заряд (дзета-потенциал). Эритрон – совокупность эритроцитов периферической крови, органов эритропоэза и эритроциторазрушения.

Деформируемость эритроцитов – способность данных клеток изменять свою форму под действием внешней силы. Эритроциты способны удлиняться при деформации в 2-3 раза. Безъядерные эритроциты человека и других млекопитающих способны к деформации в большей мере, чем эритроциты, имеющие ядра (например, птичьи). Дисковидный эритроцит легко проходит через капилляры диаметром 3 мкм. Деформируемость эритроцитов имеет важное значение для оксигенации тканей. Согласно расчѐтам Шмид-Шонбайна, участок ткани млекопитающих размером 100 х 100 х 1000 мкм имеет 16 капилляров, а у других позвоночных в этом объѐме содержится только один капилляр. В результате этого площадь активной диффузии газов возрастает в 4 раза при 4-кратном снижении диффузионного расстояния; диффузионный поток при этом, по закону Фика, возрастает в 16 раз. Деформация эритроцитов при прохождении через капилляры усиливает внутриклеточную конвекцию кислорода, дезокси- и оксигемоглобина. Способность эритроцитов к деформации оказывает существенное влияние на вязкость крови, еѐ свойства как неньютоновской жидкости и феномен Фареуса-Линдквиста. Деформируемость эритроцитов является фактором, лимитирующим продолжительность их жизни в циркуляции. Нормальные эластичные эритроциты свободно проходят через капилляры малого диаметра и отверстия венозных синусов селезѐнки. Старые, неэластичные эритроциты задерживаются в этих синусах, подвергаются деструкции и в конечном счѐте лизируются. Способность эритроцита к деформации определяется, прежде всего, свойствами его плазматической мембраны (еѐ белковым каркасом, или цитоскелетом, состоящим из микротрубочек и микрофиламентов, в некоторой степени, липидами мембраны (их фазовым состоянием) и кооперативными свойствами всех компонентов мембраны). Белок спектрин, входящий в состав мембраны, располагается на ее внутренней стороне, непосредственно над цитоплазмой, образуя упругую выстилку, благодаря которой эритроцит обладает высокой деформируемостью, изменяя форму при движении в узких капиллярах и при колебаниях рН, температуры, осмотических показателей. Поддержание формы клеток обеспечивается за счет энергии

7

содержащейся в них АТФ, которая образуется в процессе гликолиза, поэтому эритроциты активно потребляют глюкозу.

Продолжительность жизни эритроцитов в циркуляции у взрослых людей составляет 100-120 суток, ежесуточно обновляется около 1% эритроцитов. Ежеминутно разрушается около 108 клеток и столько же образуется им на смену. Обновление ускоряется в условиях недостатка кислорода (гипоксии), после кровопотерь, при разного рода анемиях. Непосредственными предшественниками эритроцитов являются ретикулоциты – уже безъядерные клетки, образующиеся в костном мозгу из ядросодержащих эритробластов. По мере старения эритроцитов содержание сиаловых кислот, гликопротеинов в мембране эритроцитов убывает, групповая специфика оказывается нарушенной. Белки-рецепторы в кровеносных сосудах селезенки и печени реагируют на такие клетки, как на чужеродные, и разрушают их, в частности, путем фагоцитоза. При эритрофагоцитозе происходит накопление железа в форме гемосидерина и ферритина, который может реутилизироваться эритробластами. Эритрофагоцитоз (erythrophagocytosis; эритро- + фагоцитоз) – процесс поглощения и разрушения эритроцитов клетками системы макрофагов с образованием зерен гемосидерина.

Лейкоциты или белые кровяные тельца – бесцветные клетки крови, имеющие ядра и не содержащие гемоглобина в 1 л крови (4,0 – 9,0) х 109. Количество лейкоцитов в крови в значительной степени колеблется из-за их способности мигрировать из крови в ткани и обратно (последнее характерно для лимфоцитов), а также за счет выхода депонированных клеток из кроветворных органов, селезенки, легких. Лейкоциты способны к амѐбоидному движению (скорость движения – до 40 мкм/мин), миграции через стенки кровеносных сосудов (диапедез). Хоуминг – способность клеток крови к миграции в определенный участок ткани. В лейкоцитах содержатся особые ферменты – протеазы, пептидазы, липазы, диастазы, нуклеазы, фосфатазы и др., играющие роль в защите организма от инфекций. Исследуя мазок крови, составляют лейкоцитарную формулу – соотношение разных форм лейкоцитов в капле крови. Функции лейкоцитов в организме различны. Нейтрофилы – самая многочисленная группа лейкоцитов. Продолжительность жизни до 6 дней, богаты гранулами, содержащими много ферментов (нуклеазы, эластазы, коллагеназы, лизоцим, воспалительные цитокины). Основная функция нейтрофила – фагоцитоз. В крови циркулирует 1% нейтрофилов, остальные мигрируют в ткани. Нейтрофилы выпускают псевдоподии (ложноножки) и проходят через стенку сосуда. Один нейтрофил способен фагоцитировать 20-30 бактерий. Базофилы тоже относятся к гранулоцитам. Эти клетки синтезируют: гепарин, гистамин, серотонин, простагландины, фактор активации тромбоцитов (ФАТ), тромбоксаны, лейкотриены, фактор хемотаксиса эозинофилов. Гистамин расширяет сосуды, улучшает кровоток в капиллярах, что важно после воспаления в фазу регенерации (восстановления). Гепарин препятствует свертыванию крови, обладает противоболевым действием. Эозинофилы в кровотоке находятся до 12 часов, после чего мигрируют в ткани, где живут 10-12 суток. Их гранулы содержат много ферментов – главный щелочной белок, гистаминазу, эластазу, коллагеназу, катепсин, РНКазу. Эозинофилы обладают фагоцитарной активностью, обеспечивают противогельминтный иммунитет, препятствуют проникновению антигена (чужеродного белка) в кровь, активно разрушают гистамин, участвуют в свертывании крови, за счет активации калликреинкининовой системы. Моноциты относятся к агранулоцитам, способны к фагоцитозу (тканевой макрофаг уничтожает до 100 бактерий). Моноциты появляются в очаге воспаления после нейтрофилов, они активны в кислой среде, в которой нейтрофилы теряют свою активность. Моноциты секретируют много ферментов (интерферон, комплемент), выполняют функции антигенпрезентирующих клеток, участвуют в противораковом и противоинфекционном иммунитете. Комплемент – это цитолитический комплекс, образуемый из белков плазмы и обеспечивающий протекание реакции антиген-антитело.

Все лимфоциты делят на 3 группы: Т-лимфоциты (тимусзависимые), В-лимфоциты (бурсазависимые) и нулевые.

8

Лимфоциты представляют собой центральное звено иммунной системы организма. Они отвечают за формирование специфического иммунитета и осуществляют функцию иммунного надзора в организме, обеспечивая защиту от всего чужеродного и сохраняя генетическое постоянство внутренней среды. Лимфоциты обладают удивительной способностью различать в организме свое и чужое вследствие наличия в их оболочке специфических участков - рецепторов, активирующихся при контакте с чужеродными белками. Они осуществляют синтез защитных антител, лизис чужеродных клеток, обеспечивают реакцию отторжения трансплантата, иммунную память, уничтожение собственных мутантных клеток и др. С помощью сложных методов выращивания на искусственных средах выявлены такие формы, как Т- и В-лимфоциты, клетки-киллеры (убийцы), хелперы (помощники), супрессоры (угнетатели), нулевые лимфоциты. Т- лимфоциты обеспечивают клеточный иммунитет. Функция В-лимфоцитов – создание гуморального иммунитета путем выработки антител. Нулевые лимфоциты переходят в Т- или В-лимфоциты. Они отличаются от других лейкоцитов тем, что живут не несколько дней, а 20 и более лет (некоторые на протяжении всей жизни человека).

Апоптоз – физиологический процесс программируемой гибели клеток. Фагоцитоз – захват и элиминация лейкоцитом микроорганизмов или инородных субстанций. Антитела – -глобулины крови, взаимодействующие с определенными антигенами и обезвреживающие микроорганизмы и чужеродные белки. Интегрины – семейство мембранных белковрецепторов внеклеточного матрикса, обеспечивающих клеточную адгезию (например, фибронектин, ламинин). Цитокины – белки, вырабатываемые клетками и выполняющие

функцию межклеточных медиаторов при иммунном ответе (например, интерлейкины). Полезным приспособительным результатом функциональной системы, определяющей

оптимальное количество форменных элементов крови, является оптимальный для метаболизма уровень форменных элементов. Значения этих параметров могут широко колебаться: суточные колебания, физическая и эмоциональная нагрузка, изменение положения тела (физиологический эритроцитоз, лейкоцитоз и т.д.). Рецепция результата осуществляется интерорецепторами, контролирующими содержание форменных элементов и находящимися, главным образом, в костном мозге, селезенке, лимфатических узлах. Центральное звено системы предположительно находится в гипоталамической области. Получая информацию об изменении количества форменных элементов крови, центральный аппарат включает ряд нервных и гуморальных исполнительных механизмов. Различные эффекторные механизмы этой системы вносят неодинаковый вклад в формирование оптимального количества форменных элементов. Ведущим звеном в саморегуляции данной константы является соотношение между процессами гемопоэза и кроворазрушения. Кроме того, имеет значение сосудистый компонент, через изменение скорости кровотока, объема депонирования, гемореологических свойств (деформируемости эритроцитов), долгосрочные механизмы регуляции, степень их интеграции. Для данной функциональной системы характерно наличие не только внутреннего звена саморегуляции, а также местного

содержатся специфические субстанции, так для стимуляции лейкопоэза – лейкопоэтины. Важное значение в регуляции количества лейкоцитов принадлежит гормональным факторам. Существуют, соответственно, факторы, активирующие тромбоцитопоэз – тромбоцитопоэтины. В регуляции содержания эритроцитов важную роль играет эритропоэтин – глюкопротеид, синтезируемый в основном в почках и стимулирующий эритропоэз (появляется в крови при кислородном голодании). Основное место его синтеза – юкстагломерулярный аппарат почки. Эритропоэз активируется АКТГ, СТГ, тироксином и андрогенами. Эти факторы, кроме гормона роста, стимулируют эритропоэз через увеличение скорости образования эритропоэтина, кроме того, андрогены могут действовать непосредственно на костный мозг. Ингибирование эритропоэза вызывают эстрогены. Известно также, что на эритропоэз влияют некоторые отделы ЦНС: раздражение задних

9

частей гипоталамуса увеличивает образование эритропоэтина, а разрушение супраоптических ядер гипоталамуса ингибирует эритропоэз. Выявлен особый гипоксический индуцибельный фактор (HIF-1), который активирует образование эритропоэтина. Данный фактор есть гетеродимер, состоящий из и β субъединиц. Специфической мишенью белка, продуцируемого геном VHL, является транскрипционный фактор HIF-1, который обеспечивает адаптацию к гипоксии и стимуляцию ангиогенеза. В присутствии кислорода белок VHL вызывает убиквитинизацию и деградацию HIF-1. Белки, меченные убиквитином (ubiquitin – от лат. "ubique" – "везде"), легко распознаются внутри клетки и очень быстро расщепляются, убиквитиновая регуляция является необратимой. Убиквитинизация является "спусковым крючком" процесса разложения протеинов, эта метка, образно названная "поцелуем смерти", сигнализирует, что в протеасомах белок должен быть уничтожен. Однако при гипоксии HIF-1 не гидроксилируется, в результате чего его содержание в клетке увеличивается, это ведет к повышению транскрипции его генов-мишеней, кодирующих эритропоэтины, транспортеры глюкозы, гликолитические энзимы и др.

ВОПРОСЫ ДЛЯ ПОДГОТОВКИ:

1.Предмет нормальной физиологии, основные цели и задачи. Физиология как теоретическая основа медицины. Роль и значение предмета нормальной физиологии для изучения клинических дисциплин. Исторические этапы развития нормальной физиологии.

2.*Основные принципы изучения физиологии. Методы физиологических исследований. Особенности проведения физиологического эксперимента. Этический аспект обучения, альтернативные и др. методы.

3.Молекулярно-генетический уровень организации физиологических функций. Полиморфизм генов.

4.*Понятие о регуляции функций организма (гуморальная, гормональная, нервная). Основные понятия физиологии: рефлекс, рефлекторная дуга, функциональная система по П.К. Анохину, гомеостаз, адаптация и др.

5.Понятие о системе крови. Основные функции крови.

6.Основные физиологические константы крови и механизмы их регуляции.

7.Современные клинико-лабораторные методы исследования системы крови. Показатель гематокрита.

8.Общая характеристика и функции форменных элементов: эритроцитов, лейкоцитов, тромбоцитов.

9.Основные правила техники безопасности при обучении на кафедре нормальной физиологии.

10