Физиология возбудимых тканей

1. ЛЕКЦИЯ 1

ОБЩАЯ
ФИЗИОЛОГИЯ
ВОЗБУДИМЫХ
ТКАНЕЙ
Лектор: доцент
М.В. Андреевская

2. I

ПРЕДМЕТ
И МЕТОД
ФИЗИОЛОГИИ

3. ЧТО ТАКОЕ ФИЗИОЛОГИЯ?

– природа
logos – знание
physis
Жизнь
логика
исследование

4. ФИЗИОЛОГИЯ

Наука о функциях
живых систем
и механизмах
их регуляции
functio – деятельность

5. ЖИВЫЕ СИСТЕМЫ: ОТ КЛЕТКИ ДО ОРГАНИЗМА

6. МЕСТО ФИЗИОЛОГИИ В СИСТЕМЕ НАУК

Хирургия
Анестезиология
реаниматология
Терапия
Патологическ
аяанатомия
Патофизиологи
я
Клиниче Клини Клиниче
ская
ческая
ская
генетика иммун биохими
ология
я
Морфология
ФИЗИО
ЛОГИЯ
Генетик
а
Физика
Инфекционные
болезни
Иммун Биохими
ология
я
Химия
Математика и логика

7.

Физиология – это научный
стержень, на котором держатся
все медицинские науки.
Клод Бернар
Физиология истинное
объяснение жизни.
Артур К. Гайтон

8. Задачи физиологии

Изучение функционирования организма,
его частей, их взаимодействия
Изучение адаптации организма к
внешним условиям
Изучения особенностей
функционирования организма в
онтогенезе
Создания теории здоровья и здорового
образа жизни
Связь с другими науками

9. Основный этапы развития физиологии

Древняя физиология ( 6 в
до н.э.) формировались на
врачебных и философских
школах Гиппократа,
Галена, Аристотеля

10. Ιπποκράτης, Hippokrátēs, Hippocrates ок. 460 –370/77 до Р.Х.

ТЕМПЕРАМЕНТЫ:
•ХОЛЕРИК
•САНГВИНИК
•ФЛЕГМАТИК
•МЕЛАНХОЛИК

11. Ἀριστοτέλης, Aristotélēs, Aristoteles, Aristotle, 384–322 до Р.Х.

История животных
Происхождение животных
Части животных
О долгой и краткой жизни
Связь между структурой
и функцией
Догадки об аэрации
воздуха в легких
и существовании
капилляров

12. Claudius Galenus, ~129–200

600 сочинений,
из них 129 сохранилось
Симпатический ствол,
n. vagus
Артерии переносят воздух
Мозг выделяет
охлаждающую слизь
Кровь пропотевает из
одной половины сердца в
другую
Вскрывал свиней и коз

13. Avicenna, Abū Alī al-Ḥusayn ibn Abd Allāh ibn Sīnā, 980-1037

В книге
Канон
врачебной
науки
описал
функции
различных
органов

14. Метод физиологии – эксперимент

15. William Harvey, 1578–1657

Expercitatio anatomica de motu
cordis et sanguinis in
animalibus (Анатомическое
исследование о движении
сердца и крови у животных,
1628):
кровь движется по
замкнутому пути под
давлением, создаваемым
сердцем
малый (легочный)
и большой круги
кровообращения
подсчитал суточный дебит
сердца (ошибся в 30 раз)
животные и растения
развиваются из яйца
предсказал существование
капилляров

16. Jiří Procháska – Georg Prochaska 1749-1820

Рефлекс (1784)
Рефлекторная
дуга
НС – посредник
между внешней
средой и
организмом
Учебник
физиологии

17.

РОССИЙСКАЯ
ФИЗИОЛОГИЯ
В XIX СТОЛЕТИИ

18. Александр Петрович Загорский 1846

«Преподавание физиологии до сих пор
ограничивалось только словесным
изложением этого важного предмета, между
тем как производство опытов составляет
теперь необходимую потребность
физиологического курса. Физиология
составляет одно из главных оснований
медицины. Будучи наукою самостоятельною,
она принимает в себя факты наук
естественных и в опытной части своей
заимствует от них методы исследований».

19. Иван Михайлович Сеченов 1829–1905

функции опорно-
двигательного
аппарата
газы крови
Рефлексы головного
мозга (1863)
Кому и как
разрабатывать
психологию (1873)
Элементы мысли
(1878)

20. Филипп Васильевич Овсянников (1827–1906)

локализация
сосудодвигательного
центра в
продолговатом
мозге (1871)

21. Илья Фаддеевич Цион 1842–1912

с Людвигом описал нерв-
депрессор –
центростремительный
нерв, при раздражении
которого урежаются
сердечные сокращения
и снижается АД (1866)
руководство по методам
исследования
десятки книг на трех
языках
учитель Павлова

22. Иван Петрович Павлов 1849–1936

лаборатория при клинике
С.П. Боткина в ВМА
О центробежных нервах
сердца (1883)
Лекции о работе главных
пищеварительных желез
(1897)
Нобелевская премия 1904
условный рефлекс, высшая
нервная деятельность
Двадцатилетний опыт
объективного изучения
высшей нервной
деятельности животных
(1923)

23. ФИЗИОЛОГИЯ В НАШЕМ ВУЗЕ

1909-1919 Вартан Иванович Вартанов
1919-1939 Федор Евдокимович Тур
КГР
орг
1939-1971 Юлий Михайлович Уфлянд
1971-1997 Ратмир Сергеевич Орлов
хронкс
лимф
1997-2007 Геннадий Иванович Лобов
лимф
2008 Александр Тимурович Марьянович

24. СНО

10 сентября
16.45
9 пав. 1 этаж
( лекционная аудитория
слева)

25.

ПОНЯТИЕ О
РАЗДРАЖИМОСТИ И
ВОЗБУДИМОСТИ

26. Животное электричество

Луиджи Гальвани (1737-1798)

27.

РАЗДРАЖИТЕЛЬ
фактор внешней или
внутренней среды,
воздействующий
на живую ткань
и вызывающий
ответную реакцию

28. РАЗДРАЖИМОСТЬ:

СПОСОБНОСТЬ ЖИВОЙ
СТРУКТУРЫ (КЛЕТКИ, ТКАНИ,
ОРГАНА) ИЗМЕНЯТЬ СВОЮ
ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТЬ ПОД
ВЛИЯНИЕМ РАЗДРАЖИТЕЛЕЙ.

29.

РАЗДРАЖЕНИЕ:
• процесс
воздействия
раздражителя
• результат такого
воздействия

30. РАЗДРАЖИТЕЛИ

ВНЕШНИЕ
ВНУТРЕННИЕ
АДЕКВАТНЫЕ
НЕАДЕКВАТНЫЕ
ФИЗИЧЕСКИЕ
ХИМИЧЕСКИЕ
БИОЛОГИЧЕСКИЕ

31.

ВОЗБУДИМОСТЬ
способность
специализированных тканей
отвечать
на действие
раздражителей

32.

ВОЗБУЖДЕНИЕ
переход клетки
из состояния покоя
в состояние активности,
сопровождающееся
возникновением
специфического ответа
(ПД, сокращения, секреции)

33. Действие раздражителя на ткань

Слабые (подпороговые) раздражители
вызывают местную изменение заряда
клеточной мембраны - локальный ответ
Сильные (пороговые и надпороговые)
раздражители вызывают появление
потенциала действия

34.

ОЦЕНКА
ВОЗБУДИМОСТИ

35. ВОЗБУДИМОСТЬ

способность специализированных
тканей особым образом отвечать на
действие раздражителей
специализированные (возбудимые)
ткани: нервная, мышечная,
железистая (и рецепторы) потенциал
действия, сокращение, секреция,
рецепторный потенциал
хорошо измеряется количественно

36.

ПОРОГ ВОЗБУЖДЕНИЯ
минимальная
интенсивность
раздражителя,
вызывающая
возбуждение
(чем ниже порог, тем
выше возбудимость)

37. Кривая «сила-длительность»

Кривая «силадлительность»
Зависимость
пороговой силы раздражителя
от времени его действия
(закон силы - длительности)
Уменьшение хронаксии
характеризует повышение
возбудимости.
Норма Хронаксии мышц
конечностей 0,1-0,7 мс

38. РЕОБАЗА

–
РЕОБАЗА
минимальная сила
раздражителя, способная
вызвать ответную реакцию
при неограниченном
времени воздействия

39. ПОЛЕЗНОЕ ВРЕМЯ

минимальное время,
в течение которого
должен действовать
раздражитель
интенсивностью в одну
реобазу, чтобы вызвать
ответную реакцию

40. ХРОНАКСИЯ

минимальное время,
в течение которого должен
действовать раздражитель
интенсивностью в две
реобазы, чтобы вызвать
ответную реакцию
(применяется в неврологии)

41.

Все электрические
процессы в клетке
разворачиваются
на плазматической
(поверхностной)
мембране

42.

КАНАЛЫ В
КЛЕТОЧНОЙ
МЕМБРАНЕ

43. Нобелевская премия 1991 года в области физиологии и медицины

Эрвин Нейер Берт Сакманн
«за открытия в области работы
одиночных ионных каналов»

44. МЕМБРАНА (ЦИТОЛЕММА)

45. ФУНКЦИИ МЕМБРАНЫ

БАРЬЕРНАЯ
ТРАНСПОРТНАЯ
РЕЦЕПТОРНАЯ
РЕГУЛЯТОРНАЯ
КОНТАКТНАЯ
ИНФАРМАЦИОННАЯ

46. МЕМБРАНА (ЦИТОЛЕММА)

47. Для того, чтобы ионы могли двигаться через мембрану необходимо иметь мембранные структуры, сообщающие вне- и внетриклеточную

среду (ионные каналы)
1-1000 каналов на квадратный
микрометр мембраны

48. Как выглядит ионный канал?

Центральная водная
пора
Устья канала
Ворота

49. Ионные каналы

•интегральные белки,
обеспечивающие
пассивный транспорт
•по концентрационному
или электрическому
градиенту
•за 1 с до 20 млн ионов

50. ПРОНИЦАЕМОСТЬ КЛЕТОЧНОЙ МЕМБРАНЫ

водорастворимые – по (водным)
каналам или с переносчиком (белком)
жирорастворимые (липофильные,
гидрофобные) – сквозь мембрану
простой диффузией (алкоголь, героин)

51. ТРАНСПОРТ

пассивный –
диффузия,
по градиенту
активный –
с переносчиком
против градиента
облегченная
диффузия –
с переносчиком
по градиенту

52. ГРАДИЕНТЫ

концентрационный
электрохимический

53.

Потенциалзависимый
ТТХчувствительный Na-канал

54.

55. УПРАВЛЯЕМЫЕ КАНАЛЫ

Имеют ворота
В покое большинство их
закрыто
Регулируются внешними
сигналами
Участвуют в генерации ПД

56. Диффузия через канал

Канал : открыт = активирован,
закрыт = инактивирован,
готов к открытию = активации
Движущая сила – градиент концентрации

57. СВОЙСТВА ИОННЫХ КАНАЛОВ

через узкую пору не
могут пройти большие
ионы
только одиночные
ионы могут
беспрепятственно
проходить через канал
участки канала имеют
разный заряд

58. Свойства ионных каналов

•Селективность – проходит
только 1 вид ионов: Na+, K+,
Ca2+, Cl• Состояния: закрытое,
открытое, инактивированное
•Переходить в состояние
инактивации могут только Naи Ca-каналы

59. Два основных типа ионных каналов

Каналы покоя открываются в покое без
влияния внешних факторов.
Функции: участвуют в поддержании
мембранного потенциала покоя и
проницаемы для ионов К или Сl.
Большинство (управляемых)-каналов
имеют ворота в покое закрыто.
Функции: участвуют в генерации
электрических сигналов.

60. Неуправляемые ионные каналы

Неуправляемые (не имеющие ворот) ионные каналы
открыты постоянно
при нормальном МП и создают возможность
диффузии ионов через мембрану.
Эта диффузия не приводит к выравниванию
концентраций ионов, т.к. постоянно работает
Na+/K+ насос и создает концентрационные
градиенты.

61. КАНАЛЫ

потенциалозависимые
рецепторзависимые
механочувствительные

62.

Виды управляемых ионных каналов
хемопотенциалмеханочувствительные
чувствительные
чувствительные
внеклеточные внутриклеточные
+++
+++
out
---
---
in
закрыты
открыты
+
+
out
-
-
in
Мембранный потенциал
Молекула связывается с каналом
Растяжение

63. ПОТЕНЦИАЛ- ЧУВСТВИТЕЛЬНЫЕ КАНАЛЫ

ПОТЕНЦИАЛЧУВСТВИТЕЛЬНЫЕ КАНАЛЫ
Na
K
Ca
Cl
Быстрые и
медленные (мс)
Открываются
при изменении МП

64. Межклеточная и внутриклеточная сигнализация

Рецепторы (мембранные!) могут
располагаться как на внешней, так и на
внутренней поверхности мембраны, а
также в ядре клетки
Лиганды – сигнальные молекулы :
гормоны, медиаторы, БАВ.
После доставки к рецептору на мембране
клетки-мишени молекула лиганда
связывается с ним и изменяет активность
клетки.

65.

G-протеин связанные рецепторы

66. Вторичные мессенджеры (посредники)

2+
Ca
cAMP : Циклический
аденозинмонофосфат
cGMP :Циклический
гуанозинмонофосфат
IF3 : Инозитол – 3 - фосфат
DAG: Диацилглицерол

67. 2 ВИДА РЕЦЕПТОРОВ В ОРГАНИЗМЕ:

Раздражитель
Рецептор
Возбуждение
в НС
Рецепторы –
Сенсорные – в НС: зрительные,
слуховые, тактильные и т. д . Это клетка
или ее часть.
Мембранные – на мембране клетки.
Это молекула, взаимодействующая с
сигнальной молекулой - раздражителем.

68.

КОНЦЕНТРАЦИОННЫЙ
ГРАДИЕНТ
Чтобы ионы могли
двигаться сквозь
мембрану, необходимо
создать разность
их концентраций снаружи
и внутри клетки

69.

А- - органические анионы

70. Na/K насос

Na+
K+

71. Активация (открытие) каналов

72. БЛОКАТОРЫ КАНАЛОВ

Na+ каналы
К+ каналы
Са2+ каналы
Тетродотоксин
Сакситоксин
Тетраэтиламмоний
Двухвалентные
катионы
Дигидропиридины
(нифедипин)
Фенилалкиламины
(верапамил)
Бензо
тиазепины
(дилтиазем)
Лидокаин
Кокаин
Тетракаин
Прокаин
4-аминопиридин
Ибериотоксин

73.

БИОПОТЕНЦИАЛЫ

74. Биопотенциалы:

Инициируют специфическую
деятельность ткани (активацию нейрона,
сокращение мышцы, сердца и др.).
Изменяя параметры ПД, можно изменять
(и выключать) эту деятельность.
Характеризуют параметры
возбудительного процесса,
следовательно используются для
диагностики ( ЭКГ, ЭЭГ, ЭМГ).

75. Биоэлектрические явления:

Формируются за счет транспорта
ионов через мембрану
возбудимой клетки.
Структуры мембраны,
участвующие в
биоэлектрических процессах:
каналы, насосы, рецепторы.
Основные ионы:
CL- .
К+, Na+, Ca++,

76. ПОТЕНЦИАЛЫ:

МЕМБРАННЫЙ (ИЛИ
ПОТЕНЦИАЛ ПОКОЯ)
ЛОКАЛЬНЫЙ
ПОТЕНЦИАЛ ДЕЙСТВИЯ

77. Биоэлектрические явления:

Мембранный потенциал – МП, МПП, ПП
Локальный ответ – РП, ГП, ВПСП,ТПСП,
ПКП
Потенциал действия – ПД
ЭМГ
ЭЭГ
ЭКГ
ЭНГ

78. Мембранно-ионная теория

Объясняет электрические изменения
мембраны возбудимой клетки
в состоянии:
покоя
возбуждения
торможения
.

79. ПОТЕНЦИАЛ ПОКОЯ

возникающая в покое
разность электрических
потенциалов между
наружной и внутренней
поверхностью мембраны

80. Покой: регистрация мембранного потенциала (МП)

МП – разность потенциалов между
внутренней и наружной стороной
мембраны клетки

81. ПОТЕНЦИАЛ ПОКОЯ

Б
А
от
-60 до
-90 мВ
Введение электрода
А
0
-30
-60
Б
Мембранный потенциал покоя
Время

82. РЕГИСТРАЦИЯ МПП в мышце

83. Причина МПП

в покое проницаемость
мембраны для K+ >>
таковой для других
ионов

84.

K+ каналы
открыты и
создают на
внутренней
поверхности
отрицательный
заряд
Na+ каналы
в основном
закрыты

85.

А- - органические анионы

86. Движение ионов через каналы

1) химической движущей
силой, которая зависит от
концентрационного
градиента,
2) электрической
движущей силой, которая
зависит от разности
электрического потенциала
на мембране.
Потенциал на мембране,
когда электрическая сила
точно уравновешивается цитоплазма
химической силой и
движение ионов через
канал прекращается
назвали равновесным
потенциалом Е.
Е

87. Равновесные потенциалы(Е) Движущая сила (V- Е)

K-каналы
-95
K+
Na-каналы
+67
Na+
Ca-каналы
+123
Ca++
Cl-каналы
-89 - 47
Cl-
i = gV,
i = g (V- Е)

88.

МПП

89. УСЛОВИЯ ВОЗНИКНОВЕНИЯ МП

ИОННЫЙ ГРАДИЕНТ МЕЖДУ
ЦИТОЗОЛЕМ И ВНЕКЛЕТОЧНОЙ
СРЕДОЙ ( НАТРИЯ, КАЛИЯ)
РАЗНАЯ ПРОНИЦАЕМОСТЬ
МЕМБРАНЫ ДЛЯ ИОНОВ
Na-K НАСОС

90. Na-K НАСОС

91.

МЕМБРАННЫЙ ПОТЕНЦИАЛ
• Отрицательный заряд внутриклеточных органических
анионов сбалансирован K+
• Высокая внутриклеточная концентрация K+
поддерживается Na+-K+ АТФ-азой
• Высокий градиент концентрации K+o 30-40
• В плазматической мембране имеются постоянно
открытые K+-каналы K+ свободно выходит из клетки
• Поскольку K+ выходит из клетки, отрицательный заряд
внутри клетки растет и удерживает выходящий K+
• В покое существует равновесие между
концентрационным и электрохимическим градиентами
K+

92. Изменения МПП

Деполяризация – уменьшение
Гиперполяризация – увеличение
Реполяризация – возвращение к
исходному
0
1
Деполяризация
-30
-60
-90
МПП
Реполяризация
2
Гиперполяризация
Время

93. ЛОКАЛЬНЫЙ ОТВЕТ И ПОТЕНЦИАЛ ДЕЙСТВИЯ

Слабые (подпороговые)
раздражители → местное
изменение заряда мембраны
(локальный ответ)
Сильные (пороговые и
надпороговые) → потенциал
действия

94. ЛОКАЛЬНЫЙ ОТВЕТ

Распространяется на
малые расстояния и
с декрементом
Подчиняется закону
силы
Способен к
суммации

95. Возбуждение: местное = локальный ответ на подпороговый стимул

96. Локальный ответ: 1) не распространяется

Формируется при действии
подпорогового стимула
Деполяризация не достигает КУД
(критического уровня деполяризации),
поэтому он не распространяется.
КУД – минимальный (пороговый)
уровень деполяризации, при котором
открываются все потенциалзависимые
каналы мембраны и генерируется ПД.

97. Локальный ответ:2)

Зависит от силы
раздражителя: в
соответствии с
«законом силы».
«Закон силы» чем больше
стимул, тем
больше
амплитуда
локального
ответа.

98. Локальный ответ

Отдельные локальные ответы способны
суммироваться, при этом амплитуда
возрастает и может достигнуть КУД и вызвать
генерацию ПД.
В разных клетках локальные ответы имеют
разные названия: рецепторный потенциал (РП),
потенциал концевой пластинки (ПКП),
возбуждающий постсинаптический потенциал
(ВПСП).

99. ПОТЕНЦИАЛ ДЕЙСТВИЯ

Быстрое колебание мембранного
потенциала клетки в ответ на
раздражение, сопровождается
изменением знака заряда на
мембране, возникает в результате
открытия потенциал-управляемых
ионных каналов
и появления трансмембранных
ионных токов

100. Генерация ПД

Когда мембрана
деполяризуется до
критического уровня
Критический уровень
деполяризации = -55
мВ
«Все или ничего»

101. Зависимость деполяризации от силы стимула: достижение КУД – генерация ПД.

102. Потенциал действия -

Потенциал действия Кратковременная перезарядка
мембраны
Генерируется в ответ на пороговый
или надпороговый стимул
Фазы:
- деполяризация
- реполяризация
- следовые потенциалы: де- и
гиперполяризация

103. РЕФРАКТЕРНОСТЬ

снижение возбудимости
мембраны в результате
временной инактивации
Na-каналов

104.

105. Потенциал действия (продолжение)

Не зависит от силы
стимула,
подчиняется закону
«Все или ничего».
Не суммируется.
Продолжительность
– 1 – 3 мс,
амплитуда – 120 мВ

106. Деполяризация

107. Проводимость каналов мембраны во время де- и реполяризации

108. Изменения возбудимости во время возбуждения

Местная деполяризация
– повышение
возбудимости
Пик ПД - абсолютная
рефрактерность.
Реполяризацияотносительная
рефрактерность.
Следовые де- и гиперполяризация-повышение
и понижение
возбудимости
соответственно.

109. Изменение возбудимости во время возбуждения

Абсолютная и
относительная
рефрактерность
(невозбудимость)
Супер- и
субнормальный
период

110. Связь работы ионных каналов с фазами ПД

Раздражение
Деполяризация (уменьшение мембранного потенциала)
Вход ионов натрия
Быстрая активация
натриевых каналов
Инактивация
натриевых каналов
Медленная активация
калиевых каналов
Выход ионов калия
Реполяризация (увеличение мембранного потенциала)
Закрытие калиевых каналов

111. УРА!!!

ЛЕКЦИЯ ОКОНЧЕНА!
БЛАГОДАРЮ ЗА
ВНИМАНИЕ!!!