Биоэлектрические явления в тканях

Биоэлектрические явления в тканях

Понятие биоэлектрических явлений-Процесс возбуждения связан с изменением электрического заряда на поверхности и внутри клетки.

Впервые электрические явления были обнаружены в 1794 г. Л. Гальвани (нервно-мышечный препарат из лапки лягушки).

В 1838 г. К. Матеуччи установил, что снаружи клетка заряжена «положительно», а внутри – «отрицательно».

В 1841 г. были введены термины «ток покоя» и «ток действия» (что соответствует потенциалу покоя – ПП и потенциалу действия – ПД). Биоэлектрические явления в тканях – это разность потенциалов, которая возникает в тканях в процессе нормальной жизнедеятельности. Эти явления можно регистрировать, используя трансмембранный способ регистрации. При этом один электрод располагается на наружной поверхности клетки, другой - на внутренней.

При таком способе регистрируются: -потенциал покоя (или мембранный потенциал); -потенциал действия.

Теорией возникновения биопотенциалов

является мембранно-ионная, согласно которой причина возникновения разности потенциалов – неравномерное распределение ионов по обе стороны клеточной мембраны (в системе цитоплазма – окружающая среда).

Основные положения мембранно-ионной теории биотоков:

1. Клеточная мембрана имеет каналы, через которые проходят ионы. Обнаружены каналы для всех потенциалобразующих ионов: К+, Nа +, Са² +, СI¯. Каналы могут быть открыты или закрыты благодаря воротам. Различают два вида клеточных каналов в зависимости от причины их открытия:9 потенциалзависимые – открываются при изменении разности потенциалов; потенциалнезависимые (гормонрегулируемые, рецепторрегулируе-мые) – открываются при взаимодействии рецепторов с веществами.

2. Клеточная мембрана обладает избирательной проницаемостью для ионов (результат избирательной проницаемости – возникновение мембранного потенциала). Причины избирательной проницаемости: Механический фактор: у инов К+ малый диаметр, поэтому они проходят через узкие калиевые каналы. Диаметр ионов Na + в два раза больше, чем у ионов К+; поэтому в состоянии покоя ионы Na + через узкие калиевые каналы почти не проходят; Электростатический фактор: у входа в канал есть заряд, создаваемый белковой молекулой; Конкурентный фактор: в состоянии покоя натриевые каналы блокированы ионами Са² +. В состоянии покоя клеточная мембрана хорошо проницаема для ионов К+, СI¯ и почти непроницаема для ионов Na +. Т.о., на наружной поверхности клетки преобладают ионы Nа + и СI¯, а внутри ионы К+ и анионы органических соединений.

3. Потенциалообразующие ионы неравномерно распределены по обе стороны клеточной мембраны.

4. Перемещение ионов К+ и Nа + в состоянии покоя осуществляется по градиенту концентрации с помощью диффузии, без затрат энергии (из области большей концентрации в область с меньшей);

5. Для сохранения разной концентрации ионов К+ и Nа + по обе стороны клеточной мембраны существуют механизмы активного транспорта ионов – натриево-калиевый насос.

11

Механизмы возникновения потенциала действия

При действии на ткань раздражителя пороговой/сверхпороговой силы, возникает возбуждение, сопровождающееся изменением заряда клеточной мембраны, т.е. возникновением потенциала действия.

  Потенциал действия – разность потенциалов между возбужденной и невозбужденной участками ткани при действии раздражителя, превышающего порог возбудимости данной ткани.

При действии раздражителя резко повышается проницаемость клеточной мембраны для ионов Na +, и они устремляются внутрь клетки, превышая заряд, созданный ионами К+ на наружной ее поверхности: заряд клетки меняется на противоположный

Потенциал действия состоит из трех компонентов:

-местных колебаний мембранного потенциала;

-пика потенциала;

-следовых потенциалов.

Местные колебания возникают, когда раздражитель еще не достиг пороговой величины. При этом открывается небольшое количество мембранных каналов для ионов Na + и они начинают проходить внутрь клетки (заряд клеточной мембраны постепенно меняется на противоположный), возникает пик потенциала

Калий-натриевый насос

 С помощью натриево-калиевого насоса происходит движение ионов в сторону с большей их концентрацией (клетка затрачивает энергию).

В состоянии физиологического покоя ионы К+ стремятся выйти из клетки (пассивный транспорт), но в тоже время они накачиваются обратно в клетки (активный транспорт).

Во время возбуждения ионы Nа + свободно проникают в клетку

Пик потенциала действия состоит из двух фаз: деполяризации (восходящая часть) и реполяризации (нисходящая часть). В фазу деполяризации происходит быстрое проникновение ионов Na + внутрь клетки (открываются потенциалзависимые Na + -каналы, освобождаются Na-каналы от ионов Са² +). Заряд клеточной мембраны сначала снижается до 0 (собственно деполяризация), а затем меняется на противоположный (инверсия, или овершут). Для характеристики фазы деполяризации вводится понятие реверсии – это разность потенциалов, на которую потенциал действия превышает потенциал покоя (количество мВ, на которое произошла перезарядка мембраны). Фаза деполяризации продолжается до достижения электрохимического равновесия по Na +. В фазу реполяризации идет восстановление мембранного потенциала: снижается проницаемость клеточной мембраны для Na· + (накапливается на наружной поверхности мембраны); возрастает проницаемость мембраны для К+·, повышается выход К+ из клетки с увеличением положительного заряда на мембране;13 изменение активности К+· /Nа + - насоса (выкачивание Na + из клетки). В результате заряд клеточной мембраны приближается к исходному. Следовые потенциалы представляют собой небольшие колебания заряда клеточной мембраны после реполяризации. Следовые потенциалы делятся на: следовую деполяризацию (положительный следовый· потенциал – замедление реполяризации за счет сохраняемой повышенной проницаемости мембраны для Na +); следовую гиперполяризацию (отрицательный следовый· потенциал – увеличение разности потенциалов за счет сохраняемой повышенной проницаемости мембраны для К+ при исходном уровне проницаемости для Na +). Т.о., при действии на ткань порогового и сверхпорогового· раздражителя образуется потенциал действия. Потенциал действия является равновесным натриевым потенциалом, т.к. в его формировании участвует электрохимическое равновесие по натрию; в процессе возбуждения заряд клеточной мембраны· меняется на противоположный (возбужденный участок заряжается отрицательно по отношению к невозбужденному);

Химизм мышечного сокращения

При сокращении мышц в их волокнах происходят сложные биохимические реакции, которые протекают в 2 фазы (бескислородную и кислородную).

Анаэробная фаза сокращения:

1 этап- процесс распада АТФ на АДФ, адениловую и фосфорную кислоты;

2 этап – распад креатинфосфата на креатин и фосфорную кислоту;

3 этап – распад гексозофосфата на молочную и фосфорную кислоты.

Аэробная фаза сокращения:происходит окисление молочной кислоты (1/5 ее часть) до углекислого газа и воды. Остальные 4/5 части молочной кислоты синтезируются снова в гликоген за счет энергии данной окислительной реакции. Таким образом, непосредственную энергию для сокращения мышцы дает АТФ, остальные реакции служат для ее восстановления.

В случае недостатка гликогена или невозможности его использования мышца выполняет работу за счет энергии окисления жиров и белков. Мышца некоторое время может сокращаться в отсутствии кислорода, но затем ее сокращения прекращаются вследствие израсходования АТФ, креатинфосфата и гексозофосфата и накопления молочной кислоты. Для ее окисления необходим кислород, потребное количество которого обозначается как кислородный запрос. При интенсивной мышечной нагрузке, когда органы дыхания и кровообращения не могут полностью обеспечить мышцы необходимым количеством кислорода, тоже образуется кислородный запрос

 

Работа мышц.

При сокращении мышца укорачивается, совершая работу. Работа мышцы, при которой происходит перемещение груза и движение костей в суставах, называется динамической.

Мышца производит работу и в том случае, когда она сокращается изометрически, развивая напряжение без укорочения мышцы, например при держании груза. При этом внешней работы не производится, такая работа называется статической.

Кроме нагрузок, имеет значение и ритм работы. Максимальная работа будет выполнена при среднем ритме сокращения. Это закон средних скоростей.

 

25

 

26Тонус мышц.

  Тонус мышц – это способность мышц длительно находиться на том или ином уровне напряжения под влиянием редких раздражений.

Тонус скелетных мышц связан с поступлением к мышце редких нервных импульсов, в результате чего мышечные волокна возбуждаются не одновременно, а попеременно, сменяя друг друга. Эти импульсы поступают от мотонейронов спинного мозга, активность которых поддерживается импульсами, идущими как из вышележащих центров, так и от мышечных веретен, возбуждающихся при растяжении.

Тонус скелетных мышц играет роль для поддержания определенного положения тела в пространстве и в деятельности двигательного аппарата. Тонические сокращения мышц протекают без значительного повышения анаэробного обмена, они экономичны и не сопровождаются большими энергетическими затратами, поэтому при тонусе мышцы мало утомляемы.

Тонус гладких мышц характеризуется длительным эффектом и очень низким уровнем энергетического обмена. Длительные тонические сокращения гладких мышц особенно отчетливо выражены в сфинктерах полых органов, в стенках кровеносных сосудов. Тонические сокращения гладких мышц сопровождаются усилением межмолекулярных связей электростатической природы и уплотнением коллоидных комплексов саркоплазмы

Утомление мышц.

Утомление – это временное понижение или прекращение работы клетки, органа или целого организма в результате их деятельности. При утомлении понижаются функциональные свойства мышцы: возбудимость, лабильность и сократимость. Скелетные мышцы утомляются раньше гладких. В скелетных мышцах сначала утомляются белые волокна, а потом красные.

Задерживает наступление утомления мышц тренировка: 

-Развивает и совершенствует функциональные возможности всех систем организма;

-Увеличивается объем мышц в результате роста и утолщения мышечных волокон, возрастает мышечная выносливость; 

-Повышается содержание АТФ, гликогена и креатинфосфата, ускоряются процессы распада и восстановления веществ; 

-Повышается коэффициент использования кислорода, ускоряются восстановительные процессы;

-Совершенствуется регуляторная функция ЦНС.

 

28 Функции гладкой мускулатуры:

Биоэлектрические явления в тканях

Понятие биоэлектрических явлений-Процесс возбуждения связан с изменением электрического заряда на поверхности и внутри клетки.

Впервые электрические явления были обнаружены в 1794 г. Л. Гальвани (нервно-мышечный препарат из лапки лягушки).

В 1838 г. К. Матеуччи установил, что снаружи клетка заряжена «положительно», а внутри – «отрицательно».

В 1841 г. были введены термины «ток покоя» и «ток действия» (что соответствует потенциалу покоя – ПП и потенциалу действия – ПД). Биоэлектрические явления в тканях – это разность потенциалов, которая возникает в тканях в процессе нормальной жизнедеятельности. Эти явления можно регистрировать, используя трансмембранный способ регистрации. При этом один электрод располагается на наружной поверхности клетки, другой - на внутренней.

При таком способе регистрируются: -потенциал покоя (или мембранный потенциал); -потенциал действия.