Материал: FIZO_MODUL

Возбудимые ткани

1. При действии на ткань электрического тока в ней исследовали уровень обменных процессов и деление клеток. Оказалось, что обмен веществ и деление клеток активизированы.Можно ли сделать вывод о том, что исследуемая ткань относится к возбудимым тканям?

• Возбудимые ткани – это те,которые могут отвечать на раздражение возбуждение, т.е. давать активный ответ.

• Компоненты физиологического ответа могут быть специфическими (для мышечной ткани – сокращение, для нервной – формирование импульса, для железистой – секреция) и неспецифическими ( физиологические процессы,сопровождающиеся стуктурными,физико-химическими изменениями).

• Для всех возбудимых тканей характерно : повышение обмена веществ,теплопродукции и ИЗМЕНЕНИЕ электрического состояния клеточной мембраны. Исходя из этого, мы может сказать,что : данная ткань может быть возбудимой,так как при действии электрического тока в ней увеличился обмен веществ; мы можем отрицать,что эта ткань возбудима,тк в задаче не указано изменение электрического состояния мембраны,что есть важнейшим признаком возбудимой ткани.

2. Студент подготовил нервно-мышечный аппарат лягушки, но воспроизвести на нем второй опыт Гальвани не удается. В чем причина неудачи?

• При проведении второго опыта Гальвани с двумя нервно-мышечными препаратами ожидалось определить появление ПД,как доказательства существования собственного электрического тока в животных клетках.

• Студент ожидал увидеть сокращение второго мышечного волокна.

• Механизм действия. При набрасывании нервного волокна первого препарата на второй так, чтоб оно касалось как поврежденного, так и неповрежденного участка второго препарата. За счет разности потенциалов между этими участками возникал электрический ток,который вызывает сокращение мышечного волокна первого препарата.

• Причиной неудачи могло стать нарушение проведения импульса по нервному волокну второго препарата, или же неправильное расположение нервного волокна на мышечном волокне первого препарата.

3. Нервное волокно поместили в раствор, в котором содержание отдельных ионов соответствовало их содержанию в тканевой жидкости. В этих условиях(контрольное исследование) был замерен МПП нервного волокна. Как расположены микроэлектроды? Каково значение МПП? Как изменится МПП при увеличении концентрации К+ в растворе в 50 раз?

• МПП регестрируется внутриклеточным методом( один электрод на поверхности,другой – внутри).

• Величина МПП для нервного волокна приблизительно -50 - -80мВ

• При увеличении концентрации ионов Калия во внешней среде градиент концентрации Калия уменьшается,что приводит к ослаблению диффузного тока его из клетки и уменьшению МПП.

• При увеличении концентрации Калия в 50 раз вне клетки( с учетом того,что в клетке его(в норме) в 40 раз больше,чем вне ее) МПП исчезнет.

4. В эксперименте на возбужденной ткани разность потенциалов последовательно регестрировали: а)при расположении отводящих электродов на поверхности неповрежденной клетки, находящейся в покое; б) в момент проникновения электрода внутрь клетки; в)при действии на ткань порогового раздражения. Были ли зарегистрирована разность потенциалов во всех случаях? Опишите движение стрелки осциллографа. Когда был зарегистрирован моно- и дифазный ПД? Каковы условия их возникновения?

• Разность потенциалов будет зарегестрирована в случае б и в, тк электроды расположены по обе стороны мембраны клетки(б) и имело место воздействие порогового раздражителя(в). В случае а она зарегестрирована не будет.

• В случае Б был зарегестрирован МПП, в случае В – ПД.

• Монофазный ПД зарегестрирован в случае Б и в случае В( если электроды при действии на ткань порогового раздражителя были расположены как при внутриклеточном отведении)

• Дифазный ПД(Возбуждение, которое представляет собой волну электроотрицательности, перемещаясь по мембране, доходит сначала до одного электрода, затем помещается между электродами, наконец достигает второго электрода, а затем распространяется дальше. ) будет зарегестрирован в случае В( если электроды расположены как при внеклеточном отведении).

• 

Потенциал эндолимфы (эндокохлеарный потенциал) – 80 мВ, разность зарядов между эндолимфой среднего канала улитки и перилимфой ее верхнего каналов. Эндолимфа имеет противоположный заряд по отношению к перилимфе. В эндолимфе в 100 раз больше ионов К. Калий секретируется в эндолимфу из капилляров сосудистой полоски с помощью активного транспорта с затратой энергии АТФ. Эндокохлеарный потенциал оказывает влияние на мембранный потенциал рецепторной клетки и создает в ней критический уровень поляризации, при котором даже незначительное механическое воздействие во время контакта волосковой рецепторной клетки с покровной пластиной приводит к возникновению возбуждения.

Микрофонный эффект улитки – Электроды, введенные в улитку, соединялись с усилителем и громкоговорителем. Если рядом с ухом кошки произносили различные слова, то их можно услышать, находясь у громкоговорителя в другом помещении. Этот потенциал генерируется на мембране волосковой клетки в результате деформации волосков при соприкосновении с текториальной мембраной. Частота микрофонных потенциалов соответствует частоте звуковых колебаний, а амлитудп потенциалов в определенных границах пропорциональна интенсивности звуков речи. Звуковые колебания, действующие на внутреннее ухо, приводят к тому, что возникающий микрофонный эффект накладывается на эндокохлеарный потенциал, модулируя его

Потенциал действия слухового нерва регистрируется в его волокнах. Частота импульсов соответствует частоте звуковых волн, если она не превышает 1000Гц. При действии более высоких тонов частота импульсов в нервных волокнах не возрастает, т.к 1000 имп/с – это почти максимально возможная частота генерации импульсов в волокнах слухового нерва. Потенциал действия в нервных окончаниях регистрируетя через 0,5-1,0 мс после возникновения микрофонного эффекта, что свидетельствует о синаптической передаче возбуждения с волосковой клетки на волокно слухового нерва.

21. На животном изучали кодирование частоты звукового раздражителя.

1. Базальная мембрана состоит из плотных радиальных волокон (струн), идущих от спиральной пластинки улитки к спиральной связке, расположенный на наружной стенке перепончатого лабиринта. Длина струн основной мембраны возрастает по направлению от овального окна к верхушке улитки. Наиболее короткие струны расположены в основном завитке улитки, наиболее длинные –на верхушке. В области верхушки улитки ширина основной мембраны достигает 500 мкм, у окна преддверия 800 мкм. На основной мембране расположен рецепторный отдел слуховой системы – спиральный орган, который содержит чувствительные нейроэпителиальные клетки. Количество чувствительных клеток достигает 25 000.

2. У волны с высокой частотой больше энергии, поэтому она может привести в колебание толстые широкие волокна мембраны у основания улитки. У коротких волокон возможна более высокая частота колебаний. Здесь ее колебательная энергия гасится, преобразуясь в энергию электрического импульса. Волна более низкой частоты несет меньшую энергию, поэтому не может привести в колебание толстые волокна мембраны у основания улитки, поэтому идет дальше, к верхушке, пока найдет более тонкие волокна, которые сможет привести в колебание.

3. Звуки низкой частоты воспринимаются длинными волокнами у верхушки улитки, а звуки высокой частоты – короткими волокнами у основания.

4. Резонансная теория Гельмгольца (рисунок).

5. Кодирование звуков различной частоты. Согласно резонансной теории Гельмгольца, каждое волокно основной мембраны настроено на звук определенной частоты.

6. Теория слуха Гельмгольца. Согласно этой теории, основным органом слуха является улитка, функционирующая как набор резонаторов, с помощью которых сложные звуки могут быть разложены на парциальные тоны. Отдельные волокна основной мембраны являются как бы струнами, настроенными на различные тоны в пределах от нижней до верхней границы слуха. Гельмгольц сравнил их со струнами музыкального инструмента - арфы. Более короткие волокна, лежащие у основания улитки, должны воспринимать высокие ноты; более длинные волокна, находящиеся у вершины ее, - низкие. Поскольку волокна мембраны легко отделяются друг от друга в поперечном направлении, они легко могут колебаться изолированно.

5. Известно,что фермент мембраны АТФ-аза с внутренней стороны мембраны связывается с Na+, с внешней – с К+. Объясните, почему при возбуждении усиливается работа Na+-K+- насоса.

• АТФ-аза обеспечивает перенос 3 ионов Натрия из клетки в обмен на 2 иона Калия в клетку.

• Насос обеспечивает поддержание мембранного потенциала,клеточного объема, обменных процессов клетки.

• Работа насоса – активный процесс, тк он происходит с использованием энергии против градиента концентрации.

• Связь АТФ-азы и работы насоса: сам белок мембраны является АТФ-азой, только благодаря которой при гидролизе АТФ и присоединении фосфатной группы( а потом и дефосфорилирование при присоединении Калия) к белку-переносчику,может осуществляться присоединение ионов и их перенос.

• Работа насоса: 1. С внутренней стороны мембраны к молекуле белка-переносчика поступают АТФ и ионы натрия, а с наружной — ионы калия.2. Молекула переносчика осуществляет гидролиз одной молеку­лы АТФ.3. При участии трех ионов натрия за счет энергии АТФ к перено­счику присоединяется остаток фосфорной кислоты (фосфорилирование переносчика); сами эти три иона натрия также присое­диняются к переносчику.4. В результате присоединения остатка фосфорной кислоты про­исходит такое изменение формы молекулы переносчика (конформация), что ионы натрия оказываются по другую сторону мембраны, уже вне клетки.5. Три иона натрия выделяются во внешнюю среду, а вместо них с фосфорилированным переносчиком соединяются два иона калия.6. Присоединение двух ионов калия вызывает дефосфорилирование переносчика — отдачу им остатка фосфорной кислоты.7. Дефосфорилирование, в свою очередь, вызывает такую конформацию переносчика, что ионы калия оказываются по дру­гую сторону мембраны, внутри клетки.8. Ионы калия высвобождаются внутри клетки, и весь процесс повторяется.

• При возбуждении(генерации ПД) роль насоса состоит в выкачивании ионов Натрия из клетки - в восстановлении МПП.

6. В эксперименте на нервном волокне блокада натриевых каналов мембраны ядом тетродотоксином изменила величину мпп. Что произошло с величиной мпп? Каков механизм действия?

• При блокаде натриевых каналов( для величины МПП важны неспецифические каналы) прекращается диффузия Натрия в клетку по градиенту концентрации(уменьшается проницаемость мембраны для ионов Натрия).

• МПП зависит от ионной асимметрии и от работы механизма транспорта ионов,избирательной проницаемости мембраны.

• Для нервного волокна это имеет большое значение, тк генерация в нем МПП возможна только при закрытии большинства натриевых каналов и активности большинства калиевых.

• Потенциал покоя создаётся преимущественно за счёт выхода ионов калия по концентрационному градиенту из клетки. При этом натриевые каналы частично открыты, и некоторое количество ионов натрия проходит в клетку, уменьшая потенциал покоя. Следовательно, блокада натриевых каналов тетродоксином приведет к небольшому увеличению потенциала покоя.

7. Биопотенциалы нервной клетки регистрировали а)внеклеточным и б) внутриклеточным отведением. Было установлено, что поверхность клетки в покое электронейтральна(разность потенциалов отсутствует), величина МПП составляет -75мВ. Исследование повторили после отравления клетки препаратом, блокирующим процесс гликолиза. Объясните результаты измерения биопотенциалов отравленной клетки.

• При нарушении процесса гликолиза происходит нарушение синтеза АТФ,что приводит к прекращению работы К-Na насоса. Соответственно прекращается поддержание МПП. Градиен концентрации ионов Натрия и Калия постепенно выравнивается, о чем говорит постепенное уменьшение МПП( что мы можем обнаружить при повторном исследовании). Электронейтральность наружной мембраны будет сохранятся.

8. При измерении ПД двух нервных волокон было установлено,что ПД первого больше ПД второго.При этом концентрация Натрия на поверхности обеих волокон одинакова, а внутри различна. Как зависит ПД от концентрации Натрия по обе стороны мембраны?

• При рассмотрении изменения ПД мы учитываем изменения концентрация ионов Натрия потому,что процесс возбуждения,соответственно и генерация ПД, осуществляются благодаря току Натрия в клетку.

• Величина ПД тем больше,чем больше проницаемость мембраны для ионов Натрия.Чтобы повысить проницаемость,нужно увеличить градиент концентрации. Соответственно,если у первого волокна ПД меньше,чем у второго(при равной концентрации Натрия на поверхности мембраны), тем больше концентрация ионов Натрия у первого волокна,чем у второго, должна быть.

9. При раздражении мышечного волокна зарегистрировали дифазный ПД. Как было осущствлено исследование?

• Чтобы получить дифазный ПД при раздражении волокна, нужно расположить оба электрода на неповрежденной поверхности волокна. Тогда: возбуждение, которое представляет собой волну электроотрицательности, перемещаясь по мембране, доходит сначала до одного электрода, затем помещается между электродами, наконец достигает второго электрода, а затем распространяется дальше. Что дает нам 2 фазы ПД.

• Чтобы получить монофазный ПД, нужно ввести 1 из электродов внутрь волокна.

10. ПД мышцы в условиях раздражения ее двигательного нерва был зарегестрирован при трех способах расположения регестрирующих электродов: 1) оба электрода на поверхности поврежденной мышци. 2) один электрод на неповрежденной поверхности, другой – внутри мышечного волокна. 3) один электрод на неповрежденном участке, другой – на поврежденном. Опишите особенности ПД в каждом случае.

• В случае 1. Мы будем наблюдать дифазный ПД, что характерно для такого расположения электродов. В случае 2. И 3. Мы будем одинаково наблюдать монофазный ПД.Так как электрод,расположенный внутри мышечного волокна,будетидентичен в показаниях с электродом,расположенным на поврежденном участке мышечного волокна.

• Амплитуда ПД больше в опыте 2.,чем в опыте 1. ПОЧЕМУ ТАК.Я ОБЬЯСНИТЬ НЕ МОГУ

Вопрос №11

1) График ПД со следовыми потенциалами зарегистрированный в контрольном исследовании

0

-65

-90

мВ

t,c

деполяризация

реполяризация

следовая деполяризация

следовая гиперполяризация

КУД

МПП

овершут

2) В опыте 2 нарушен процесс деполяризации. Движущая сила — поступление ионов натрия, направленность — внутрь клетки.

3) В начале возбуждения внешние активационные ворота Na-каналов мембраны быстро открываются, проницаемость мембраны для натрия возрастает в несколько тысяч раз, натрий начинает лавинообразно поступать в клетку, обуславливаядеполяризацию. Для реполяризации характерно закрытие Na-каналов более медленными инактивационными воротами, расположенными на внутренней поверхности мембраны.

4) В опыте №2 (при блокировании натриевых каналов) деполяризация не будет развиваться в связи с тем, что натрий не поступает внутрь клетки. ПД не возникнет.

5) В опыте №3 изменяли концентрацию натрия в растворе, в который помещено нервное волокно. Это изменение концентрации подействовало аналогично блокаде Na-каналов, следовательно это изменение — резкое снижение концентрации натрия в растворе, либо полное изъятие натрия из раствора. В следствии этого натрий не поступает внутрь клетки, деполяризация не развивается, ПД отсутствует.

Вопрос №12

1) В нормальных условиях при возбуждении изменяется состояние Na-каналов мембраны. В начальной фазе потенциала действия - деполяризации Na-каналы быстро открываются. В начале фазы реполяризации Na-каналы закрываются.

2) В фазе деполяризации натрий лавинообразно поступает в клетку, заряжая внутреннюю поверхность мембраны положительно относительно внешней поверхности.

3) Блокаду натриевых каналов при введении тетрадотоксина можно определить в исследовании потенциала действия,который возникает (или не возникает) в ответ на стимуляцию клетки электрическим током.

4) Полное отсутствие потенциала действия при стимуляции клетки электрическим током свидетельствует о полной блокаде Na-каналов.

5) Эксперимент следует выполнять на нервной ткани или скелетной мышце, так как они относятся к возбудимым тканям и способны к генерации ПД.

Вопрос №13

1) При действии ТЭА (тетраэтиламмоний — блокирует калиевые каналы) возбудимость клетки сохраняется, так как начало процесса возбуждения клетки обусловлено поступлением натрия в клетку, и не связано с калием.

2) Во время фазы реполяризации ускоряется активация калиевых каналов, увеличивается диффузия калия наружу. Диффузия ионов калия во внеклеточную среду на фоне закрытия натриевых каналов приводит восстановлению потенциала покоя (реполяризация).

3) При действии ТЭА затрудняется выход ионов калия из цитоплазмы на наружную поверхность мембраны, поэтому удлиняется фаза реполяризации.

4) Механизм развития следовой гиперполяризации — остаточное усиление тока калия из клетки. Под действием ТЭА калиевые каналы блокируются, и следовая гиперполяризация не возникнет.

Вопрос №14

1) При нормальных условиях содержание ионов натрия во внеклеточной среде значительно превышает его содержание внутри клетки. У нервного волокна помещенного в бескислородную среду концентрация натрия по обе стороны мембраны выравнивается.