Применение парабиоза в медицине. Методы исследования желез внутренней секреции - реферат. Химический анализ экстрактов и синтез гормональных препаратов
Методы исследования желез внутренней секреции
Для изучения эндокринной функции органов, в том числе и желез внутренней секреции, применяются следующие методы:
Экстирпации желёз внутренней секреции (эндокринных).
Избирательное разрушение или подавление инкреторных клеток в организме.
Трансплантация эндокринных желез.
Введение экстрактов эндокринной железы интактным животным или после удаления соответствующей железы.
Введение химически чистых гормонов интактным животным или после удаления соответствующей железы (заместительная «терапия»).
Химический анализ экстрактов и синтез гормональных препаратов.
Методы гистологического и гистохимического исследования эндокринных тканей
Метод парабиоза или создания общего кровообращения.
Метод введения в организм «меченых соединений» (например, радиоактивными нуклидами, флюоресцентов).
Сравнение физиологической активности крови, притекающей к органу и оттекающей от него. Позволяет выявить секрецию в кровь биологически активных метаболитов и гормонов.
Исследование содержания гормонов в крови и моче.
Исследование содержания предшественников синтеза и метаболитов гормонов в крови и моче.
Исследование больных с недостаточной или избыточной функцией железы.
Методы генной инженерии.
Метод экстирпации
Экстирпация - хирургическое вмешательство, заключающееся в удалении структурного образования, например, железы.
Экстирпация (extirpatio) от латинского extirpo, extirpare - искоренять.
Различают частичную и полную экстирпацию.
После экстирпации изучают различными методами сохранившиеся функции организма.
С помощью этого метода были открыты инкреторная функция поджелудочной железы и её роль в развитии сахарного диабета, роль гипофиза в регуляции роста тела, значимость коры надпочечников и др.
Предположение о наличии эндокринных функций у поджелудочной железы нашло подтверждение в опытах И.Меринга и О.Минковского (1889 г.), показавших, что её удаление у собак приводит к выраженной гипергликемии и глюкозурии. Животные погибали в течение 2 – 3 недель после операции на фоне явлений тяжелого сахарного диабета. В последующем было установлено, что эти изменения возникают из за недостатка инсулина - гормона, образующегося в островковом аппарате поджелудочной железы.
С экстирпацией эндокринных желёз у человека приходится сталкиваться в клинике. Экстирпация железы может быть преднамеренная (например, при раке щитовидной железы орган удаляется полностью) или случайная (например, при удалении щитовидной железы удаляются паращитовидные железы).
Метод избирательного разрушения или подавления инкреторных клеток в организме
Если удаляется орган, который содержит клетки (ткани), выполняющие разные функции, дифференцировать физиологические процессы, выполняемые этими структурами трудно, а иногда вообще не возможно.
Например, при удалении поджелудочной железы, организм лишается не только клеток, вырабатывающих инсулин ( клетки), но и клеток, вырабатывающих глюкагон ( клетки), соматостатин ( клетки), гастрин (G клетки), панкреатический полипептид (ПП клетки). Кроме того, организм лишается важного экзокринного органа, обеспечивающего процессы пищеварения.
Как понять какие клетки ответственны за ту или иную функцию? В этом случае можно попытаться избирательно (селективно) повредить какие либо клетки и определить недостающую функцию.
Так при введении аллоксана (уреида мезоксалевой кислоты), происходит избирательный некроз клеток островков Лангерганса, что позволяет изучать последствия нарушения продукции инсулина без изменения других функций поджелудочной железы. Производное оксихинолина - дитизон вмешивается в метаболизм клеток, образует комплекс с цинком, что также нарушает их инкреторную функцию.
Второй пример - избирательное повреждение фолликулярных клеток щитовидной железы ионизирующим излучением радиоактивного йода (131I, 132I). При использовании этого принципа в лечебных целях говорят о селективной струмэктомии, в то время как хирургическую экстирпацию с теми же целями называют тотальной, субтотальной.
К этому же типу методов можно отнести и наблюдение за больными с повреждением клеток в результате иммунной агрессии или аутоагрессии, применение химических (лекарственых) средств, угнетающих синтез гормонов. Например: антитиреоидных средств - мерказолила, попилтиоурацила.
Метод трансплантации эндокринных желез
Пересадка железы может производиться тому же животному после ее предварительного удаления (аутотрансплантация) или интактным животным. В последнем случае применяется гомо- и гетеротрансплантация .
В 1849 году немецкий физиолог Адольф Бертольд установил, что пересадка кастрированному петуху в брюшную полость семенников другого петуха приводит к восстановлению исходных свойств у кастрата. Эту дату считают датой рождения эндокринологии.
В конце XIX века Штейнах показал, что пересадка половых желез морским свинкам и крысам меняет их поведение и продолжительность жизни.
В 20-х годах нашего столетия пересадка половых желез с целью «омоложения» применил Броун-Секар и широко использовал русский ученый С.Воронцов в Париже. Эти опыты трансплантации дали богатый фактический материал о биологических эффектах гормонов половых желез.
У животного с удаленной эндокринной железой можно ее имплантировать заново в хорошо васкуляризированную область тела, например под капсулу почки или в переднюю камеру глаза. Такая операция называется реимплантацией.
Метод введения гормонов
Может вводиться экстракт эндокринной железы или химически чистые гормоны. Гормоны вводят интактным животным или после удаления соответствующей железы (заместительная «терапия»).
В 1889 г. 72 летний Броун Секар сообщил об опытах, проведенных на самом себе. Вытяжки из семенников животных оказали на организм учёного омолаживающее действие.
Благодаря применению метода введения экстрактов эндокринной железы было установлено наличие инсулина и соматотропина, тиреоидных гормонов и паратгормона, кортикостероидов и др.
Разновидностью метода является кормление животных сухой железой или препаратами, приготовленными из тканей.
Использование чистых гормональных препаратов позволило установить их биологические эффекты. Нарушения, возникшие после хирургического удаления эндокринной железы, могут быть откорректированы посредством введения в организм достаточного количества экстракта данной железы или индивидуального гормона.
Применение этих методов у интактных животных привело к проявлению обратной связи в регуляции эндокринных органов, т.к. создаваемый искусственный избыток гормона вызывал подавление секреции эндокринного органа и даже атрофию железы.
Химический анализ экстрактов и синтез гормональных препаратов
Производя химический структурный анализ экстрактов из эндокринной ткани, удалось установить химическую природу и идентифицировать гормоны эндокринных органов, что в последующем привело к получению искусственным путем эффективных гормональных препаратов для исследовательских и лечебных целей.
Метод парабиоза
Не путайте с парабиозом Н.Е.Введенского. В этом случае речь идёт о явлении. Мы будем говорить о методе при котором используется перекрёстное кровообращение у двух организмов. Парабионты - организмы (два или более) имеющие связь между собой через кровеносную и лимфатическую систему. Такая связь может иметь место в природе, например у сросшихся близнецов, или создаётся искусственно (в эксперименте).
Метод позволяет оценить роль гуморальных факторов в изменении функций интактного организма одной особи при вмешательстве в эндокринную систему другой особи.
Особенно важными являются исследования сросшихся близнецов, имеющих общее кровообращение, но раздельные нервные системы. У одной из двух сросшихся сестер описан случай беременности и родов, после чего лактация наступила у обеих сестер, и кормление было возможно из четырех молочных желез.
Радионуклидные методы
(метод меченых веществ и соединений)
Заметьте не радиоактивных изотопов, а веществ или соединений, меченных радионуклидами. Строго говоря вводятся радиофармпрепараты (РФП) = носитель+ метка (радионуклид).
Этот метод позволяет изучать процессы синтеза гормонов в эндокринной ткани, депонирование и распределение гормонов в организме, пути их выведения.
Радионуклидные методы принято делить на in vivo и in vitro исследования. При in vivo исследованиях различают in vivo и in vitro измерения.
Прежде всего все методы можно разделить на in vitro - и in vivo -исследования (методы, диагностику)
In vitro-исследования
Не следует путать in vitro - и in vivo -исследования (методы) с понятием in vitro - и in vivo -измерения .
При in vivo – измерениях всегда будет in vivo исследования. Т.е. нельзя измерить в организме, то, чего не было (вещество, параметр) или не ввели в качестве тестирующего агента при исследовании.
Если ввели в организм тестирующее вещество, затем взяли биопробу и провели in vitro – измерения, исследование всё равно следует обозначить как in vivo – исследование.
Если тестирующее вещество в организм не вводили, а взяли биопробу и провели in vitro – измерения, с введением или без введения тестирующего вещества (реактива например) исследование следует обозначить как in vitro – исследование.
В радионуклидной in vivo диагностике чаще используется захват РФП из крови инкреторными клетками и включается в образующиеся гормоны пропорционально интенсивности их синтеза.
Примером использования этого метода является изучение щитовидной железы с помощью радиоактивного йода (131I) или пертехнетата натрия (Na99mTcO4), коры надпочечников с помощью меченного предшественника стероидных гормонов, чаще всего холестерина (131I холестерола).
При радионуклидных in vivo исследованиях проводят радиометрию или гамма топографию (сцинтиграфию). Радионуклидное сканирование как метод устарело.
Раздельная оценка неорганической и органической фаз внутритиреодного этапа йодного обмена.
При изучении контуров самоуправления гормональной регуляции при in vivo исследованиях применяют тесты стимуляции и подавления.
Решим две задачи.
Для определения характера пальпируемого образования в правой доле щитовидной железы (рис.1) провели сцинтиграфию по 131I (рис.2).
|
|
|
|
|
Рис.1 |
Рис.2 |
Рис.3 |
Через некоторое время после введения гормона сцинтиграфию повторили (рис.3). Накопление 131I в правой доле не изменилось, в левой – появилось. Какое исследование проведено пациенту, с каким гормоном? Сделайте вывод по результатам исследования.
Вторая задача.
|
Рис.1 |
Рис.2 |
Рис.3 |
Для определения характера пальпируемого образования в правой доле щитовидной железы (рис.1) провели сцинтиграфию по 131I (рис.2). Через некоторое время после введения гормона сцинтиграфию повторили (рис.3). Накопление 131I в правой доле не изменилось, в левой – исчезло. Какое исследование проведено пациенту, с каким гормоном? Сделайте вывод по результатам исследования.
Для изучения мест связывания, накопления и метаболизма гормонов, их метят с помощью радиоактивных атомов, вводят в организм и применяют ауторадиографию. Срезы изучаемых тканей помещают на радиочувствительный фотоматериал, типа рентгеновской пленки, проявляют и места затемнения сравнивают с фотографиями гистологических срезов.
Исследование содержания гормонов в биопробах
Чаще в качестве биопроб используется кровь (плазма, сыворотка) и моча.
Этот метод является одним из наиболее точных для оценки секреторной деятельности эндокринных органов и тканей, но он не дает характеристики биологической активности и степени гормональных эффектов в тканях.
Используются различные методики исследования в зависимости от химической природы гормонов, в том числе биохимические, хроматографические и биологические методики тестирования, и опять же радионуклидные методики.
Среди радионуклидных медодов различают
радиоиммунный (РИА)
иммунорадиометрический (ИРМА)
радиорецепторный (РРА)
В 1977 г. Розалин Ялоу получила Нобелевскую премию за усовершенствование методов радиоиммунологического исследования (RIA) пептидных гормонов.
Радиоиммунный анализ, получивший сегодня наибольшее распространение ввиду высокой чувствительности, точности и простоты, основан на применении меченных изотопами йода (125I) или тритием (3H) гормонов и связывающих их специфических антител.
Зачем он нужен?
Много сахара крови У большинства больных сахарным диабетом инсулиновая активность крови снижена редко, чаще она нормальная или даже повышена
Второй пример гипокальциемия. Часто паратирин повышен.
Радионуклидные методы позволяют определять фракции (свободные, связанные с белками) гормонов.
При радиорецепторном анализе, чувствительность которого ниже, а информативность выше, чем радиоиммунного, оценивается связывание гормона не с антителами к нему, а со специфическими гормональными рецепторами клеточных мембран или цитозоля.
При изучении контуров самоуправления гормональной регуляции при in vitro исследованиях применяют определение полного «набора» гармонов различных уровней регуляции, связанных с исследуемым процессом (либеринов и статинов, тропинов, эффекторных гормонов). Например, для щитовидной железы тиролиберина, тиротропина, трийодтирозина, тироксина.
Гипотиреоз первичный:
Т3, Т4, ТТГ, ТЛ
Гипотиреоз вторичный:
Т3, Т4, ТТГ, ТЛ
Гипотиреоз третичный:
Т3, Т4, ТТГ, ТЛ
Относительная специфичность регуляции: введение йода и диойдтирозина угнетает продукцию тиротропина.
Сравнение физиологической активности крови, притекающей к органу и оттекающей от него, позволяет выявить секрецию в кровь биологически активных метаболитов и гормонов.
Исследование содержания предшественников синтеза и метаболитов гормонов в крови и моче
Нередко гормональный эффект в значительной степени определяется активными метаболитами гормона. В других случаях предшественники синтеза и метаболиты, концентрация которых пропорциональна уровням гормона, более доступны для исследования. Метод позволяет не только оценить гормонопродуцирующую активность эндокринной ткани, но и выявить особенности метаболизма гормонов.
Наблюдение за больными с нарушенной функцией инкреторных органов
Это может дать ценную информацию о физиологических эффектах и роли гормонов эндокринной железы.
Аддисон Т. (Addison Tomas), английский врач (1793-1860). Его называют отцом эндокринологии. Почему? В 1855 г. он опубликовал монографию, содержащую в частности, классическое описание хронической надпочечниковой недостаточности. Вскоре её предложили называть аддисоновой болезнью. Причиной аддисоновой болезни чаще всего является первичное поражение коры надпочечников аутоиммунным процессом (идиопатическая аддисонова болезнь) и туберкулёзом.
Методы гистологического и гистохимического исследования эндокринных тканей
Эти методы позволяет оценить не только структурные, но и функциональные характеристики клеток, в частности, интенсивность образования, накопления и выведения гормонов. Например, явления нейросекреции гипоталамических нейронов, эндокринная функция кардиомиоцитов предсердий были обнаружены с помощью гистохимических методов.
Методы генной инженерии
Эти методы реконструкции генетического аппарата клетки позволяют не только исследовать механизмы синтеза гормонов, но и активно вмешаться в них. Механизмы особенно перспективны для практического применения в случаях стойкого нарушения синтеза гормонов, как это случается при сахарном диабете.
Примером экспериментального использования метода может служить исследование французских ученых, которые в 1983 году осуществили пересадку в печень крысы гена, контролирующего синтез инсулина. Внедрение этого гена в ядра клеток печени крысы привело к тому, что в течение месяца клетки печени синтезировали инсулин.
На изолированном обескровленном нервно-мышечном препарате лягушки Н. Е. Введенский сочетал непрерывное и прерывистое раздражения нерва. Было установлено, что при действии на участок нерва наркотиков или , при его нагревании или охлаждении, при сдавливании, действии сильного и т. п. этого участка понижается. При прохождении через этот участок волн возбуждения, вызванного прерывистым ритмическим раздражением нерва, выше этого участка, т. е. дальше от мышцы, наблюдаются три основных функциональных состояния этого участка, или стадии. Первая стадия предварительная (провизорная), или уравнительная. В этой стадии слабые и сильные волны возбуждения, поступающие из нормального участка нерва, проходя через измененный участок, дают приблизительно одинаковую высоту тетануса. Эти волны возбуждения снижают лабильность и приводят к возникновению второй стадии - парадоксальной. В этой стадии сильное раздражение нормального участка нерва или не вызывает тетанус или вызывает низкий тетанус. Наконец, наступает последняя стадия - тормозная, когда и слабые и очень сильные раздражения нормального участка нерва не вызывают тетанус. В этой стадии наблюдается полная рефрактерность, когда измененный нерв временно потерял способность функционировать, но он еще жив, так как при прекращении действия раздражителя его физиологические свойства восстанавливаются. Это явление Н. Е. Введенский назвал парабиозом.
В участке парабиоза происходит альтерация - изменение , денатурация и изменение структуры нервных волокон. Изменение физиологических свойств альтерированного участка может привести к его отмиранию. Н. Е. Введенский (1901) дал следующую схему последовательных состояний альтерированного участка: покой - возбуждение - торможение - смерть. Следовательно, парабиоз - это состояние, пограничное между жизнью и смертью.
Парабиоз протекает в две фазы: 1) повышения возбудимости и увеличения максимального и оптимального ритма возбуждения (фаза электроположительное очага парабиоза, гиперполяризации) и 2) снижения возбудимости, понижения оптимального и особенно максимального ритма возбуждения (фаза электроотрицательности очага парабиоза, деполяризации). Следовательно, в первой фазе парабиоза наступают явления, характерные для последующего действия анода постоянного тока (анэлектротона), а во второй фазе парабиоза наступают явления, типичные для последующего действия катода постоянного тока (катэлектротона). В зависимости от характера раздражителей более выражена либо первая, либо вторая фазы парабиоза. Некоторые авторы признают парабиотическое дальнедействие - неволновое (безымпульсное) распространение изменений возбудимости (повышения и понижения возбудимости), обусловленное возникновением парабиотического очага. Это тоническая нервная сигнализация, связанная с существованием периэлектротона. При усилении раздражения одиночного нервного волокна токи действия учащаются. Усиление раздражения до некоторого критического предела повышает тетанус.
Рис.37- ПарабиозА-Схема опыта Н. Е. Введенского по изучению парабиоза .А - электроды для раздражения нормального (неповрежденного) участка нерва; Б - электроды для раздражения "парабиотического участка нерва"; В - отводящие электроды; Г - телефон; К 1 , К 2 , К 3 - телеграфные ключи; S 1 , S 2 и Р 1 , Р 2 - первичные и вторичные обмотки индукционных катушек; М - мышца
Б-Парадоксальная стадия парабиоза . Нервно-мышечный препарат лягушки при развивающемся парабиозе через 43 мин после смазывания участка нерва кокаином. Сильные раздражения (при 23 и 20 см расстоянии между катушками) дают быстро проходящие сокращения, тогда как слабые раздражения (при 28, 29 и 30 см) продолжают вызывать длительные тетанусы (по Н. Е. Введенскому)
1. Отступите от электродов на 1 см в сторону ахиллово сухожилие и наложите на нерв кусочек ваты, смоченный эфиром. Через 8-10 минут нерв повторно раздражайте слабым, средним и сильным током. Несмотря на увеличение силы раздражения, высота сокращений мышцы остается одинаковой (уравнительная фаза парабиоза).
2. При дальнейшем действии эфира, понижается возбудимость и проводимость нерва, на слабое раздражение мышца отвечает большим сокращением, а на сильное – слабым (парадоксальная фаза парабиоза).
3. Наконец, наступает полная потеря возбудимости и проводимости нерва и мышца не реагирует на раздражитель любой силы (тормозная фаза парабиоза). Чтобы действие эфира не прекращалось через каждые 2-3 минуты, глазной пипеткой наносите на вату 1-2 капли эфира.
4. После третьей фазы парабиоза снимите с нерва вату с эфиром. Промойте его 0,6 %-ным раствором хлористого натрия. Раздражайте нерв и вы обнаружите восстановление функций, причем фазы парабиоза пройдут в обратном направлении. Объясните механизм парабиоза и сделайте выводы:
Контрольные вопросы
1. Что такое проводимость и возбудимость нерва?
2. Свойства нервных волокон.
3. Что такое синапс?
4. Передача возбуждения через синапс.
5. Законы проведения возбуждения.
6. Парабиоз Н.Е.Веденского, его фазы.
7. Биоэлектрические явления в организме.
8. Токи покоя и токи действия.
З А Н Я Т И Е № 13
ЦЕНТРАЛЬНАЯ НЕРВНАЯ СИСТЕМА,
АНАЛИЗ РЕФЛЕКТОРНОЙ ДУГИ, ИРРАДИАЦИЯ, СУММАЦИЯ, ВОЗБУЖДЕНИЕ, ТОРМОЖЕНИЕ
Нервная система регулирует деятельность всех органов и систем, обусловливая их функциональное единство, и обеспечивает связь организма как целого с внешней средой. Структурной единицей нервной системы является нервная клетка с отростками - нейрон. Вся нервная система представляет собой совокупность нейронов, которые контактируют друг с другом при помощи специальных аппаратов - синапсов. По структуре и функции различают три типа нейронов 1. рецепторные,или чувствительные 2. вставочные, замыкательные кондукторные 3. эффекторные, двигательные нейроны, от которых импульс направляется к рабочим органам мышцам, железам.
Центральная нервная система состоит из головного и спинного мозга, которые, в свою очередь, образованы множеством нейронов. Наиболее заметная часть головного мозга - большие полушария, представляющие собой центр высшей нервной деятельности. Поверхность их гладкая, без борозд и извилин, свойственных многим млекопитающим. Внутри больших полушарий размещены центры координации инстинктивных форм активности. Мозжечок, находится непосредственно позади больших полушарий и покрыт бороздами и извилинами. Его сложное строение и крупные размеры соответствуют непростым задачам, связанным с сохранением равновесия в воздухе и координацией множества необходимых для осуществления полета и движений.
Ответная реакция организма на раздражение из внешней или внутренней среды, осуществляющаяся при участии центральной нервной системы, называется рефлексом. Путь, по которому проходит нервный импульс от рецептора до эффектора, действующий орган, называется рефлекторной дугой. Рефлекс как приспособительная реакция организма обеспечивает тонкое, точное и совершенное уравновешивание организма с окружающей средой, а также контроль и регуляцию функций внутри организма. В этом его биологическое значение. Рефлекс является функциональной единицей нервной деятельности.
Цель занятия: исследовать состав рефлекторной дуги, роль каждой составной части в осуществлении рефлекса, зависимость времени рефлекса от силы раздражителя.Ознакомиться с иррадиацией, суммацией, доминантой возбуждения, сеченовским торможением.
Материалы и оборудование: лягушки, препаровальные наборы, вата, марля, индукционный аппарат, метроном, штативы, 0.1%; 0,5%; 0,3% и 1%-ный раствор серной кислоты, 1%-ный раствор новокаина, физиологический раствор.
Есть ряд законов, которым подчиняются возбудимые ткани: 1. Закон «силы» ; 2. Закон «всё или ничего» ; 3. Закон «силы – времени» ; 4. Закон «крутизны нарастания тока» ; 5. Закон «полярного действия постоянного тока» .
Закон «силы» Чем больше сила раздражителя, тем больше величина ответной реакции. К примеру, величина сокращения скелетной мышцы в определенных пределах зависит от силы раздражителя: чем больше сила раздражителя, тем больше величина сокращения скелетной мышцы (до достижения максимального ответа).
Закон «все или ничего» Ответная реакция не зависит от силы раздражения (пороговая или сверхпороговая). Если сила раздражителя ниже пороговой, то ткань не реагирует («ничего»), но если сила достигла порогового значения, то ответная реакция – максимальная («всё»). Соответственно этому закону сокращается, к примеру, сердечная мышца, которая реагирует максимальным сокращением уже на пороговую (минимальную) силу раздражения.
Закон «силы – времени» Время ответа ткани зависит от силы раздражения: чем больше сила раздражителя, тем меньше времени он должен действовать, чтобы вызвать возбуждение ткани и, наоборот.
Закон «аккомодации» Чтобы вызвать возбуждение, раздражитель должен нарастать достаточно быстро. При действии медленно нарастающего тока, возбуждение не возникает, так как происходит приспособление возбудимой ткани к действию раздражителя. Это явление называется аккомодацией.
Закон «полярного действия» постоянного тока При действии постоянного тока возбуждение возникает только в момент замыкания и размыкания цепи. При замыкании – под катодом, а при размыкании – под анодом. Возбуждение под катодом больше, чем под анодом.
Физиология нервного ствола По структуре различают миелиновые и безмиелиновые нервные волокна. В миелиновых – возбуждение распространяется скачкообразно. В безмиелиновых – непрерывно вдоль всей мембраны, с помощью локальных токов.
Законы проведения возбуждения по н/в 1. Закон двухстороннего проведения возбуждения: возбуждение по нервному волокну может распространяться в двух направлениях от места его раздражения – центростремительно и центробежно. 2. Закон изолированного проведения возбуждения: каждое нервное волокно, входящее в состав нерва, проводит возбуждение изолированно (ПД не передается от одного волокна на другое). 3. Закон анатомической и физиологической целостности нервного волокна: для проведения возбуждения необходимы анатомическая (структурная) и физиологическая (функциональная) целостность нервного волокна.
Учение о парабиозе Разработал Н. Е. Введенский в 1891 году Фазы парабиоза Уравнительная Парадоксальная Тормозная
Нервно-мышечный синапс – это структурно-функциональное образование, которое обеспечивает передачу возбуждения с нервного волокна на мышечное. Синапс состоит из следующих структурных элементов: 1 — пресинаптической мембраны (это часть мембраны нервного окончания, которая контактирует с мышечным волокном); 2 — синаптической щели (её ширина 20 -30 нм); 3 — постсинаптической мембраны (концевая пластинка); В нервном окончании располагаются многочисленные синаптические пузырьки, содержащие химический посредник передачи возбуждения с нерва на мышцу – медиатор. В нервно-мышечном синапсе медиатором является ацетилхолин. В каждом пузырьке – около 10 000 молекул ацетилхолина.
Этапы нервно-мышечной передачи Первый этап – выброс ацетилхолина (АХ) в синаптическую щель. Он начинается с деполяризации пресинаптической мембраны. При этом активируются Са-каналы. Кальций по градиенту концентрации входит в нервное окончание и способствует выбросу путем экзоцитоза ацетилхолина из синаптических пузырьков в синаптическую щель. Второй этап: медиатор (АХ) путем диффузии достигает постсинаптической мембраны, где взаимодействует с холинорецептором (ХР). Третий этап – возникновение возбуждения в мышечном волокне. Ацетилхолин взаимодействует с холинорецептором на постсинаптической мембране. При этом активируются хемовозбудимые Na -каналы. Поток ионов Na+ из синаптической щели внутрь мышечного волокна (по градиенту концентрации) вызывает деполяризацию постсинаптической мембраны. Возникает потенциал концевой пластинки (ПКП). Четвертый этап – удаление АХ из синаптической щели. Этот процесс происходит под действием фермента – ацетилхолинэстеразы.
Ресинтез АХ Для передачи через синапс одного ПД требуется около 300 пузырьков с АХ. Поэтому необходимо постоянное восстановление запасов АХ. Ресинтез АХ происходит: За счет продуктов распада (холина и уксусной кислоты); Новый синтез медиатора; Подвоз необходимых компонентов по нервному волокну.
Нарушение синаптической проводимости Некоторые вещества могут частично или полностью блокировать нервно-мышечную передачу. Основные пути блокирования: а) блокада проведения возбуждения по нервному волокну (местные анестетики); б) нарушение синтеза ацетилхолина в пресинаптическом нервном окончании, в) угнетение ацетилхолинэстеразы (ФОС); г) связывание холинорецептора (-бунгаротоксин) или длительное вытеснение АХ (кураре); инактивация рецепторов (сукцинилхолин, декаметоний).
Двигательные единицы К каждому мышечному волокну подходит отросток мотонейрона. Как правило, 1 мотонейрон иннервирует несколько мышечных волокон. Это и есть двигательная (или моторная) единица. Двигательные единицы различаются размерами: объемом тела мотонейрона, толщиной его аксона и числом мышечных волокон, входящих в двигательную единицу.
Физиология мышц Функции мышц и их значение. Физиологические свойства мышц. Виды мышечного сокращения. Механизм мышечного сокращения. Работа, сила и утомление мышц.
18 Функции мышц В организме существуют 3 вида М. (скелетные, сердечные, гладкие), которые осуществляют Передвижение в пространстве Взаимоперемещение частей тела Поддержание позы (сидя, стоя) Выработку тепла (терморегуляция) Передвижение крови, лимфы Вдох и выдох Передвижение пищи в ЖКТ Защиту внутренних органов
19 Свойства мышц М. обладают следующими свойствами: 1. Возбудимость; 2. Проводимость; 3. Сократимость; 4. Эластичность; 5. Растяжимость.
20 Виды сокращения мышц: 1. Изотонические – когда при сокращении изменяется длина мышц (они укорачиваются), но напряжение (тонус) мышц при этом остается постоянным. Изометрические сокращение характеризуются повышением тонуса мышц, при этом длина мышцы не меняется. Ауксотонические (смешанные) – сокращения, при которых меняется и длина, и тонус мышц.
21 Виды сокращения мышц: Различают также одиночные и тетанические сокращения мышц. Одиночные сокращения возникают в ответ на действие редких одиночных импульсов. При высокой частоте раздражающих импульсов происходит суммация мышечных сокращений, которая вызывает длительное укорочение мышцы – тетанус.
Зубчатый тетанус Возникает в условиях когда каждый последующий импульс попадает в период расслабления одиночного мышечного сокращения
Гладкий тетанус Возникает в условиях когда каждый последующий импульс попадает в период укорочения одиночного мышечного сокращения.
31 Механизм мышечного сокращения (теория скольжения): Переход возбуждения с нерва на мышцу (через нервно-мышечный синапс). Распространение ПД вдоль мембраны мышечного волокна (сарколемме) и в глубь мышечного волокна по Т- трубочкам (поперечным трубочкам – углублениям сарколеммы в саркоплазму) Высвобождение ионов Ca++ из боковых цистерн саркоплазматического ретикулума (депо кальция) и диффузия его к миофибриллам. Взаимодействие Ca++ с белком – тропонином, находящимся на актиновых нитях. Освобождение центров связывания на актине и контакт поперечных мостиков миозина с этими участками актина. Высвобождение энергии АТФ и скольжение актиновых нитей вдоль миозиновых нитей. Это приводит к укорочению миофибриллы. Далее активируется кальциевый насос, который обеспечивает активный транспорт Са из саркоплазмы в саркоплазматический ретикулм. Снижается концентрация Са в саркоплазме, в результате происходит расслабление миофибриллы.
Сила мышц Максимальный груз, который мышца подняла, или максимальное напряжение, которое она развивает при своем сокращении называют силой мышцы. Измеряется она в килограммах. Сила мышцы зависит от толщины мышцы и её физиологического поперечного сечения (это сумма поперечных сечений всех мышечных волокон, составляющих эту мышцу). В мышцах с продольно расположенными мышечными волокнами физиологическое поперечное сечение совпадает с геометрическим. У мышц с косым расположением волокон (мышцы перистого типа) физиологическое поперечное сечение значительно превосходит геометрическое сечение. Они относятся к силовым мышцам.
Виды мышц А — параллельная Б — перистая В — веретенообразная
Работа мышцы Поднимая груз, мышца выполняет механическую работу, которая измеряется произведением массы груза на высоту его подъема и выражается в килограммометрах. A = F x S , где F – масса груза, S – высота его подъема Если F =0, то и работа А=0 Если S =0, то и работа А=0 Максимальная работа мышцей совершается при средних нагрузках (закон «средних нагрузок).
Утомлением называют временное снижение работоспособности мышц в результате длительных, чрезмерных нагрузок, которое исчезает после отдыха. Утомление — это сложный физиологический процесс, связанный, прежде всего, с утомлением нервных центров. Согласно теории «засорения» (Е. Пфлюгер) определенную роль в развитии утомления играет накопление в работающей мышце продуктов обмена (молочная кислота и др.). Согласно теории «истощения» (К. Шифф) утомление вызвано постепенным истощением в работающих мышцах энергетических запасов (АТФ, гликоген). Обе эти теории сформулированы на основании данных, полученных в экспериментах на изолированной скелетной мышце и объясняют утомление односторонне и упрощенно.
Теория активного отдыха До настоящего времени единой теории, объясняющей причины и сущность утомления нет. В естественных условиях утомление двигательного аппарата организма является многофакторным процессом. И. М. Сеченов (1903), исследуя на сконструированном им эргографе для двух рук работоспособность мышц при поднятии груза, установил, что работоспособность утомленной правой руки восстанавливается полнее и быстрее после активного отдыха, т. е. отдыха сопровождаемого работой левой руки. Таким образом, активный отдых является более эффективным средством борьбы с утомлением мышц, чем простой покой. Причину восстановления работоспособности мышц в условиях активного отдыха Сеченов связывал с действием на ЦНС афферентных импульсов от мышечных, сухожильных рецепторов работающих мышц.
Парабиоз - означает "около жизни". Он возникает при действии на нервы парабиотических раздражителей (аммиак, кислота, жирорастворители, КCl и т.д.), этот раздражитель меняет лабильность , снижает ее. Причем снижает ее фазно, постепенно.
^ Фазы парабиоза:
1. Сначала наблюдается уравнительная фаза парабиоза. Обычно сильный раздражитель дает сильный ответ, а меньший - меньший. Здесь наблюдаются одинаково слабые ответы на различные по силе раздражители(Демонстрация графика).
2. Вторая фаза - парадоксальная фаза парабиоза. Сильный раздражитель дает слабый ответ, слабый - сильный ответ.
3. Третья фаза - тормозная фаза парабиоза. И на слабый и на сильный раздражитель ответа нет. Это связано с изменением лабильности.
Первая и вторая фаза - обратимые , т.е. при прекращении действия парабиотического агента ткань восстанавливается до нормального состояния, до исходного уровня.
Третья фаза - не обратимая, тормозная фаза через короткий промежуток времени переходит в гибель ткани.
^ Механизмы возникновения парабиотических фаз
1. Развитие парабиоза обусловлено тем, что под действием повреждающего фактора происходит снижение лабильности, функциональной подвижности . Это лежит в основе ответов, которые называют фазы парабиоза .
2. В нормальном состоянии ткань подчиняется закону силы раздражения. Чем больше сила раздражения, тем больше ответ. Существует раздражитель, который вызывает максимальный ответ. И эту величину обозначают как оптимум частоты и силы раздражения.
Если эту частоту или силу раздражителя превысить, то ответная реакция снижается. Это явление - пессимум частоты или силы раздражения.
3. Величина оптимума совпадает с величиной лабильности. Т.к. лабильность - это максимальная способность ткани, максимально большой ответ ткани. Если лабильность меняется, то величины, на которых вместо оптимума развивается пессимум, сдвигаются. Если изменить лабильность ткани, то та частота, которая вызывала оптимум ответа, теперь будет вызывать пессимум.
^ Биологическое значение парабиоза
Открытие Введенским парабиоза на нервно-мышечном препарате в лабораторных условиях имело колоссальные последствия для медицины :
1. Показал, что явление смерти не мгновенно , существует переходный период между жизнью и смертью.
2. Этот переход осуществляется пофазно .
3. Первая и вторая фазы обратимы , а третья не обратимая .
Эти открытия привели в медицине к понятиям - клиническая смерть, биологическая смерть.
Клиническая смерть - это обратимое состояние.
^ Биологическая смерть - необратимое состояние.
Как только сформировалось понятие "клиническая смерть", то появилась новая наука - реаниматология ("ре" - возвратный предлог, "анима" - жизнь).
^ 9. Действие постоянного тока…
Постоянный ток на ткань оказывает два вида действия :
1. Возбуждающее действие
2. Электротоническое действие .
Возбуждающее действие сформулировано в трех законах Пфлюгера:
1. При действии постоянного тока на ткань возбуждение возникает только в момент замыкания цепи или в момент размыкания цепи, или при резком изменении силы тока.
2. Возбуждение возникает при замыкании под катодом, а при размыкании - под анодом.
3. Порог катодзамыкательного действия меньше, чем порог анодразмыкательного действия.
Разберем эти законы:
1. Возбуждение возникает при замыкании и размыкании или при сильном действии тока, потому что именно эти процессы создают необходимые условия для возникновения деполяризации мембран под электродами.
2. ^ Под катодом , замыкая цепь, мы по существу вносим мощный отрицательный заряд на наружную поверхность мембраны. Это приводит к развитию процесса деполяризации мембраны под катодом.
^ Поэтому именно под катодом возникает процесс возбуждения при замыкании.
Рассмотрим клетку под анодом . При замыкании цепи происходит внесение мощного положительного заряда на поверхность мембраны, что приводит к гиперполяризации мембраны . Поэтому под анодом никакого возбуждения нет. Под действием тока развивается аккомодация . КУД смещается вслед за потенциалом мембраны, но в меньшей степени. Возбудимость снижается. Нет условий для возбуждения
Разомкнем цепь - потенциал мембраны быстро вернется к исходному уровню.
^ КУД быстро меняться не может, он будет возвращаться постепенно и быстро меняющийся потенциал мембраны достигнет КУД - возникнет возбуждение. В этом главная причина того, что возбуждение возникает в момент размыкания.
В момент размыкания под катодом ^ КУД медленно возвращается к исходному уровню, а потенциал мембраны это делает быстро.
1. Под катодом при длительном действии постоянного тока на ткань возникнет явление - катодическая депрессия.
2. Под анодом в момент замыкания возникнет анодный блок.
Главным признаком катодической депрессии и анодного блока является снижение возбудимости и проводимости до нулевого уровня. Однако, биологическая ткань при этом остается живой.
^ Электротоническое действие постоянного тока на ткань.
Под электротоническим действием понимают такое действие постоянного тока на ткань, которое приводит к изменению физических и физиологических свойств ткани. В связи с эти различают два вида электротона:
Физический электротон.
Физиологический электротон.
Под физическим электротоном понимают изменение физических свойств мембраны, возникающее под действием постоянного тока - изменение проницаемости мембраны, критического уровня деполяризации.
Под физиологическим электротоном понимают изменение физиологических свойств ткани. А именно - возбудимости, проводимости под действием электротока.
Кроме того, электротон разделяют на анэлектротон и катэлектротон.
Анэлектротон - изменения физических и физиологических свойств тканей под действием анода.
Каэлектротон - изменения физических и физиологических свойств тканей под действием катода.
Изменится проницаемость мембраны и это будет выражаться в гиперполяризации мембраны и под действием анода будет постепенно снижаться КУД.
Кроме того, под анодом при действии постоянного электрического тока развивается физиологический компонент электротона . Значит под действием анода изменяется возбудимость. Как изменяется возбудимость под действием анода? Включили электроток - КУД смещается вниз, мембрана гиперполяризовалась, резко сместился уровень потенциала покоя.
Разница меджду КУДом и потенциалом покоя увеличивается в начале действия электрического тока под анодом. Значит возбудимость под анодом в начале будет снижаться . Потенциал мембраны будет медленно смещаться вниз, а КУД - достаточно сильно. Это приведет к восстановлению возбудимости до исходного уровня, а при длительном действии постоянного тока под анодом возбудимость вырастет, так как разница между новым уровнем КУДа и потенциалом мембраны будет меньше, чем в покое.
^ 10. Строение биомембран…
Организация всех мембран имеет много общего, они построены по одному и тому же принципу. Основу мембраны составляет липидный бислой (двойной слой амфифильных липидов), которые имеют гидрофильную "головку" и два гидрофобных "хвоста". В липидном слое липидные молекулы пространственно ориентированы, обращены друг к другу гидрофобными "хвостами", головки молекул обращены на наружную и внутреннюю поверхности мембраны.
^ Липиды мембраны: фосфолипиды, сфинголипиды, гликолипиды, холестерин.
Выполняют, помимо формирования билипидного слоя, другие функции:
формируют окружение для мембранных белков (аллостерические активаторы ряда мембранных ферментов);
являются предшественниками некоторых вторых посредников;
выполняют "якорную" функцию для некоторых периферических белков.
Среди мембранных белков выделяют:
периферические - располагаются на наружной или внутренней поверхностях билипидного слоя; на наружной поверхности к ним относятся рецепторные белки, белки адгезии; на внутренней поверхности - белки систем вторичных посредников, ферменты;
интегральные - частично погружены в липидный слой. К ним относятся рецепторные белки, белки адгезии;
трансмембранные - пронизывают всю толщу мембраны, причем некоторые белки проходят через мембрану один раз, а другие - многократно. Этот вид мембранных белков формирует поры, ионные каналы и насосы, белки-переносчики, рецепторные белки. Трансмембранные белки играют ведущую роль во взаимодействии клетки с окружающей средой, обеспечивая рецепцию сигнала, проведение его в клетку, усиления на всех этапах распространения.
В мембране этот тип белков формирует домены (субъединицы), которые обеспечивают выполнение трансмембранными белками важнейших функций.
Основу доменов составляют трансмембранные сегменты, образованные неполярными аминокислотными остатками, закрученными в виде ос-спирали и внемембранные петли, представляющие полярные области белков, которые могут достаточно далеко выступать за пределы билипидного слоя мембраны (обозначают как внутриклеточные, внеклеточные сегменты), отдельно выделяют СООН- и NН 2 -терминальные части домена.
Часто просто выделяют трансмембранную, вне- и внутриклеточную части домена - субъединицы. Белки мембраны также делят на:
структурные белки: придают мембране форму, ряд механических свойств (эластичность и т.д.);
транспортные белки:
формируют транспортные потоки (ионные каналы и насосы, белки-переносчики);
способствуют созданию трансмембранного потенциала.
белки, обеспечивающие межклеточные взаимодействия:
Адгезивные белки, связывают клетки друг с другом или с внеклеточными структурами;
белковые структуры, участвующие в образовании специализированных межклеточных контактов (десмосомы, нексусы и т.д.);
белки, непосредственно участвующие в передаче сигналов от одной клетки к другой.
В состав мембраны входят углеводы в виде гликолипидов и гликопротеидов . Они формируют олигосахаридные цепи, которые располагаются на наружной поверхности мембраны.
^ Свойства мембраны:
1. Самосборка в водном растворе.
2. Замыкание (самосшивание, замкнутость). Липидный слой всегда замыкается сам на себя с образованием полностью отграниченных отсеков. Это обеспечивает самосшивание при повреждении мембраны.
3. Асимметрия (поперечная) - наружный и внутренний слои мембраны отличаются по составу.
4. Жидкостность (подвижность) мембраны. Липиды и белки могут при определенных условиях перемещаться в своем слое:
латеральная подвижность;
вращения;
изгибание,
А также переходить в другой слой:
вертикальные перемещения (флип-флоп)
5. Полупроницаемость (избирательная проницаемость, селективность) для конкретных веществ.
^ Функции мембран
Каждая из мембран в клетке играет свою биологическую роль.
Цитоплазматическая мембрана:
Отграничивает клетку от окружающей среды;
Осуществляет регуляцию обмена веществ между клеткой и микроокружением (трансмембранный обмен);
Производит распознавание и рецепцию раздражителей;
Принимает участие в образовании межклеточных кон тактов;
Обеспечивает прикрепление клеток к внеклеточному матриксу;
Формирует электрогенез.
Дата добавления: 2015-02-02 | Просмотры: 3624 |
