CC BY
162УДК: 612.1/.8
ЛЕКЦИИ ПО НОРМАЛЬНОЙ ФИЗИОЛОГИИ. ЛЕКЦИЯ 2. БИОПОТЕНЦИАЛЫ, ИХ ВИДЫ, ПРОИСХОЖДЕНИЕ И СПОСОБ РЕГИСТРАЦИИ. КАЛИЙ-НАТРИЕВЫЙ НАСОС, ЕГО РОЛЬ В ВОЗНИКНОВЕНИИ МЕМБРАННОГО ПОТЕНЦИАЛА ПОКОЯ И МЕМБРАННОГО ПОТЕНЦИАЛА ДЕЙСТВИЯ, МЕХАНИЗМ РАБОТЫ
ШУКУРОВ ФИРУЗ АБДУФАТТОЕВИЧ доктор медицинских наук, профессор кафедры нормальной физиологии Таджикского государственного медицинского университета имени Абу али ибни Сино, г. Душанбе, Республика
Таджикистан ORCID Ю 0000-0003-4665-546Х ХАЛИМОВА ФАРИЗА ТУРСУНБАЕВА
доктор медицинских наук, заведующая кафедрой нормальной физиологии Таджикского государственного медицинского университета имени Абу али ибни Сино, г. Душанбе, Республика
Таджикистан. ORCID Ю 0000-0001-9310-7699 АННОТАЦИЯ
Лекции по нормальной физиологии предназначены для студентов медицинских и университетов. Основные задачи второй лекции:
а) раскрыть механизм мембранного потенциала покоя и мембранного потенциала действия,
б) ознакомить со способами регистрации мембранного потенциала покоя и мембранного потенциала действия, значение мембранного потенциала действия в медицине,
в) указать фазы мембранного потенциала действия и соотношение этих фаз с возбудимостью ткани,
г) раскрыть механизм работы калий-натриевого насоса.
Ключевые слова: лекция по нормальной физиологии,
биопотенциал, мембранный потенциал действия, мембранный
потенциал покоя, метаболический потенциал, калий-натриевый насос, критический уровень деполяризации.
LECTURES ON NORMAL PHYSIOLOGY. LECTURE 2.
BIOPOTENTIALS, THEIR TYPES, ORIGIN AND METHOD OF REGISTRATION. POTASSIUM-SODIUM PUMP, ITS ROLE IN THE EMERGENCE OF THE RESTING MEMBRANE POTENTIAL AND THE MEMBRANE ACTION POTENTIAL, THE MECHANISM OF
OPERATION SHUKUROV FIRUZ ABDUFATTOEVICH MD, Professor of the Department of Normal Physiology of the Abu Ali Ibni Sino Tajik State Medical University, Dushanbe, Republic of
Tajikistan ORCID ID 0000-0003-4665-546X HALIMOVA FARIZA TURSUNBAYEVA MD, Head of the Department of Normal Physiology of the Tajik State Medical University named after Abu Ali Ibni Sino, Dushanbe, Republic of Tajikistan. ORCID ID 0000-0001-9310-7699 ABSTRACT
Lectures on normal physiology are intended for medical and university students. The main objectives of the second lecture:
a) to reveal the mechanism of the resting membrane potential and the membrane action potential,
b) to familiarize with the methods of registering the resting membrane potential and the membrane action potential, the value of the membrane action potential in medicine,
c) to indicate the phases of the membrane action potential and the ratio of these phases with the excitability of the tissue,
d) to reveal the mechanism of operation of the potassium-sodium pump.
Keywords: lecture on normal physiology, biopotential, membrane
action potential, resting membrane potential, metabolic potential, potassium-sodium pump, critical level of depolarization.
НОРМАЛ ФИЗИОЛОГИЯ БУЙИЧА МАЪРУЗАЛАР. 2 - МАЪРУЗА. БИОПОТЕНЦИАЛЛАР, УЛАРНИНГ ТУРЛАРИ, ПАЙДО БУЛИШИ ВА РЕГИСТРАЦИЯ УСУЛЛАРИ. КАЛИЙ - НАТРИЙ НАСОСИ, УНИНГ ТИНЧЛИКДАГИ МЕМБРАНА ПОТЕНЦИАЛИ ВА ^АРАКАТДАГИ МЕМБРАНА ПОТЕНЦИАЛИ ПАЙДО БУЛИШИДАГИ УРНИ, ИШЛАШ
МЕХАНИЗМИ
ШУКУРОВ ФИРУЗ АБДУФАТТОЕВИЧ Т.ф.д., нормал физиология кафедраси профессори, Абу али ибни Сино номидаги Тожикистон давлат тиббиёт университети, Душанбе ш., Тожикистон Республикаси.
ORCID ID 0000-0003-4665-546X ХАЛИМОВА ФАРИЗА ТУРСУНБАЕВА Т.ф.д., нормал физиология кафедраси мудири, Абу али ибни Сино номидаги Тожикистон давлат тиббиёт университети, Душанбе ш., Тожикистон Республикаси.
ORCID ID 0000-0001-9310-7699
АННОТАЦИЯ
Нормал физиология фани буйича маърузалар тиббиёт олийгоцлари талабалари учун мулжалланган. Иккинчи маърузанинг асосий вазифалари:
а) тинчлик мембрана потенциали ва царакат мембрана потенциалларининг механизмларини очиш,
б) тинчлик мембрана потенциали ва царакат мембрана потенциалларининг регистрация усуллари билан таништириш, царакат мембрана потенциалининг тиббиётдаги ацамияти,
в) царакат мембрана потенциалининг босцичларини ва уларнинг тузима цузгалиши билан узаро муносабатини курсатиш,
г) калий-натрий насосининг иш механизмини очиб бериш. Калит сузлар: нормал физиология буйича маъруза, биопотенциал, царакат мембрана потенциали, тинчлик мембрана потенциали, метаболик потенциал, калий-натрий насоси, деполяризациянинг критик даражаси.
Цель - знать мембранный потенциал, его происхождение, ионные градиенты, механизм; мембранный потенциал действия, его происхождение, фазы; соотношение фаз возбудимости с фазами МПД; локальный ответ, критический уровень деполяризации.
Задачи -
а) раскрыть механизм МПП и МПД,
б) ознакомить со способами регистрации МПП и МПД, значение МПД в медицине,
в) указать фазы МПД и соотношение этих фаз с возбудимостью ткани,
г) раскрыть механизм работы калий-натриевого насоса.
Содержание:
Биопотенциалы - это разность потенциалов между двумя точками живой ткани, отражающая ее биоэлектрическую активность. Можно сказать, что биопотенциалы - это электрический ток в живых системах.
После того, как Грей (1731 г.) в Англии и Ноле (1746 г.) во Франции при помощи электроскопа показали наличие электрических зарядов у растений, животных и даже человека, широкое распространение получают идеи о тесной связи электричества и жизненных процессов.
Началом экспериментального изучения истинного «животного электричества», продуцируемого живыми тканями (биопотенциалы), следует считать известные опыты итальянского врача
Луиджи Гальвани (1791 г.). Он обратил внимание на то, что отпрепарированные задние лапки лягушки приходили в движение при соединении нерва с поверхностью мышц металлическими проводниками (рис.) - это первый опыт Гальвани. Он считал, что открыл «животное электричество». Ему возразил физик Александр Вольт (1792 г.), который считал, что электричество в данном случае возникает из-за прикосновения разнородных металлов через влажную среду. Это был один из плодотворных споров ученых того времени. В поисках своего доказательства А. Вольт изобрел первый источник постоянного тока - вольтов столбик из разнородных металлических пластинок, разделенных жидкостью. Интересно, что этот столбик в наше время называют гальваническим элементом.
В ответ на возражение Вольта, Гальвани и его племянник Альдини видоизменил свой опыт - второй опыт Гальвани, который производили без участия металлов. Седалищный нерв лягушки соприкасали к икроножной мышце в двух различных точках. При нанесении раздражения на нерв, происходило сокращение мышцы. Многие идеи электрофизиологии можно найти в разносторонних работах Матеучи (1838 г.). Он впервые установил электроотрицательность разреза мышцы по отношению к неповрежденной части. Электрический ток, регистрируемый таким способом, называется током повреждения.
Различают три вида биопотенциала:
1) мембранный потенциал покоя (МПП);
2) мембранный потенциал действия (МПД);
3) потенциал градиента основного обмена (метаболический потенциал).
Потенциал градиента основного обмена («истинный потенциал», метаболический потенциал), который генерируется (образуется) в процессе основного обмена, то есть в состоянии
максимально допустимого покоя живой ткани. Считают, что это стойкие, неизменные во времени, разность потенциалов, существующие между противоположными поверхностями отдельных тканевых структур (А.В. Латманизова). При этом участки с более интенсивным обменом электроотрицательны по отношению к участку с менее интенсивным основным обменом. Таким образом потенциал градиента основного обмена можно регистрировать внеклеточным способом, помещая один электрод в зону интенсивного обмена, а другой в зону менее интенсивного обмена.
МПП - это разность потенциалов между наружной и внутренней поверхностью мембраны в состоянии покоя. При этом на наружной поверхности мембраны скапливаются положительные заряды, а на внутренней поверхности - отрицательные заряды. Величина МПП соответствует -70 - -90 мв. Знак минус означает, что в покое на внутренней поверхности мембраны скапливаются отрицательные заряды. Еще в 1838 г. Маттеучи обнаружил, что мышца на наружной поверхности заряжена положительно, а внутри - отрицательно. Позже это явление было открыто у большинства клеток животных и растений. Такое распределение зарядов для клеточной мембраны характерно, когда клетка находится в состоянии физиологического покоя. Мембрана с расположенными отрицательными зарядами на внутренней ее поверхности и положительными на наружной находится в состоянии поляризации.
Регистрация МПП осуществляется только внутриклеточным способом. Для этой цели используют микроэлектроды - их диаметр должен соответствовать порам мембраны. До развития микроэлектродной техники МПП измеряли путем повреждения мембраны по методу Матеучи. При этом один электрод устанавливали на поврежденную часть мембраны (внутренняя поверхность), а другой электрод - на неповрежденную часть. Величина этого потенциала
(потенциал повреждения) несколько ниже МПП. Использование микроэлектрода связана с тем, что мембрана при этом практически не повреждается при введении электрода во внутрь клетки. МПП нервной и мышечной клетки всегда отрицательны, его величина постоянна для каждого типа клеток. У теплокровных животных он составляет от -50 до -100мВ (в среднем -70-80мВ). Гладкомышечные клетки имеют низкий МПП, порядка - 30мВ
МПД - это разность потенциалов между наружной и внутренней поверхностью мембраны при возбуждении. Можно дать другое определение: МПД - это разность между возбужденной и невозбужденной частью мембраны. Таким образом, МПД можно регистрировать двумя способами:
1) внутриклеточным - для этого также используют микроэлектроды;
2) внеклеточным способом. Этот способ возможен благодаря тому, что возбуждение не сразу охватывает всю мембрану клетки, а распространяется волнообразно. При этом на наружной поверхности возбужденной части мембраны скапливаются отрицательные заряды, а на невозбужденной части - положительные.
Благодаря внеклеточной регистрации, МПД широко используется в клинике:
а) ЭМГ - электромиография, регистрация МПД скелетных мышц, используется для изучения функционального состояния мышц;
б) ЭЭГ - электроэнцефалография, регистрация МПД мозга, используется для изучения функционального состояния коры больших полушарий;
в) ЭГГ - электрогастрография, регистрация МПД желудка, используется для изучения двигательной функции желудка; г) ЭКГ -электрокардиограмма, регистрация МПД сердечной мышцы,
используется для изучения функционального состояния сердечной мышцы. Величина МПД соответствует +110 +120 мв. Знак плюс означает, что при возбуждении внутренняя поверхность мембраны заряжена положительно.
Таким образом, с точки зрения биопотенциалов различают три состояния мембраны, каждый из которых соответствует определенному функциональному состоянию ткани.
Механизм возникновения МПП и МПД. В настоящее время наибольшее признание получила ионная теория, объясняющая механизм возникновения МПП и МПД. Во внутриклеточной и внеклеточной среде в водном растворе свободно перемещаются молекулы солей - диссоциирующие на анионы и катионы, которые распределены равномерно. Местом нарушения баланса зарядов, которое лежит в основе МПП, является клеточная мембрана. На внутренней стороне мембраны находится избыток анионов, а количественно равный избыток катионов - на внешней стороне. В настоящее время экспериментально доказано, что большую роль в таком распределении зарядов играют ионы натрия и калия, которые неравномерно распределены во внутриклеточной и внеклеточной среде. В клетках возбудимых тканей концентрация ионов калия достигает 150 ммоль/л, а во внеклеточной среде - 4-5 ммоль/л, то есть концентрация ионов калия во внутриклеточной среде в 30-50 раз больше, чем во внеклеточной среде. Концентрация ионов натрия, наоборот, больше во внеклеточной среде, чем во внутриклеточной (во внеклеточной среде ионов натрия 140 ммоль/л, а во внутриклеточной среде - 14 ммоль/л, то есть во внеклеточной среде ионов натрия в 10 раз больше.
Таким образом, с точки зрения распределения ионов внутри и вне клетки, можно сказать, что жизнь - это ионная асимметрия. Следует отметить, что в мембране заложен механизм, который
отвечает за поддержание ионной асимметрии - калий-натриевый насос. Большинство анионов составляют крупные ионы белков, поэтому катионы по своим размерам в несколько раз меньше. В механизме возникновения МПП и МПД большую роль играют специальные поры - каналы, просветы которых так узки, что проходить через них способны только относительно мелкие ионы натрия и калия. Причем, в мембране имеются специальные каналы, пропускающие калий (калиевые каналы), или натрий (натриевые каналы). В настоящее время известны вещества, которые избирательно угнетают натриевую систему (тетрадотоксин) и калиевую систему (тетраэтиламоний) за счет блокирования этих каналов. Известно, что в состоянии покоя поры мембраны, пропускающие ионы калия (калиевые каналы), в основном открыты, а поры, пропускающие ионы натрия (натриевые каналы), в основном закрыты. В связи с этим в состоянии покоя проницаемость для ионов калия (пассивный транспорт по градиенту) в несколько раз больше, чем для ионов натрия. При раздражении мембраны ее свойства меняются таким образом, что открываются натриевые каналы, а калиевые закрываются и возрастает проницаемость для ионов натрия.
Механизм возникновения МПП. В состоянии покоя открыты калиевые каналы, поэтому катионы калия выходят из клетки, так как их внутри клетки в 30-50 раз больше. За ионами калия стремятся выходить анионы (глутамат, органические фосфаты), но размер калиевых каналов значительно меньше, чем размер анионов, поэтому анионы скапливаются на внутренней поверхности мембраны и удерживают на наружной поверхности ионы калия. Происходит накопление положительных зарядов (вышедший из клетки ион калия) на внешней поверхности мембраны, а отрицательных зарядов на внутренней поверхности - это и есть поляризация мембраны,
определяющая величину МПП. Следует отметить, что в состоянии покоя натриевые каналы в основном закрыты, поэтому они в очень незначительном количестве проникают во внутриклеточную среду. Причем, каждый зашедший натрий захватывает анион с внутренней поверхности мембраны и проходит во внутриклеточную среду. В связи с этим ион калия, находящийся на наружной поверхности мембраны, также, соединяясь с анионом, проходит во внеклеточную среду. Таким образом, каждый зашедший во внутрь клетки ион натрия, уменьшает поляризацию, а, следовательно, уменьшает величину МПП, а каждый, вышедший из клетки ион калия, увеличивает поляризацию и величину МПП. Заход и выход ионов калия и натрия зависит от концентрационного градиента: чем больше концентрационный градиент по иону калия, тем больше ионов калия будет выходить из клетки наружу. Экспериментально было показано, что при измерении МПП in vitro его величина изменялась от изменения концентрации ионов калия во внеклеточном растворе: при снижении концентрации ионов калия (увеличении концентрационного градиента) МПП возрастает, а при повышении (уменьшении концентрационного градиента) - величина МПП падает.
Значение МПП заключается в том, что он оказывает влияние на процессы трансмембранного обмена веществ. В нервных и мышечных клетках изменение МПП составляют основу деятельности клетки - переработки информации и процесса сокращения. Можно говорить о том, что МПП свидетельствует о готовности клетки отвечать на раздражение.
Механизм возникновения МПД и его фазы. Как было отмечено выше, при раздражении клетки изменяются свойства мембраны таким образом, что открываются натриевые каналы, а калиевые закрываются. В связи с этим ионы натрия начинают заходить в клетку, так как их вне клетки в 10 раз больше. Начинается
перезарядка мембраны - деполяризация. В момент раздражения наружная поверхность мембраны имеет положительные заряды, поэтому первые порции ионов натрия заходят в клетку медленно, так как при этом действует электростатическая отталкивающая сила. Медленный заход натрия происходит до определенного уменьшения МПП (до -50-70 мВ), после чего перестает действовать отталкивающая сила. Этот уровень МПП, при котором отсутствует отталкивающая сила, называется критический уровень деполяризации (КУД). Уменьшение МПП до КУД соответствует первой фазе МПД - порог деполяризации. От величины КУД зависит пороговая сила, а, следовательно, и возбудимость ткани (чем меньше КУД, тем больше пороговая сила и меньше возбудимость ткани). При уменьшении МПП до уровня КУД начинается залповый заход натрия в клетку и МПП резко уменьшается за счет перезарядки мембраны - это вторая фаза МПД - пик МПД. Эта фаза имеет два периода:
а) период деполяризации - в этот период происходит резкое уменьшение МПП до определенного уровня (+20+30 мВ) - этот период продолжается лишь 0,2 - 0,5 мс. Во время этого периода мембрана теряет свой нормальный заряд (свою «поляризацию»), поэтому этот период называю периодом деполяризации. Как правило, деполяризация переходит за нулевую линию, и внутренняя поверхность мембраны приобретает положительный заряд - эта положительная часть пика МПД называется овершут.
б) период реполяризации - после достижения своего максимального уровня происходит восстановление исходной величины МПП, то есть мембрана возвращается в состояние поляризации. При этом до уровня КУД происходит быстрое восстановление, затем реполяризация замедляется. В реполяриза-ционной части пика МПД большую роль играет повышение
проводимости для инов калия. Так, если блокировать калиевые каналы тетраэтиламонием, мембрана после МПД реполяризуется значительно медленнее. Кроме этого, реполяризации мембраны способствует работа натриевого насоса, благодаря чему происходит выкачивание ионов натрия из клетки, чтобы вернуть прежнее соотношение ионов натрия внутри и вне клетки (восстановить асимметрию ионов натрия). Период реполяризации осуществляется до уровня КУД, затем начинается третья фаза МПД - следовой потенциал. Эта фаза также состоит из двух периодов:
а) период следовой деполяризации - при этом реполяризация еще не достигает уровня МПП;
б) период следовой гиперполяризации - при этом величина МПП становится больше, чем было до раздражения. Это происходит, потому что реполяризация осуществляется за счет работы натриевого насоса и за счет увеличения проницаемости ионов калия - в результате этого ионов калия выходит больше и количество положительных зарядов на наружной поверхности мембраны становится больше (гиперполяризация). Для предотвращения ионного равновесия в определенный момент срабатывает механизм калиевого насоса, и калий начинает заходить в клетку (транспорт ионов калия против градиента) состояние мембраны возвращается к исходной поляризации. Длительность МПД составляет около 1мс в нервах, 10 мс в скелетной мышце и более 200 мс в миокарде.
Таким образом, в возникновении МПП и МПД большую роль играет трансмембранный ток ионов калия и натрия. При этом выход ионов калия из клетки и заход ионов натрия внутрь клетки осуществляется пассивно - по концентрационному градиенту, то есть из области высокой концентрации ионы проникают в область низкой концентрации. Однако наличие только пассивного транспорта привело бы к исчезновению разности концентраций, что несовмес-
тимо в нормальной ткани, то есть исчезновение разности концентраций ионов приводит к гибели клетки (жизнь - это ионная асимметрия клетки). Следовательно, должен существовать еще один ток ионов через мембрану, поддерживающий ионную асимметрию клетки на каком-то оптимальном уровне. Этот ток ионов осуществляется активно, против градиента: при этом ионы калия будут заходить в клетку (во время следовой гиперполяризации), а ионы натрия -выходить из клетки (вовремя овершута). Таким образом, для поддержания оптимального уровня ионной асимметрии необходима метаболическая энергия, которая будет осуществлять активный транспорт ионов. Механизм, обеспечивающий такой транспорт, называется ионным насосом.
Ионный насос — это условный механизм, заложенный внутри мембраны, использующий метаболическую энергию для тока ионов против градиента. Влияние метаболической энергии на активный транспорт ионов натрия (из клетки во внеклеточную среду) было доказано введением динитрофенола (ДНФ). ДНФ в течение часа снижает выход натрия примерно в 100 раз. ДНФ проникает в клетку и блокирует метаболические процессы снабжения энергией, так что причиной снижения выхода ионов натрия под действием ДНФ должен быть недостаток метаболической энергии. Активный транспорт ионов натрия из клетки имеет компонент, сопряженный с активным транспортом ионов калия в клетку. Преимущество такого сопряженного натрий-калиевого насоса в том, что он экономит энергию Изменение возбудимости ткани в разные фазы МПД Во взаимоотношениях со средой живая система никогда не сталкивается с действием лишь одного фактора. На живую систему одновременно или в определенной последовательности влияют разные раздражители. Для того, чтобы знать всегда ли живая система реагирует на все раздражения, необходимо знать о
способности ткани (ее возбудимости) отвечать на раздражение, поступающие в разные фазы одного и того же цикла возбуждения.
Если нормальную возбудимость (в условиях физиологического покоя) принять за 100%, то в ходе одного цикла возбуждения она изменяется как в сторону повышения (экзальтации), так и в сторону понижения (рефрактерности).
В первую фазу МПД - порога деполяризации - возбудимость ткани возрастает - становится выше нормы (более 100%) эта фаза возбудимости называется супернормальная возбудимость, или фаза экзальтации. Такая же повышенная возбудимость в период следовой деполяризации. В период деполяризации пика МПД возбудимость полностью исчезает (0%) - эта фаза абсолютной рефрактерности. В период реполяризации пика МПД возбудимость снижена (меньше 100%) - эта фаза относительной рефрактерности. Такое же снижение возбудимости отмечается в период следовой гиперполяризации. Таким образом, при возбуждении возбудимость ткани неоднородна: может повышаться (фаза экзальтации) в фазу порога деполяризации и в период следовой деполяризации МПД, может уменьшаться (фаза относительной рефрактерности) в период реполяризации пика МПД и в период следовой гиперполяризации, может полностью отсутствовать (фаза абсолютной рефрактерности) в период деполяризации пика МПД. Таким образом, возбудимость ткани различна в различных точках фазы МПД.
Биологическое значение абсолютной рефрактерности заключается в том, что эта фаза защищает живую ткань от чрезмерных энергетических трат и позволяет «без помех» осуществлять текущую приспособительную реакцию. Особенность МПД сердечной мышцы заключается в том, что здесь отмечается плато (сохранение величины МПД на нулевом уровне в течении
достаточно длительного времени)
Благодаря этому в сердечной мышце длительность абсолютной рефрактерности в несколько раз больше, чем в скелетной мышце. Биологическая значимость этого заключается в том, что в сердечной мышце не возникает тетанического (сильного и длительного) сокращения.
Из изложенного следует, что чем короче длительность рефрактерности, тем с большей частотой биосистема в состоянии отвечать на повторные раздражения.
Способность ткани реагировать на ритмический раздражитель Н.Е. Введенским названа функциональной подвижностью (лабильностью) ткани. Причем, способность ткани воспроизводить циклы возбуждения на ритмический раздражитель зависит от скорости тех элементарных реакций, которыми сопровождается это возбуждение. Поэтому Н.Е. Введенский под лабильностью понимал «большую или меньшую скорость тех элементарных реакций, которыми сопровождается физиологическая деятельность данного аппарата». Из определения следует, что мерой лабильности является максимальное количество циклов возбуждения (пиков МПД), воспроизводимое в единицу времени. Лабильность ткани не является абсолютно постоянной. В ходе ритмического раздражителя лабильность ткани может повышаться - это явление А.А. Ухтомский назвал усвоением ритма. Об усвоении ритма наглядно демонстрирует опыт Мевеса на изолированном нервном волокне лягушки: вначале максимальное количество циклов возбуждений, которое воспроизводило нервное волокно было 460 циклов возбуждений в 1 с. При раздражении этого волокна ритмическим раздражителем в 740 импульсов в секунду -нервное волокно воспроизводило каждый второй импульс, но через несколько секунд возникло 740 циклов возбуждений в 1с, то есть нервное волокно усвоило заданный ритм раздражения вследствие
повышения лабильности.
Н.Е. Введенский в опытах на нервно-мышечном препарате лягушки обнаружил, что если наносить раздражение одной и той же силы, но последовательно увеличивать частоту ритмического раздражителя, то ответная реакция также последовательно нарастает При достижении максимальной величины, ответная реакция, несмотря на продолжающийся рост частоты наносимых раздражений, не только не увеличивается, но постепенно уменьшается и даже прекращается. Частота раздражения (40 - 50 гц), вызывающая максимальную ответную реакцию, будет оптимальной, а частота (200 - 400гц), приводящая к уменьшению или исчезновению ответа - пессимальной. Эти реакции объясняются тем, что при оптимальной частоте раздражения каждый последующий импульс попадает в фазу супернормальной возбудимости. При повышении частоты каждый последующий импульс попадает либо в относительную (ответная реакция уменьшается), либо в абсолютную (реакция исчезает полностью) рефрактерность.
Установлено, что, если в условиях развивающегося пессимума уменьшить частоту раздражения до оптимальных значений, ответная реакция сразу же восстанавливается. Следовательно, пессимум -это не результат утомления. Своеобразие взаимосвязи и взаимоперехода состояния возбуждения и торможения на примере оптимума и пессимума побудило Н.Е. Введенского заняться разработкой этого вопроса. Он разработал эксперимент с альтерацией (отравлением) нерва на ограниченном участке, тем самым, создав зону пониженной лабильности, то есть возникшее возбуждение в этом участке исчезает медленнее, чем в нормальном. Альтерацию нерва можно проводить ваткой, смоченной эфиром или хлороформом. При этом участок нервного волокна, подвергшийся альтерации, обладает всеми признаками возбуждения (электроотри-
цательность, изменение физико-химического состояния), кроме одного - этот участок не в состоянии проводить бегущие волны возбуждения. Действуя на электроды ритмическим раздражителем оптимальной частоты, но разной силы (слабые, средние, сильные) Н.Е. Введенский обнаружил несколько последовательно протекающих стадий:
1ст. - трансформирующая, уравнительная, провизорная - при этой стадии на все три силы интенсивности раздражения возникает равная по величине реакция;
2ст. - парадоксальная при этом слабые раздражения вызывают более сильный эффект, чем средние, а средние - более значительный, чем сильные;
3ст. - тормозная - при этом мышца не реагирует на раздражение любой силы. Тормозная стадия обратимая, но при углублении и усилении альтерации может произойти необратимое нарушение жизнедеятельности - смерть. Именно поэтому обнаруженное явление вследствие альтерации небольшого участка нерва Н.Е. Введенский назвал парабиозом. Парабиоз - состояние близкое к жизни (околожизненное состояние) - активный процесс, который характеризуется неспособностью проводить возбуждение. Наркоз -это частный случай универсальной парабиотической реакции на повреждающее воздействие.
Калий-натриевый насос и его механизм. Как было отмечено выше для поддержания жизнедеятельности ткани необходимо сохранение ионной асимметрии (соотношение калия внутри клетки в 30-50 раз больше, чем вне клетки, а ионов натрия вне клетки в 10 раз больше, чем внутри клетки). Ионная асимметрия поддерживается за счет работы калий-натриевого насоса - это энергия, которая необходима для активного транспорта ионов калия и натрия. Выход ионов калия из клетки в состоянии покоя осуществляется пассивно,
то есть без затраты энергии, по градиенту: калий из клетки (где его много) выходит во внеклеточную среду (где его мало). Заход ионов натрия при раздражении так же осуществляется пассивно. Калий-натриевый насос — это условный механизм, который обеспечивает активный транспорт ионов калия (калиевый насос) и натрия (натриевый насос). В каждой клетке имеется свое пороговое соотношение ионов калия и натрия. Когда в клетке возникает это пороговое соотношение ионов калия и натрия, происходит активация аденозинтрифосфатазы мембраны и происходит расщепление АТФ, освобождается энергия, которая обеспечивает активный транспорт ионов калия и натрия - эта энергия и есть калий-натриевый насос. За счет этой энергии восстанавливается прежнее соотношение ионов калия и натрия внутри и вне клетки.
Список литературы:
1. Атлас по нормальной физиологии \ Под ред. Н.А. Агаджаняна. - М. Высшая школа, 1987. - 351 с.
2. Шукуров Ф.А. Физиология Человека. Душанбе, 2009, 320 с.
3. Шукуров Ф., Халимова Ф. Физиология в схемах и рисунках Chisinau Lap Lambert 2022, 153 c.
