Виртуальный физиологический эксперимент. Определение возбудимости и величины мембранного потенциала покоя

Необходимо: персональный компьютер, обучающая программа LuPraFi-Sim (раздел «Физиология мышечной системы»).

Учебно-исследовательская цель работы: изучить методы регистрации потенциалов покоя.

Ход работы

С помощью персонального компьютера и обучающей программы LuPraFi-Sim выполнить работу «Мембранный потенциал покоя».

РАБОТА № 5

Компьютерное моделирование расчета величины потенциала покоя аксона кальмара с помощью математической модели

Необходимо: персональный компьютер с установленной программой «хх-new».

Учебно-исследовательская цель работы: изучить на компьютерной моделиусловия, необходимые для формирования потенциала покоя.

Примечание:

1. Загрузите программу «хх-new»двойным щелчком мышки, затем пользуйтесь только клавишами «Еsc», «Enter» и стрелками «↑», «↓».

2. Во избежание ошибки, не забывайте после каждого выполненного задания возвращать параметры к исходному состоянию.

3. Прежде чем написать цифру, клавишей «Backspace» сотрите предыдущую цифру; эту клавишу нажимайте столько раз, сколько знаков нужно поставить. Например, перед написанием 0.75 нажмите 4 раза. При написании дробных чисел используйте точку, запятую программа не воспринимает.

4. Проверяйте задаваемые параметры («Условия», «Параметры потенциала», «Параметры экрана»), пороговые, сверхпороговые или подпороговые значения стимула задаете Вы в каждом новом задании.

Задание № 1. Моделирование расчета величины потенциала покоя

Учебно-исследовательская цель задания: смоделировать условия возникновения потенциала покоя при стандартных условиях ионного состава вне- и внутриклеточной среды и температуры.

Ход работы

1. В окне «Условия» посмотрите и зарегистрируйте у себя в отчетах исходные стандартные параметры (температура и распределение ионов калия и натрия).

2. Клавишей «Esc » перейдите к окну расчета «V_K», «V_Na» и начального значения потенциала. Полученные результаты зарегистрируйте у себя в отчетах.

3. Клавишей «Esc » перейдите к графическому отображению заданного мембранного потенциала (ПП) при исходных условиях и зарисуйте полученный график в своих отчетах.

4. Двойным нажатием клавиши «Enter» вернитесь к исходным условиям.

Задание № 2. Влияние температуры на величину потенциала покоя при стандартных условиях

Учебно-исследовательская цель задания: изучить влияние изменения температуры на величину потенциала покоя при стандартном ионном составе среды.

Ход работы

1. В окне «Условия» изменяя температуру от 15 до 40 °С с интервалом 5 °С, определите величину потенциала покоя.

2. Зарегистрируйте полученные результаты величины начального потенциала в таблице 1 и постройте график зависимости ПП от температуры.

Таблица 1

Температура (^оС)	15	20	25	30	35	40
Начальное значение потенциала (мВ)

 

3. Сделайте выводы.

Задание № 3. Влияние содержания внеклеточного калия («К⁺_вне») на величину потенциала покоя

Учебно-исследовательская цель задания: изучить влияние содержания внеклеточного калия на величину потенциала покоя.

Ход работы

1. В окне «Условия» изменяя содержание калия снаружи: 5, 10, 20, 40, 60, 80 и 100 мМоль, определите величину потенциала покоя.

2. Зарегистрируйте полученные результаты величины потенциала покоя в таблице 2 и постройте график зависимости ПП от содержания внеклеточного калия.

Таблица 2

Внеклеточный калий (мМоль)	5	10	20	40	60	80	100
Начальное значение потенциала (мВ)

 

3. Сделайте выводы.

Вопросы для самоконтроля

1. Какие ткани относятся к возбудимым и почему?

2. Перечислите общие свойства возбудимых тканей и дайте им определение.

3. Дайте определение потенциала покоя.

4. Какова физиологическая роль потенциала покоя?

5. Каковы мембранно-ионные механизмы происхождения и физические характеристики потенциала покоя?

6. Какое соотношение содержания ионов натрия, калия и хлора вне и внутри клетки в состоянии покоя?

7. Объясните, как рассчитывается величина мембранного потенциала с помощью уравнения Нернста и Гольдмана.

8. Перечислите основные методы регистрации потенциала покоя.

9. Дайте определение возбудимости.

10. Перечислите и дайте определение мер возбудимости (хронаксия, реобаза, полезное время), используя кривую «силы-времени».

11. Нарисуйте кривую «силы-времени» Гоорвега-Вейса-Лапика.

12. Каково представление об эквивалентной электрической схеме плазматической мембраны и роли емкости, сопротивления и источников тока в происхождении потенциала покоя?

ТЕСТОВЫЕ ЗАДАНИЯ

Выберите один или несколько правильных ответов.

1. В СОСТОЯНИИ ФИЗИОЛОГИЧЕСКОГО ПОКОЯ ВНУТРЕННЯЯ ПОВЕРХНОСТЬ МЕМБРАНЫ ВОЗБУДИМОЙ КЛЕТКИ ПО ОТНОШЕНИЮ К НАРУЖНОЙ

1) заряжена положительно

2) не имеет заряда

3) заряжена отрицательно

4) заряжена так же, как наружная поверхность мембраны

2. В цитоплазме клеток возбудимых тканей в состоянии покоя по сравнению с окружающей средой выше концентрация ионов

1) калия

2) натрия

3) кальция

4) хлора

3. В СОСТОЯНИИ ПОКОЯ МЕМБРАНА КЛЕТКИ ПРОНИЦАЕМА В ОСНОВНОМ ДЛЯ ИОНОВ

1) калия

2) натрия

3) кальция

4. МЕМБРАННЫЙ ПОТЕНЦИАЛ ВОЗБУДИМЫХ КЛЕТОК СОСТАВЛЯЕТ

1) от -30 до -60 мВ

2) от -50 до -90 мВ

3) от 70 до 90 мВ

4) от 90 до 120 мВ

5. ФУНКЦИЯ ИОННЫХ НАСОСОВ В МЕМБРАНЕ ВОЗБУДИМЫХ КЛЕТОК ЗАКЛЮЧАЕТСЯ

1) в пассивном движении ионов

2) в активном перемещении ионов

3) в создании возможности облегченной диффузии

4) в изменении проницаемости мембраны под действием биологически активных веществ

 

СИТУАЦИОННЫЕ ЗАДАЧИ

Задача № 1. В эксперименте искусственно снижена на 30% концентрация ионов калия внутри нервного волокна.

Указать, изменится ли при этом величина потенциала покоя?

 

   Задача № 2. В экперименте на аксоне кальмара с помошью блокаторов были закрыты натриевые каналы.

Указать, как изменится мембранный потенциал нервного волокна?

Задача № 3. Больному назначены препараты наперстянки, в состав которой входит алкалоид, блокирующий работу Na-K-ATФазы.

Определить, как изменится величина мембранного потенциала покоя возбудимых клеток?

 

Задача № 4. Под влиянием гуморальных факторов проницаемость мембраны клетки для ионов натрия увеличилась.

Объяснить, как это скажется на потенциал покоя клетки и почему?

Задача № 5. В тканевой жидкости, окружающей клетки, повысилась концентрация ионов калия.

Объяснить, как это скажется на значении потенциала покоя этой клетки и почему?

ЗАНЯТИЕ № 3