Тема 3. Исследование мембранных потенциалов. Потенциал действия.

Мотивационная характеристика темы. Для практической деятельности врача имеет значение понимание свойств возбудимых тканей и механизмов возникновения возбуждения в нервной и мышечной ткани, поскольку функция любого органа возможна только при наличии возбуждения в возбудимых тканях, которые входят в состав практически всех органов.

Цели занятия: знать - строение, свойства и функции клеточных мембран; 2. Ионные механизмы возникновения потенциала действия (ПД). 3.Свойства возбудимых тканей.

ВОПРОСЫ ДЛЯ УСТНОГО И ТЕСТОВОГО КОНТРОЛЯ:

1. Потенциал действия (ПД), механизмы происхождения, методы регистрации,

2. Фазы ПД, параметры ПД. Физиологичная роль ПД.

3. Изменения возбудимости клетки во время развития ПД. Периоды абсолютной и относительной рефрактерности, механизмы их происхождения, физиологичное значение.

4. Изменения мембранного потенциала при действии электрического тока как раздражителя. Локальный ответ.

5. Уровень критической деполяризации. Порог деполяризации как мера возбудимости.

ВОПРОСЫ ДЛЯ ПИСЬМЕННОГО ОТВЕТА:

1. Нарисовать схему однофазового ПД, отметить фазы ПД, их продолжительность.

2. Описать работу ионных насосов мембран в состоянии возбуждения мембраны.

3. Нарисовать схему соотношений фаз ПД и фаз изменений возбудимости клетки.

4. Охарактеризовать фазы абсолютной и относительной рефрактерности, супернормальной возбудимости.

5. Охарактеризовать уровень обменных процессов в возбудимой клетке при возбуждении.

6. Описать, современные методики регистрации ПД.

ПРОГРАММА ПРАКТИЧЕСКОЙ РАБОТЫ НА ЗАНЯТИИ.

1. Изучение с помощью материалов видеофильма механизмов возникновения и методов регистрации электрических потенциалов возбудимых тканей.

ТЕСТОВЫЕ ЗАДАНИЯ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ УРОВНЯ знаний:

1. Какой силы раздражение необходимо нанести на нервное волокно, чтобы вызвать возбуждение в фазе относительной рефрактерности?

А. Подпороговое

В. Надпороговое

С. Пороговое

D. Подпороговое продолжительное

Е. Пороговое продолжительное

 

2. Чем угрожает опасное для жизни отравление ботулиническим токсином, который блокирует вход ионов кальция в нервные окончания аксонов мотонейронов?

А. Развитием рвоты

В. Остановкой сердца

С. Расстройством тонуса сосудов

D. Остановкой дыхания

Е. Развитием диареи

 

3. На ткань действуют электрическим импульсом катодного направления, амплитуда которого равняется 70% порога. Какие изменения мембранного потенциала это вызовет?

А. Гиперполяризацию

В. Потенциал действия

С. Частичную деполяризацию

D. Изменений не будет

Е. ТПСП

 

4. Во время фазы деполяризации потенциала действия превалирует...

А. Выход Na+ из клетки

В. Вход К+ в клетку

С. Выход К+ из клетки

D. Вход Са2+ в клетку

Е. Вход Na+ в клетку

 

5. Во время пика потенциала действия наибольшая концентрация внутри клетки ионов...

А. Cl^-

В. Na⁺

С. Ca2⁺

D. K⁺

Е. Mg2⁺

 

6. При увеличении количества инактивированных Na⁺ каналов в клеточной мембране под действием местного анестетика крутизна фазы деполяризации ПД... и возбудимость мембраны...

А. Увеличивается… уменьшается

В. Уменьшается… уменьшается

С. Не изменяется… уменьшается

D. Уменьшается…увеличивается

Е. увеличивается… увеличивается

 

7. Для того, чтобы вызвать деполяризацию клеточной мембраны, внутрь клетки необходимо поместить...

А. Анод

В. Катод

С. Анод и катод

D. Нолевой электрод

Е. Нолевой электрод и анод

 

8. В результате генерации потенциала действия в нервном волокне используется энергия АТФ, идущая на...

А. Инактивация натриевых каналов

В. Активацию натриевых каналов

С. Восстановление ионной ассиметрии

D. Открытие активных центов актина

Е. Инактивацию калиевых каналов

 

9. Во время фазы деполяризации потенциала действия проницаемость мембраны наибольшая для ионов...

А. Mg2⁺

В. K⁺

С. Ca2⁺

D. Cl^-

Е. Na⁺

 

10. Ионный ток, возникающий при деполяризации обеспечивается преимущественно...

А. Движением Na⁺ по концентрационному градиенту

В. Движением K⁺ по концентрационному градиенту

С. Движением Na⁺ против концентрационного градиента

D. Движением K⁺ против концентрационного градиента

Е. Движением K⁺ i Na⁺ против концентрационного градиента

Ответы: 1.В, 2.D, 3.C, 4.E, 5.D, 6.D, 7.A, 8.C, 9.E, 10.A

ТЕСТОВЫЕ ЗАДАНИЯ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ по программе «Крок-1»

1. После действия на возбудимую клетку яда, угнетающего синтез АТФ, дейстиве электрического раздражителя приведет к тому, что входящий Na+ ток во время развития ПД... вследствие...

А. Уменьшится…уменьшения концентрационного градиента Na+

В. Увеличится… уменьшения концентрационного градиента Na+

С. Увеличится… увеличения концентрационного градиента Na+

D. Уменьшится… увеличения концентрационного градиента Na+

Е. Не изменится…уменьшения концентрационного градиента Na+

 

2. При увеличенном количестве инактивированных Na+ каналов под действием местного анестетика порог деполяризации клеточной мембраны...,

а ее возбудимость...

А. Увеличится… увеличится

В. Уменьшится… уменьшится

С. Увеличится…не изменится

D. Увеличится…уменьшится

Е. Не изменится…уменьшится

 

3. Во время пика ПД порог деполяризации возбудимой клетки..., а ее возбудимость...

А. ↑ в 2-5 раз…↓ в 2-5 раз

В. → к бесконечности …→к 0

С. ↓в 3-5 раз… ↑в 3-5 раз

D. Не изменяется… стремится к 0

Е. стремится к 0… не изменяется

 

4. Ионый ток во время фазы реполяризации ПД преимущественно обеспечивается...

А. Движением K+ по концентрационному градиенту

В. Движением Na+ по концентрационному градиенту

С. Движением Na+ против концентрационного градиента

D. Движенем K+ против концентрационного градиента

Е. Работой Na+/K+ насосу

 

5. При увеличении количества инактивированных Na+ каналов под действием местного анестетика абсолютное значение КУД мембраны... и ее возбудимость...

А. Уменьшится… увеличится

В. Увеличится…уменьшится

С. Уменьшится… уменьшится

D. Уменьшится… не изменится

Е. Не изменится…увеличится

 

6. После действия на возбудимую клетку яда, угнетающего синтез АТФ, серия раздраженийприведет к тому, что

К+ ток во время ПД...

А. Увеличится

В. Уменьшится

С. Не изменится

D. Исчезнет

Е. Изменит направление

 

7. Натрий - калиевый насос:

А. Вводит ионы натрия в клетку

B. Вводит ионы калия в клетку

C. Выводит ионы натрия из клетки

D. Выводит ионы калия из клетки

Е. Выаодит ионы Сl из клетки

 

8. При увеличении силы надпорогового электрического раздражающего стимула

... порог деполяризации мембраны…

А. Порог деполяризации → к 0

В. Порог деполяризации увеличится

С. Порог деполяризацииуменьшится

D. Порог деполяризации исчезнет

Е. Не изменится

 

9. В эксперименте необходимо оценить уровень возбудимости ткани. Какую величину для этого целесообразно определить?

А. Амплитуду потенциала действия

В. Потенциал покоя

С. Продолжительность потенциала действия

D. Порог деполяризации

Е. Критический уровень деполяризации

 

10. Во время пика ПД... возбудимость мембраны нервной клетки

А. Исчезнет

В. Увеличится в 1,5-3 раза

С. Не изменится

D. уменьшится в 2-3 раза

Е. Уменьшится в 1,5-3 раза

Ответы: 1.A, 2.D, 3.B, 4.A, 5.C, 6.B, 7.C, 8.E, 9.D, 10.A.

Ситуационные задачи:

1. Расчитайте, возникнет ли распространяющееся возбуждение в нерве, если известно, что МП = -90 мв, критический уровень деполяризации на 30 % ниже, а раздражающий ток сдвигает мембранный потенциал в одном случае на 10 мв, в другом — на 30 мв?

2. Нерв раздражают с частотой 10, 100 и 1000 раз в сек. Расчитайте, сколько ПД будет возникать в каждом случае?

3. Объясните, пострадают ли механизмы, связанные с генерацией ПД в клетке, если ее обработать протеолитическими ферментами? Нарисуйте схему изменения ПД.

4. Гигантский аксон кальмара поместили в среду, которая по своему составу соответствовала межклеточной жидкости. При раздражении в аксоне возник ПД. Затем концентрацию ионов натрия в среде уравняли с их концентрацией в аксоне и повторили раздражение. Что обнаружили? Нарисуйте график измения мембранного потенциала.

5. Перечислите и объясните механизмы явлений, которые имеют место при ответной реакции возбудимой мембраны на раздражение близкое к пороговой силе? Нарисуйте график локального ответа.

6. Объясните, что произойдет с нервной клеткой, если ее поместить в раствор цианидов? Нарисуйте схему изменения мембранного потенциала.

7. Объясните, как и почему изменится возбудимость ткани, если при гиперполяризации мембраны критический уровень деполяризации остается прежним? Нарисуйте схему изменения мембранного потенциала.

ответы к Ситуационным задачам:

1. Возбуждение возникнет при условии, если МП меньше или равен критическому уровню деполяризации. Поэтому в данном случае распространяющееся возбуждение возникнет только в том случае, если МП уменьшится на величину, большую, чем 27 мв (на 30 %).

2. Нерв не может возбуждаться со сколь угодно большой частотой. Этому препятствует абсолютный рефрактерный период, который продолжается примерно 2 мс после начала ПД. При частоте 10 Гц интервал между раздражителями составляет 0,1 с, при 100 Гц — 0,01 с. В обоих случаях он достаточно велик для того, чтобы рефрактерный период закончился и нерв воспроизвел раз­дражение с подаваемой частотой. При частоте же 1000 Гц интервал между раздражениями слишком мал (0,001 с = 1 мС., и потому каждый второй импульс будет попадать в период рефрактерности после предыдущего возбуждения. Общее число ПД не будет пр вышать 500.

3. Протеолитические ферменты расщепляют белковые молекулы, которые входят в стенки ионных каналов и в состав «ворот», открывающих и закрывающих эти каналы. Следовательно, нарушится проницаемость мембраны для ионов.

4. При выравнивании концентрации натрия по обе стороны мембраны поток этих ионов в клетку при раздражении будет отсутствовать, и ПД не возникнет.

5. Уменьшение мембранного потенциала, деполяризация, местный потенциал, локальный ответ.

6. Цианиды блокируют работу дыхательных ферментов, прекращают окислительные процессы, которые необходимы для ресинтеза АТФ. При этом в нерве перестанет работать калий-натриевый насос, который поддерживает градиент концентрации ионов по обе стороны мембраны. Концентрация их сравняется, и нерв утратит возбудимость.

7. Возбудимость уменьшится, так как в этом случае необходимы большая сила и большее время, чтобы сдвинуть мембранный потенциал до критического уровня