Физиология клеточных мембран (цитоплазматических мембран)

Вопрос №1.

    Физиология как наука, ее место в системе наук, предмет, значение физиологии для медицины. Понятие о функциях. Условия, необходимые для жизнидеятельности. Организм как открытая система. Роль обмена веществ, энергии, информации для процесов жизнидеятельности.

         

Физиология - это наука о жизнедеятельности человеческого организма, о деятельности его отдельных органов и систем органов.

Физиология изучает функции и процессы, протекающие в организме, отдельных органах и системах органов, механизмы их формирования и проявления/реализации/ и регуляции, т.е. управления..

Под функциями понимают проявление специфической (это - ключевое слово, т.е. присущей только данному органу или данной системе органов) деятельности органа, системы органов или организма в целом.

Например: мышление - это специфическая функция, присущая человеку.

Физиология изучает процессы - т.е. динамику/ развитие/ явлений, состояний во времени и пространстве.

Физиология относится к разделу или к разряду фундаментальных наук. (Думаю, Вы в курсе дела, что все науки делятся на фундаментальные и прикладные). А это значит, что физиология изучает законы жизнедеятельности. Это значит, что она изучает наиболее важные взаимосвязи в живой материи.

Она является базой для целой группы биологических прикладных наук, а именно - патологической физиологии, фармакологии.

Физиологию определяют как теоретическую основу медицины.

Первое, это (то, что она является теоретической основой медицины) обусловлено тем, что физиология изучает процессы нормальной жизнедеятельности.

Предметом интереса медицины являются болезни - больной человек и болезни. (Думаю, нетрудно догадаться, что болезнь является некоторым отклонением от нормальной жизнедеятельности).

Чтобы понять отклонение, надо понимать нормальное течение процессов.

Так вот мы преподаем Вам нормальное течение процессов, которые происходят в организме.

Итак, чтобы понять отклонения, надо изучить нормальные процессы. Мы это Вам преподаем и, если после 2-ого курса Вы хотя бы начнете лучше понимать свою жизнедеятельность, мы будем очень рады.

Второе - Физиология (почему она является теоретической основой медицины) дает нормы для медицины. т.е. параметры нормальной деятельности органов и систем органов. 

Итак, физиология дает нормы, т.е. нормативы - параметры нормальной жизнедеятельности.

А на этом (на нормах) основана вся диагностика, потому что прежде всего врач ищет, есть ли отклонения от нормальных параметров жизнедеятельности.

Третье - Физиология дает методы оценки функций, т.е. она дает медицине практические методы диагностики.

Исходя из вышеизложенного, физиологию и является теоретической основой медицины.

Итак, физиология изучает основы жизнедеятельности. Теперь следует поговорить, что такое жизнедеятельность, на чем она основывается, что лежит в основе процессов жизни.

(Но, изучив биологию, вы всё знаете, поэтому я не буду описывать всю жизнедеятельность, говорить о генетике, всех проявлениях жизнедеятельности и т.д.)

Условия, необходимые для жизнедеятельности биологического индивидуума. Условия, необходимые для того, чтобы функции человеческого организма были реализованы у биологической особи.

Для нормальной жизнедеятельности необходимо выполнение трех условий:

1-ое условие нормальной жизнедеятельности - постоянство внутренней среды.

2-ое - постоянный обмен внутренней среды организма веществом, энергией и информацией со средой окружения, внешней средой.

Из биофизики известно - человеческий организм - открытая система (См. лекции по "Биофизике").

Следовательно, ОБМЕН ИДЕТ В ОБЕ СТОРОНЫ: и туда и обратно. Это необходимое условие жизнедеятельности, это легко доказать.

 Значение обмена веществ. Если, например прекратить поступление в организм пищи /обмен веществом/- человек расстанется с жизнью через 20 дней, а не потребляя воду - на 8-ой день. (Понятно, что эти цифры - не норматив: разные люди могут реагировать по-разному, но сухая голодовка всегда тяжелее влажной).

 То же самое будет при задержке в организме метаболитов. Природные эксперименты - нефрит, повреждение почек, острая почечная недостаточность - уремия - накопление азотистых шлаков.

Значение обмена энергии. С пищей в организм поступают не только питательные вещества, но и вещества, обеспечивающие организм энергией, В питательных веществах аккамулирована энергия Солнца/фотосинтез/, которая нам необходима для обеспечения жизнедеятельности,

Несколько слов об обмене информацией.

Имеет такое же значение, как и обмен веществ и энергии. Особую роль эта проблема приобрела с развитием космонавтики, подводных работ и т.д. Так, акад. Газенко открыл спец. н.-ис. институт около аэропорта Шереметьево - там есть спец. камеры, изолирующие человека от окружающей среды. Однако, при полном жизнеобеспечении в них нет ни радио, ни телевидения, ни прочей поступающей извне информации. При выходе из такой камеры у человека могут наблюдаться психические отклонения).

Или на лавочке женщины сидят и обмениваются информацией. Если их лишить возможности передавать информацию, то они заболеют.

На этом основаны эксперименты с камерами, куда помещали человека с логорреей (патологическое желание побеседовать с кем-либо), откуда человек выходит больным.

3-ий принцип жизнедеятельности, нарушение которого несовместимо с жизнью - 

Адекватное (соответветствующее) приспособление организма к изменяющимся условиям внешней среды или среды обитания.

Условия среды, в которых обитает человек, постоянно изменяются. Окружающая среда у человека изменяется намного интенсивнее, чем у животных, т.к. человек - существо биосоциальное и, кроме физических факторов, которые на него воздействуют (климатических и др.), у человека есть проблемы общения с ему подобными, и это тоже требует постоянного приспособления.

Кроме того, человек должен приспосабливаться к техногенной среде (в отличие от животных), т.е. к среде, которую он сам создал. (Пример - с созданием водопровода - ещё рабы Рима его изобрели. Мы к нему приспособились. Если нет воды - для нас это - целая трагедия. Надо приспосабливаться заново. Сельскому жителю проще - он легко перестроится. Совсем другое - с городским жителем: если его лишить отопления, горячей и холодной воды, а также электричества).

Человек должен не просто приспосабливаться, а приспосабливаться адекватно, биологически разумно, к изменяющимся условиям окружающей среды.

Если он приспосабливается не адекватно, то это тоже несовместимо с жизнью.

Пример: Вы вышли на опушку, а там на Вас выскочил африканский лев. Поприспосабливайтесь к нему. Если Вы драчун, нападёте. Можно упасть ничком, попытаться убежать, залезть на дерево.

Адекватных форм приспособления у человека может быть очень много.

Студенты часто используют "уход от раздражителя": солнце убрать нельзя - мы уходим в тень. Студент так бегает от декана. Но это создает хронический стресс - занесенный над Вами меч все равно опустится. Надо идти на раздражитель, в деканат.

Уровни изучения живой материи.

1. Квантовый - (восприятие света).

2. Атомарный.

3. Молекулярный - (взаимодействие актина и миозина).

4. Субклеточный - (механизм взаимодействия фибрилл).

5. Клеточный - (практически всё рассматривается на этом уровне).

6. Тканевой.

7. Органный.

8. Уровень систем органов.

9. Целостный организм.

Изучать физиологические механизмы мы будем на всех этих уровнях.

Физиология - наука экспериментальная. Она получает сведения о закономерностях жизнедеятельности не только из наблюдений человеческих функций, но и путем экспериментов, которые ставятся на животных.

Эксперимент - это ситуация, которая моделируется, искусственно создается для того, чтобы исследовать тонкие механизмы функционирования живой материи.

Физиология (в отличие от морфологических наук, изучаемых на 1-ом курсе, отвечающих на вопрос - "Что это такое?") - наука из "почемучных". В ней нужно объяснить, почему и как это происходит.

Будем изучать проблемы сознания, т.е. памяти, мышления, поведенческих реакций, как и почему сокращается сердце, проблемы регуляции, управления жизнедеятельностью. Всё это - физиология: от квантовой теори света до процессов памяти, мышления, систем формирования поведенческих реакций.

 

 

Вопрос №2

       Внутренняя среда организма. Постоянство внутренней среды, как необходимое условие жизнедеятельности. Константы, их виды. Гистогематические барьеры, их характеристика и значение.

       С физиологической точки зрения, существуют три необходимых условия для жизнедеятельности.

Первое - постоянство внутренней среды организма. Под внутренней средой организма понимают ту среду, которая непосредственно не сообщается с окружающей средой и является микроокружением клеток человеческого организма, т.е. микроокружением клеток. Истинной внутренней средой организма является межклеточная жидкость.

(Не пугайтесь множества терминов на первых лекциях. т.к. наука начинается с терминологии).

Итак, внутренняя среда не сообщается непосредственно с внешней. Внутренная среда -это - среда, в которой непосредственно живут клетки организма, т. е, межклеточная /тканевая / жидкость.

Еще в 18-м веке знаменитый французский физиолог Клод Бернар (не путать с Бернардом, впервые пересадившим сердце) сформулировал понятие "гомеостаза" - постоянство внутренней среды организма (не путать с понятием "гемостаз" - свертывание крови). Он первым сформулировал это понятие постоянства внутренней среды как основное условие нормальной жизнедеятельности организма.

Отклонение от этого часто бывает несовместимо с жизнью. Врачу трудно исследовать непосредственно истинную внутреннюю среду организма. Поэтому, в понятие "внутренней среды" правильно включают, наряду с межклеточной жидкостью, еще кровь и лимфу.

Это - не истинная внутренняя среда организма: в крови не живут собственные клетки организма (в крови живут клетки, но это "другие" клетки).

То, что "кровь омывает клетки" - это вульгаризм. Кровь течет по кровеносным сосудам. Кровь течет "по системе кровоснабжения". Сама по себе кровь клетки тканей и органов не омывает. Клетки тканей и органов находятся в межклеточной жидкости. Тогда встает вопрос, почему кровь причислили к "внутренней среде" организма. Потому что идет постоянный обмен между кровью и межтканевой жидкостью. Это - как бы единая жидкостная система организма.

Изменение состава межклеточной жидкости всегда отражается на составе и свойствах крови.. Кровь -зерколо внутренней среды организма. Поэтому врачи, исследуя кровь, проводят оценку внутренней среды организма. Постоянство внутренней среды организма предстает перед врачом в виде нормативных показателей - констант - постоянных показателей. Врач проводит оценку констант. Константы отражают норму, нормальное значение. Врач проводит постоянное сличение измеренных/определенных/ им показателей при обследовании пациента с константами, принятыми за норму у человека.

Как подразделяются константы?

Константы внутренней среды организма делятся на: жесткие и пластичные.

Жесткие константы - это такие константы, которые могут отклоняться от нормы, от своего исходного уровня в процессе жизнедеятельности на небольшую величину (т.е. колебания есть, так как человек живет, но лишь на небольшую величину).

Существенное отклонение жестких констант от своей исходной величины не совместимо с жизнью.

(Пример: рН крови. В организме существуют специальные механизмы (которые нам предстоит изучать), служащие для поддержания этой жесткой константы, которые удерживают процессы в определенном русле, в определенных показателях. Этихмеханизмов много - механизмов, которые поддерживают уровень показателей жестких констант. Один из признаков надежности биологических систем - это дублирование механизмов поддержания.

Пластичные константы - это тоже постоянные константы, но которые в процессе жизнедеятельности колеблются в значительном диапазоне величин. Однако и при значительном колебании это совместимо с жизнью. правда и у пластичных констант существуют пределы, выход за которые несовместим с жизнью.

Пример: артериальное давление - 120 / 80. Но если нормальному здоровому человеку 20 раз присесть, то артериальное давление уже будет 200/100. Большие колебания, но все это - норма, однако если давление выскочит за 250, то какой-то микрососудик может лопнуть - произойдет кровоизлияние в мозг - инсульт, в сердце - инфаркт. У гипертоников инсульты и инфаркты - чаще: сосуды не выдерживают и происходят кровоизлияния - смерть. Таким образом, давление - пластичная константа, но и она колеблется в определенных пределах.

Гисто-гематические барьеры.

Мы уже говорили, что кровь отражает состояние межклеточной жидкости, но в то же время сама кровь влияет на состояние межклеточной жидкости, так как через кровь во внутреннюю среду организма поступают питательные вещества, дыхательные газы и т.д., т.е. сам процесс жизнедеятельности (пищеварение, дыхание) изменяют состав крови и это, конечно, приводит к изменению состава внутренней среды организма. С одной стороны - это хорошо: к клеткам поступают питательные вещества, а также кислород. Но в крови в процессе жизнедеятельности бывает много таких веществ, которые нежелательны для попадания во внутреннюю среду организма.

Если взять кровь сытого животного и каким-то образом этот бульон аплицировать на некоторые участки мозга, то за счет содержащихся в крови веществ животное просто будет не узнать - оно может стать агрессивным, либо уснуть, т.е. очень резко изменится деятельность мозга: это отразится и на электроэнцефалограмме.

Как организм от этого отгораживается?

Организм отгораживается от этого гисто-гематическими барьерами.

Гисто-гематические барьеры - это клеточные образования (стенки кровеносных сосудов, стенки органа), которые обладают избирательной (селективной) проницаемостью по отношению к различным веществам.

 Такая избирательная проницаемость и дает возможность оградить внутреннюю среду организма от попадания нежелательных веществ.

Все гисто-гематические барьеры можно разделить на 3 группы:

1. Изолирующие гисто-гематические барьеры.

К ним относятся такие, как:

гемато-энцефалический (кровь - мозг),

гемато-ликворный (кровь - ликвор),

гемато-нейрональный (который отделяет кровеносный сосуд от периферических нервов, из-за чего периферическая нервная ткань воспринимает далеко не всё),

гемато-тестикулярный,

гемато-офтальмологический.

Очень мощными барьерами из них являются первые два: гемато-энце­фали­ческий и гемато-ликворный.

 И это понятно, так как мозг надо беречь (если же Вы пробежали, то в крови накопилось много таких веществ, которые к мозгу нельзя допускать - иначе могут "возникнуть страшные мысли").

2. Частично-изолирующие барьеры.

Они имеются на уровне желчных капилляров, коры надпочечников, щитовидной железы, концевых долек поджелудочной железы.

У частично-изолирующих барьеров избирательная проницаемость значительно более широкая, чем у изолирующих барьеров.

Они не пропускают лишь крупные белковые молекулы.

Более мелкие вещества - типа пептидов, ионов - эти барьеры пропускают.

3. Неизолирующие барьеры.

Они пропускают всё, но в ограниченном количестве, т.е. они ограничивают количественно.

Существуют и исключения: так, например, есть участки мозга, где гемато-энцефа­лический барьер отсутствует.

Так, в гипоталямусе практически нет гемато-энцефалического барьера - там все проходит, но здесь располагается огромное количество воспринимающих структур, которые воспринимают имеющиеся концентрации различных веществ.

Гипоталямус - это орган мониторинга за состоянием крови.

Гипоталямус воспринимает изменение содержания всех веществ, которые есть в крови, и реагирует на это управленческими командами, т.е. представляет собой окошечко, через которое центральная нервная система следит за тем, что есть в крови.

Итак, гисто-гематические барьеры охраняют внутреннюю среду организма, т.е. обладают защитной функцией (защищая организм) и регулирующей функцией (управ­ления по отношению к внутренней среде организма).

 

 

Вопрос №3.

      Приспособление к среде обитания, как важнейшее условие жизнедеятельности. Срочная и долговременная адаптация.

Для нормальной жизнедеятельности необходимо выполнение трех условий:

1-ое условие нормальной жизнедеятельности - постоянство внутренней среды.

2-ое - постоянный обмен внутренней среды организма веществом, энергией и информацией со средой окружения, внешней средой.

Из биофизики известно - человеческий организм - открытая система (См. лекции по "Биофизике").

Следовательно, ОБМЕН ИДЕТ В ОБЕ СТОРОНЫ: и туда и обратно. Это необходимое условие жизнедеятельности, это легко доказать.

 Значение обмена веществ. Если, например прекратить поступление в организм пищи /обмен веществом/- человек расстанется с жизнью через 20 дней, а не потребляя воду - на 8-ой день. (Понятно, что эти цифры - не норматив: разные люди могут реагировать по-разному, но сухая голодовка всегда тяжелее влажной).

 То же самое будет при задержке в организме метаболитов. Природные эксперименты - нефрит, повреждение почек, острая почечная недостаточность - уремия - накопление азотистых шлаков.

Значение обмена энергии. С пищей в организм поступают не только питательные вещества, но и вещества, обеспечивающие организм энергией, В питательных веществах аккамулирована энергия Солнца/фотосинтез/, которая нам необходима для обеспечения жизнедеятельности,

Несколько слов об обмене информацией.

Имеет такое же значение, как и обмен веществ и энергии. Особую роль эта проблема приобрела с развитием космонавтики, подводных работ и т.д. Так, акад. Газенко открыл спец. н.-ис. институт около аэропорта Шереметьево - там есть спец. камеры, изолирующие человека от окружающей среды. Однако, при полном жизнеобеспечении в них нет ни радио, ни телевидения, ни прочей поступающей извне информации. При выходе из такой камеры у человека могут наблюдаться психические отклонения).

Или на лавочке женщины сидят и обмениваются информацией. Если их лишить возможности передавать информацию, то они заболеют.

На этом основаны эксперименты с камерами, куда помещали человека с логорреей (патологическое желание побеседовать с кем-либо), откуда человек выходит больным.

3-ий принцип жизнедеятельности, нарушение которого несовместимо с жизнью - 

Адекватное (соответветствующее) приспособление организма к изменяющимся условиям внешней среды или среды обитания.

Условия среды, в которых обитает человек, постоянно изменяются. Окружающая среда у человека изменяется намного интенсивнее, чем у животных, т.к. человек - существо биосоциальное и, кроме физических факторов, которые на него воздействуют (климатических и др.), у человека есть проблемы общения с ему подобными, и это тоже требует постоянного приспособления.

Кроме того, человек должен приспосабливаться к техногенной среде (в отличие от животных), т.е. к среде, которую он сам создал. (Пример - с созданием водопровода - ещё рабы Рима его изобрели. Мы к нему приспособились. Если нет воды - для нас это - целая трагедия. Надо приспосабливаться заново. Сельскому жителю проще - он легко перестроится. Совсем другое - с городским жителем: если его лишить отопления, горячей и холодной воды, а также электричества).

Человек должен не просто приспосабливаться, а приспосабливаться адекватно, биологически разумно, к изменяющимся условиям окружающей среды.

Если он приспосабливается не адекватно, то это тоже несовместимо с жизнью.

Пример: Вы вышли на опушку, а там на Вас выскочил африканский лев. Поприспосабливайтесь к нему. Если Вы драчун, нападёте. Можно упасть ничком, попытаться убежать, залезть на дерево.

Адекватных форм приспособления у человека может быть очень много.

Студенты часто используют "уход от раздражителя": солнце убрать нельзя - мы уходим в тень. Студент так бегает от декана. Но это создает хронический стресс - занесенный над Вами меч все равно опустится. Надо идти на раздражитель, в деканат.

 

 

Вопрос №4.

       Функции клеток, их физиологическая характеристика. Основные свойства клеток: раздражимость, возбудимость, проводимость, сократимость, их характеристика.

Клетка является структурно-функциональной единицей всех живых организмов. Она обладает следующими основными физиологическими свойствами.

1. Раздражимость - способность клетки отвечать на раздражение - (т.е. воздействие каких-то факторов) изменением своего обмена веществ. Это некоторое общее свойство, присущее только живой материи - только живой клетке.

Большинство клеток обладают частной формой раздражимости, которая получила название возбудимость.

2. Возбудимость - это способность клетки отвечать на раздражение изменением проницаемости клеточной мембраны, входящим натриевым током и, как следствие, генерацией потенциала действия - т. е. процессом возбуждения.

На следующих лекциях будет разобрано, какова возбудимость в различных тканях (нервной, мышечной), как она реализуется и т.д.

3. Проводимость - это способность клетки проводить, распространять возбуждение от места его возникновения в клетке к другим ее частям.Если у клетки утрачена раздражимость, возбудимость или проводимость, то она или функционально нарушена, либо погибла, т. е. в ней отсутствует жизнь.

4. Сократимость - как свойство присуще поперечно-полосатым, гладким. кроме того сократимость присуща и другим - немышечным клеткам (в которых есть сократительные элементы). Сократимость - это способность клетки под действием раздражителя изменять свою длину или (и) напряжение цитоскелета клеток.

Вопрос №5.

       Клеточные (цитоплазматически) мембраны, строение, свойства, основные функции. Рецепторные функции клеточных (цитоплазматических) мембран. Клеточные (мембранные) рецепторы, их свойства. Основные системы вторичных посредников, их характеристика.

        Главными элементами клетки являются: ядро и цитоплазма, оргоноиды. Их функции важны, но мы основываемся на знаниях из гистологии и биологии, а остановимся лишь на наиболее важном для понимания физиологических закономерностей- физиологии мембран.

Физиология клеточных мембран (цитоплазматических мембран)

Цитоплазматические мембраны -это образования, которые отделяют содержимое цитоплазмы клетки от окружающей среды, т.е. - это пограничное образование клетки.

Мембрана обеспечивает:

1. Автономность клетки от истинной внутренней среды

2. Избирательное, т.е. селективное проникновение в клетку - в цитоплазму и выход из нее различных веществ, т.е. она является полупроницаемой мембраной, которая ведет селекцию(отбор) веществ, проникающих в клетку и из нее.

2. Способность клетки реагировать на воздействие различных раздражителей. Клеточные мембраны способны 1.воспринимать информацию, заложенную в раздражители, 2.трансформировать ее в язык клетки и 3.передавать внутриклеточным структурам информацию, закодированную на языке клеткой.

  Для восприятия в мембранах существуют специальные структуры - т.н. клеточные рецепторы. (не путать с рецепторами как частью анализатора).

3. Мембрана клетки обеспечивает межклеточные взаимоотношения.

Межклеточные контакты -это образования, называемые синапсами.

Строение мембраны

 (Строение и теории ее строения - см. в "Биофизике")

Нужно знать, что основу мембран составляют белки и фосфолипиды, причем в мембране почти везде в принципе сть двойной слой липидов - они хвостиками обращены друг к другу, а головками ориентированы к наружной стороне мембраны.

Рисунок: На нем показано расположение молекул белков и фосфолипидов.

Все белки мембраны (какую бы теорию Вы не приняли) делят на:

  интегральные белки, которые пронизывают всю мембрану; периферические белки. 

Многие из периферических белков мембраны играют роль мембранных рецепторов, а так же ферменто,встроенных в мембрану; некоторые интегральные белки - играют роль трансмембранных переносчиков.

Белки формируют вместе с фосфолипидами цитоскелет клетки, который придают мембране определенную жесткость.

Мембрана находится как бы в коллоидном, т.е. жидкостном состоянии, в ней идет перемещение белков - формирование новых рецепторов или их открытие(повышение доступности) для существующих.

2 основных функции мембраны.

1. Рецепторная функция.

2. Транспорт веществ через мембрану.

Эти функции частично сопряжены между собой.

 - Рецепторная функция.

Мембраны выполняют рецепторную функцию, т.е. функцию восприятия действия раздражителя его информации и перевода ее на язык клетки.

Наиболее распростанены среди клеточных рецепторов- хеморецепторы, воспринимающие химические раздражители. Они представляют собой белковые образования в мембране. Их отличает свойство комплиментарности, высокое химическое сродство к раздражителю. Это значит, что участок мембраны, называемый рецептором, зеркально похож на активные центры химического вещества, т.е. химический раздражитель и рецептор относятся друг к другу, как ключ и замок. Образование комплекса “вещество-рецептор” приводит к возбуждению(активации)хеморецепторов.

Хеморецепторы различны по своей структуре, строению для различных химических веществ.

Каждая клетка имеет большое количество разных типовхеморецепторов. Если в какой-то клетке очень много рецепторов одного какого-то типа, то такие клетки называются клетки-мишени для данного вещества.

Нехимические раздражители (например, электрические) - меняют заряд мембраны и это изменение заряда мембраны включает механизмы, которые переводят информацию раздражителя на язык клетки.

Клеточный /мембранный/ рецептор - это образование для передачи информации первого порядка (первичный посредник).

Возбуждение рецептора(первичного посредника передачи информации в клетку) приводит к активации вторичных посредников, которые также находятся в мембране. Нали­чие вторичных посредников способствует проникновению сигнала далее в клетку.

На сегодня известны 4 системы вторичных посредников: