2 курс / Нормальная физиология / Нормальная_физиология_Дегтярева_В_П_,_Будылиной_С_М

вационные «ворота» и канал перестает пропускать ионы, т.е. он инактивируется. По мере восстановления МП (реполяризация) инактивационные «ворота» медленно открываются, а активационные быстро закрываются и канал возвращается в свое исходное функциональное состояние. Активированный натриевый канал пропускает 6000 ионов в 1 мс. Суммарный ионный ток достаточно велик, так как активируется большое число натриевых каналов.

а Хемозависимые селективные каналы входят в состав мембранных рецепторов, на которые действуют химические посредники передачи информации в синапсе (медиаторы), лекарственные вещества, антигены и токсины.

Механочувствительные селективные каналы реагируют на механическую деформацию мембраны изменением проницаемости каналов к различным катионам и анионам.

Установлено, что каждый вид селективного канала по своим свойствам может быть дифференцирован еще на несколько типов. Так, потенциалозависимые натриевые каналы делят на каналы быстрого, медленного и сверхмедленного токов, что обеспечивает участие натриевых каналов в формировании различных процессов на мембране клетки.

Хемочувствительные натриевые каналы различают по чувствительности к медиаторам (Н — холинорецептивный, глутаматчувствительный, НМДА-рецептивный) и селективности к различным ионам.

Потенциалозависимые калиевые каналы делят на каналы раннего входящего тока, каналы задержанного выпрямления, каналы аномального выпрямления. Хемочувствительные калиевые каналы представлены М-холинорецептивными, Са2+-за- висимыми и Na+-3aBHCHMbiMH типами.

Потенциалозависимые кальциевые каналы, увеличивая поступление Са2+ в клетку, обеспечивают сопряжение электрических мембранных процессов с метаболическими процессами. Различают каналы L-muna (медленные Са2+-каналы) — участвуют в формировании электрических процессов на мембране мышечных и нервных клеток; каналы Т-типа участвуют в формировании автоматии гладкомышечных и атипичных клеток миокарда, каналы Н-типа и Р-типа участвуют в освобождении медиатора из синаптических окончаний в мышцах и нервных клетках.

Хлорные каналы представлены в мембранах эритроцитов, сердечных и скелетных миоцитов, в синапсах различных отделов нервной системы. Потенциалозависимые хлорные каналы участвуют в процессах генерации электрических изменений на мембране, например укорачивают фазу реполяризации мембраны. Хемозависимые хлорные каналы входят в состав тормозных синапсов нервной системы: ГАМК-рецеп- тивных и глицин-рецептивных.

38

2.2.3. Формирование потенциала покоя и потенциала действия

Поляризация мембраны в состоянии покоя, т.е. возникновение МП, при наличии трансмембранного градиента концентраций ионов объясняется прежде всего выходом по каналам утечки внутриклеточного К+ в окружающую клетку среду. Так, в состоянии физиологического покоя мембрана, например, нервных волокон в 25 раз более проницаема для К+, чем для Na+. Выход положительно заряженных К+ приводит к формированию положительного заряда на наружной поверхности мембраны. Органические анионы — крупномолекулярные соединения, которые несут отрицательный заряд и для которых мембрана клетки непроницаема, придают в этих условиях внутренней поверхности мембраны отрицательный заряд. На степень поляризации мембраны в состоянии покоя оказывает влияние перемещение через нее и других ионов, но в условиях относительного покоя оно невелико.

В состоянии покоя потоки ионов через мембрану, движущиеся по их концентрационным градиентам, в конечном счете должны были бы привести к выравниванию концентрации ионов внутри клетки и в окружающей ее среде. Но в живых клетках этого не происходит, так как в клеточной мембране существует особый молекулярный механизм, который получил название ионного насоса. Так, например, натриево-кали- евый насос обеспечивает выведение из цитоплазмы клетки Na+ и введение в цитоплазму КЛ Ионный насос перемещает ионы против их концентрационного градиента и, следовательно, работает с затратой энергии на преодоление силы градиента. Вместе с тем работа К4-, Na+-Hacoca является еще одним значимым фактором в создании МП. Выкачивая за каждый цикл работы из клетки три Na+ и вводя в клетку лишь два К+, насос формирует внутриклеточный отрицательный заряд, имеющий электрогенное происхождение, суммирующийся с зарядом, связанным с диффузией К+.

Таким образом, возникновение и поддержание МП покоя обусловлено избирательной проницаемостью мембраны клетки для ионов и работой натриево-калиевого насоса.

Мембранный потенциал покоя создает электрическое поле, которое обеспечивает закрытое состояние активационных «ворот» и открытое состояние инактивационных «ворот» натриевых каналов, а также сохранение определенной пространственной организации мембраны.

Регистрация электрических потенциалов в нервном и мышечном волокнах или в нервной клетке показала, что при действии раздражителя происходит изменение МП. Под влиянием раздражителя подпороговой силы изменения МП невелики и имеют местный (локальный) характер. Такое изме-

39

нение Mil получило название локального потенциала, и оно не сопровождается целостной реакцией клетки. При действии раздражителя пороговой или сверхпороговой силы изменения МП максимальны и последовательно охватывают всю мембрану клетки. Это изменение получило название распространяющегося потенциала, или потенциала действия (ПД), поскольку он вызывает характерную для данной клетки специализированную реакцию.

Механизм возникновения ПД заключается в следующем. Под влиянием раздражителя пороговой или сверхпороговой величины проницаемость мембраны клетки для Na+ возрастает, они устремляются внутрь клетки, что приводит к уменьшению величины МП — деполяризации мембраны (рис. 2.3). Вначале процесс деполяризации развивается медленно, что отражает так называемый предспайковый, или медленный, потенциал. При уменьшении МП до критического уровня деполяризации (КУД), т. е. момента, когда медленная деполяризация переходит в быструю, проницаемость мембраны для Na+ мгновенно и максимально увеличивается (в 500 раз) и превышает проницаемость для К+ в 20 раз. Быструю деполяризацию отражает так называемый спайковый, или быстрый, потенциал. В результате проникновения Na+ в цитоплазму и их взаимодействия с отрицательно заряженными анионами трансмембранная разность потенциалов сначала исчезает, а затем происходит перезарядка клеточной мембраны (поляризация с обратным знаком, или инверсия заряда, или овершут) — внутренняя поверхность мембраны заряжается положительно по отношению к наружной. Этот потенциал превышения достигает величины 30—50 мВ. При достижении про-

40

цессом обратной поляризации максимального значения закрываются быстрые натриевые каналы (происходит инактивация натриевой проницаемости) и открываются калиевые каналы, через которые К+ выходит из клетки, что приводит к восстановлению исходного уровня мембранного потенциала покоя, т.е. происходит реполяризация мембраны. Процесс реполяризации отражают нисходящая часть спайкового потенциала, следовые деполяризация и гиперполяризация мембраны.

Потенциал действия может быть зарегистрирован двумя способами: внеклеточным — с помощью электродов, приложенных к внешней поверхности клетки; внутриклеточным — с помощью электродов, один из которых введен внутрь клетки, а другой расположен на ее поверхности.

При отведении от внутренней поверхности клетки потенциал действия имеет сложную форму и состоит из нескольких компонентов (см. рис. 2.3).

•Предспайковый потенциал (препотенциал, локальный потенциал) отражает процесс медленной деполяризации мембраны от уровня МП до критического уровня деполяризации.

•Спайковый потенциал (спайк, распространяющийся потенциал или собственно потенциал действия) своей восходящей частью отражает процесс быстрой деполяризации мембраны и ее перезарядки, а нисходящей — процесс быстрой реполяризации мембраны.

•Следовая деполяризация отражает процесс медленной реполяризации мембраны.

•Следовая гиперполяризация отражает увеличение поляризации мембраны относительно исходного уровня МП.

2.2.4. Изменение возбудимости при возбуждении

Развитие любого вида возбуждения (местного или распространяющегося) сопровождается фазным изменением уровня возбудимости. Характер этих изменений и их соотношение с фазами одиночного цикла возбуждения иллюстрирует рис. 2.3.

Состоянию исходной поляризации мембраны, которую отражает мембранный потенциал покоя, соответствует исходное состояние ее возбудимости, или нормальный уровень возбудимости, принимаемый за 100 %.

В период развития предспайкового потенциала возбудимость повышается. Эта фаза изменения возбудимости получила название фазы латентного дополнения (первичной экзальтации). Механизм повышения возбудимости в этот период связан с уменьшением поляризации мембраны, т.е. с приближением МП к критическому уровню. В этих условиях уменьшается прочность закрытия активационных ворот натриевых

41

каналов, поэтому сила раздражителя, необходимая для доведения процесса до критического уровня деполяризации, меньше, чем в исходном состоянии.

Впериод развития спайкового потенциала натриевые каналы открыты полностью, в результате чего мембрана утрачивает способность отвечать на действие любого раздражителя; эта фаза называется фазой абсолютной рефрактерности (абсолютной невозбудимости).

Впериод уменьшения спайкового потенциала натриевая проницаемость мембраны постепенно восстанавливается, так как состояние части натриевых каналов возвращается к исходному; это сопровождается сменой абсолютной рефрактерности мембраны на относительную рефрактерность. В этот период ответная реакция может быть вызвана, но для ее возникновения необходимо использовать сверхпороговые раздражители.

Периоду следовой деполяризации соответствует повышенный уровень возбудимости — фаза вторичной экзальтации. Так как мембранный потенциал в эту фазу ближе к критическому уровню деполяризации по сравнению с состоянием покоя (исходной поляризацией), то порог раздражения снижен, и новое возбуждение в эту фазу может возникнуть при действии раздражителей подпороговой силы.

В период развития следовой гиперполяризации возбудимость ткани понижена — фаза субнормальной возбудимости (вторичной рефрактерности). В эту фазу мембранный потенциал увеличивается относительно МПП, удаляясь от критического уровня деполяризации. Следовательно, порог раздражения повышается и новое возбуждение может возникнуть только при действии раздражителей сверхпороговой величины.

Гиперполяризация мембраны обусловлена, во-первых, продолжающимся выходом К1; во-вторых, возможно, открытием каналов СС и поступлением этих ионов в цитоплазму клетки; в-третьих, усиленной работой Na+-, К+-насоса. Снижение возбудимости в этот период связано с увеличением прочности закрытия активационных ворот натриевых каналов, которая возрастает при увеличении поляризации мембраны.

При действии раздражителя на возбудимую структуру сначала возникает локальный ответ (местная деполяризация), который при достижении критического уровня деполяризации переходит в распространяющуюся форму — потенциал действия (пиковый потенциал). Оба процесса отражают переход структуры от состояния относительного покоя к состоянию активной деятельности, т.е. процесс возбуждения. Но каждый из этих процессов обладает характерными свойствами (табл. 2.2).

42

Таблица 2.2. Сравнительная характеристика местной и распространяющейся форм возбуждения

Возникает при действии любоВозникает всегда из локального отго раздражителя вета при достижении критического

уровня деполяризации мембраны

2.2.5.Электрические явления в полости рта

У здоровых людей в разных точках полости рта регистрируют электрохимические потенциалы (ЭХП), возникновение которых связано с наличием различных сред, между которыми осуществляется контакт. Одной из них является слюна, насыщенная солями, белками, ионами HCOj и Н+, создающая возможность электрохимического взаимодействия ионов со структурами рта. Зубы, а также пломбы, вставки, зубные протезы, несущие электрический заряд, образующийся вследствие их взаимодействия со слюной, выполняют роль электродов. Мягкие ткани рта — десна, слизистая оболочка — обладают хорошей электропроводностью. Это обусловлено их обильным кровоснабжением, отсутствием рогового слоя эпителия и большой гидрофильностыо тканей.

Измеряют ЭХП потенциометрическим методом. Различные поверхности разных зубов имеют неодинаковый потенциал. Он наиболее высок на режущем крае резцов, а менее всего выражен в пришеечной области. У здоровых кариесрезистентных людей этот потенциал колеблется от 5 до 160 мВ.

43

Нормальной считается разность ЭХП 1—12 мВ. Наличие неодинаковых ЭХП в разных точках полости рта обусловливает возникновение между ними электрического тока. Эти токи в нормальных условиях способствуют самоочищению полости рта. Изменения величины ЭХП могут служить диагностическим признаком состояния зуба, рассасывания цемента, необходимости замены протеза.

Слизистая оболочка рта высокочувствительна к электрическому току. Из первого опыта JI. Гальвани известно, что разноименные металлы являются источником так называемого гальванического тока, который может раздражающе действовать на живые ткани. Это должен учитывать врач-стоматолог при протезировании и пломбировании зубов разнородными металлами (золото, нержавеющая сталь, амальгамы), которые действуют как электроды; при этом слюна является электролитом. Выделение ионов металлов в слюну создает условия для возникновения в полости рта микротоков различной величины. Величина возникающего тока зависит от следующих факторов:

•рН слюны — ток увеличивается, если рН отклоняется в

любую сторону от нейтрального; в нейтральной среде (рН 7,0) в слюне создается избыток Н+; в кислой среде происходит процесс растворения металлического протеза с возникновением анодных участков коррозии;

•изменений, возникающих при обработке поверхности различных металлов — шлифовке поверхности, полировании;

•качества имеющихся в полости рта металлов и степени их близости в периодической системе Д.И. Менделеева.

В ряде случаев разность потенциалов возникает между амальгамовыми сплавами различного состава или между коронками, изготовленными из тождественного металла, если под ними имеется металлическая пломба.

Возникающие микротоки могут служить причиной явления, которое в стоматологии получило название гальванизма. В развитии клинических симптомов гальванизма значительную роль играет фактор времени, связанный с индивидуальной реактивностью больного. Часто проходят годы, пока в результате циркуляции микротоков между разнородными металлами возникнет патологическое состояние. Клинические проявления гальванизма очень разнообразны. На них могут указывать жалобы больных:

•возникающие непосредственно после фиксации в полости рта металлических пломб и коронок на субъективные ощущения «металлического» вкуса, «металлического» чувства жжения; жалобы, в большинстве случаев прекращаются в ближайшие дни;

44

•возникающие через продолжительное время, иногда через несколько лет на сухость в полости рта, реже слюнотечение, «металлический» вкус во рту, боль.

Выраженность субъективных жалоб коррелирует с величиной тока, возникающего между различными материалами. При токе выше 80 мкА явления гальванизма выражены сильно; при токе, равном 25—80 мкА, возникают слабые ощущения, а при токе в 5 мкА жалоб практически нет. Иногда данная корреляция отсутствует, что можно объяснить наличием короткого замыкания гальванических элементов через мягкие ткани полости рта и слюну.

В результате электрохимических процессов в слюну из пломбировочных и восстановительных материалов, особенно из припоя, попадает большое количество микроэлементов. При исследовании слюны определяется достоверное увеличение в ней количества ионов металлов: железа, меди, марганца, хрома, никеля, свинца и др. Как следствие их токсического действия на рецепторный аппарат слизистой оболочки рта понижается и извращается вкусовая чувствительность на сладкое, соленое, кислое. Может развиваться хроническое воспаление слизистой оболочки рта: она становится красной, сосочки языка набухают, возникают эрозии и язвы. Это может привести к нарушению механической и химической обработки пищи в полости рта и нарушению речеобразования. Кроме того, при действии микроэлементов слюны на слизистую оболочку желудка и кишки могут возникать обострения хронических желудочно-кишечных заболеваний.

После замены разнородных металлов на однородные через определенное время жалобы прекращаются.

В стоматологии с лечебными целями применяют постоянный электрический ток низкого напряжения (30—80 В) и небольшой величины (до 50 мА). Такой метод лечения называется гальванизацией. Под действием постоянного тока в слизистой оболочке рта расширяются сосуды, ускоряется кровоток, увеличивается проницаемость сосудистой стенки, что сопровождается повышением температуры и гиперемией. Последняя после окончания воздействия держится до 60 мин и более. Сосудистые реакции способствуют активации местного обмена веществ, регенерации эпителия и соединительной ткани. Раздражение рецепторов, расположенных в зоне воздействия, приводит к изменению их возбудимости. При этом афферентная импульсация в ЦНС вызывает рефлекторные реакции местного, сегментарного и генерализованного типа, что приводит к изменению функций внутренних органов. Так, иногда отмечается изменение показателей общей гемодинамики: АД, частоты сердечных сокращений (ЧСС) и др.

45

С помощью электрического тока можно вводить лекарственные вещества в ткани. Сочетанное воздействие постоянного электрического тока и лекарственного вещества, введенного с его помощью, называется лекарственным электрофорезом. Электрофорез позволяет свести к минимуму побочное действие лекарственного препарата, так как в ткани вводятся только необходимые его составляющие. В стоматологии можно проводить электрофорез в ткани зуба (эмаль, дентин, пульпу), периодонта и слизистую оболочку. Электрофорез применяют и для местного введения анестетиков.

2.3. Законы раздражения возбудимых тканей

Законы раздражения отражают определенную зависимость между действием раздражителя и ответной реакцией возбудимой ткани. К законам раздражения относятся закон силы, закон «все или ничего», закон аккомодации (Дюбуа—Реймона), закон силы — времени (силы — длительности), закон полярного действия постоянного тока, закон физиологического электротона. Законы, кроме двух последних, универсальны для всех раздражителей, но наиболее отчетливо они реализуются при применении в качестве раздражителя электрического тока.

Закон силы: чем больше сила раздражителя, тем больше величина ответной реакции. В соответствии с этим законом функционируют сложные структуры, например скелетная мышца. Амплитуда ее сокращений от минимальных (пороговых) величин постепенно увеличивается с увеличением силы раздражителя до субмаксимальных и максимальных значений. Это обусловлено тем, что скелетная мышца состоит из множества мышечных волокон, имеющих разную возбудимость, поэтому на пороговый раздражитель отвечают только те мышечные волокна, которые имеют самую высокую возбудимость — амплитуда мышечного сокращения при этом минимальна. С увеличением силы раздражителя в реакцию вовлекается большее количество мышечных волокон. Для группы наиболее возбудимых волокон это раздражение уже является сверхпороговым, но для группы менее возбудимых — пороговым. Сокращение волокон обеих групп суммируется, и амплитуда сокращения мышцы увеличивается. Когда в реакцию вовлечены все мышечные волокна, составляющие данную мышцу, дальнейшее увеличение силы раздражителя не приводит к увеличению амплитуды сокращения, т.е. мышца ответила на действие раздражителя максимальным сокращением (максимальной ответной реакцией).

Закон «все или ничего»: подпороговые раздражители не вызывают ответной реакции («ничего»), а пороговый — макси-

46

мальную («все»). По закону «все или ничего» сокращается сердечная мышца, отвечают одиночные нервные и мышечные волокна. Закон «все или ничего» не абсолютен. Во-пер- вых, на раздражители подпороговой силы не возникает видимой ответной реакции, но в ткани происходят невидимые изменения, получившие название местного возбуждения (локального ответа), которые проявляются прежде всего в изменении мембранного потенциала покоя. Во-вторых, сердечная мышца, растянутая кровью, заполнившей полости сердца, реагирует также по закону «все или ничего», но амплитуда ее сокращения будет большей по сравнению с сокращением сердечной мышцы, не растянутой кровью.

Закон аккомодации (градиента, Дюбуа—Реймона): действие раздражителя зависит не только от его абсолютной величины, но и от скорости его нарастания до порогового значения. Так, если действует раздражитель, сила которого увеличивается от нулевого значения до порогового не быстро (не мгновенно), а медленно (с градиентом), то ответная реакция возбудимого объекта не возникает. Чтобы она возникала, необходимо продолжить наращивание силы действующего раздражителя. При снижении скорости нарастания силы раздражителя до некоторого минимального значения ответная реакция вообще не возникает, даже при неограниченном увеличении силы раздражителя. Это явление получило название аккомодации.

При быстром нарастании силы стимула повышение натриевой проницаемости мембраны успевает достичь значительной величины, достаточной для достижения процессом деполяризации ее критического уровня (КУД) прежде, чем наступит инактивация натриевой проницаемости. При медленном нарастании силы на первый план выступают процессы инактивации, приводящие к повышению порога раздражения (к снижению возбудимости) или полной ликвидации возможности генерировать ПД (рис. 2.4). Способность к аккомодации различных структур неодинакова. Наиболее высокая она у двигательных нервных волокон, а наиболее низкая у сердечной мышцы, гладких мышц кишечника и желудка.

Закон силы — длительности (силы — времени): раздражающее действие раздражителя зависит не только от его абсолютной величины, но и от времени, в течение которого он действует на ткань. Чем больше величина раздражителя, тем меньше времени он должен действовать для возникновения возбуждения.

Исследования зависимости силы — длительности с использованием в качестве раздражителя постоянного электрического тока показали, что последняя имеет гиперболический характер (рис. 2.5). Из этого следует, что, во-первых, ток меньше некоторой минимальной величины не вызовет возбуж-

47