Chaychenko_-_Fiziologiya_lyudini_i_tvarin

але послаблює стінки артеріол внутрішніх органів (шлунка, печінки, кишечника). Норадреналін діє на серцево-судинну систему своєрідно. Якщо адреналін викликає тахікардію, то норадреналін - брадиардію за рахунок впливу блукаючого нерва. Адрена лін проявляє своєрідний вплив на функціональну активність нервової системи. При внутрішньовенному введенні адреналіну проявляється його збуджуючий вплив.

Катехоламіни підтримують гомеостаз в умовах змін зовнішнього середовища. Вони сприяють забезпеченню функціонуючих систем кров'ю, забезпечуючи її перерозподіл в загальній системі кровообігу. Цим самим вони мобілізують резерви організму на боротьбу з шкідливими стимулами (стресорами) і сприяють включенню інших адаптивних механізмів, що визначають опірність організму.

9.7. Внутрішня секреція статевих залоз.

Статеві залози є мішаними, оскільки поряд з продукцією статевих клітин - сперматозоїдів і яйцеклітин виділяють в кров статеві гормони - андрогени і естрогени. Обидві групи статевих гормонів утворюються як в чоловічих, так і в жіночих статевих залозах. Однак у чоловіків превалюють андрогени, а у жінок - естрогени. За хімічною природою статеві гормони є стероїдами. Ці гормони необхідні для статевого дозрівання, забезпечення розвитку вторинних статевих ознак та виконання статевих функцій.

Ендокринна функція сім'яників . Цю функцію в сім'яниках виконують інтерстиціальні клітини, або клітини Лейдіга. Це крупні клітини, які знаходяться між сім'яними канальцями біля кровоносних капілярів і продукують андростерони. Чоловічі статеві гормони, які продукує ця ділянка - тестостерон, андростерон і ін., але найбільш активним серед андрогенів є тестостерон.

Гормон тестостерон здійснює статеве дифференціювання організму в ембріональний період. Під його впливом відбувається маскулінізація зовнішніх і внутрішніх статевих органів. З настанням статевої зрілості андрогени стимулюють сперматогенез і розвиток вторинних статевих ознак, викликають збільшення гортані, потовщують голосові зв'язки, що змінює тембр голосу. Андрогени стимулюють синтез білку, що забезпечує розвиток мускулатури, впливають на функцію нервової системи і визначають статеву поведінку самців.

А.Бертольд в 1849 р. вперше показав, що кастрація півня викликає у нього атрофію гребеня, а пересадка кастрату сім'яника відновлює його нормальний вигляд. В дослідах М.Завадовського трансплантація сім'яника кастрованій курці викликала у неї розвиток вторинних статевих ознак протилежної статі. Нестача статевих гомонів викликає зміни, які залежать від того, чи вони виникли задовго до статевого дозрівання, чи після. В першому випадку статеве дозрівання припиняється і статеві органи не досягають зрілого стану, не розвиваються вторинні статеві ознаки. В другому випадку відбуваються в статевій системі лише часткові зміни.

В регуляції діяльності чоловічих статевих залоз провідну роль відіграють гонадотропні гормони аденогіпофізу. Їх введення прискорює і посилює розвиток чоловічого статевого апарату і вторинних статевих ознак. Видалення гіпофізу у статевозрілих тварин приводить до атрофії сім'яних канальців і інтерстиціальної тканини.

Ендокринна функція яєчників . Яєчник продукує естрогени - естраді ол і прогестерон. Перший виробляється в фолікулі яєчника, другий є гормоном жовтого

PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

тіла. Продукція естрогенів пов'язана з зернистим шаром фолікулів і граафових пухирців (рис.9.6). Кількість жіночих статевих гормонів пов'язана з фазами статевого циклу. Так, естрогени створюють умови для запліднення яйцеклітини, а прогестерон забезпечує імплантацію і розвиток зародка після запліднення. В прямій залежності від функції яєчника перебуває матка. При введенні естрогенів відбувається гіпертрофія матки, її набухання, ріст маткових труб і посилення скоротливості їх м'язів, що сприяє переміщенню яйцеклітини до матки. Основним місцем утворення - прогестерону, або гормону жовтого тіла є клітини жовтого тіла. Жовте тіло виникає в кожному статевому циклі після овуляції на місці зруйнованого фолікула. Другим його джерелом є плацента. Цей гормон називають також гормоном вагітності, оскільки він не тільки забезпечує нормальний розвиток заплідненої яйцеклітини, але й гальмує ріст чергового фолікула й овуляцію.

З настанням статевої зрілості у жінок овуляція периодично повторюється і є складовою частиною статевого циклу, який зветься менструальним і триває 28 днів. Він включає чотири періоди: 1) переовуляційний, 2) овуляційний, 3)післяовуляційний, 4) період спокою. У тварин статевих цикл зветься естральним. Він пов'язаний з тічкою і властивий для всіх ссавців, крім мавп і людини.

В першому періоді відбувається підготовка до вагітності. Матка в цей час збільшується, розростаються її залози, посилюється скоротливість маткових труб. Вміст гонадотропних гормонів в аденогіпофізі збільшується як в першому, так і в другому періоді, а після овуляції знижується. Під впливом гонадотропних гормонів посилюється вироблення яєчником естрогенів, які й викликають вказані зміни в статевому апараті, дозрівання фолікула і овуляцію.

Настання овуляції викликає вихід яйцеклітини і переміщення її в матковій трубі. Заплідненна яйцеклітина потрапляє в матку і закріплюється в слизовій. На місці фолікула розвивається жовте тіло, клітини якого продукують гормонпрогестерон.

Під впливом прогестерону продукція гонадотропних гормонів аденогіпофізом зменшується, що в свою чергу зменшує утворення яєчниками естрогенів.

Якщо запліднення не відбулося, настає післяовуляційний період. В цей період у жінок настає менструація, як результат скорочення матки і відторгнення її слизової. Після завершення післяовуляційного періоду настає період міжовуляційного спокою.

Секреція естрадіолу та прогестерону регулюється гонадотропними гормонами гіпофізу - фолікулостимулюючим (ФСГ) і лютеїнізуючим (ЛГ). В перші дні статевого циклу наростає кількість ФСГ, що стимулює ріст первинного фолікула. Принципове значення має співвідношення між ФСГ і ЛГ. В середині циклу підвищується рівень ЛГ, що призводить до розриву фолікула і перетворення його в жовте тіло. Плацента продукує лактогенний гормон (пролактин) і релаксин, який до моменту пологів викликає розрихління лобкового зчленування. При пологах підвищується рівень нейросекрету окситоцину, який активізує скоротливість м'язів матки та сприяє скороченню міоепітеліальних клітин в альвеолах молочних залоз і разом з пролактином забезпечує виділення молока. На функцію статевих залоз проявляє великий вплив ЦНС. Ось чому при стресових ситуаціях та під впливом негативних емоцій може змінюватися перебіг статевого циклу.

PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

9.8. Тимус (зобна залоза).

Це центральний орган імуногенезу, який визначає становлення і функціонування клітинної системи імунітету. Залоза міститься за грудиною у верхньому відділі переднього середостіння (рис.9.7) і складається з окремих часток, в яких є дві групи клітин - тимоцити та лімфоци ти. Єдиної думки про залозу як орган внутрішньої секреції немає. Проте пересадка залози після її хірургічного видалення відновлює властиві їй функції. Виділено кілька біологічно активних речовин тимуса: тимозин , тимопоетин і ін. Під впливом тимозину відбувається диференціювання попередників Т-лімфоцитів у імунокомпетентні Т-лімфоцити. Тому захворювання, що характеризуються іммуними порушеннями, пов'язують з тимусом. Існує думка про участь залози в еритропоезі. Встановлено, що при пухлині тимуса розвивається особливий вид анемії, при якому в периферичній крові відсутні ретикулоцити, а в кістковому мозку еритробласти.

Численні експериментальні дослідження свідчать про наявність кореляції між тимусом і гонадами. Тривале введення великих доз екстрактів тимуса ростучим тваринам викликало затримку статевого дозрівання.

9.9. Епіфіз ( шишковидна залоза)

У нижчих хребетних епіфіз є фоторецептивним органом і має назву тім'яного ока. У ссавців ця залоза знаходиться в ділянці чотиригорбикового тіла середнього мозку і функціонує як орган внутрішньої секреції. З неї виділено мелатонін , який викликає затримку статевого розвитку в статевонезрілих особин, а у дорослих самок гальмує статевий цикл. Крім того,мелатонін гальмує виділення лютеїнізуючого (ЛГ) - рилізінг-гормону (РГ), а звідси секрецію гонадотропінів і активність гонад. Секреція мелатоніну характеризується циркадним ритмом, максимальний рівень якого проявляється вночі. Світло гальмує секрецію мелатоніну. Наростаюче гальмування секреції мелатоніну протягом світлового дня збільшує кількість ЛГ-РГ і гонадотропінів і викликає еструс, ріст сім'яників, статеву активність. Екстирпація епіфіза викликає гіперглікемію, а введення її екстракту - гіпоглікемію. В дослідах на плазунах показано, що мелатонін викликає агрегацію гранул меланіну в меланоцитах шкіри, що приводить до посвітління шкіри. Отже він є антагоністом меланостимулюючого гормону проміжної долі гіпофізу.

9.10. Тканинні гормони.

Крім залоз внутрішньої секреції, біологічно активні речовини продукують спеціалізовані клітини різних органів. Зокрема, це стосується підщелепової слинної залози, яка виділяє інсуліноподібний білок та калікреїн, що забезпечує вазодилятаторний ефект. Нирки виділяють ренін і еритропоетин. Клітини кишечника синтезують цілу низку гормонів, які впливають на секрецію, моторику та всмоктування. Це секретин, холецистокінін-панкреозимін, ГІП,ВІП,бомбезин, мотилін, вілікінін, соматостатин і ін. Шлунок продукує гастрин і гістамін.

* * *

В підсумку необхідно відмітити бурхливий розвиток ендокринології протягом останніх десятиріч, який перевів її з розряду розділу фізіології, медицини і ветеринарії в самостійну науку, надзвичайно цікаву і перспективну зі своїми

PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

методами дослідження, знанням структури гормонів, а значить і можливостями їх синтезу та широким практичним використанням всіх цих надбань.

Недавно відкрито групу нейрорегуляторних пептидів - енкефалінів, ендорфінів, нейротензину і ін., які складають ще одну гормональну систему гіпоталамо-гіпофізарного комплексу. Всі вони проявляють гіпофізотропну активність і споріднені рилізінг-гормонам. Частина з них включена в так звану АРUDсистему. Клітини цієї системи характеризуються високим вмістом амінів, здатністю до захвату їх попередників. Звідси і назва системи за першими літерами англійських слів: Аmine Precarsors Uptake and Decarboxylating-system- система захвату попередників амінів і їх декарбоксилювання. Їм також властива здатність виробляти крім пептидів біогенні аміни (серотонін, дофамін, гістамін).

Глава 10. ЗБУДЛИВІ СТРУКТУРИ

Основною властивістю живих систем є здатність відповідати на вплив оточуючого середовища активною реакцією. Ці властивості притаманні всій живій матеріі, проте особливо яскраво вони виявляються в реакціях нервової, м"язової та частково залозистої тканин, які називають збудливими, тобто здатними відповідати процесом збудження на дію подразників. Подразник викликає в клітині складний комплекс перебудов мікроструктур, а також зміни обміну речовин, концентрації й швидкості руху іонів та іхнього розподілу на клітинних мембранах.

10.1. Основні властивості збудливих тканин

Жива клітина при здійсненні своїх функцій безперервно генерує та підтримує електричні потенціали, тому електрофізіологічні дослідження являють собою універсальний спосіб з"ясування механізмів діяльності збудливих структур . Першу фізико-хімічну теорію електричних явищ у живих тканинах розробив у 1896-1906 рр. відомий український вчений, професор Київського університету В.Ю.Чаговець . Виходячи з теорії електролітичної дисоціації, він вважав, що електричні потенціали утворюються за рахунок різної швидкості дифузії основних фізіологічних іонів і перш за все - іонів вугільної кислоти. Проте пізніше було доведено, що основними іонами, які беруть участь у генерації електричних потенціалів клітин, є іони К + і в меншій мірі - Na + i Cl - . За умовами виникнення в живих утворах розрізняють різні види електричних потенціалів : мембранні потенціали спо кою і дії.

10.1.1.Мембранний потенціал спокою (МПС).

У всіх клітинах поверхневий шар цитоплазми є спеціалізованою структурою, яка називається мембраною. Ця мембрана електрично поляризована і різницю потенціалів між зовнішньою і внутрішньою поверхнями мембрани називають мембранним потенціа лом спокою (МПС). Для того, щоб зрозум і ти природу виникнення цього потенціалу, треба розглянути деякі властивості самої мембрани, а також склад поза- і внутрішньоклітинної рідин.

Мембрана - це тонкий (завтовшки 5-10 нм ), але досить міцн ий утвір , як ий складається з ліпідів, білків і мукополісахаридів. Бімолекулярний шар ліпідів є матриксом мембрани, в як и й занурені білкові молекули, що утворюють канали для води і іонів, формують іонні насоси тощо (рис.10-1А). Мукополісахариди,

PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

розташовані у вигляді "дерев" на поверхні мембрани, здійснюють рецептивні функції. Мембрана постійно оновлюється і її властивості можуть дещо змінюватися.

Клітинна мембрана має значний опір і ємність. Так, у аксона кальмара питомий опір мембрани (R м) становить у спокої 1000 Ом . см 2 , а ємність (С м ) - приблизно 1 мкФ/см 2 . Ємність мембрани, яка переважно створюється її ліпідним матриксом, досить постійна, а опір мембрани електричному струму сильно залежить від стану її іонних каналів.

Генерація МПС , перш за все, обумовлена нерівномірним розподілом іонів між позата внутрішньоклітинним простором (табл. 10.1).

Таблиця 10.1. Концентрації основних фізіологічних іонів у м'язовій тканині теплокровних тварин (мМ/л).

Другим важливим фактором, який має значення для створення МПС, є різна проникність мембрани до різних іонів. Мембрана легко проникна для жиророзчинних речовин, молекули яких проходять крізь її ліпідний матрикс. Крупні водорозчинні молекули, у тому числі й аніони органічних кислот, практично не проникають крізь мембрану. У стані фізіологічного спокою клітинна мембрана проникна до іонів К + , оскільки в ній розташовані спеціальні калієві канали, що пропускають лише гідратований К + .

Коли іон К + виходить з клітини, він затримується на зовні шні й поверхні мембрани, створюючи її позитивний заряд. Великі аніони, з якими він зв"язаний, не можуть пройти крізь маленькі калієві канали, накопичуються біля внутрішньої поверхні мембрани і створюють там негативний потенціал. Так виникає трансмембранна різниця потенціалів, або (МПС).

Цей потенціал протидіє дальшому виходу К + за електрохі мічним градієнтом. Чому? Переміщення К + з клітини назовні обу мовлюється концентраційним градієнтом цього іону, який здійс нює осмотичну роботу (А осм ):

[K + ] зовн

А осм = RT ----------,

[K + ] вн де R - універсальна газова постійна, тобто кінетична енергія одного молю іонів при абсолютній температурі Т.

Внаслідок виниклого МПС іони К + частково повертаються на зад у клітину і при цьому здійснюється електрична робота (А ел ):

А ел = QE = nFE , де Q - кількість електрики, n - валентність, F - число Фарадея (заряд одного моля одновалентних іонів), Е - потенціал.

PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Якщо вихід іонів К + з клітини переважає над їхнім входом, то поступово зростає А ел і дещо зменшується А осм . Внаслідок цього на мембрані виникає потенціал Е, при якому А ел = А осм для іона К + , який називається калієвим

Це так зване рівняння Нернста для Е к . Різниця між поточ ним значенням МП і Е к називається електрохімічним градієнтом для К к . Він є основною причиною пасивного руху К + крізь мемб рану в природних умовах.

Якщо співвідношення внутрішньої до зовнішньої концентрацій іонів К + буде дорівнювати, наприклад,39,а температура середовища +20 С о , то величина Е к становитиме :

8,31.10 Дж. 293

Е k = ------------------ ln 39 = 0,025.3,66 = 0,092 В 9,65.10 Кл/кг.екв

При такій величині Е к різниця концентрацій іонів К + між внутрішнім і зовнішнім середовищ а м и клітини залишається практично незмінною, незважаючи на високу проникність мембрани до К + , оскільки ця величина достатня для того, щоб запобігти втраті цих іонів.

Слід також зауважити, що на підтримання МПС витрачається дуже мало іонів К + , основна їхня частина повинна забезпечувати електронейтральність внутрішнього середовища клітини. Справа в тому, що внутрі шньо клітинні аніони - це переважно крупні білкові молекули, які не можуть пройти крізь клітинну мембрану і тому їхня концентрація залишається постійною. Ці великі аніони мають бути зрівноважені відповідною кількістю катіонів. В зв"язку з тим, що вміст іонів Nа + всередині клітини дуже малий, цю функцію виконують іони К + . Тому внутріклітинна концентрація К + мусить бути такою ж високою, як і концентрація великих аніонів і такою ж стабільною.

Навіщо потрібна поляризація мембрани? МПС створює електричне поле значної напруженості - 10 5 В/см 2 . Це поле діє на макромолекули мембрани й надає їхнім зарядженим групам певну просторову орієнтацію. Крім того, дуже важливо, що електричне поле МПС забезпечує діяльність іонни х каналів на мембрані .

Треба зазначити, що у стані спокою мембрана добре проникна не лише до іонів К + , але в певній мірі вона проникна також і до інших іонів, зокрема іонів Na + ,Cl - та Са 2+ . Потоки цих іонів порушують рівноважний стан. Той факт, що в умовах спокою іони Nа + постійно входять у клітину, а іони К + виходять з неї, має дуже важливі наслідки, оскільки система не може бути фактично врівноважена за допомогою звичайної дифузії і простого відновлення заряду на мембрані. Якщо немає інших процесів, то клітина буде дуже швидко накопичувати іони Nа + і втрачати іони К + , що зменшить їхній трансмембранний градієнт. Отже, цей процес може призвести до різкого зниження МПС і загибелі клітини. Проте такого не відбувається, бо цьому протидіє натрій-каліє вий насос .

Оскільки іони Nа + самі не можуть вийти з клітини, а іони К + увійти в клітину проти сво їх електрохімічн их градієнтів за допомогою простої дифузії, вони

PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

повинні активно переміщуватися крізь мембрану, тобто на це має витрачатися енергія,яка забезпечує цей транспорт . Такий механізм одержав назву натрій-калі- євого-насосу. Він працює,споживаючи енергію АТФ, і його основним компонентом є фермент мембранна Nа,К-АТФаза. У нормі АТФ потрапляє до насосу з мітохондрій аксоплазми. Для роботи насосу обов"язкова наявність зовні іонів К + , а всередині - іонів Nа + .

Енергія розщеплення однієї молекули АТФ забезпечує виведення з клітини трьох іонів Nа + і введення двох іонів К + всередину клітини (рис.10.1Б). Це значить, що натрій-калієвий насос елекрогенний , він створює на мембрані додаткову різницю потенціалів Е нас , яка додається до величини МПС (рис . 10.1В).

Цей електрогенний додаток до нормальної величини МПС неоднаковий у різних клітин. Звичайно в нервових клітиних він незначний, а ось у гігантських нейронах молюсків і гладком'яз о вих волокнах він може становити до 25% повної величини МПС.

Отже, у формуванні МПС натрій-калієвий насос виконує дві функції: 1) підтримує трансмембранний градієнт концентрацій іонів Nа і К; 2) генерує певну різницю потенціалів, яка додається до потенціалу, що створюється дифузією іонів К за концентраційним градієнтом.

Важливим показником здатності іонів проходити крізь мембрану і її проникність. Значення проникності для іонів К + ,Nа + і Cl - (Р К ,Р Na ,Р Cl ) можуть використ овуватися для обчислення потенціалу мембрани, проникної для всіх цих іонів, з а рівняння м Нернста в модифікації Гольдмана ( "рівняння постійного поля" ):

RT P k [K + ] зовн + P Na [Na + ] зовн + P Cl [Cl - ] вн Е МП = ----- ln ---------------------------------------------------------- ------

n F P k [K + ] вн + P Na [Nа + ] вн + P Cl [Cl - ] зовн

Для кількісного вираження проникності мембрани застосовують поняття "провідність мембрани" ( g ). Електрична провідність є величиною, оберненою опору і вимірюється у сименсах. При стані фізіологічного спокою g k у 10-15 разів вища, ніж провідність мембрани до іонів Nа ( g Na ). Співвідношення P K :Р Na :Р Cl у стані спокою становить (для аксону кальмара) 1:0,04:0,45.

10.1.2. Потенціали дії

Потенціалами дії (ПД) називаються швидкі коливання МПС, що виникають при збудженні клітини. В основі ПД лежать зміни іонної провідності мембрани. Амплітуда і тривалість ПД окремої клітини мало залежать від сили подразнення, важливо лише, щоб ця сила досягла певної критичної величини - порога подразнен ня. ПД, що виник у місці подразнення, поширюється вздовж нервового чи м ' яз о вого волокна, не змінюючи своєї амплітуди. Наявність порогу подразнення і незалежність амплітуди ПД від сили подразнення називається законом "все або нічого" . Щоправда, у таких тварин як гідра , ПД при своєму поширенні по дифузній нервовій системі поступово "затухає", або, як кажуть, поширю ється з декрементом.

Для реєстрації ПД використовують позата внутріклітинні електроди. При позаклітинному відведенні електроди підводять до зовнішньої поверхні волокна (клітини). Реєстрація ПД за допомогою позаклітинних електродів показала, що поверхня збудженої ділянки на дуже короткий час (м ілісекунди ) стає зарядженою негативно по відношенню до сусідньої незбудженої ділянки (рис.10 .2) .

PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Звичайно розрізняють залежно від умов відведення двохфазні та однофазні ПД, хоча в деяких особливих умовах (в об"ємному провіднику) можна зареєструвати трьохфазний ПД. Такий ПД реєструється при уніполярному відведенні від нерва, в якому збудження проходить під активним електродом.

Знаючи відстань між подразнюючими та відвідними електродами та величину латентного періоду (ЛП) виникнення ПД, тобто того часу, який потрібен для того, щоб збудження пройшло від стимулюючих до відвідних електродів, можна обчислити швидкість поширення збудження у збудливій тканині за звичайною формулою

V S =------

t

При внутрішньоклітинному відведенні вдалося кількісно охарактеризувати зміни МП при генерації ПД. У типовому внутрішньоклітинному ПД розрізняють пікову частину (верхівку), висхідну, низхідну фази та слідові потенціали (рис.10 . 3

А ).

Встановлено, що під час висхідної фази ПД відбувається не просто зникнення трансмембранної різниці потенціалів (деполяризація мембрани), а виникає різниця потенціалів протилежного знаку: внутрішня частина мембрани в ділянці генерації ПД стає на певний час зарядженою позитивно по відношенню до зовнішньої частини мембрани ( овершут ).

Під час низхідної фази ПД відновлюється вихідне значення МП (реполяризація мембрани). Тривалість піку ПД у різних збуд ливих структурах варіює від 0,5 до 3,0 мс. Зміни поляризації мембрани, які спостерігаються після завершення високовольтної частини ПД (піку), називаються слідовими потенц і алами . Розрізняють два види слідових потенціалів - слідову деполяризацію (слідовий негативний потенціал) і слідову гіперполяризацію (слідовий позитивний потенціал), амплітуда яких не перевищує кількох мілівольт (5-10% від величини піку),а тривалість буває різною - від кількох мілісекуд до багатьох десятків секунд

(рис.10 .3 А ).

Іонний механізм генерації ПД. В основі генерації ПД лежать послідовно виникаючі у часі зміни проникності клітинної мембрани. В наслідок подразнення при досягненні порогового рівня збудження зростає провідність мембрани до іонів Na + , які починають входити в клітину і тим самим знижувати внутрішній негативний заряд мембрани, тобто буде виникати деполяризація мембрани. Чим більшою буде ця деполяризація, тим більша кількість Nа + буде по ступати в клітину. Кінець кінцем, g Na зростає у 100 разів, порівняно з станом спокою, і стає у 20 разів більше g k . І якщо це збільшення натрієвої провідності триває досить довго, то заряд мембрани в місці подразнення спотворюється - виникає так звана реверс і я знаку МП. Проте під час збудження позитивне значення ПД, або так званий овершут , не може бути більшим за натрієвий рівноважний потенціал ( Е Na ) . Звичайно овершут не перевищує +30 мВ, хо ча Е Na становить +65 мВ. Чому?

Існує принаймні дві причини цього явища : 1) підвищення g Na не триває так довго, щоб мембрана встигла перезарядитися до +65 мВ ; 2) незабаром (приблизно в межах 1 мс ) після початку збудження відбувається також досить значне підвищення g k . Отже, коли досягнуто піка ПД (протягом 1 мс ), g Na починає пада ти, в той час як g k продовжує повільно зростати, обумовлюючи швидку фазу реполяризації мембрани (рис.10.4).

PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Отже, g Na досягає максимуму менш, ніж за 1 мс після початку деполяризації мембрани, а потім зовсім зникає протягом 5 мс , хоча деполяризація зберігається. Це явище називається нат рієвою інактиктивацією, яка існує до тих пір, поки триває деполяризація мембрани. Натрієва активаційна система відновлюється, коли МП повертається до вихідного рівня або навіть при певній гіперполяризації мембрани. На відміну від g Na , g K не інактивується , а навіть зростає доти, поки існує деполяризація мембрани.

Під час натрієвої інактивації будь-яка деполяризація мембрани абсолютно неефективна, тобто клітина в цей час нез будлива . Це так званий абсолютний рефрактерний період , який триває 1-2 мс. Потім протягом кількох мілісекунд після закінчення абсолютної рефрактерності нове збудження можна викликати при більшій силі подразнення, ніж перший ПД. Це називається відносним рефрактерним періодом . Величина ПД в цей час також зменшена, оскільки натрієва система не повністю відновлена від інактивації після першого ПД (рис.10.3 Б).

Абсолютний рефрактерний період обмежує максимальну частоту генерації ПД живою клітиною. Оскільки у нервовій клітині ПД триває близько 2 мс ,то максимально можлива частота генерації ПД буде 500/с. Є клітини з коротшим рефрактерним періодом, які мають частоту генерації до 1000/c. Але звичайно частота генерації ПД у ЦНС не перевищує кількох десятків за 1 с .

Під час слідової деполяризації спостерігається підвищення збудливості клітини ( фаза екзальтації ), а під час слідової гіперполяризації - зниження збудливості, бо величина МП в цей час зростає, тим самим збільшується і критична (порогова) величина деполяризації мембрани (рис . 10.3 Б).

Роль іонів Nа + у генерації ПД доводиться заміною цих іонів у навколишньому середовищі клітини та застосуванням мічених іонів Na 24 . Повне видалення Nа + викликає лише невелику (до 10 мВ ) деполяризацію мембрани, але призводить до неможливості генерації ПД. При генерації ПД іони Na 24 поступають всередину клітини.

У живій клітині існують дві системи руху іонів крізь мембрану. Одна з них здійснюється за градієнтом концентрації іонів і не вимагає витрати енергії, це пасивний іонний транспорт . Він відповідає за виникнення МПС і ПД. Друга система руху іонів крізь мембрану відбувається проти концентраційного градієнта і полягає у "викачуванні" іонів Na + з цитоплазми і "закачуванні" іонів К + всередину клітини. Цей механізм можливий тільки при витратах енергії і називається активним іонним транспортом .

Функції іонних каналів. У цитоплазматичній мембрані існують пори, або канали. Терміном канал позначається той шлях, яким іони проходять крізь мембрану за електрохімічним градієнтом. У мембрані існують декілька відмінних іонн их каналів: потенціалозалежні, потенціалонезалежні (хемочутливі) і канали витоку.

Провідність потенціалозалежних каналів контролюється величиною МП, тобто ці канали відкриваються (активуються) і закриваються (інактивуються) у відповідь на зміни МП. Потенціалозалежні канали функціонують в електрозбудливих мембранах і беруть участь у генерації ПД. Електрична збудливість пов'язана з існуванням у таких каналах особливого молекулярного пристрою воріт , відкривання і закривання яких визначається електричним полем мембрани.

PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

"Ворота" можуть знаходитися тільки в двох положеннях: повністю відкритому чи повністю закритому, тому провідність поодинокого іонного каналу - величина стала.

Через відкриті канали іони рухаються за концентраційним і електрохімічним градієнтами. Ці потоки іонів призводять до зміни МП, що в свою чергу, змінює середню кількість відкритих каналів і, відповідно, величину іонних струмів і т.ін.

Для дослідження діяльності іонних каналів застосовують різні методи, один з яких - це метод "фіксації напруги на мембрані", коли штучно підтримується на мембрані будь-який потрібний потенціал. Про діяльність каналів судять по іонних струмах, які в цей час течуть крізь мембрану.

Потенціалозалежними є натрієві, калієві і кальцієві канали. Натрієві і кальцієві канали відповідають за ранній (початковий) струм вхідного в клітину напрямку, а калієві - за пізній (відставлений) струм вихідного з клітини напрямку.

На рис.10 .5 показані зміни натрієвої ( g Na ) і калієвої ( g K ) провідності мембрани нервового волокна під час фіксованої деполяризації мембрани. Величини g Na і g K відбивають кількість одночасно відкритих натрієвих і калієвих каналів. Як можна легко побачити, g Na за частки мілісекунди досягає максимуму, а потім повільно знижується до вихідного рівня. Це пояснюється наявністю в натрієвих каналах двох типів "воріт" - швидких активаційних і повільних інактиваційних. Отже, початкове збільшення g Na пов"язане з відкриванням швидких активаційних воріт ("процес активації"), а наступне повільне зниження g Na , що відбуваіться під час деполяризації мембрани, пов"язане з закриванням інактиваційних воріт ("процес інактивації").

Натрієві канали характеризуються досить високою, але не абсолютною вибірковістю до Na + , оскільки в більшій або меншій мірі вони проникні для іонів літію, талію і навіть деяких ор ганічних катіонів ( гідразин, амоній). Отвір натрієвого каналу має прямокутну форму розмірами 0,3 х 0,3 нм . Вузька частина каналу, що слугує селективним фільтром, дуже коротка і несе одиничний негативний заряд. Цей заряд притягує катіони, відш товхує аніони і забезпечує тим самим вибіркову проникність до Na + і подібних до нього катіонів.

Активаційні та інактиваційні ворота розташовані біля внутрішнього кінця натрі є вого каналу, причому інактиваційні ворота спрямовані в бік цитоплазми. У стані спокою активаційні ворота закриті, а інактиваційні відкриті. При деполяризації мембрани спочатку відкриті обидва типи воріт, тобто канал пропускає іони Na +

.Потім інактиваційні ворота закриваються - канал інактивується. Лише після закінчення деполяризації поступово відкриваються інактиваційні ворота, а активаційні закриваються і канал повертається у вихідний стан (рис.10 .6 ).

Деякі речовини специфічно змінюють процеси активації й інінактивації натрієвих каналів. Так, батрахотоксин спричиняє стійку деполяризацію мембрани, підвищуючи g Na . Він так модифікує натрієві канали, що вони стають відкритими. Одночасно батрахотоксин повністю усуває процес натрієвої інактивації.

Тетродотоксин дуже швидко різко пригнічує ранній струм крізь мембрану, але тільки тоді, коли він діє зовні. Отже, чутливі до тетродотоксину рецепторні структури натрієвих кана лів розміщені на зовнішній поверхні мембрани, що свідчить та кож про асиметрію цих каналів. Провідність одного натрієвого каналу становить 4*10 -12 Ом -1 .

Калієві канали за своєю будовою нагадують натрієві, але вони відрізняються своєю вибірковістю та кінетикою процесів інактивації і активації. У всіх збудливих

PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com