Презентація "Організм людини очима біофізика. Урок 2. Збудливі тканини.

Організм людини очима біофізика. Урок 2. Збудливі тканини10 клас, факультативний курс

Подразливість та збудливість Живі організми мають такі властивості, яких не існує в неживій природі, серед них надзвичайну важливість має подразливість. У неживій природі об'єкт залишається пасивним щодо впливів різноманітних чинників, а в живій природі живі істоти проявляють активність. Притаманна живій природі подразливість є відповідною реакцією живого організму на вплив зовнішнього і внутрішнього середовища. Здебільшого вона відбувається у формі збудження і зовнішньої відповідної вибіркової реакції. Будь-яка жива істота, її тканини і органи, здатні тією чи іншою мірою реагувати на вплив зовнішніх умов певною реакцією - кількістю доцільних дій. У результаті таких дій подразників відбуваються кількісні і якісні зміни обміну речовин. Реакція на подразнення називається подразливістю, з якою тісно пов'язані процеси росту, розвитку та розмноження. Живі організми на відміну від неживих здатні до активної відповіді на подразнення, такої, яка здійснюється за рахунок енергії самого організму. В основі позразливості та пристосування організмів до середовища лежать електрофізичні та біохімічні процеси, які відбуваються в збудливих тканинах організмів на молекулярному та клітинному рівнях організації організму, що ми з вами і розглянемо. Збудливість складних організмів проявляється, переважним чином, у чутливому сприйнятті подій навколишнього світу за допомогою сенсорних систем, головним чином їхніх рецепторів. Потім інформація за допомогою нервових імпульсів передається до відповідних відділів головного мозку. А потім вже мозок віддає «накази» тим чи іншим органами регулювати процеси життєдіяльності.

Біоелектричні явища в організмі. Історія питання Перші відомості про здатність живих тканин генерувати (утворювати) електрику були отримані у другій половині XVIII століття на прикладі риб, що мають електричні органи, подібні до акумулятора. Проте існування «тварини електрики», як прояви життєдіяльності тканин було встановлено італійським ученим луїджи Гальвані та опубліковано в 1791 році – «Трактат про силу електрики при м’язовому русі». Він замикав ланцюг із двох металевих пластинок (мідь та цинк) пов’язаних провідником на м’язі жаби і отримував його скорочення внаслідок електричного розряду. Пізніше він удосконалив свій дослід - описав скорочення м'язів задніх лапок жаби, закріплених на мідних гачках, при дотику сталевого скальпеля. Спостереження були пояснені першовідкривачем як прояв «тваринної електрики».

Фізіологія збудливих тканин. До збудливих тканин відносяться нервова тканина (периферична та ЦНС), м’язова (гладкі - непосмуговані), скелетні та серцевий (міокард) –посмуговані та залізисті клітини. Збудливість – це властивість (здатність) тканин відповідати збудженням. При цьому тканина ще не перебуває у робочому стані, а має лише здатність, готовність відповідати на подразнення. Збудження – це перехід від стану спокою до діяльності. Для збудження нервів характерна генерація потенціалів (імпульсу), а для м’яза – генерація біопотенціалу та скорочення.

Збудження – це перехід із стану спокою до діяльності. Це активний фізіологічний процес відповіді тканини на її подразнення, що проявляється у специфічний для тканини діяльності - проведення збудження нервовою тканиною, скороченням м’яза та секрецією залози (синтезом та виділенням біологічно активної речовини). Для збудження нервів характерна генерація потенціалів (імпульсу), а для м’яза – генерація біопотенціалу та скорочення, для секреторної клітини – генерація біопотенціалу та метаболічні зміни з висвободженням секрету. За ступенем збудливості тканини різняться. Найбільш висока збудливість у соматичних нервів, але серед них є волокна, що мають неоднакову збудливість і різну швидкість проведення збудження. Менше, ніж у соматичних нервів, збудливість вегетативної нервової системи (симпатичної та парасимпатичної). У м’язів найбільшу збудливість мають скелетні (які скорочуються фазно, швидко – це головним чином м’язи кінцівок). Менша збудливість у тонічних м’язів (підтримують позу, положення у просторі), ніж у фазних. Ще менша збудливість у міокарда (у нього дуже велика абсолютна рефрактерність, що займає всю систолу); найменша збудливість у гладких м’язів (вони скорочуються за принципом тонічного скорочення).

Чим є нервовий імпульс?Нервовий імпульс - Так називають хвилю збудження, що поширюється волокнами як у відповідь роздратування нейронів. Завдяки цьому механізму забезпечується передача інформації від різних рецепторів до центральної нервової системи. А від неї, у свою чергу, до різних органів (м’язи та залози). А що цей процес являє собою на фізіологічному рівні? Механізм передачі нервового імпульсу у тому, що мембрани нейронів можуть змінювати свій електрохімічний потенціал. І цікавий для нас процес відбувається в галузі синапсів. Швидкість нервового імпульсу може змінюватись у межах від 3 до 12 метрів за секунду. Вперше проходження нервового імпульсу було продемонстровано німецькими вченими Е. Герінгом та Г. Гельмгольцем на прикладі жаби. Певною мірою вони нагадують електричний кабель. Так, якщо проводити паралелі з ним, то провідниками є аксони, а ізоляторами – їх мієлінові оболонки (вони являють собою мембрану шваннівської клітини, яка намотана у кілька шарів). Причому швидкість нервового імпульсу залежить насамперед від діаметра волокон. Другим за важливістю вважається якість електричної ізоляції. До речі, як матеріал організмом використовується ліпопротеїд мієлін, який має властивості діелектрика. Більш детально про механізм проведення , а також про фактори, що впливають на нього, ми ще поговоримо.

Основною властивістю живих клітин та тканин є збудливість, тобто, здатність реагувати зміною обміну речовин у відповідь дії подразників. Збудливість – відповідь на подразнення клітин і тканин, що виявляється в специфічній для неї функції (проведення збудження нервовою тканиною, скорочення м’язів, секреція залози) і неспецифічних реакціях (генерація потенціалу дії, метаболічні зміни). Велика чи менша швидкість реакції, якими супроводжується діяльність тканини чи органу дії подразника називається лабільністю (функціональної рухливістю). Найбільшу лабільність має нервова тканина. Сила, тривалість та швидкість реакції збудливих об’єктів значно варіює. За своєю енергетичною сутністю подразники можуть бути механічними, термічними, електричними, хімічними. За біологічним значенням - адекватними та неадекватними. Адекватні – це природні подразники, здатні за мінімальної енергії роздратування викликати збудження рецепторних апаратів і клітин, спеціально пристосованих до цього виду подразника. Для сітківки ока адекватний подразник світловий промінь, для слухових рецепторів – звукові коливання, для м’язових волокон – нервовий імпульс, для рецепторів, що сприймають газовий склад повітря – вуглекислий газ. Неадекватні – неспецифічні, викликають реакцію нервової системи, але лише при значній силі і тривалості впливу. Поріг збудливості – це мінімальна сила подразника, здатна викликати процес збудження. Подразники меншої чи більшої сили називають відповідно – підпороговими та надпороговими. Поріг збудження нерва нижчий, ніж поріг збудження м’яза і особливо залози. При високій збудливості тканин поріг нижче, і навпаки. Підпорогове подразнення (сила роздратування нижче граничної величини) – зазвичай не викликає видимих ​​змін, але може призвести до місцевого збудження без поширення на інші ділянки. Надпорогове подразнення – величина подразника вище порогової величини, тому реакція у відповідь більша, і може бути максимальною на ці подразнення.

Стан тканини (робота, втома, рівень метаболізму) також впливають величину порога. Хронаксія – це мінімальний час, який необхідний для виникнення мінімального збудження при силі струму в два пороги (2 реобази; реобаза – це інакше поріг подразнення). Лабільність (функціональна рухливість) – це швидкість протікання кожного циклу збудження. За високої збудливості – лабільність вища, і навпаки. Види хронаксії: а) рухова – критерієм є скорочення м’яза. Для визначення хронаксії будь-якого м’яза є спеціальні таблиці із зазначенням розташування рухових точок, за якими визначають місце входження рухового нервового закінчення в будь-який м’яз. При подразненні цієї точки (рухова точка) можна отримати ізольоване скорочення якогось м’яза. Вона є об’єктивним методом дослідження (від волі людини нічого не залежить). б) чутлива хронаксія визначається за мінімальним відчуттям проходження струму. Метод є суб’єктивним. Характеризує стан провідності та рецепторного апарату, в) рефлекторна хронаксія – подразнюються рецептори на шкірі та у відповідь на подразнення рецепторів виникає моторна відповідь. Роздратування поширюється по рефлекторному шляху (рецептор – аферентний шлях – центр – еферентний шлях – м’яз); г) субординаційна – величина хронаксії соматичних нервів може бути змінена під впливом ЦНС. Якщо буде гальмування ЦНС, то хронаксія може збільшуватися, за високої збудливості ЦНС всі види хронаксії знижено, д) конституційна – коли виключається вплив ЦНС (наприклад, внаслідок травми може бути повна перерва нерва). У початковому періоді після припинення впливу ЦНС, хронаксія подовжується, але потім може бути зниження або відновлення до норми.

Закони збудження1-й закон (закон сили). Тканина відповідає на дію подразника збудженням лише у тому випадку, якщо подразнення (збудження) має певну силу. Реобаза – мінімальна сила електричного струму, здатна спричинити збудження. Чим збудливіша тканина, тим менша для неї гранична сила збудження і, отже, слабший подразник може викликати збудження. Збудливість м’яза менша за збудливість нерва. 2-й закон (закон часу). Тканина відповідає на дію подразника порогової сили і вища тільки в тому випадку, якщо подразник діє певний час. Цей час для різних тканин неоднаковий. Найменший час дії подразника порогової сили, необхідне для того, щоб викликати збудження, називають корисним часом . Хронаксія – це найменший час, необхідне розвитку відповідної реакції тканини, за умови, коли її діє подразник (електричний струм), рівний подвоєної реобазі: вимірюється в мілісекундах. 3-й закон (закон висоти наростання сили подразливості ). Умовою подразливості є наростання сили з достатньою швидкістю, що характеризується його висотою; Чим вище швидкість наростання сили подразника, тим нижче величина порогової сили подразника, подразник може викликати реакції реакції тканини. Це з властивістю тканин пристосовуватися до подразника. Така зміна стану тканини називається акомодацією або пристосуванням . 4-й закон (полярний закон дії подразника, або закон дії постійного струму). При дії постійного струму на тканину збудження виникає тільки на катоді або аноді, таким чином, у момент замикання ланцюга постійного струму збудження виникає завжди лише під катодом, а в момент розмикання – лише під анодом. 5-й закон («все чи нічого»). Структурно-функціональні одиниці тканини (клітини, нервові волокна та інших.) відповідають дію подразника лише за принципом «все чи нічого». Сутність закону у тому, що у подразник порогової сили тканини відповідають максимальною силою порушення – це універсальний закон.