ПАЙДА БОЛУ МЕХАНИЗМІ. 3 глава

Dj

1 2 3 4 5 6 t, мс

j_T j_Ә

t

3- сурет. j_Т – тыныштық потенциалы, j_Ә – әрекет потенциалы, t- әсер потенциаланың ұзақтығы.

Ходжкин мен Хаксли мембранадағы кернеуді тұрақтандыру арқылы жүрізген тәжірибелерін қорытындылай келе, мембранадағы қозу құбылысының электрлік эквиваленті схемасын ұсынды (4 сурет).

R_K R_Na

I_K

j_K j_Na

I_K

4 сурет

Бұл модельге сәйкес қозған мембрана бір біріне параллель жалғанған С конденсатордан (мембраның сиымдылығына сәйкес), айнымалы екі кедергіден, олар калии g_K = 1/R_K және натрии g_Na = 1/R_Na каналдарының және үшінші кедергі хлор және басқа да иондардың g_Cl = 1/R_Cl өткізгіштігін сипатайды және осы тізбектегі тыныштық потенциалын сипаттайтын үш ЭҚК тұрады. Сонда қозған мембрана арқылы өтетін ток мына шамамен сипатталады: I_M = C_M dj/dt + I_K + I_Na + I , мұндағы C_M dj/dt - сиымдылықтоғы (мембрананың қайта зарядталуы кезіндегі ток шамсы), I_K- калии иондарының тоғы, I_Na – натрии иондарының тогы, I – хлор және басқа да иондар тоғы. Мұндағы әр иондар тогы сол иондардың диффузиясы нәтижесінде пайда болатын тыныштық потенцила j_М мен тепе-теңдік Нернст потенциалнының j_i^P айрымына тең: I_i = g_i(j_M - j_i^P).

Осы айтылғандарды ескере келе Ходжикин мен Хаксли әсер потенциалы үшін мына түрдегі теңдеуді ұсынды:

I_M = C_M dj/dt + g_K(j_M - j_K^P) + g_Na(j_M - j_Na^P) + g_УТ(j_M - j_УТ^P).

Бұл әрекет потенциалы үшін Ходжкин-Хаксли теңдеуі деп аталады және жүргізілген эксперимент нәтижелерімен жақсы үйлеседі.

Жасуша мембранасының қозу уақытының ұзақтығы өте аз, 0,5-1 мс аралығында жатады, онан соң мембрана қабатының натрии ионын өткізуі төмендейді, қайтадан тыныштық потенциалы орнайды. Бұл құбылыс реполяризация деп аталады. Әрекет потенциалының ұзақтығы жасуша түріне және температураға байланысты болады. Мысалы, температураны 10⁰С кеміткенде әрекет потенциалының ұзақтығы үш есе артады.

Қозған мембранадағы әрекет потенциалы нерв талшығы (аксон) бойымен тарайды. Оның таралу механизмі төмендегіше: мембрананың қозған бөлігінің ішкі қабаты оң зарядталады (деполяризацияланады), ал қозбаған бөлігінің заряды (тыныштық потенциалы) теріс қалпында қалады, екі бөлік арасында потенциалдар айырымы пайда болып, ток жүреді, ол ток өткізгіш сыртқы қабат арқылы да жүріп тізбекті тұйықтайды (5- сурет).

+ + + + - - - - - - - - -

аксон

+ + + + - - - - - - - - -

- - - - - + + + + + + +

5- сурет.

Осылайша пайда болған «жергілікті (локальный) ток» деполяризацияланған бөлікке жанасып жатқан қозбаған нерв талшығының бөлігін тітіркендіріп, оны қоздырады, нәтижесінде ол бөлікте әрекет потенциалы пайда болады, бұл құбылыс келесі бөлікке ауысып, жалғаса береді. Ток жасушаның сыртқы қабаты арқылы қозбаған бөліктен қозған бөліке қарай жүреді, ал ішкі ортада ток керісінше бағытталады.

Кез келген электр тогы сияқты «жергілікті ток» мембрананы тіріркендіріп, мембрананың иондарды өткізуін жоғарылатады, бұл құбылыс өз кезегінде осы бөлікте әрекет потенциалын тудырады, ол келесі бөлікті қоздырады, процесс осылайша жалғасып, нерв талшығы бойымен импульс тарайды. Бұл кезде бұрын қозған мембрана бөлігінде қайта қалпына келу процессі, яғни реполяризация (тыныштық потенциланының орнауы) құбылысы жүреді. Импульстің аксон бойымен тарауы бір бағытта мембрананың қозған бөлігінен келесі бөлігіне қарай жүреді . Мембрананың осының алдында ғана қозуды өткізген бөлігі біраз уақыт бойы қозбаған - рефракторлы күйін сақтайды, сондықтан импульс кері бағытта тарамайды.

Нерв импулісінің (әрекет потенциалының) таралуы нерв талшығының қасиетіне байланысты. Нерв талшығы миелинді және миелинсіз деген екі түрге бөлінеді. Миелинді нерв талшығының цилиндр тәрізді орта бөлігі аксоплазмамен толтырылған, сырты цитоплазмалы мембранамен қапталған болып келеді. Нерв талшығының цилиндр тәрізді өсінің әр жерінің 0,2 мкм ден 2 мкм сайын қабаты жаңалаштанған болып келеді. Мұндай аймақтарды нерв талшығының түйіні немесе Ранвье үзілісі деп атайды және бұл аймақтар жасушаның сыртын алып жатқан ертіндімен жанасады. Ранвье үзіндісінің ұзындығы жобамен 1 мкм тең (6- сурет).

Нерв жасаушасын миелинді қабаты липидтер мен ақуыздардан тұрады сондықтан ол изолятор болып табылады. Осы себепті қозу аксон мембранасының тек ашық аймақтарында (Ранвье үзіндісінде) пайда болады, бұл кезде аксонның басқа аймақтарында потенциалдар айырымы тұрақты, сыртқы орта оң, ішкі орта теріс зарядталған болып келеді.

6-cурет

Миелинді нерв қабатынның деполяризацияланған А бөлігіндегі қозу келесі Б бөлігіне өтеді, бұл құбылыс ар қарай тек В нүктесінде жалғасады, ал бұрын қозған күйде болған Б нүктесі қозуды сезбейтін рефакторлы күйде біраз уақыт болады. Осы себепті импульстер нерв арқылы тек бір бағытта ғана тарайды ( 7- сурет).

7- сурет.

Миелинді нерв талшығы арқылы импульстердің осылайша таралуын секірмелі немесе сальтоторлы деп атайды. Импульстің сальтаторлы таралуы нерв импульстерінің таралу жылдамдығын артыруға мүмкіндік береді және мембрананың өте аз бөлігінің қозуы аз иондарды тасмалдауға, яғни натрии және калии иондық насостарының жұмысына аз энергия жұмсауға мүмкіндік туғызады.

Нерв талшығы арқылы әсер потенциалының х қашықтықа және t уақытқа байланысты таралуы телеграф теңдеуі арқылы сипатталады екен және оның шешуі мына өрнекке тең:

j = j₀е^-х/l,

мұндағы j - х нүктедегі потенциал мәні, х- қозған жерден потенциалы анықталынатын нүктеге дейінгі қашықтық, l - нерв талшығының тұрақтысы, ол деполяризия потенциалының е есе кемуіне тең ара қашықтық. Нерв талшығыынң тұрақтысы мына шамаға тең:

l = Ör_MDa/2r_i,

мұндағы r_M- нерв талшығы қабатының меншікті электр кедергісі, D - қабат қалыңдығы, a – нерв талшығының радиусы, r_i – цитоплазманың меншікті электр кедергісі. Бұл өрнектерден миелинсіз нерв талшығы үшін нерв талшығы тұрақтысының үлкен шама болған сайын импульстің таралу жылдамдығы артатындығы байқалады, ал ол өз кезегінде аксон радиусы мен мембрананың меншікті кедергісінің үлкен, цитоплазманың меншікті кедергісінің аз болғандығын сайын үлкен шама болатындығын көреміз.

Миелинді нерв талшығында қозудың таралуы Ранвье үзіндісінің ұзындығына байланысты болады екен. Жүргізілген өлшеулер импульстің таралуы бір үзілістен екінші үзіліске дейін 0,07 мс екендігін көрсетті. Нерв радиусы 10 мкм болатын талшықтағы импульстардың таралу жылдамдығы 120 м/с тең.

Аутоиммундық аурулардың бірі склероз нерв талшығының миеленді қабаттың бұзылуынан, нерв талшығының ашылып қалуынан пайда болады. Соның әсерінен нерв импульстарының ашылып қалған нерв аймағындағы таралу жылдамдығы нашарлайды, нәтижесінде көру мен қозғалу қабілеті төмендейді, бұлшық еттердің әлсізденуі байқалады т.б. Сондай ақ- нерв талшығының демиелендігі басқа да аурулар себебінен де пайда болуы мүмкін, мысалы невралгия, радикулит, түрлі полиневропатология.

ТАҚЫРЫП БОЙЫНША СТУДЕНТТІҢ ӨЗІ ӨЗІ ТЕКСЕРУІНЕ АРНАЛҒАН ТЕСТ СҰРАҚТАРЫ

1. ХХ ғасырдың 50 жылдары Ходжикин, Хаксли және Катц мембрананың

А. заттарды таңдап өткізуінен...

В. иондарды өткізуінен...

С. иондарды таңдап өткізуінен...

1. оның ішкі мен сыртқы орталарындағы зат концентрациясының әр түрлі болуы биопотенциалдың пайда болуының басты себебі деген қорытынды жасады.

2. оның ішкі мен сыртқы орталарындағы иондардың концентрациясының тең болуы биопотенциалдың пайда болуының басты себебі деген қорытынды жасады.

3. оның ішкі мен сыртқы орталарындағы иондардың концентрациясының әр түрлі болуы биопотенциалдың пайда болуының басты себебі деген қорытынды жасады.

2. Тәжірибе қозбаған мембрананың (кальмар аксоны)...

А. калий иондарын орташа, ал натрии және басқа иондарды жақсы өткізетіндігін көрсетті. Осының салдарынан және ...

В. натрии иондарын жақсы, ал калий және басқа иондарды нашар өткізетіндігін көрсетті. Осының салдарынан және ...

С. калий иондарын жақсы, ал натрии және басқа иондарды нашар өткізетіндігін көрсетті. Осының салдарынан және ...

1. фильтрация құбылысы әсерінен....

2. жеңілдетілген диффузия құбылысы әсерінен....

3. диффузия құбылысы әсерінен....

I. натрии иондары сыртқа қарай тасымалданады, ал сыртқы ортадағы иондар...

II. калий иондары ішке қарай тасымалданады, ал ішкі ортадағы иондар...

III. калии иондары сыртқа қарай тасымалданады, ал сыртқы ортадағы иондар...

a) ішке ене алмайды, олар үшін мембрана өтімділігі өте төмен. Сонымен...

b) ішке енеді, олар үшін мембрана өтімділігі өте жоғары. Сонымен...

c) сыртқа өтеді, олар үшін мембрана өтімділігі өте жоғары. Сонымен...

01. ішкі ортаға өткен натрии иондары ортаны оң зарядтайды, ішкі ортадаға оң зарядтардың біраз бөлігін калий алып кеткендіктен, ішкі орта теріс зарядты болады.

02. сыртқы ортаға өткен натрии иондары ортаны теріс зарядтайды, ішкі ортадаға оң зарядтардың біраз бөлігін натрии алып кеткендіктен, ішкі орта оң зарядты болады.

03. сыртқы ортаға өткен калии иондары ортаны оң зарядтайды, ішкі ортадаға оң зарядтардың біраз бөлігін калий алып кеткендіктен, ішкі орта теріс зарядты болады.

3. Тыныштық потенциалының пайда болуына...

А. K, Na және Cl атомдарының қатысы бар. Қозбаған мембрананың...

В. K⁺, Na⁺ және Cl^- иондарынының қатысы бар. Қозбаған мембрананың...

С. K^-, Na^- және Cl^- иондарынының қатысы бар. Қозбаған мембрананың...

1. бұл иондарды өткізбеу коэффициенті...

2. бұл атомдарды өткізу коэффициенті...

3. бұл иондарды өткізу коэффициенті...

I. P_K : P_Cl: P_Na = 1 : 0,04 : 0,45, мұнан калий ионының натриға салыстырғанда өтімділігі...

II. P_K : P_Na : P_Cl = 1 : 0,45: 0,04, мұнан натрии ионының хлорға салыстырғанда өтімділігі...

III. P_K : P_Na : P_Cl = 1 : 0,04 : 0,45, мұнан калий ионының натриға салыстырғанда өтімділігі...

01. 3 есе жоғары екендігі көрінеді, яғни тыныштық потенциалының пайда болуында...

02. 25 есе төмен екендігі көрінеді, яғни тыныштық потенциалының пайда болуында...

03. 25 есе жоғары екендігі көрінеді, яғни тыныштық потенциалының пайда болуында...

a) калии мен натрии иондарының концентрациялары басты роль атқаратындығы келіп шығады.

b) натрии мен хлор иондарының концентрациялары басты роль атқаратындығы келіп шығады.

c) калии мен хлор иондарының концентрациялары басты роль атқаратындығы келіп шығады.

4. Гольдман, Ходжкин және Катц тыныштық потенциалының басты теңдеуін мына түрде ұсынды:

А. j_M= RF/T lg , мұндағы...

В. j_M =-RT/F , мұндағы...

С. j_M = -RT/F ln , мұндағы...

1. мұндағы i және 0 иондардың ішкі және сыртқы ортадағы концентрациясы, Р_К, Р_Na Р_Cl сәйкес иондар үшін мембрананың өткізгіштік коэффиценті.

2. мұндағы i және 0 иондардың сыртқы және ішкі ортадағы концентрациясы, Р_К, Р_Na Р_Cl сәйкес иондар үшін мембрананың өткізгіштік коэффиценті.

3. мұндағы 0 және i иондардың ішкі және сыртқы ортадағы концентрациясы, Р_К, Р_Na Р_Cl сәйкес иондар үшін мембрананың өткізгіштік коэффиценті.

5. Жасушаны сыртқы тітіркендіргіштер (механикалық, жылулық, электрлік) арқылы қозған күйге көшірсек, мембрананың...

А. натрии иондарын өткізуі 500 есе кемиді, бірақ калии иондарын өткізу дәрежесі артады.

В. натрии иондарын өткізуі 500 есе артады, бірақ калии иондарын өткізу дәрежесі өзгеріссіз қалады. Осы құбылыстың әсерінен...

С. калии иондарын өткізуі 500 есе артады, бірақ натрии иондарын өткізу дәрежесі өзгеріссіз қалады.

1. натрии ионының мембрана ішіне қарай өтуі кемиді, бұл ондағы потенциалдар айрымын төмендеуіне, соңынан оның ішкі қабатының оң зарядталуына алып келеді. Жасушадағы бұл құбылысты...

2. натрии ионының мембрана ішіне қарай өтуі күшейеді, бұл ондағы потенциалдар айрымын төмендеуіне, соңынан оның ішкі қабатының оң зарядталуына алып келеді. Жасушадағы бұл құбылысты...

3. калии ионының мембрана ішіне сыртына қарай өтуі күшейеді, ондағы потенциалдар айрымын төмендеуіне, соңынан оның ішкі қабатының оң зарядталуына алып келеді. Жасушадағы бұл құбылысты...

I. поляризация деп атайды.

II. реполяризация деп атайды.

III. деполяризация деп атайды.

4 дәріс. КАРДИОМИОЦИТЕ ӘРЕКЕТ ПОТЕНЦИАЛЫНЫҢ

ПАЙДА БОЛУ МЕХАНИЗМІ.

Лекция жоспары:

1. Кардиомиоцитегі әрекет потенциалы.

2. Миокард жасушасындағы ионнық насостар.

3. Кардиомиоцит фазалары.

4. Кардиомиоцитің өткізгіштігін зерттеу әдістері.

5. Эйтховен теориясы.

6. ЭКГ. Жүрек потенциалын өлшеу әдістері.

Лекция мақсаты: Жүрек миокардында биопотенциалдың пайда болуы механизмін, деполяризация ұзақтығының ерекшеліктерін талдау. Жүрек бұлшық етінде биопотенциалдың таралуын қарастыру. Эйнтховен теориясының негізгі және ЭКГ түсірудің принциптерімен танысу.

Жүрек бұлшық ет жасушаларындағы әрекет потенциалының түрі мен пайда болуы механизмі және оның деполяризация ұзақтығы жүйке талшықтары мен қаңқа сүйек бұлшық ет жасушаларындағы әрекет потенциалының ұзақтығынан өзгеше. Мысалы, кальмар аксонындағы әрекет потенциалының ұзақтығы 0,5-1 мс болса қаңқа сүйек бұлшық еттегі 2-3 мс болады, ал жүрек қарыншасының миокардындағы әрекет потенциалының ұзақтығы 250-300 мс созылады (1 сурет).

мВ

1 сурет

Мұндай ұзақ уақыт жүрек бұлшық ет құрылымының қозуы мен жиырылуының синхронды болуын қамтамасыз етеді, ол өз кезегінде қан айдауға мүмкіндік береді.

Кардиомиоциттағы әрекет потенциалының өзгеше болуы жасушаның ішкі және сыртқы орталарындағы иондардың таралуына тікелей байланысты. Кардиомиоцит пен қаңқа сүйегі бұлшық еттерінде калии және натрии иондарының концентрациясы жақын. Бірақ, кардиомиоцитте әрекет потенциалының пайда болуы мен жүректің жиырылуында кальции иондарының үлкен үлесі бар екендігі анықталды. Кальции ионы жасушаның сыртында 2 ммоль/л болса, ішінде өте аз 10^-4 ммоль/л шамасында. Ал жүректің жиырылуы кезінде, жасуша ішінде бос кальции иондарының концентрациясы 10³ ммоль дейін артуы мүмкін, бірақ бұл артық иондар реполяризация кезінде жасушадан сыртқа шығарылады.

Кардиомиоциттегі иондар баланысын калии, натрии және кальции иондық насостары қамтамасыз етеді, олар жасушадан сыртқы ортаға активті тасымалдау арқылы натрии және кальции иондарын айдайды, ал пассивті тасымалдау арқылы ішке кальции, натрии, сыртқы ортаға калии иондарын айдайды (2 сурет).

2 сурет

Бұл насостардың жұмысын саркомадағы миокардит жасушасындағы калии-натрии АТФаза мен кальции АТФаза ферментері қамтамасыз етеді. Мембрананың 1 мкм² ауданындағы калии-натрии насосының тығыздығы 1000, яғни 1 см² ауданға 10¹¹ насостан келеді. Иондық насостар 1 секундта иондарды 20 рет айдаса, онда 1 см² аудандағы насостар 1 секундта иондарды 2∙10¹² рет айдар еді. 1 иондық насос 1 ретте 3 натрии ионын айдайтыны белгілі, сонда 1 см² аудандағы барлық насостар 1 секундта 6∙10¹² ионды айдайды. Бұл иондар санын Авогадро санына (6,02×10²³ моль) бөлсек 10×10^-12 моль/см²×с саны келіп шығады, мұнан мембрананың 1 см² ауданы арқылы 1 секундта 10 моль натрии ионы тасымалданатын анықтайймыз.

Тыныштық қалыптағы мембранның натрии және кальции иондарын өткізуі өте төмен, мысалы P_Na/P_K = 0,05, сол секілді P_Са/P_К қатынасы да төмен, оның үстіне мембрана сыртында кальции иондарының концентрациясы Na⁺, K⁺ иондарына салыстырғанда аз. Сондықтан миокардтың тыныштық потенциалы жасушаның екі жағындағы калии иондарының концентрациясымен анықталынады.

Миокардтың әрекет потенциалы үш түрлі фазамен (кезеңмен) сипаталады: I фаза-деполяризация кезіндегі күй, II фаза- плато кезіндегі күй және III фаза- реполяризация кезіндегі күй.

I фаза – деполяризациялық кезең. Бұл кезең мембрананың натрии иондарын өткізуінің күрт өсуімен P_K : P_Na = 1:20 және мембранадағы j_М тыныштық потенциалының кемуімен (потенциал таңбасының өзгеруімен) сипатталады. Мебранадағы потенциал шамасы -60мВ жеткенді натрии каналдары 1-2 миллисекундтан 6 милисекундқа дейін ашылады (3сурет).

Фаза	Каналдар сипатамасы	Ионды каналдардың күйі	Ток бағыты
I - Деполяризация	ТNa= 1-2 мс   jNa = -60мВ	Na Ca K	Na+

3 сурет

II фаза-плато (жазықтық). Бұл кезеңде мембранадағы әрекет потенциал шамасы +30 мВ тан 0 дейін төмендейді және екі түрлі каналдар бір мезгілде жұмыс істейді, яғни кальции және калии каналдары иондарды баяу өткізе бастайды. Ашылған кальция каналы баяу түрде жасушаға кальции иондарын өткізе бастайды, нәтижесінде ішке қарай бағытталған ток пайда болады:

мұндағы g_Ca – мембрананың Ca^2- ионы үшін өткізгіштігі. Бұл пассивті тасымалдау кальции ионы үшін электрохимиялық градинет есебінен жүреді. Мембрана кальции тогының өсуімен қатарласа калии ионын өткізуін де күшейтеді, бұл өз кезегінде мембрананың сыртына қарай бағытталған калии тогын және мембрананың сәйкес иондарды өткізгіштігін кемуін, жоғарылауын тудырады және мембрананы реполяризациялауға алып келеді (4 сурет). Осылайша пайда болған қарама қарсы бағытталған екі токтың шамасы бірте бірте теңеседі, бұл өз кезегінде мембранадағы потенциалды 0 дейін төмендетеді. Бұл кезеңде кальции мен калии токтарының қосындысы 0 ұмтылады

Фаза	Каналдар сипатамасы	Ионды каналдардың күйі	Ток бағыты
II – Плато	ТСa=200-250 мс jСа = +30 мВ	Na Ca K	Сa+   К+

4 сурет

III фаза - реполяризациялау кезеңі.Бұл кезең кальции каналдарының жабылуымен, жоғарылауымен, нәтижесінде мембранадан сыртқа қарай калии тоғының күшейуімен сипатталады ( 5 сурет).

Фаза	Каналдар сипатамасы	Ионды каналдардың күйі	Ток бағыты
IIІ- реполяризация	ТК = -50 мс	Na Ca K	К+

5 сурет.

Кардиомиоциттегі қозу құбылысын арнаулы әдістермен зерттейді. Соның бірі кальции иондарын блокатор арқылы тежеу әдісі. Миоциттегі кальции тогын (кальции иондарының ағынын) тежейтін Д-600, верапамид, Li Mn²⁺ металдарының катионы т.б. препараттар анықталды. Олар кальции иондарын жасушаға енуін тежейді, соның нәтижесінде мембранадағы әсер потенциалының шамасы мен түрі өзгереді. Жүрізілген тәжрибелер кальции каналдарын тетродотоксинмен, натрии ионымен тежеуге болматындығын көрсетті, бұл жағдай кардиомиоцитте жеке кальции каналдарынынң болатындығын дәлелдейді.

Келесі люминесценттік талдау әдісі. Бұл әдіс жарқырауық медузадан алынған экворин ақуызы арқылы кальции иондарының тасымалдауын бақылауға болады. Оның басты ерекшілігі кальции ионын қосып алған экворин ақузы өзінен жарық шығарып, люминесценцияланады. Экворин ақузын жүрек бұлшық еті дәрілеріне қосып береді де,арнаулы оптикалық құралдармен оның шығарған жарығының интенсивтілігін өлшейді.