“Fisiologia umana a cura del membro corrispondente. Accademia delle Scienze Mediche dell'URSS G.I. KOSITSKY TERZA EDIZIONE, REVISIONATA E AGGIUNTA Approvato dalla Direzione Principale delle Istituzioni Educative del Ministero della Salute dell'URSS come libro di testo per...”

-- [ Pagina 1 ] --

LETTERATURA EDUCATIVA

Per gli studenti di medicina

Fisiologia

persona

A cura di

membro-corr. Accademia delle scienze mediche dell'URSS G. I. KOSITSKY

TERZA EDIZIONE, REVISIONATA

ED EXTRA

Approvato dalla Direzione principale delle istituzioni educative del Ministero della Salute dell'URSS come libro di testo

per gli studenti di medicina

Mosca “Medicina” 1985

E. B. BABSKY V. D. GLEBOVSKY, A. B. KOGAN, G. F. KOROTKO, G. I. KOSITSKY, V. M. POKROVSKY, Y. V. NATOCHIN, V. P.

SKIPETROV, B. I. KHODOROV, A. I. SHAPOVALOV, I. ​​​​A SHEVELEV Revisore I. D. Boyenko, prof., capo. Dipartimento di Fisiologia Normale, Istituto medico di Voronezh dal nome. N. N. Burdenko Fisiologia umana / Ed. GI Kositsky - F50 3a ed., rivisto. e aggiuntivi - M.: Medicine, 1985. 544 p., ill.

Nella corsia: 2 r. 20 mila 15 0 000 copie.

La terza edizione del libro di testo (la seconda è stata pubblicata nel 1972) è stata scritta in conformità con le conquiste della scienza moderna. Vengono presentati nuovi fatti e concetti, vengono inclusi nuovi capitoli: "Caratteristiche dell'attività nervosa superiore umana", "Elementi di fisiologia del lavoro, meccanismi di formazione e adattamento", vengono ampliate le sezioni che coprono questioni di biofisica e cibernetica fisiologica. Nove capitoli del libro di testo sono stati riscritti, il resto è stato ampiamente rivisto.

Il libro di testo corrisponde al programma approvato dal Ministero della Salute dell'URSS ed è destinato agli studenti degli istituti di medicina.

2007020000-241 BBK 28. 039(01) - Casa editrice di medicina,

PREFAZIONE

Sono passati 12 anni dalla precedente edizione del libro di testo “Fisiologia umana”.

È morto l'editore responsabile e uno degli autori del libro, l'accademico dell'Accademia delle scienze della SSR ucraina E.B. Babsky, secondo i cui manuali molte generazioni di studenti hanno studiato fisiologia.

Shapovalov e il prof. Yu. V. Natochin (capo dei laboratori dell'Istituto di fisiologia e biochimica evolutiva I.M. Sechenov dell'Accademia delle scienze dell'URSS), prof. V.D. Glebovsky (Capo del Dipartimento di Fisiologia, Istituto medico pediatrico di Leningrado), prof. A.B. Kogan (Capo del Dipartimento di Fisiologia Umana e Animale e Direttore dell'Istituto di Neurocibernetica dell'Università Statale di Rostov), ​​prof. G. F. Korotko (Capo del Dipartimento di Fisiologia, Andijan Medical Institute), prof. V.M. Pokrovsky (capo del Dipartimento di Fisiologia, Kuban Medical Institute), prof. B.I. Khodorov (capo del laboratorio dell'Istituto di chirurgia A.V. Vishnevsky dell'Accademia delle scienze mediche dell'URSS), prof. I. A. Shevelev (capo del laboratorio dell'Istituto di attività nervosa superiore e neurofisiologia dell'Accademia delle scienze dell'URSS).

Nel corso del tempo sono apparsi numerosi nuovi fatti, punti di vista, teorie, scoperte e direzioni della nostra scienza. A questo proposito, 9 capitoli di questa edizione hanno dovuto essere riscritti, mentre i restanti 10 capitoli hanno dovuto essere rivisti e integrati. Allo stesso tempo, per quanto possibile, gli autori hanno cercato di preservare il testo di questi capitoli.

La nuova sequenza di presentazione del materiale, così come la sua combinazione in quattro sezioni principali, è dettata dal desiderio di dare alla presentazione armonia logica, coerenza e, per quanto possibile, evitare duplicazioni del materiale.

Il contenuto del libro di testo corrisponde al programma di fisiologia approvato nell'anno. Commenti critici sul progetto e sul programma stesso, espressi nella risoluzione dell'Ufficio del Dipartimento di Fisiologia dell'Accademia delle Scienze dell'URSS (1980) e nella Riunione pan-sindacale dei capi dei dipartimenti di fisiologia delle università mediche (Suzdal, 1982 ), sono stati presi in considerazione. Secondo il programma, nel libro di testo sono stati introdotti i capitoli che mancavano nell'edizione precedente: "Caratteristiche dell'attività nervosa superiore dell'uomo" e "Elementi di fisiologia del lavoro, meccanismi di allenamento e adattamento" e sezioni che trattano questioni di particolare biofisica e la cibernetica fisiologica fu ampliata. Gli autori hanno tenuto conto del fatto che nel 1983 è stato pubblicato un libro di testo di biofisica per gli studenti degli istituti di medicina (ed.

prof. Yu.A.Vladimirov) e che gli elementi di biofisica e cibernetica sono presentati nel libro di testo del prof. A.N. Remizov “Fisica medica e biologica”.

A causa del volume limitato del libro di testo, purtroppo è stato necessario omettere il capitolo “Storia della fisiologia”, così come le escursioni nella storia nei singoli capitoli. Il capitolo 1 fornisce solo linee generali della formazione e dello sviluppo delle fasi principali della nostra scienza e mostra la sua importanza per la medicina.

I nostri colleghi hanno fornito grande assistenza nella creazione del libro di testo. All'incontro di tutta l'Unione a Suzdal (1982), la struttura fu discussa e approvata e furono forniti preziosi suggerimenti riguardo al contenuto del libro di testo. il prof. V.P. Skipetrov ha rivisto la struttura e curato il testo del 9° capitolo e, inoltre, ha scritto le sue sezioni relative alla coagulazione del sangue. il prof. V. S. Gurfinkel e R. S. Person hanno scritto la sottosezione 6 “Regolamentazione dei movimenti”. Ass. N. M. Malyshenko ha presentato alcuni nuovi materiali per il capitolo 8. Il Prof. I.D.Boenko e il suo staff hanno espresso molti commenti e desideri utili come revisori.

Dipendenti del Dipartimento di Fisiologia II MOLGMI intitolato a N. I. Pirogova prof. I professori associati L. A. Mipyutina I. A. Murashova, S. A. Sevastopolskaya, T. E. Kuznetsova, Ph.D. mpngush e L. M. Popova hanno preso parte alla discussione del manoscritto di alcuni capitoli.

Vorrei esprimere la nostra profonda gratitudine a tutti questi compagni.

Gli autori sono pienamente consapevoli che in un compito così difficile come la creazione di un libro di testo moderno, le carenze sono inevitabili e quindi saranno grati a chiunque faccia commenti e suggerimenti critici sul libro di testo.

FISIOLOGIA E SUA IMPORTANZA

La fisiologia (dal greco phisis - natura e logos - insegnamento) è la scienza dell'attività vitale dell'intero organismo e delle sue singole parti: cellule, tessuti, organi, sistemi funzionali. La fisiologia cerca di rivelare i meccanismi delle funzioni di un organismo vivente, la loro connessione tra loro, la regolazione e l'adattamento all'ambiente esterno, l'origine e la formazione nel processo di evoluzione e sviluppo individuale dell'individuo.

I modelli fisiologici si basano su dati sulla struttura macro e microscopica di organi e tessuti, nonché sui processi biochimici e biofisici che si verificano nelle cellule, negli organi e nei tessuti. La fisiologia sintetizza informazioni specifiche ottenute dall'anatomia, istologia, citologia, biologia molecolare, biochimica, biofisica e altre scienze, combinandole in un unico sistema di conoscenza del corpo.

Pertanto, la fisiologia è una scienza che implementa un approccio sistematico, vale a dire

studio del corpo e di tutti i suoi elementi come sistemi. L'approccio sistemico concentra il ricercatore principalmente sulla rivelazione dell'integrità dell'oggetto e dei meccanismi che lo supportano, vale a dire identificare diversi tipi di connessioni di un oggetto complesso e ridurli in un unico quadro teorico.

L'oggetto di studio della fisiologia è un organismo vivente, il cui funzionamento nel suo insieme non è il risultato di una semplice interazione meccanica delle sue parti costitutive. L'integrità dell'organismo non deriva dall'influenza di qualche essenza sovramateriale, che soggioga indiscutibilmente tutte le strutture materiali dell'organismo. Interpretazioni simili dell'integrità dell'organismo esistevano ed esistono ancora sotto forma di un approccio meccanicistico limitato (metafisico) o idealistico (vitalistico) non meno limitato allo studio dei fenomeni della vita.

Gli errori inerenti a entrambi gli approcci possono essere superati solo studiando questi problemi da una posizione dialettico-materialista. Pertanto, i modelli di attività dell’organismo nel suo insieme possono essere compresi solo sulla base di una visione del mondo coerentemente scientifica. Da parte sua, lo studio delle leggi fisiologiche fornisce un ricco materiale fattuale che illustra una serie di disposizioni del materialismo dialettico. La connessione tra fisiologia e filosofia è quindi bidirezionale.

Fisiologia e medicina Rivelando i meccanismi fondamentali che assicurano l'esistenza dell'intero organismo e la sua interazione con l'ambiente, la fisiologia permette di scoprire e studiare le cause, le condizioni e la natura dei disturbi nell'attività di questi meccanismi durante la malattia. Aiuta a determinare i modi e i mezzi per influenzare il corpo, con l'aiuto dei quali le sue funzioni possono essere normalizzate, ad es. ripristinare la salute.

Pertanto, la fisiologia è la base teorica della medicina; fisiologia e medicina sono inseparabili. Il medico valuta la gravità della malattia in base al grado di compromissione funzionale, ad es. dall'entità della deviazione dalla norma di un numero di funzioni fisiologiche. Attualmente tali deviazioni vengono misurate e quantificate. Gli studi funzionali (fisiologici) sono la base della diagnosi clinica, nonché un metodo per valutare l'efficacia del trattamento e la prognosi delle malattie. Esaminando il paziente, stabilendo il grado di compromissione delle funzioni fisiologiche, il medico si pone il compito di riportare queste funzioni alla normalità.

Tuttavia, l’importanza della fisiologia per la medicina non si limita a questo. Lo studio delle funzioni di vari organi e sistemi ha permesso di simulare queste funzioni utilizzando strumenti, dispositivi e dispositivi creati da mani umane. In questo modo è stato costruito un rene artificiale (macchina per emodialisi). Sulla base dello studio della fisiologia del ritmo cardiaco è stato realizzato un dispositivo per la stimolazione elettrica del cuore, che garantisce la normale attività cardiaca e la possibilità di tornare al lavoro ai pazienti con gravi danni cardiaci. Sono stati prodotti un cuore artificiale e macchine cuore-polmone (macchine cuore-polmone) che consentono di spegnere il cuore del paziente durante un'operazione cardiaca complessa. Esistono dispositivi di defibrillazione che ripristinano la normale attività cardiaca in caso di disturbi fatali della funzione contrattile del muscolo cardiaco.

La ricerca nel campo della fisiologia respiratoria ha permesso di progettare un dispositivo per la respirazione artificiale controllata (“polmoni d'acciaio”). Sono stati creati dispositivi che possono essere utilizzati per interrompere a lungo la respirazione del paziente durante le operazioni o per mantenere la vita del corpo per anni in caso di danni al centro respiratorio. La conoscenza delle leggi fisiologiche dello scambio e del trasporto del gas ha contribuito a creare impianti per l'ossigenazione iperbarica. Viene utilizzato per lesioni mortali del sistema sanguigno, nonché dei sistemi respiratorio e cardiovascolare.

Sulla base delle leggi della fisiologia cerebrale, sono state sviluppate tecniche per una serie di complesse operazioni neurochirurgiche. Pertanto, nella coclea di una persona sorda vengono impiantati degli elettrodi, attraverso i quali vengono inviati impulsi elettrici da ricevitori di suoni artificiali, che in una certa misura ripristinano l'udito.

Questi sono solo alcuni esempi dell'uso delle leggi della fisiologia in clinica, ma il significato della nostra scienza va ben oltre i confini della semplice medicina medica.

Il ruolo della fisiologia nel garantire la vita e l'attività umana in varie condizioni Lo studio della fisiologia è necessario per la fondatezza scientifica e la creazione di condizioni per uno stile di vita sano che prevenga le malattie. Le leggi fisiologiche sono la base dell'organizzazione scientifica del lavoro nella produzione moderna. La fisiologia ha permesso di sviluppare una base scientifica per vari regimi di allenamento individuali e carichi sportivi che sono alla base dei risultati sportivi moderni. E non solo sportivo. Se devi mandare una persona nello spazio o calarla nelle profondità dell'oceano, intraprendere una spedizione ai poli nord e sud, raggiungere le vette dell'Himalaya, esplorare la tundra, la taiga, il deserto, mettere una persona in condizioni di temperature estremamente elevate o basse, lo spostano in diversi fusi orari o condizioni climatiche, quindi la fisiologia aiuta a giustificare e fornire tutto il necessario per la vita umana e il lavoro in condizioni così estreme.

Fisiologia e tecnologia La conoscenza delle leggi della fisiologia era richiesta non solo per l'organizzazione scientifica e per aumentare la produttività del lavoro. Nel corso di miliardi di anni di evoluzione, è noto che la natura ha raggiunto la massima perfezione nella progettazione e nel controllo delle funzioni degli organismi viventi. L'uso nella tecnologia di principi, metodi e metodi che operano nel corpo apre nuove prospettive per il progresso tecnico. Pertanto, all'incrocio tra fisiologia e scienze tecniche, è nata una nuova scienza: la bionica.

I successi della fisiologia hanno contribuito alla creazione di numerosi altri campi della scienza.

SVILUPPO DI METODI DI RICERCA FISIOLOGICA

La fisiologia nasce come scienza sperimentale. Ottiene tutti i dati attraverso la ricerca diretta sui processi vitali degli organismi animali e umani. Il fondatore della fisiologia sperimentale fu il famoso medico inglese William Harvey.

“Trecento anni fa, in mezzo alla profonda oscurità e alla confusione ormai difficile da immaginare che regnava nelle idee sulle attività degli organismi animali e umani, ma illuminata dall’inviolabile autorità del patrimonio scientifico classico, il medico William Harvey individuò uno dei più importanti funzioni del corpo: la circolazione sanguigna, gettando così le basi per un nuovo dipartimento di precisa conoscenza umana della fisiologia animale", ha scritto I.P. Tuttavia, per due secoli dopo la scoperta della circolazione sanguigna da parte di Harvey, lo sviluppo della fisiologia avvenne lentamente. È possibile elencare relativamente poche opere fondamentali dei secoli XVII-XVIII. Si tratta dell'apertura dei capillari (Malpighi), della formulazione del principio dell'attività riflessa del sistema nervoso (Cartesio), della misurazione della pressione sanguigna (Hels), della formulazione della legge di conservazione della materia (M.V. Lomonosov), della la scoperta dell'ossigeno (Priestley) e la comunanza dei processi di combustione e scambio di gas (Lavoisier), la scoperta dell'“elettricità animale”, cioè l'elettricità animale.

la capacità dei tessuti viventi di generare potenziali elettrici (Galvani) e alcuni altri lavori.

L'osservazione come metodo di ricerca fisiologica. Lo sviluppo relativamente lento della fisiologia sperimentale nei due secoli successivi al lavoro di Harvey è spiegato dal basso livello di produzione e sviluppo delle scienze naturali, nonché dalle difficoltà di studiare i fenomeni fisiologici attraverso la loro consueta osservazione. Una tale tecnica metodologica è stata e rimane la causa di numerosi processi e fenomeni complessi, il che è un compito difficile. Le difficoltà create dal metodo di semplice osservazione dei fenomeni fisiologici sono evidenziate in modo eloquente dalle parole di Harvey: “La velocità del movimento cardiaco non consente di distinguere come si verificano la sistole e la diastole, e quindi è impossibile sapere in quale momento e in quale parte si verificano l'espansione e la contrazione. Infatti non sapevo distinguere la sistole dalla diastole, poiché in molti animali il cuore appare e scompare in un batter d'occhio, con la velocità del fulmine, quindi mi sembrava che una volta c'era la sistole e qui c'era la diastole, e un'altra volta è stato il contrario. C’è differenza e confusione in ogni cosa”.

In effetti, i processi fisiologici sono fenomeni dinamici. Sono in costante sviluppo e cambiamento. Pertanto è possibile osservare direttamente solo 1-2 o, nella migliore delle ipotesi, 2-3 processi. Tuttavia, per analizzarli, è necessario stabilire la relazione di questi fenomeni con altri processi che rimangono inosservati con questo metodo di ricerca. A questo proposito, la semplice osservazione dei processi fisiologici come metodo di ricerca è fonte di errori soggettivi. Di solito l'osservazione permette di stabilire solo il lato qualitativo dei fenomeni e rende impossibile studiarli quantitativamente.

Un'importante pietra miliare nello sviluppo della fisiologia sperimentale fu l'invenzione del chimografo e l'introduzione del metodo di registrazione grafica della pressione sanguigna da parte dello scienziato tedesco Karl Ludwig nel 1843.

Registrazione grafica dei processi fisiologici. Il metodo di registrazione grafica ha segnato una nuova tappa nella fisiologia. Ha permesso di ottenere una registrazione oggettiva del processo studiato, riducendo al minimo la possibilità di errori soggettivi. In questo caso, la sperimentazione e l'analisi del fenomeno oggetto di studio potrebbero essere effettuate in due fasi.

Durante l'esperimento stesso, il compito dello sperimentatore era ottenere registrazioni di alta qualità: curve. L’analisi dei dati ottenuti potrebbe essere effettuata successivamente, quando l’attenzione dello sperimentatore non sarà più distratta dall’esperimento.

Il metodo di registrazione grafica ha permesso di registrare simultaneamente (in modo sincrono) non uno, ma diversi processi fisiologici (teoricamente un numero illimitato).

Ben presto dopo l'invenzione della registrazione della pressione sanguigna, furono proposti metodi per registrare la contrazione del cuore e dei muscoli (Engelman), fu introdotto un metodo di trasmissione aerea (capsula di Marey), che rese possibile la registrazione, a volte a notevole distanza l'oggetto, una serie di processi fisiologici nel corpo: movimenti respiratori del torace e della cavità addominale, peristalsi e cambiamenti nel tono dello stomaco, dell'intestino, ecc. È stato proposto un metodo per registrare il tono vascolare (pletismografia Mosso), cambiamenti di volume, vari organi interni - oncometria, ecc.

Ricerca sui fenomeni bioelettrici. Una direzione estremamente importante nello sviluppo della fisiologia è stata segnata dalla scoperta dell '"elettricità animale". Il classico "secondo esperimento" di Luigi Galvani dimostrò che i tessuti viventi sono una fonte di potenziali elettrici capaci di influenzare i nervi e i muscoli di un altro organismo e di provocare la contrazione muscolare. Da allora, per quasi un secolo, l'unico indicatore dei potenziali generati dai tessuti viventi (potenziali bioelettrici) è stato un preparato neuromuscolare di rana. Contribuì a scoprire i potenziali generati dal cuore durante la sua attività (esperienza di Kölliker e Müller), nonché la necessità di una generazione continua di potenziali elettrici per una contrazione muscolare costante (l'esperienza del “tetano secondario” di Mateuchi). È diventato chiaro che i potenziali bioelettrici non sono fenomeni casuali (laterali) nell'attività dei tessuti viventi, ma segnali con l'aiuto dei quali i comandi vengono trasmessi nel corpo al sistema nervoso e da esso ai muscoli e ad altri organi, e quindi ai tessuti viventi interagire tra loro utilizzando la "lingua elettrica"

È stato possibile comprendere questo “linguaggio” molto più tardi, dopo l’invenzione dei dispositivi fisici in grado di catturare i potenziali bioelettrici. Uno dei primi dispositivi di questo tipo era un semplice telefono. Il notevole fisiologo russo N.E. Vvedensky, usando un telefono, scoprì alcune delle proprietà fisiologiche più importanti dei nervi e dei muscoli. Usando il telefono abbiamo potuto ascoltare i potenziali bioelettrici, cioè esplorarli attraverso l'osservazione. Un passo avanti significativo è stata l'invenzione di una tecnica per la registrazione grafica oggettiva dei fenomeni bioelettrici. Il fisiologo olandese Einthoven ha inventato un galvanometro a corda - un dispositivo che ha permesso di registrare su carta fotografica i potenziali elettrici derivanti durante l'attività del cuore - un elettrocardiogramma (ECG). Nel nostro paese, il pioniere di questo metodo è stato il più grande fisiologo, allievo di I.M. Sechenov e I.P Pavlov, A.F. Samoilov, che ha lavorato per qualche tempo nel laboratorio di Einthoven a Leida.

La storia ha conservato documenti interessanti. A. F. Samoilov scrisse una lettera umoristica nel 1928:

“Caro Einthoven, scrivo una lettera non a te, ma al tuo caro e rispettato galvanometro a corda. Ecco perché mi rivolgo a lui: Caro galvanometro, ho appena saputo del tuo anniversario.

Ben presto l'autore ricevette una risposta da Einthoven, che scrisse: “Ho soddisfatto esattamente la tua richiesta e ho letto la lettera al galvanometro. Indubbiamente, ha ascoltato e accettato con piacere e gioia tutto ciò che hai scritto. Non aveva idea di aver fatto così tanto per l'umanità. Ma nel momento in cui dici che non sa leggere, improvvisamente si è infuriato... tanto che io e la mia famiglia ci siamo anche agitati. Ha gridato: Cosa, non so leggere? Questa è una bugia terribile. Non sto leggendo tutti i segreti del cuore? “In effetti, l’elettrocardiografia è passata molto presto dai laboratori fisiologici alla clinica come metodo molto avanzato per studiare le condizioni del cuore, e molti milioni di pazienti oggi devono la vita a questo metodo.

Samoilov A.F. Articoli e discorsi selezionati.-M.-L.: Casa editrice dell'Accademia delle scienze dell'URSS, 1946, p. 153.

Successivamente, l'uso di amplificatori elettronici ha permesso di creare elettrocardiografi compatti e i metodi di telemetria consentono di registrare gli ECG degli astronauti in orbita, degli atleti in pista e dei pazienti in aree remote, da dove l'ECG viene trasmesso tramite cavi telefonici a grandi istituti cardiologici per un'analisi completa.

La registrazione grafica oggettiva dei potenziali bioelettrici è servita come base per il ramo più importante della nostra scienza: l'elettrofisiologia. Un importante passo avanti fu la proposta del fisiologo inglese Adrian di utilizzare amplificatori elettronici per registrare i fenomeni bioelettrici. Lo scienziato sovietico V.V. PravdichNeminsky fu il primo a registrare le biocorrenti del cervello: ottenne un elettroencefalogramma (EEG). Questo metodo fu successivamente migliorato dallo scienziato tedesco Berger. Attualmente, l'elettroencefalografia è ampiamente utilizzata in clinica, così come la registrazione grafica dei potenziali elettrici dei muscoli (elettromiografia), dei nervi e di altri tessuti e organi eccitabili. Ciò ha permesso di condurre una valutazione approfondita dello stato funzionale di questi organi e sistemi. Anche per la fisiologia stessa questi metodi erano di grande importanza: hanno permesso di decifrare i meccanismi funzionali e strutturali dell'attività del sistema nervoso e di altri organi e tessuti, nonché i meccanismi di regolazione dei processi fisiologici.

Una pietra miliare importante nello sviluppo dell'elettrofisiologia è stata l'invenzione dei microelettrodi, ad es. gli elettrodi più sottili, il cui diametro della punta è pari a frazioni di micron. Questi elettrodi, mediante appositi dispositivi - micromanipolazioni, possono essere inseriti direttamente nella cellula e si possono registrare i potenziali bioelettrici a livello intracellulare.

I microelettrodi hanno permesso di decifrare i meccanismi di generazione dei biopotenziali, vale a dire processi che avvengono nelle membrane cellulari. Le membrane sono le formazioni più importanti, poiché attraverso di esse vengono eseguiti i processi di interazione delle cellule nel corpo e dei singoli elementi della cellula tra loro. La scienza delle funzioni delle membrane biologiche – la membranologia – è diventata un ramo importante della fisiologia.

Metodi di stimolazione elettrica di organi e tessuti. Una pietra miliare significativa nello sviluppo della fisiologia è stata l'introduzione del metodo di stimolazione elettrica di organi e tessuti.

Gli organi e i tessuti viventi sono in grado di rispondere a qualsiasi influenza: termica, meccanica, chimica, ecc., La stimolazione elettrica, per sua natura, è la più vicina al “linguaggio naturale” con l'aiuto del quale i sistemi viventi si scambiano informazioni. Il fondatore di questo metodo fu il fisiologo tedesco Dubois-Reymond, che propose il suo famoso "apparato a slitta" (bobina di induzione) per la stimolazione elettrica dosata dei tessuti viventi.

Attualmente vengono utilizzati a questo scopo stimolatori elettronici che consentono di ricevere impulsi elettrici di qualsiasi forma, frequenza e forza. La stimolazione elettrica è diventata un metodo importante per studiare le funzioni di organi e tessuti. Questo metodo è ampiamente utilizzato in clinica. Sono stati sviluppati progetti di vari stimolatori elettronici che possono essere impiantati nel corpo. La stimolazione elettrica del cuore è diventata un modo affidabile per ripristinare il ritmo e le funzioni normali di questo organo vitale e ha riportato al lavoro centinaia di migliaia di persone. La stimolazione elettrica dei muscoli scheletrici è stata utilizzata con successo e sono in fase di sviluppo metodi di stimolazione elettrica di aree del cervello utilizzando elettrodi impiantati. Questi ultimi, utilizzando speciali dispositivi stereotassici, vengono introdotti in centri nervosi rigorosamente definiti (con una precisione di frazioni di millimetro). Questo metodo, trasferito dalla fisiologia alla clinica, ha permesso di curare migliaia di pazienti neurologici gravi e di ottenere una grande quantità di dati importanti sui meccanismi del cervello umano (N. P. Bekhtereva). Ne abbiamo parlato non solo per dare un'idea di alcuni metodi di ricerca fisiologica, ma anche per illustrare l'importanza della fisiologia per la clinica.

Oltre a registrare potenziali elettrici, temperatura, pressione, movimenti meccanici e altri processi fisici, nonché i risultati dell'impatto di questi processi sul corpo, i metodi chimici sono ampiamente utilizzati in fisiologia.

Metodi chimici in fisiologia. Il linguaggio dei segnali elettrici non è il più universale nel corpo. La più comune è l'interazione chimica dei processi vitali (catene di processi chimici che si verificano nei tessuti viventi). Pertanto, è nato un campo della chimica che studia questi processi: la chimica fisiologica. Oggi si è trasformata in una scienza indipendente: la chimica biologica, i cui dati rivelano i meccanismi molecolari dei processi fisiologici. Nei suoi esperimenti, un fisiologo utilizza ampiamente metodi chimici, nonché metodi nati all'intersezione tra chimica, fisica e biologia. Questi metodi hanno dato origine a nuovi rami della scienza, ad esempio la biofisica, che studia il lato fisico dei fenomeni fisiologici.

Il fisiologo utilizza ampiamente il metodo degli atomi etichettati. La moderna ricerca fisiologica utilizza anche altri metodi presi in prestito dalle scienze esatte. Forniscono informazioni davvero preziose quando si analizzano determinati meccanismi di processi fisiologici.

Registrazione elettrica di grandezze non elettriche. Progressi significativi nella fisiologia oggi sono associati all'uso della tecnologia radioelettronica. Vengono utilizzati sensori: convertitori di vari fenomeni e quantità non elettrici (movimento, pressione, temperatura, concentrazione di varie sostanze, ioni, ecc.) In potenziali elettrici, che vengono poi amplificati da amplificatori elettronici e registrati da oscilloscopi. È stato sviluppato un numero enorme di tipi diversi di tali dispositivi di registrazione, che consentono di registrare molti processi fisiologici su un oscilloscopio. Numerosi dispositivi utilizzano effetti aggiuntivi sul corpo (ultrasuoni o onde elettromagnetiche, vibrazioni elettriche ad alta frequenza, ecc.). In tali casi, viene registrata la variazione dell'entità dei parametri di questi effetti che modificano alcune funzioni fisiologiche. Il vantaggio di tali dispositivi è che il sensore-trasduttore può essere montato non sull'organo studiato, ma sulla superficie del corpo. Onde, vibrazioni, ecc. che influenzano il corpo. penetrano nel corpo e, dopo aver influito sulla funzione o sull'organo studiato, vengono registrati da un sensore. Questo principio viene utilizzato, ad esempio, per costruire misuratori di flusso a ultrasuoni che determinano la velocità del flusso sanguigno nei vasi, reografi e reopletismografi che registrano i cambiamenti nella quantità di afflusso di sangue alle varie parti del corpo e molti altri dispositivi. Il loro vantaggio è la capacità di studiare il corpo in qualsiasi momento senza operazioni preliminari. Inoltre, tali studi non danneggiano il corpo. La maggior parte dei moderni metodi di ricerca fisiologica in clinica si basano su questi principi. Nell'URSS, l'iniziatore dell'uso della tecnologia radioelettronica per la ricerca fisiologica fu l'accademico V.V.

Un vantaggio significativo di tali metodi di registrazione è che il processo fisiologico viene convertito dal sensore in vibrazioni elettriche, e queste ultime possono essere amplificate e trasmesse via filo o radio a qualsiasi distanza dall'oggetto studiato. È così che sono nati i metodi di telemetria, con l'aiuto dei quali è possibile registrare in un laboratorio di terra i processi fisiologici nel corpo di un astronauta in orbita, di un pilota in volo, di un atleta in pista, di un lavoratore durante il lavoro, ecc. La registrazione stessa non interferisce in alcun modo con l'attività dei soggetti.

Tuttavia, quanto più approfondita è l’analisi dei processi, tanto maggiore sorge la necessità di sintesi, cioè di creando un quadro completo di fenomeni da singoli elementi.

Il compito della fisiologia è, oltre all'approfondimento dell'analisi, effettuare continuamente la sintesi, per fornire un'immagine olistica del corpo come sistema.

Le leggi della fisiologia consentono di comprendere la reazione del corpo (come sistema integrale) e di tutti i suoi sottosistemi in determinate condizioni, sotto determinate influenze, ecc.

Pertanto, qualsiasi metodo per influenzare il corpo, prima di entrare nella pratica clinica, viene sottoposto a test approfonditi in esperimenti fisiologici.

Metodo sperimentale acuto. Il progresso della scienza è associato non solo allo sviluppo di tecnologie sperimentali e metodi di ricerca. Dipende in gran parte dall'evoluzione del pensiero dei fisiologi, dallo sviluppo di approcci metodologici e metodologici allo studio dei fenomeni fisiologici. Dall'inizio fino agli anni '80 del secolo scorso, la fisiologia è rimasta una scienza analitica. Ha diviso il corpo in organi e sistemi separati e ha studiato la loro attività in isolamento. La principale tecnica metodologica della fisiologia analitica erano gli esperimenti su organi isolati, o i cosiddetti esperimenti acuti. Inoltre, per poter accedere a qualsiasi organo o sistema interno, il fisiologo doveva impegnarsi nella vivisezione (sezione dal vivo).

L'animale è stato legato ad una macchina ed è stata eseguita un'operazione complessa e dolorosa.

Era un lavoro duro, ma la scienza non conosceva altro modo per penetrare in profondità nel corpo.

Non era solo il lato morale del problema. La tortura crudele e la sofferenza insopportabile a cui è stato sottoposto il corpo hanno gravemente interrotto il normale corso dei fenomeni fisiologici e non hanno permesso di comprendere l'essenza dei processi che normalmente si verificano in condizioni naturali. L'uso dell'anestesia e di altri metodi per alleviare il dolore non ha aiutato in modo significativo. Fissazione dell'animale, esposizione a sostanze narcotiche, intervento chirurgico, perdita di sangue: tutto ciò ha completamente cambiato e interrotto il normale corso della vita. Si è formato un circolo vizioso. Per studiare un particolare processo o funzione di un organo o sistema interno, era necessario penetrare nelle profondità dell'organismo, e il tentativo stesso di tale penetrazione interrompeva il flusso dei processi vitali, per lo studio del quale era necessario l'esperimento intrapreso. Inoltre, lo studio degli organi isolati non ha fornito un'idea della loro vera funzione nelle condizioni di un organismo completo e integro.

Metodo dell'esperimento cronico. Il merito più grande della scienza russa nella storia della fisiologia è stato quello di uno dei suoi rappresentanti più talentuosi e brillanti, I.P.

Pavlov è riuscito a trovare una via d'uscita da questa impasse. I. P. Pavlov era molto doloroso per le carenze della fisiologia analitica e della sperimentazione acuta. Ha trovato il modo di guardare in profondità nel corpo senza violarne l'integrità. Si trattava di un metodo di sperimentazione cronica effettuato sulla base della “chirurgia fisiologica”.

Su un animale anestetizzato, in condizioni sterili e nel rispetto delle regole della tecnica chirurgica, è stata precedentemente eseguita un'operazione complessa, consentendo l'accesso all'uno o all'altro organo interno, è stata realizzata una “finestra” nell'organo cavo, è stato inserito un tubo fistola impiantato o un condotto ghiandolare è stato estratto e suturato sulla pelle. L'esperimento stesso è iniziato molti giorni dopo, quando la ferita è guarita, l'animale si è ripreso e, in termini di natura dei processi fisiologici, non era praticamente diverso da uno normale e sano. Grazie alla fistola applicata è stato possibile studiare a lungo il decorso di alcuni processi fisiologici in condizioni comportamentali naturali.

FISIOLOGIA DELL'INTERO ORGANISMO

È noto che la scienza si sviluppa in base al successo dei metodi.

Il metodo dell'esperimento cronico di Pavlov ha creato una scienza fondamentalmente nuova: la fisiologia dell'intero organismo, la fisiologia sintetica, che è stata in grado di identificare l'influenza dell'ambiente esterno sui processi fisiologici, rilevare cambiamenti nelle funzioni di vari organi e sistemi per garantire la vita di l'organismo in diverse condizioni.

Con l'avvento dei moderni mezzi tecnici per lo studio dei processi vitali, è diventato possibile studiare le funzioni di molti organi interni, non solo negli animali, ma anche negli esseri umani, senza operazioni chirurgiche preliminari. La “chirurgia fisiologica” come tecnica metodologica in una serie di rami della fisiologia si è rivelata soppiantata dai moderni metodi di esperimento senza sangue. Ma il punto non è in questa o quella specifica tecnica tecnica, ma nella metodologia del pensiero fisiologico. I.P. Pavlov creò una nuova metodologia e la fisiologia si sviluppò come scienza sintetica e un approccio sistematico divenne organicamente inerente ad essa.

Un organismo completo è indissolubilmente legato al suo ambiente esterno e quindi, come ha scritto I.M. Sechenov, la definizione scientifica di un organismo dovrebbe includere anche l'ambiente che lo influenza. La fisiologia dell'intero organismo studia non solo i meccanismi interni di autoregolazione dei processi fisiologici, ma anche i meccanismi che garantiscono l'interazione continua e l'unità inestricabile dell'organismo con l'ambiente.

La regolazione dei processi vitali, così come l'interazione del corpo con l'ambiente, viene effettuata sulla base di principi comuni ai processi di regolazione nelle macchine e nella produzione automatizzata. Questi principi e leggi sono studiati da un campo speciale della scienza: la cibernetica.

Fisiologia e cibernetica La cibernetica (dal greco kybernetike - arte del controllo) è la scienza della gestione dei processi automatizzati. I processi di controllo, come è noto, vengono effettuati da segnali che trasportano determinate informazioni. Nel corpo, tali segnali sono impulsi nervosi di natura elettrica, nonché vari prodotti chimici.

La cibernetica studia i processi di percezione, codifica, elaborazione, archiviazione e riproduzione delle informazioni. Nel corpo esistono dispositivi e sistemi speciali per questi scopi (recettori, fibre nervose, cellule nervose, ecc.).

I dispositivi tecnici cibernetici hanno permesso di creare modelli che riproducono alcune funzioni del sistema nervoso. Tuttavia, il funzionamento del cervello nel suo complesso non è ancora suscettibile di tale modellazione e sono necessarie ulteriori ricerche.

L'unione di cibernetica e fisiologia è nata solo tre decenni fa, ma durante questo periodo l'arsenale matematico e tecnico della cibernetica moderna ha fornito progressi significativi nello studio e nella modellazione dei processi fisiologici.

Matematica e informatica in fisiologia. La registrazione simultanea (sincrona) dei processi fisiologici consente la loro analisi quantitativa e lo studio dell'interazione tra vari fenomeni. Ciò richiede metodi matematici precisi, il cui utilizzo ha segnato anche una nuova tappa importante nello sviluppo della fisiologia. La matematizzazione della ricerca consente l'uso dei computer elettronici in fisiologia. Ciò non solo aumenta la velocità di elaborazione delle informazioni, ma consente anche di effettuare tale elaborazione direttamente al momento dell'esperimento, il che consente di modificarne il corso e i compiti dello studio stesso in base ai risultati ottenuti.

Così, la spirale nello sviluppo della fisiologia sembrava essere finita. Agli albori di questa scienza, la ricerca, l'analisi e la valutazione dei risultati venivano effettuate dallo sperimentatore contemporaneamente nel processo di osservazione, direttamente durante l'esperimento stesso. La registrazione grafica ha permesso di separare questi processi nel tempo e nel processo e di analizzare i risultati dopo la fine dell'esperimento.

La radioelettronica e la cibernetica hanno permesso di combinare ancora una volta l'analisi e l'elaborazione dei risultati con la conduzione dell'esperimento stesso, ma su una base fondamentalmente diversa: l'interazione di molti processi fisiologici diversi viene studiata simultaneamente e i risultati di tale interazione vengono analizzati quantitativamente. Ciò ha permesso di condurre un cosiddetto esperimento automatico controllato, in cui un computer aiuta il ricercatore non solo ad analizzare i risultati, ma anche a modificare il corso dell'esperimento e la formulazione dei compiti, nonché i tipi di effetti sull'esperimento. corpo, a seconda della natura delle reazioni del corpo che si verificano direttamente durante l'esperimento. La fisica, la matematica, la cibernetica e altre scienze esatte hanno riattrezzato la fisiologia e fornito al medico un potente arsenale di mezzi tecnici moderni per valutare con precisione lo stato funzionale del corpo e per influenzare il corpo.

Modellistica matematica in fisiologia. La conoscenza dei modelli fisiologici e delle relazioni quantitative tra i vari processi fisiologici ha permesso di creare i loro modelli matematici. Con l'aiuto di tali modelli, questi processi vengono riprodotti su computer elettronici, esplorando varie opzioni di reazione, ad es. i loro possibili cambiamenti futuri sotto determinate influenze sul corpo (medicinali, fattori fisici o condizioni ambientali estreme). L’unione di fisiologia e cibernetica si è già rivelata utile durante operazioni chirurgiche pesanti e in altre condizioni di emergenza che richiedono una valutazione accurata sia dello stato attuale dei processi fisiologici più importanti del corpo sia dell’anticipazione di possibili cambiamenti. Questo approccio può aumentare significativamente l’affidabilità del “fattore umano” nelle parti difficili e critiche della produzione moderna.

Fisiologia del 20 ° secolo. ha compiuto progressi significativi non solo nel campo della rivelazione dei meccanismi dei processi vitali e del controllo di questi processi. Ha fatto una svolta nell'area più complessa e misteriosa: nell'area dei fenomeni psichici.

La base fisiologica della psiche - l'attività nervosa superiore degli esseri umani e degli animali - è diventata uno degli oggetti importanti della ricerca fisiologica.

STUDIO OBIETTIVO DELL'ATTIVITÀ NERVOSA SUPERIORE

Per migliaia di anni è stato generalmente accettato che il comportamento umano fosse determinato dall'influenza di una certa entità immateriale ("anima"), che un fisiologo non può comprendere.

I.M. Sechenov è stato il primo fisiologo al mondo che ha osato immaginare il comportamento basato sul principio del riflesso, cioè basato sui meccanismi dell'attività nervosa conosciuti in fisiologia. Nel suo famoso libro "Riflessi del cervello", ha dimostrato che non importa quanto complesse possano sembrarci le manifestazioni esterne dell'attività mentale umana, prima o poi si riducono a una sola cosa: il movimento muscolare.

“Sia un bambino sorride alla vista di un giocattolo nuovo, sia Garibaldi ride quando viene perseguitato per eccessivo amore per la patria, sia Newton inventa le leggi del mondo e le scrive su carta, sia una ragazza trema al pensiero di un primo appuntamento, il risultato finale del pensiero è sempre una cosa: il movimento muscolare", ha scritto I.M. Sechenov.

Analizzando la formazione del pensiero di un bambino, I.M. Sechenov ha mostrato passo dopo passo che questo pensiero si forma come risultato di influenze dell'ambiente esterno, combinate tra loro in varie combinazioni, causando la formazione di diverse associazioni.

Il nostro pensiero (vita spirituale) si forma naturalmente sotto l'influenza delle condizioni ambientali e il cervello è un organo che accumula e riflette queste influenze. Non importa quanto complesse possano sembrarci le manifestazioni della nostra vita mentale, la nostra composizione psicologica interna è un risultato naturale delle condizioni dell'educazione e delle influenze ambientali. 999/1000 del contenuto mentale di una persona dipende dalle condizioni di educazione, dalle influenze ambientali nel senso ampio del termine, ha scritto I.M. Sechenov, e solo 1/1000 è determinato da fattori congeniti. Pertanto, il principio del determinismo, il principio fondamentale della visione materialistica del mondo, è stato inizialmente esteso all'area più complessa dei fenomeni della vita, ai processi della vita spirituale umana. I.M. Sechenov ha scritto che un giorno un fisiologo imparerà ad analizzare le manifestazioni esterne dell'attività cerebrale con la stessa precisione con cui un fisico può analizzare un accordo musicale. Il libro di I.M. Sechenov era un'opera geniale, che affermava posizioni materialiste nelle sfere più difficili della vita spirituale umana.

Il tentativo di Sechenov di dimostrare i meccanismi dell'attività cerebrale era un tentativo puramente teorico. Era necessario il passo successivo: studi sperimentali sui meccanismi fisiologici alla base dell'attività mentale e delle reazioni comportamentali. E questo passo è stato compiuto da I.P. Pavlov.

Il fatto che sia stato I.P. Pavlov, e non qualcun altro, a diventare l'erede delle idee di I.M. Sechenov e il primo a penetrare i segreti di base del lavoro delle parti superiori del cervello non è casuale. La logica dei suoi studi fisiologici sperimentali ha portato a questo. Studiando i processi vitali nel corpo in condizioni di comportamento animale naturale, I.

P. Pavlov ha attirato l'attenzione sull'importante ruolo dei fattori mentali che influenzano tutti i processi fisiologici. All'osservazione di I. P. Pavlov non è sfuggito il fatto che la saliva, il succo gastrico di I. M. SECHENOV e altri succhi digestivi cominciano a essere rilasciati dall'animale non solo al momento del pasto, ma molto prima del consumo, alla vista del cibo, al suono di i passi del guardiano, che solitamente dà da mangiare all'animale. I.P. Pavlov ha attirato l'attenzione sul fatto che l'appetito, il desiderio appassionato di cibo, è un agente che secerne il succo tanto potente quanto il cibo stesso. Appetito, desiderio, umore, esperienze, sentimenti: tutti questi erano fenomeni mentali. Non furono studiati dai fisiologi prima di I.P. Pavlov. I.P. Pavlov ha visto che il fisiologo non ha il diritto di ignorare questi fenomeni, poiché interferiscono fortemente con il corso dei processi fisiologici, cambiandone la natura. Pertanto, il fisiologo è stato obbligato a studiarli. Ma come? Prima di I.P. Pavlov, questi fenomeni erano considerati da una scienza chiamata zoopsicologia.

Rivolgendosi a questa scienza, I.P. Pavlov dovette allontanarsi dalla solida base dei fatti fisiologici ed entrare nel regno della predizione del futuro infruttuosa e infondata riguardo all'apparente stato mentale degli animali. Per spiegare il comportamento umano, i metodi utilizzati in psicologia sono legittimi, poiché una persona può sempre riferire i suoi sentimenti, stati d'animo, esperienze, ecc. Gli psicologi animali trasferirono ciecamente i dati ottenuti dall'esame degli esseri umani agli animali e parlarono anche di "sentimenti", "stati d'animo", "esperienze", "desideri", ecc. nell'animale, senza poter verificare se ciò sia vero oppure no. Per la prima volta nei laboratori di Pavlov sorsero tante opinioni sui meccanismi degli stessi fatti quanti furono gli osservatori che videro questi fatti. Ognuno di loro li ha interpretati a modo suo e non c'era modo di verificare la correttezza di nessuna delle interpretazioni. I.P. Pavlov si rese conto che tali interpretazioni erano prive di significato e quindi fece un passo decisivo, veramente rivoluzionario. Senza cercare di indovinare alcuni stati mentali interni dell'animale, iniziò a studiare oggettivamente il comportamento dell'animale, confrontando alcuni effetti sul corpo con le risposte del corpo. Questo metodo oggettivo ha permesso di identificare le leggi alla base delle reazioni comportamentali del corpo.

Il metodo di studio oggettivo delle reazioni comportamentali ha creato una nuova scienza: la fisiologia dell'attività nervosa superiore con la sua precisa conoscenza dei processi che si verificano nel sistema nervoso sotto determinate influenze dell'ambiente esterno. Questa scienza ha dato molto alla comprensione dell'essenza dei meccanismi dell'attività mentale umana.

La fisiologia dell'attività nervosa superiore creata da I. P. Pavlov divenne la base scientifica della psicologia. Divenne la base scientifica della teoria della riflessione di Lenin ed è della massima importanza in filosofia, medicina, pedagogia e in tutte quelle scienze che in un modo o nell’altro affrontano la necessità di studiare il mondo interiore (spirituale) dell’uomo.

L'importanza della fisiologia dell'attività nervosa superiore per la medicina. Insegnamenti di I.P.

Le idee di Pavlov sull'attività nervosa superiore sono di grande importanza pratica. È noto che un paziente non guarisce solo con una medicina, un bisturi o una procedura, ma anche con la parola del medico, la fiducia in lui e un appassionato desiderio di guarire. Tutti questi fatti erano noti a Ippocrate e Avicenna. Tuttavia, per migliaia di anni furono percepiti come la prova dell’esistenza di una potente “anima data da Dio” che soggioga il “corpo deperibile”. Gli insegnamenti di I.P. Pavlov hanno strappato il velo del mistero da questi fatti.

È diventato chiaro che l'effetto apparentemente magico dei talismani, dello stregone o degli incantesimi di uno sciamano non è altro che un esempio dell'influenza delle parti superiori del cervello sugli organi interni e sulla regolazione di tutti i processi vitali. La natura di questa influenza è determinata dall'influenza delle condizioni ambientali sul corpo, le più importanti delle quali per l'uomo sono le condizioni sociali, in particolare lo scambio di pensieri nella società umana attraverso le parole. Per la prima volta nella storia della scienza, I.P. Pavlov ha dimostrato che il potere delle parole sta nel fatto che le parole e il discorso rappresentano uno speciale sistema di segnali, inerente solo agli esseri umani, che cambia naturalmente il comportamento e lo stato mentale. L'insegnamento di Paolo espulse l'idealismo dall'ultimo rifugio apparentemente inespugnabile: l'idea di un'“anima” data da Dio. Ha posto un'arma potente nelle mani del medico, dandogli l'opportunità di usare correttamente le parole, mostrando il ruolo più importante dell'influenza morale sul paziente per il successo del trattamento.

CONCLUSIONE

I.P. Pavlov può essere giustamente considerato il fondatore della moderna fisiologia dell'intero organismo. Anche altri eminenti fisiologi sovietici diedero un contributo importante al suo sviluppo. A. A. Ukhtomsky ha creato la dottrina del dominante come principio fondamentale dell'attività del sistema nervoso centrale (SNC). L. A. Orbeli ha fondato EvoluL. L. Fisiologia ORBELAZIONALE. È autore di lavori fondamentali sulla funzione adattativo-trofica del sistema nervoso simpatico. K. M. Bykov ha rivelato la presenza di una regolazione riflessa condizionata delle funzioni degli organi interni, dimostrando che le funzioni autonome non sono autonome, che sono soggette all'influenza delle parti superiori del sistema nervoso centrale e possono cambiare sotto l'influenza di segnali condizionati. Per gli esseri umani il segnale condizionato più importante è la parola. Questo segnale è in grado di modificare l'attività degli organi interni, cosa della massima importanza per la medicina (psicoterapia, deontologia, ecc.).

P.K. Anokhin ha sviluppato la dottrina del sistema funzionale - uno schema universale per la regolazione dei processi fisiologici e delle reazioni comportamentali nella fisiologia del sistema nervoso neuromuscolare e centrale. L. S. Stern è l'autore della dottrina della barriera ematoencefalica e delle barriere istoematiche - regolatori di importanti scoperte interne immediate nel campo della regolazione del sistema cardiovascolare (riflesso di Larin). Si occupa di radioelettronica, cibernetica, matematica. E. A. Asratyan ha creato una dottrina sui meccanismi di compensazione delle funzioni compromesse. È autore di una serie di fondamentali (1903-1971) creazione di un cuore artificiale (A. A. Bryukhonenko), fisiologia cosmica, fisiologia del lavoro, fisiologia dello sport, ricerca sui meccanismi fisiologici di adattamento, regolazione e meccanismi interni per l'implementazione di molti meccanismi fisiologici funzioni. Questi e molti altri studi sono di fondamentale importanza per la medicina.

La conoscenza dei processi vitali che si verificano in vari organi e tessuti, i meccanismi di regolazione dei fenomeni vitali, la comprensione dell'essenza delle funzioni fisiologiche del corpo e dei processi che interagiscono con l'ambiente rappresentano la base teorica fondamentale su cui si basa la formazione del futuro medico è basato.

FISIOLOGIA GENERALE

INTRODUZIONE

Ciascuna delle centinaia di trilioni di cellule del corpo umano ha una struttura estremamente complessa, la capacità di auto-organizzarsi e l'interazione multilaterale con altre cellule. Il numero di processi eseguiti da ciascuna cella e la quantità di informazioni elaborate in questo processo supera di gran lunga ciò che avviene oggi in qualsiasi grande impianto industriale. Tuttavia, la cellula è solo uno dei sottosistemi relativamente elementari nella complessa gerarchia dei sistemi che formano un organismo vivente.

Tutti questi sistemi sono altamente ordinati. La normale struttura funzionale di ciascuno di essi e la normale esistenza di ciascun elemento del sistema (compresa ciascuna cellula) sono possibili grazie al continuo scambio di informazioni tra gli elementi (e tra le cellule).

Lo scambio di informazioni avviene attraverso l'interazione diretta (contatto) tra le cellule, a seguito del trasporto di sostanze con il fluido tissutale, la linfa e il sangue (comunicazione umorale - dal latino humor - liquido), nonché durante il trasferimento di potenziali bioelettrici da cellula a cellula, che rappresenta il modo più veloce di trasmettere informazioni nel corpo. Gli organismi multicellulari hanno sviluppato un sistema speciale che fornisce percezione, trasmissione, archiviazione, elaborazione e riproduzione delle informazioni codificate nei segnali elettrici. Questo è il sistema nervoso che ha raggiunto il suo massimo sviluppo nell'uomo. Per comprendere la natura dei fenomeni bioelettrici, cioè dei segnali con cui il sistema nervoso trasmette informazioni, è necessario innanzitutto considerare alcuni aspetti della fisiologia generale dei cosiddetti tessuti eccitabili, che comprendono il tessuto nervoso, quello muscolare e quello ghiandolare. .

FISIOLOGIA DEL TESSUTO ECCITABILE

Tutte le cellule viventi hanno irritabilità, cioè la capacità, sotto l'influenza di determinati fattori dell'ambiente esterno o interno, i cosiddetti stimoli, di passare da uno stato di riposo fisiologico a uno stato di attività. Tuttavia, il termine “cellule eccitabili” viene utilizzato solo in relazione a cellule nervose, muscolari e secretorie che sono in grado di generare forme specializzate di oscillazioni del potenziale elettrico in risposta all’azione di uno stimolo.

I primi dati sull'esistenza di fenomeni bioelettrici (“elettricità animale”) furono ottenuti nel terzo quarto del XVIII secolo. A. studiando la natura della scarica elettrica provocata da alcuni pesci durante la difesa e l'attacco. Una lunga disputa scientifica (1791 -1797) tra il fisiologo L. Galvani e il fisico A. Volta sulla natura dell'“elettricità animale” si concluse con due importanti scoperte: furono stabiliti fatti che indicavano la presenza di potenziali elettrici nei nervi e nei muscoli tessuti ed è stato scoperto un nuovo metodo per ottenere energia elettrica utilizzando metalli diversi: viene creato un elemento galvanico ("colonna voltaica"). Tuttavia, le prime misurazioni dirette dei potenziali nei tessuti viventi furono possibili solo dopo l'invenzione dei galvanometri. Uno studio sistematico dei potenziali nei muscoli e nei nervi in ​​uno stato di riposo ed eccitazione fu iniziato da Dubois-Reymond (1848). Ulteriori progressi nello studio dei fenomeni bioelettrici sono stati strettamente legati al miglioramento delle tecniche per la registrazione delle oscillazioni veloci del potenziale elettrico (oscilloscopi a stringa, ad anello e catodico) e ai metodi per la loro rimozione da singole cellule eccitabili. Una fase qualitativamente nuova nello studio dei fenomeni elettrici nei tessuti viventi: gli anni '40 e '50 del nostro secolo. Utilizzando microelettrodi intracellulari è stato possibile registrare direttamente i potenziali elettrici delle membrane cellulari. I progressi nell'elettronica hanno reso possibile lo sviluppo di metodi per studiare le correnti ioniche che fluiscono attraverso una membrana quando il potenziale di membrana cambia o quando composti biologicamente attivi agiscono sui recettori di membrana. Negli ultimi anni è stato sviluppato un metodo che consente di registrare le correnti ioniche che fluiscono attraverso singoli canali ionici.

Si distinguono i seguenti tipi principali di risposte elettriche delle cellule eccitabili:

risposta locale; diffusione del potenziale d'azione e potenziali traccia associati; potenziali postsinaptici eccitatori ed inibitori; potenziali del generatore, ecc. Tutte queste fluttuazioni potenziali si basano su cambiamenti reversibili nella permeabilità della membrana cellulare per determinati ioni. A sua volta, il cambiamento di permeabilità è una conseguenza dell'apertura e della chiusura dei canali ionici esistenti nella membrana cellulare sotto l'influenza di uno stimolo attivo.

L'energia utilizzata nella generazione di potenziali elettrici viene immagazzinata in una cellula a riposo sotto forma di gradienti di concentrazione di ioni Na+, Ca2+, K+, Cl~ su entrambi i lati della membrana superficiale. Questi gradienti vengono creati e mantenuti grazie al lavoro di dispositivi molecolari specializzati, le cosiddette pompe ioniche a membrana. Questi ultimi utilizzano per il loro lavoro l'energia metabolica rilasciata durante la disgregazione enzimatica del donatore universale di energia cellulare: l'acido adenosina trifosforico (ATP).

Lo studio dei potenziali elettrici che accompagnano i processi di eccitazione e inibizione nei tessuti viventi è importante sia per comprendere la natura di questi processi sia per identificare la natura dei disturbi nell'attività delle cellule eccitabili in vari tipi di patologie.

Nelle cliniche moderne sono diventati particolarmente diffusi i metodi per la registrazione dei potenziali elettrici del cuore (elettrocardiografia), del cervello (elettroencefalografia) e dei muscoli (elettromiografia).

POTENZIALE DI RIPOSO

Il termine “potenziale di membrana” (potenziale di riposo) è comunemente usato per riferirsi alla differenza di potenziale transmembrana; esistente tra il citoplasma e la soluzione esterna che circonda la cellula. Quando una cellula (fibra) è in uno stato di riposo fisiologico, il suo potenziale interno è negativo rispetto a quello esterno, che convenzionalmente viene assunto pari a zero. In cellule diverse, il potenziale di membrana varia da -50 a -90 mV.

Per misurare il potenziale di riposo e monitorarne i cambiamenti causati dall'uno o dall'altro effetto sulla cellula, viene utilizzata la tecnica dei microelettrodi intracellulari (Fig. 1).

Il microelettrodo è una micropipetta, cioè un sottile capillare prelevato da un tubo di vetro. Il diametro della sua punta è di circa 0,5 micron. La micropipetta è riempita con soluzione salina (solitamente 3 M K.S1), un elettrodo metallico (filo d'argento clorurato) è immerso in essa e collegato a un dispositivo di misurazione elettrico - un oscilloscopio dotato di un amplificatore di corrente continua.

Il microelettrodo viene installato sull'oggetto in studio, ad esempio il muscolo scheletrico, e quindi, utilizzando un micromanipolatore, un dispositivo dotato di viti micrometriche, viene inserito nella cellula. Un elettrodo di dimensioni normali viene immerso in una normale soluzione salina contenente il tessuto in esame.

Non appena il microelettrodo penetra la membrana superficiale della cellula, il raggio dell'oscilloscopio devia immediatamente dalla sua posizione originale (zero), rivelando così l'esistenza di una differenza di potenziale tra la superficie e il contenuto della cellula. L'ulteriore avanzamento del microelettrodo all'interno del protoplasma non influisce sulla posizione del fascio dell'oscilloscopio. Ciò indica che il potenziale è effettivamente localizzato sulla membrana cellulare.

Se il microelettrodo viene inserito con successo, la membrana ne copre saldamente la punta e la cellula conserva la capacità di funzionare per diverse ore senza mostrare segni di danno.

Ci sono molti fattori che modificano il potenziale di riposo delle cellule: l'applicazione della corrente elettrica, i cambiamenti nella composizione ionica del mezzo, l'esposizione a determinate tossine, l'interruzione dell'apporto di ossigeno ai tessuti, ecc. In tutti i casi in cui il potenziale interno diminuisce ( diventa meno negativo), si parla di depolarizzazione di membrana; lo spostamento opposto di potenziale (aumento della carica negativa sulla superficie interna della membrana cellulare) è chiamato iperpolarizzazione.

NATURA DEL POTENZIALE DI RIPOSO

Già nel 1896, V. Yu. Chagovets avanzò un'ipotesi sul meccanismo ionico dei potenziali elettrici nelle cellule viventi e tentò di applicare la teoria della dissociazione elettrolitica di Arrhenius per spiegarli. Nel 1902, Yu. Bernstein sviluppò la teoria della membrana-ione, che fu modificata e confermata sperimentalmente da Hodgkin, Huxley e Katz (1949-1952). Attualmente, quest’ultima teoria gode di un’accettazione universale. Secondo questa teoria, la presenza di potenziali elettrici nelle cellule viventi è dovuta alla disuguaglianza nella concentrazione degli ioni Na+, K+, Ca2+ e C1~ all'interno e all'esterno della cellula e alla diversa permeabilità della membrana superficiale verso di essi.

Dai dati in tabella. La Figura 1 mostra che il contenuto della fibra nervosa è ricco di K+ e anioni organici (che praticamente non penetrano nella membrana) e povero di Na+ e C1~.

La concentrazione di K+ nel citoplasma delle cellule nervose e muscolari è 40-50 volte superiore rispetto alla soluzione esterna e se la membrana a riposo fosse permeabile solo a questi ioni, il potenziale di riposo corrisponderebbe al potenziale di equilibrio del potassio (Ek) , calcolato utilizzando la formula di Nernst :

dove R è la costante dei gas, F è il numero di Faraday, T è la temperatura assoluta, Ko è la concentrazione degli ioni potassio liberi nella soluzione esterna, Ki è la loro concentrazione nel citoplasma. Per capire come si presenta questo potenziale, considerare quanto segue esperimento modello (Fig. 2) .

Immaginiamo un vaso separato da una membrana artificiale semipermeabile. Le pareti dei pori di questa membrana sono cariche elettronegativamente, quindi consentono il passaggio solo dei cationi e sono impermeabili agli anioni. Una soluzione salina contenente ioni K+ viene versata in entrambe le metà del recipiente, ma la loro concentrazione nella parte destra del recipiente è maggiore che in quella sinistra. Come risultato di questo gradiente di concentrazione, gli ioni K+ cominciano a diffondersi dalla metà destra del vaso a quella sinistra, portando lì la loro carica positiva. Ciò porta al fatto che gli anioni non penetranti iniziano ad accumularsi vicino alla membrana nella metà destra della nave. Con la loro carica negativa, tratterranno elettrostaticamente il K+ sulla superficie della membrana nella metà sinistra del vaso. Di conseguenza, la membrana è polarizzata e si crea una differenza di potenziale tra le sue due superfici, corrispondente al potenziale di equilibrio del potassio. Il presupposto che a riposo la membrana delle fibre nervose e muscolari sia selettivamente permeabile al K + e che sia loro La diffusione che crea il potenziale di riposo fu fatta da Bernstein nel 1902 e confermata da Hodgkin et al. nel 1962 in esperimenti su assoni isolati di calamari giganti. Il citoplasma (assoplasma) è stato accuratamente spremuto da una fibra con un diametro di circa 1 mm e la membrana collassata è stata riempita con una soluzione salina artificiale. Quando la concentrazione di K+ nella soluzione era vicina a quella intracellulare, si stabiliva una differenza di potenziale tra la parte interna ed esterna della membrana, prossima al valore del potenziale di riposo normale (-50-=--- 80 mV) e la fibra conduceva gli impulsi. Quando la concentrazione intracellulare di K+ diminuiva e quella esterna aumentava, il potenziale di membrana diminuiva o addirittura cambiava segno (il potenziale diventava positivo se la concentrazione di K+ nella soluzione esterna era maggiore di quella interna).

Tali esperimenti hanno dimostrato che il gradiente concentrato di K+ è effettivamente il fattore principale che determina l'entità del potenziale di riposo della fibra nervosa. Tuttavia, la membrana a riposo è permeabile non solo al K+, ma (anche se in misura molto minore) anche al Na+. La diffusione di questi ioni caricati positivamente nella cellula riduce il valore assoluto del potenziale negativo interno della cellula creato dalla diffusione di K+. Pertanto il potenziale di riposo delle fibre (-50 - 70 mV) è meno negativo del potenziale di equilibrio del potassio calcolato con la formula di Nernst.

Gli ioni C1~ nelle fibre nervose non svolgono un ruolo significativo nella genesi del potenziale di riposo, poiché la permeabilità della membrana a riposo nei loro confronti è relativamente piccola. Al contrario, nelle fibre muscolari scheletriche la permeabilità della membrana a riposo per gli ioni cloro è paragonabile a quella del potassio, e quindi la diffusione di C1~ nella cellula aumenta il valore del potenziale di riposo. Potenziale di equilibrio del cloro calcolato (Ecl) al rapporto Pertanto, il valore del potenziale di riposo della cellula è determinato da due fattori principali: a) il rapporto tra le concentrazioni di cationi e anioni che penetrano attraverso la membrana della superficie di riposo; b) il rapporto tra le permeabilità della membrana per questi ioni.

Per descrivere quantitativamente questo modello, viene solitamente utilizzata l’equazione di Goldman-Hodgkin-Katz:

dove Em è il potenziale di riposo, Pk, PNa, Pcl sono la permeabilità di membrana rispettivamente per gli ioni K+, Na+ e C1~; K0+ Na0+; Cl0- sono le concentrazioni esterne degli ioni K+, Na+ e Cl- e Ki+ Nai+ e Cli- sono le loro concentrazioni interne.

È stato calcolato che in un assone gigante di calamaro isolato a Em = -50 mV esiste il seguente rapporto tra le permeabilità ioniche della membrana a riposo:

L'equazione spiega molti dei cambiamenti nel potenziale di riposo della cellula osservati sperimentalmente e in condizioni naturali, ad esempio la sua persistente depolarizzazione sotto l'influenza di alcune tossine che causano un aumento della permeabilità al sodio della membrana. Queste tossine includono veleni vegetali: veratridina, aconitina e una delle neurotossine più potenti, la batracotossina, prodotta dalle ghiandole cutanee delle rane colombiane.

La depolarizzazione della membrana, come segue dall'equazione, può verificarsi anche con PNA invariato se la concentrazione esterna di ioni K+ viene aumentata (cioè il rapporto Ko/Ki è aumentato). Questo cambiamento nel potenziale di riposo non è affatto solo un fenomeno di laboratorio. Il fatto è che la concentrazione di K+ nel liquido intercellulare aumenta notevolmente durante l'attivazione delle cellule nervose e muscolari, accompagnata da un aumento di Pk. La concentrazione di K+ nel liquido intercellulare aumenta in modo particolarmente significativo in caso di disturbi dell'afflusso di sangue (ischemia) ai tessuti, ad esempio nell'ischemia del miocardio. La conseguente depolarizzazione della membrana porta alla cessazione della generazione di potenziali d'azione, cioè all'interruzione della normale attività elettrica delle cellule.

RUOLO DEL METABOLISMO NELLA GENESI

E MANTENERE IL POTENZIALE DI RIPOSO

(POMPA A MEMBRANA AL SODIO)

Nonostante il fatto che i flussi di Na+ e K+ attraverso la membrana a riposo siano piccoli, la differenza nelle concentrazioni di questi ioni all’interno e all’esterno della cellula alla fine dovrebbe stabilizzarsi se non ci fosse uno speciale dispositivo molecolare nella membrana cellulare – il “sodio” pompa”, che provvede alla rimozione (“pompaggio”) del Na+ che penetra nel citoplasma e all’introduzione (“pompaggio”) del K+ nel citoplasma. La pompa del sodio muove Na+ e K+ contro il loro gradiente di concentrazione, cioè compie una certa quantità di lavoro. La fonte diretta di energia per questo lavoro è un composto ricco di energia (macroergico): l'acido adenosina trifosforico (ATP), che è una fonte universale di energia per le cellule viventi. La degradazione dell'ATP viene effettuata da macromolecole proteiche: l'enzima adenosina trifosfatasi (ATPasi), localizzato nella membrana superficiale della cellula. L'energia rilasciata durante la scomposizione di una molecola di ATP garantisce la rimozione di tre ioni Na+ dalla cellula in cambio di due ioni K+ che entrano nella cellula dall'esterno.

L'inibizione dell'attività dell'ATPasi causata da alcuni composti chimici (ad esempio, il glicoside cardiaco ouabaina) interrompe la pompa, causando la perdita di K+ da parte della cellula e l'arricchimento di Na+. Lo stesso risultato si ottiene inibendo i processi ossidativi e glicolitici nella cellula, che assicurano la sintesi dell'ATP. Negli esperimenti, ciò si ottiene con l'aiuto di veleni che inibiscono questi processi. In condizioni di alterato apporto di sangue ai tessuti, indebolimento del processo di respirazione tissutale, viene inibito il funzionamento della pompa elettrogenica e, di conseguenza, l'accumulo di K+ negli spazi intercellulari e la depolarizzazione della membrana.

Il ruolo dell'ATP nel meccanismo del trasporto attivo del Na+ è stato dimostrato direttamente in esperimenti su fibre nervose di calamari giganti. Si è scoperto che introducendo ATP nella fibra, era possibile ripristinare temporaneamente il funzionamento della pompa del sodio, compromessa dall'inibitore dell'enzima respiratorio cianuro.

Inizialmente si credeva che la pompa del sodio fosse elettricamente neutra, cioè che il numero di ioni Na+ e K+ scambiati fosse uguale. Successivamente si scoprì che per ogni tre ioni Na+ rimossi dalla cellula, solo due ioni K+ entrano nella cellula. Ciò significa che la pompa è elettrogenica: crea una differenza di potenziale sulla membrana che si somma al potenziale di riposo.

Questo contributo della pompa del sodio al valore normale del potenziale di riposo non è lo stesso nelle diverse cellule: è apparentemente insignificante nelle fibre nervose del calamaro, ma è significativo per il potenziale di riposo (circa il 25% del valore totale) nel mollusco gigante. neuroni e muscoli lisci.

Pertanto, nella formazione del potenziale di riposo, la pompa del sodio svolge un duplice ruolo: 1) crea e mantiene un gradiente di concentrazione transmembrana di Na+ e K+; 2) genera una differenza di potenziale che si somma al potenziale creato dalla diffusione di K+ lungo il gradiente di concentrazione.

POTENZIALE D'AZIONE

Un potenziale d'azione è una rapida fluttuazione del potenziale di membrana che si verifica quando i nervi, i muscoli e alcune altre cellule sono eccitati. Si basa sui cambiamenti nella permeabilità ionica della membrana. L'ampiezza e la natura dei cambiamenti temporanei nel potenziale d'azione dipendono poco dalla forza dello stimolo che lo provoca, è importante solo che questa forza non sia inferiore a un certo valore critico, chiamato soglia di irritazione; Sorto nel sito di irritazione, il potenziale d'azione si diffonde lungo il nervo o la fibra muscolare senza modificarne l'ampiezza.

La presenza di una soglia e l'indipendenza dell'ampiezza del potenziale d'azione dalla forza dello stimolo che lo ha causato sono chiamate legge “tutto o niente”.

In condizioni naturali, i potenziali d'azione vengono generati nelle fibre nervose quando i recettori vengono stimolati o le cellule nervose vengono eccitate. La propagazione dei potenziali d'azione lungo le fibre nervose garantisce la trasmissione delle informazioni nel sistema nervoso. Quando raggiungono le terminazioni nervose, i potenziali d'azione provocano la secrezione di sostanze chimiche (trasmettitori) che trasmettono un segnale alle cellule muscolari o nervose. Nelle cellule muscolari, i potenziali d'azione avviano una catena di processi che causano la contrazione. Gli ioni che penetrano nel citoplasma durante la generazione di potenziali d'azione hanno un effetto regolatore sul metabolismo cellulare e, in particolare, sui processi di sintesi delle proteine ​​che compongono i canali ionici e le pompe ioniche.

Per registrare i potenziali d'azione vengono utilizzati elettrodi extra o intracellulari. Nell'abduzione extracellulare, gli elettrodi vengono applicati sulla superficie esterna della fibra (cella). Ciò permette di scoprire che la superficie della zona eccitata per un brevissimo tempo (in una fibra nervosa per un millesimo di secondo) si carica negativamente rispetto alla vicina zona di riposo.

L'uso di microelettrodi intracellulari consente la caratterizzazione quantitativa dei cambiamenti del potenziale di membrana durante le fasi di salita e discesa del potenziale d'azione. È stato accertato che durante la fase ascendente (fase di depolarizzazione), non solo scompare il potenziale di riposo (come inizialmente ipotizzato), ma si verifica una differenza di potenziale di segno opposto: il contenuto interno della cellula si carica positivamente rispetto a nell'ambiente esterno, in altre parole, si verifica un'inversione del potenziale di membrana. Durante la fase discendente (fase di ripolarizzazione), il potenziale di membrana ritorna al suo valore originale. Nella fig. Le figure 3 e 4 mostrano esempi di registrazioni di potenziali d'azione nella fibra muscolare scheletrica della rana e nell'assone gigante del calamaro. Si può vedere che al momento del raggiungimento dell'apice (picco), il potenziale di membrana è + 30 / + 40 mV e l'oscillazione del picco è accompagnata da cambiamenti a lungo termine nel potenziale di membrana, dopo di che viene stabilito il potenziale di membrana al livello iniziale. La durata del picco del potenziale d'azione in varie fibre nervose e muscolari scheletriche varia. 5. Somma dei potenziali in tracce nel nervo frenico di un gatto durante la sua dipendenza a breve termine dalla temperatura: con un raffreddamento di 10 °C, la durata del picco aumenta di circa 3 volte.

Le variazioni del potenziale di membrana che seguono il picco del potenziale d'azione sono chiamate potenziali in traccia.

Esistono due tipi di potenziali in traccia: depolarizzazione in traccia e iperpolarizzazione in traccia. L'ampiezza dei potenziali in traccia di solito non supera diversi millivolt (5-10% dell'altezza del picco) e la loro durata in diverse fibre varia da diversi millisecondi a decine e centinaia di secondi.

La dipendenza del picco del potenziale d'azione e della depolarizzazione della traccia può essere considerata usando l'esempio della risposta elettrica della fibra muscolare scheletrica. Dalla voce mostrata in Fig. 3, si può vedere che la fase discendente del potenziale d'azione (fase di ripolarizzazione) è divisa in due parti disuguali. Inizialmente, il potenziale calo si verifica rapidamente, quindi rallenta in modo significativo. Questa componente lenta della fase discendente del potenziale d'azione è chiamata depolarizzazione della traccia.

Un esempio dell'iperpolarizzazione della membrana in traccia che accompagna il picco di un potenziale d'azione in una singola fibra nervosa gigante di calamaro (isolata) è mostrato in Fig. 4. In questo caso, la fase discendente del potenziale d'azione passa direttamente alla fase di iperpolarizzazione della traccia, la cui ampiezza in questo caso raggiunge 15 mV. L'iperpolarizzazione delle tracce è caratteristica di molte fibre nervose non pulpari di animali a sangue freddo e a sangue caldo. Nelle fibre nervose mielinizzate, i potenziali in traccia sono più complessi. Una traccia di depolarizzazione può trasformarsi in una traccia di iperpolarizzazione, quindi a volte si verifica una nuova depolarizzazione, solo dopo la quale il potenziale di riposo viene completamente ripristinato. I potenziali in tracce, in misura molto maggiore rispetto ai picchi dei potenziali d'azione, sono sensibili ai cambiamenti nel potenziale di riposo iniziale, nella composizione ionica dell'ambiente, nell'apporto di ossigeno alla fibra, ecc.

Una caratteristica dei potenziali in traccia è la loro capacità di cambiare durante il processo degli impulsi ritmici (Fig. 5).

MECCANISMO IONICO D'AZIONE POTENZIALE ASPETTO

Il potenziale d'azione si basa su cambiamenti nella permeabilità ionica della membrana cellulare che si sviluppano sequenzialmente nel tempo.

Come notato, a riposo la permeabilità della membrana al potassio supera la sua permeabilità al sodio. Di conseguenza, il flusso di K+ dal citoplasma nella soluzione esterna supera il flusso di Na+ diretto in senso opposto. Pertanto, il lato esterno della membrana a riposo ha un potenziale positivo rispetto a quello interno.

Quando una cellula è esposta ad una sostanza irritante, la permeabilità della membrana al Na+ aumenta notevolmente e alla fine diventa circa 20 volte maggiore della permeabilità al K+. Pertanto, il flusso di Na+ dalla soluzione esterna nel citoplasma comincia a superare la corrente di potassio in uscita. Ciò porta ad un cambiamento nel segno (inversione) del potenziale di membrana: il contenuto interno della cellula si carica positivamente rispetto alla sua superficie esterna. Questa variazione del potenziale di membrana corrisponde alla fase ascendente del potenziale d'azione (fase di depolarizzazione).

L'aumento della permeabilità della membrana al Na+ dura solo per un tempo molto breve. Successivamente la permeabilità della membrana diminuisce nuovamente per il Na+ e aumenta per il K+.

Il processo che ha portato al declino precedente Fig. 6. L'andamento temporale dei cambiamenti nell'aumento della permeabilità al sodio (g) del sodio e della permeabilità al potassio (gk) della membrana gigante è chiamato inattivazione del sodio. assone del calamaro durante la generazione del potenziale Come risultato dell'inattivazione, il Na+ fluisce nel cialis d'azione (V).

il citoplasma è bruscamente indebolito. Un aumento della permeabilità al potassio provoca un aumento del flusso di K+ dal citoplasma alla soluzione esterna. Come risultato di questi due processi, avviene la ripolarizzazione della membrana: il contenuto interno della cellula acquisisce nuovamente una carica negativa rispetto alla soluzione esterna. Questa variazione di potenziale corrisponde alla fase discendente del potenziale d'azione (fase di ripolarizzazione).

Uno degli argomenti importanti a favore della teoria del sodio sull'origine dei potenziali d'azione era il fatto che la sua ampiezza dipendeva strettamente dalla concentrazione di Na+ nella soluzione esterna.

Esperimenti su fibre nervose giganti perfuse dall'interno con soluzioni saline hanno fornito una conferma diretta della correttezza della teoria del sodio. È stato accertato che quando l'assoplasma viene sostituito con una soluzione salina ricca di K+, la membrana fibrosa non solo mantiene il normale potenziale di riposo, ma conserva per lungo tempo la capacità di generare centinaia di migliaia di potenziali d'azione di normale ampiezza. Se il K+ nella soluzione intracellulare viene parzialmente sostituito da Na+ e quindi riduce il gradiente di concentrazione di Na+ tra l'ambiente esterno e la soluzione interna, l'ampiezza del potenziale d'azione diminuisce drasticamente. Quando il K+ viene completamente sostituito dal Na+, la fibra perde la capacità di generare potenziali d'azione.

Questi esperimenti non lasciano dubbi sul fatto che la membrana superficiale sia effettivamente il sito di potenziali fenomeni sia a riposo che durante l'eccitazione. Diventa ovvio che la differenza nelle concentrazioni di Na+ e K+ all'interno e all'esterno della fibra è la fonte della forza elettromotrice che provoca la comparsa del potenziale di riposo e del potenziale d'azione.

Nella fig. La Figura 6 mostra i cambiamenti nella permeabilità della membrana al sodio e al potassio durante la generazione del potenziale d'azione nell'assone gigante del calamaro. Relazioni simili si verificano in altre fibre nervose, nei corpi delle cellule nervose e nelle fibre muscolari scheletriche dei vertebrati. Nei muscoli scheletrici dei crostacei e nella muscolatura liscia dei vertebrati gli ioni Ca2+ svolgono un ruolo di primo piano nella genesi della fase ascendente del potenziale d'azione. Nelle cellule del miocardio, l’aumento iniziale del potenziale d’azione è associato ad un aumento della permeabilità di membrana per il Na+, mentre il plateau del potenziale d’azione è dovuto ad un aumento della permeabilità di membrana per gli ioni Ca2+.

SULLA NATURA DELLA PERMEABILITÀ IONICA DELLA MEMBRANA. CANALI IONICI

I cambiamenti considerati nella permeabilità ionica della membrana durante la generazione di un potenziale d'azione si basano sui processi di apertura e chiusura di canali ionici specializzati nella membrana, che hanno due importanti proprietà: 1) selettività verso determinati ioni; 2) eccitabilità elettrica, cioè la capacità di aprirsi e chiudersi in risposta a cambiamenti nel potenziale di membrana. Il processo di apertura e chiusura di un canale è di natura probabilistica (il potenziale di membrana determina solo la probabilità che il canale si trovi in ​​uno stato aperto o chiuso).

Come le pompe ioniche, i canali ionici sono formati da macromolecole proteiche che penetrano nel doppio strato lipidico della membrana. La struttura chimica di queste macromolecole non è stata ancora decifrata, quindi le idee sull'organizzazione funzionale dei canali sono ancora costruite principalmente indirettamente - sulla base dell'analisi dei dati ottenuti dallo studio dei fenomeni elettrici nelle membrane e dell'influenza di vari agenti chimici (tossine, enzimi, farmaci, ecc.) sui canali.). È generalmente accettato che il canale ionico sia costituito dal sistema di trasporto stesso e dal cosiddetto meccanismo di gating (“gate”), controllato dal campo elettrico della membrana. Il “cancello” può trovarsi in due posizioni: è completamente chiuso o completamente aperto, quindi la conducibilità di un singolo canale aperto è un valore costante.

La conduttività totale della membrana per un particolare ione è determinata dal numero di canali aperti simultaneamente permeabili a un dato ione.

Questa posizione può essere scritta come segue:

dove gi è la permeabilità totale della membrana agli ioni intracellulari; N è il numero totale di canali ionici corrispondenti (in una data regione della membrana); a - è la percentuale di canali aperti; y è la conduttività di un singolo canale.

In base alla loro selettività, i canali ionici elettricamente eccitabili delle cellule nervose e muscolari sono suddivisi in sodio, potassio, calcio e cloruro. Questa selettività non è assoluta:

il nome del canale indica solo lo ione per il quale il canale è maggiormente permeabile.

Attraverso canali aperti, gli ioni si muovono lungo la concentrazione e i gradienti elettrici. Questi flussi ionici portano a cambiamenti nel potenziale di membrana, che a sua volta cambia il numero medio di canali aperti e, di conseguenza, l'entità delle correnti ioniche, ecc. Questa connessione circolare è importante per la generazione di un potenziale d'azione, ma lo rende impossibile quantificare la dipendenza delle conduttanze ioniche dall'entità del potenziale generato. Per studiare questa dipendenza viene utilizzato il “metodo della fissazione potenziale”. L'essenza di questo metodo è mantenere forzatamente il potenziale di membrana a qualsiasi livello. Pertanto, applicando alla membrana una corrente uguale in grandezza, ma di segno opposto alla corrente ionica che passa attraverso canali aperti, e misurando questa corrente a potenziali diversi, i ricercatori sono in grado di tracciare la dipendenza del potenziale dalle conduttività ioniche della membrana (Fig. 7). Andamento temporale dei cambiamenti nella permeabilità della membrana del sodio (gNa) e del potassio (gK) in seguito alla depolarizzazione della membrana dell'assone di 56 mV.

a - le linee continue mostrano permeabilità durante la depolarizzazione a lungo termine e le linee tratteggiate - durante la ripolarizzazione della membrana dopo 0,6 e 6,3 ms; b dipendenza del valore di picco della permeabilità del sodio (gNa) e del livello stazionario della permeabilità del potassio (gK) dal potenziale di membrana.

Riso. 8. Rappresentazione schematica di un canale del sodio elettricamente eccitabile.

Il canale (1) è formato da una macromolecola della proteina 2), la cui parte ristretta corrisponde ad un “filtro selettivo”. Il canale ha “porte” di attivazione (m) e di inattivazione (h) che sono controllate dal campo elettrico della membrana. Al potenziale di riposo (a), la posizione più probabile è “chiusa” per il cancello di attivazione e la posizione “aperta” per il cancello di inattivazione. La depolarizzazione della membrana (b) porta alla rapida apertura del “gate” t e alla lenta chiusura del “gate” h”, pertanto, al momento iniziale della depolarizzazione, entrambe le coppie di “gate” sono aperte e gli ioni possono muoversi di conseguenza attraverso il canale. Ci sono sostanze con le loro concentrazioni di gradienti ionici ed elettrici. Con la continua depolarizzazione, il “cancello” di inattivazione si chiude e il canale entra nello stato di inattivazione.

brane. Per isolare dalla corrente ionica totale che scorre attraverso la membrana i suoi componenti corrispondenti ai flussi di ioni, ad esempio attraverso i canali del sodio, vengono utilizzati agenti chimici che bloccano specificamente tutti gli altri canali. Procedere di conseguenza quando si misurano le correnti di potassio o calcio.

Nella fig. La Figura 7 mostra i cambiamenti nella permeabilità al sodio (gNa) e al potassio (gK) della membrana della fibra nervosa durante la depolarizzazione fissa. Come notato, i valori gNa e gK riflettono il numero di canali del sodio o del potassio aperti contemporaneamente.

Come si può vedere, gNa ha raggiunto rapidamente il massimo in una frazione di millisecondo e poi ha iniziato lentamente a diminuire fino al livello iniziale. Dopo la fine della depolarizzazione, la capacità dei canali del sodio di riaprirsi viene gradualmente ripristinata nell'arco di decine di millisecondi.

Per spiegare questo comportamento dei canali del sodio, è stato suggerito che vi siano due tipi di “porte” in ciascun canale.

Attivazione rapida e inattivazione lenta. Come suggerisce il nome, l’aumento iniziale di gNa è associato all’apertura della porta di attivazione (il “processo di attivazione”), e la successiva caduta di gNa, durante la depolarizzazione della membrana in corso, è associata alla chiusura della porta di inattivazione (il “processo di inattivazione”).

Nella fig. 8, 9 raffigurano schematicamente l'organizzazione del canale del sodio, facilitando la comprensione delle sue funzioni. Il canale ha espansioni esterne ed interne (“bocche”) e una breve sezione ristretta, il cosiddetto filtro selettivo, in cui i cationi vengono “selezionati” in base alle loro dimensioni e proprietà. A giudicare dalla dimensione del catione più grande che penetra attraverso il canale del sodio, l'apertura del filtro non è inferiore a 0,3-0 nm. Passando attraverso il filtro fig. 9. Stato di sodio e potassio Gli ioni ka Na+ perdono parte del loro guscio di idratazione. nali in varie fasi di potenziali di azione-Attivazione (t) e inattivazione (h) “furti (diagramma). Spiegazione nel testo.

ta* si trovano nella regione dell'estremità interna del canale del sodio, con la “porta” h rivolta verso il citoplasma. Questa conclusione è stata raggiunta sulla base del fatto che l'applicazione di alcuni enzimi proteolitici (pronasi) sul lato interno della membrana elimina l'inattivazione del sodio (distrugge l'h-gate).

A riposo il "cancello" t è chiuso, mentre il "cancello" h è aperto. Durante la depolarizzazione, nel momento iniziale le "porte" t e h sono aperte: il canale è in uno stato conduttivo. Quindi il cancello di inattivazione si chiude e il canale viene inattivato. Dopo la fine della depolarizzazione, il "cancello" h si apre lentamente, il "cancello" t si chiude rapidamente e il canale ritorna al suo stato di riposo originale.

Uno specifico bloccante dei canali del sodio è la tetrodotossina, un composto sintetizzato nei tessuti di alcune specie di pesci e salamandre. Questo composto entra nella bocca esterna del canale, si lega ad alcuni gruppi chimici non ancora identificati e “intasa” il canale. Utilizzando tetrodotossina radioattivamente marcata, è stata calcolata la densità dei canali del sodio nella membrana. In cellule diverse, questa densità varia da decine a decine di migliaia di canali del sodio per micron quadrato di membrana.

L'organizzazione funzionale dei canali del potassio è simile a quella dei canali del sodio, le uniche differenze sono la loro selettività e la cinetica dei processi di attivazione e inattivazione.

La selettività dei canali del potassio è superiore a quella dei canali del sodio: per il Na+ i canali del potassio sono praticamente impermeabili; il diametro del loro filtro selettivo è di circa 0,3 nm. L'attivazione dei canali del potassio ha una cinetica più lenta di circa un ordine di grandezza rispetto all'attivazione dei canali del sodio (vedere Fig. 7). Durante 10 ms di depolarizzazione, gK non mostra tendenza all'inattivazione: l'inattivazione del potassio si sviluppa solo con depolarizzazione della membrana di più secondi.

Va sottolineato che tali relazioni tra i processi di attivazione e inattivazione dei canali del potassio sono caratteristiche solo delle fibre nervose. Nella membrana di molte cellule nervose e muscolari si trovano canali del potassio che vengono inattivati ​​in tempi relativamente brevi. Sono stati scoperti anche canali del potassio rapidamente attivati. Infine ci sono i canali del potassio che vengono attivati ​​non dal potenziale di membrana, ma dal Ca2+ intracellulare.

I canali del potassio sono bloccati dal catione organico tetraetilammonio e dalle aminopiridine.

I canali del calcio sono caratterizzati da una lenta cinetica di attivazione (millisecondi) e inattivazione (decine e centinaia di millisecondi). La loro selettività è determinata dalla presenza nella zona della bocca esterna di alcuni gruppi chimici che hanno una maggiore affinità per i cationi bivalenti: il Ca2+ si lega a questi gruppi e solo dopo passa nella cavità del canale. Per alcuni cationi bivalenti, l'affinità per questi gruppi è così grande che quando si legano ad essi, bloccano il movimento del Ca2+ attraverso il canale. Ecco come funziona Mn2+. I canali del calcio possono anche essere bloccati da alcuni composti organici (verapamil, nifedipina) utilizzati nella pratica clinica per sopprimere l'aumento dell'attività elettrica della muscolatura liscia.

Una caratteristica dei canali del calcio è la loro dipendenza dal metabolismo e, in particolare, dai nucleotidi ciclici (cAMP e cGMP), che regolano i processi di fosforilazione e defosforilazione delle proteine ​​dei canali del calcio.

La velocità di attivazione e inattivazione di tutti i canali ionici aumenta con l'aumentare della depolarizzazione della membrana; Di conseguenza, il numero di canali aperti contemporaneamente aumenta fino a un certo limite.

MECCANISMI DI CAMBIAMENTI DELLA CONDUTTIVITÀ IONICA

DURANTE LA GENERAZIONE DEL POTENZIALE D'AZIONE

È noto che la fase ascendente del potenziale d'azione è associata ad un aumento della permeabilità al sodio. Il processo di aumento di g Na si sviluppa come segue.

In risposta alla depolarizzazione iniziale della membrana causata dallo stimolo, solo un piccolo numero di canali del sodio si aprono. La loro apertura, tuttavia, provoca l'ingresso di un flusso di ioni Na+ nella cellula (corrente di sodio in ingresso), che aumenta la depolarizzazione iniziale. Ciò porta all'apertura di nuovi canali del sodio, cioè ad un ulteriore aumento del gNa, rispettivamente della corrente di sodio in entrata, e di conseguenza ad un'ulteriore depolarizzazione della membrana, che, a sua volta, provoca un aumento ancora maggiore del gNa, ecc. Un processo simile a una valanga circolare chiamato depolarizzazione rigenerativa (cioè autorinnovante).

Schematicamente può essere rappresentato come segue:

Teoricamente, la depolarizzazione rigenerativa dovrebbe terminare con un aumento del potenziale interno della cellula al valore del potenziale di Nernst di equilibrio per gli ioni Na+:

dove Na0+ è la concentrazione esterna e Nai+ è la concentrazione interna degli ioni Na+. Nel rapporto osservato, questo valore è il valore limite per il potenziale d'azione. In realtà, però, il potenziale di picco non raggiunge mai il valore ENa, in primo luogo perché la membrana al momento del picco del potenziale d'azione è permeabile non solo agli ioni Na+, ma anche agli ioni K+ (in misura molto minore). In secondo luogo l'aumento del potenziale d'azione al valore ENa viene contrastato da processi di ripristino che portano al ripristino della polarizzazione originaria (ripolarizzazione della membrana).

Tali processi sono una diminuzione del valore di gNa e un aumento del livello di g K. La diminuzione di gNa è dovuta al fatto che l'attivazione dei canali del sodio durante la depolarizzazione è sostituita dalla loro inattivazione; ciò porta ad una rapida diminuzione del numero di canali del sodio aperti. Allo stesso tempo, sotto l'influenza della depolarizzazione, inizia la lenta attivazione dei canali del potassio, causando un aumento del valore gk. Una conseguenza dell'aumento di gK è un aumento del flusso di ioni K+ che lasciano la cellula (corrente di potassio in uscita).

In condizioni di diminuzione del gNa associata all'inattivazione dei canali del sodio, la corrente in uscita degli ioni K+ porta alla ripolarizzazione della membrana o anche alla sua temporanea iperpolarizzazione (“traccia”), come avviene, ad esempio, nell'assone gigante del calamaro (vedi Fig. 4).

La ripolarizzazione della membrana porta a sua volta alla chiusura dei canali del potassio e, di conseguenza, ad un indebolimento della corrente del potassio in uscita. Allo stesso tempo, sotto l'influenza della ripolarizzazione, l'inattivazione del sodio viene lentamente eliminata:

il cancello di inattivazione si apre e i canali del sodio ritornano allo stato di riposo.

Nella fig. La Figura 9 mostra schematicamente lo stato dei canali del sodio e del potassio durante le varie fasi di sviluppo del potenziale d'azione.

Tutti gli agenti che bloccano i canali del sodio (tetrodotossina, anestetici locali e molti altri farmaci) riducono la pendenza e l'ampiezza del potenziale d'azione e, in misura maggiore, maggiore è la concentrazione di queste sostanze.

ATTIVAZIONE POMPA SODIO-POTASSIO

QUANDO ECCITATO

La comparsa di una serie di impulsi in una fibra nervosa o muscolare è accompagnata da un arricchimento del protoplasma in Na+ e da una perdita di K+. Per un assone di calamaro gigante con diametro di 0,5 mm, si calcola che durante un singolo impulso nervoso, circa 20.000 Na+ entrino nel protoplasma attraverso ogni micron quadrato di membrana e la stessa quantità di K+ esca dalla fibra. Di conseguenza, ad ogni impulso l'assone perde circa un milionesimo del suo contenuto totale di potassio. Sebbene queste perdite siano molto insignificanti, con la ripetizione ritmica degli impulsi, se sommate, dovrebbero portare a cambiamenti più o meno evidenti nei gradienti di concentrazione.

Tali cambiamenti di concentrazione dovrebbero svilupparsi particolarmente rapidamente nelle fibre nervose e muscolari sottili e nelle piccole cellule nervose che hanno un piccolo volume di citoplasma rispetto alla superficie. Ciò, tuttavia, è contrastato dalla pompa del sodio, la cui attività aumenta con l'aumento della concentrazione intracellulare di ioni Na+.

L'aumento del funzionamento della pompa è accompagnato da un aumento significativo dell'intensità dei processi metabolici che forniscono energia per il trasferimento attivo degli ioni Na+ e K+ attraverso la membrana. Ciò si manifesta con un aumento dei processi di degradazione e sintesi di ATP e creatina fosfato, un aumento del consumo di ossigeno da parte della cellula, un aumento della produzione di calore, ecc.

Grazie al funzionamento della pompa, la disuguaglianza delle concentrazioni di Na+ e K+ su entrambi i lati della membrana, che era stata interrotta durante l'eccitazione, viene completamente ripristinata. Va tuttavia sottolineato che la velocità di rimozione del Na+ dal citoplasma mediante una pompa è relativamente bassa: è circa 200 volte inferiore alla velocità di movimento di questi ioni attraverso la membrana lungo il gradiente di concentrazione.

Pertanto, in una cellula vivente esistono due sistemi per il movimento degli ioni attraverso la membrana (Fig. 10). Uno di questi viene effettuato lungo un gradiente di concentrazione ionica e non richiede energia, quindi è chiamato trasporto ionico passivo. È responsabile della formazione del potenziale di riposo e del potenziale d'azione e alla fine porta all'equalizzazione della concentrazione di ioni su entrambi i lati della membrana cellulare. Il secondo tipo di movimento degli ioni attraverso la membrana, che avviene contro un gradiente di concentrazione, consiste nel “pompare” ioni sodio dal citoplasma e “pompare” ioni potassio nella cellula. Questo tipo di trasporto ionico è possibile solo se viene consumata energia metabolica. Si chiama trasporto ionico attivo. È responsabile del mantenimento di una differenza costante nelle concentrazioni di ioni tra il citoplasma e il fluido che circonda la cellula. Il trasporto attivo è il risultato del lavoro della pompa del sodio, grazie alla quale viene ripristinata la differenza iniziale nelle concentrazioni di ioni, che viene interrotta ad ogni scoppio di eccitazione.

MECCANISMO DELL'IRRITAZIONE CELLULARE (FIBRA).

ELETTRO-SHOCK

In condizioni naturali, la generazione di un potenziale d'azione è causata dalle cosiddette correnti locali che si formano tra la sezione eccitata (depolarizzata) e quella di riposo della membrana cellulare. Pertanto, la corrente elettrica è considerata uno stimolo adeguato per le membrane eccitabili e viene utilizzata con successo negli esperimenti per studiare i modelli di comparsa dei potenziali d'azione.

L'intensità di corrente minima necessaria e sufficiente per avviare un potenziale d'azione è chiamata soglia, di conseguenza gli stimoli di intensità maggiore e minore sono indicati sottosoglia e soprasoglia. L'intensità della corrente di soglia (corrente di soglia), entro certi limiti, è inversamente proporzionale alla durata della sua azione. Esiste anche una certa pendenza minima dell'aumento della corrente, al di sotto della quale quest'ultima perde la capacità di provocare un potenziale d'azione.

Esistono due modi per applicare la corrente ai tessuti per misurare la soglia di stimolazione e, quindi, per determinarne l'eccitabilità. Nel primo metodo - extracellulare - entrambi gli elettrodi vengono posizionati sulla superficie del tessuto irritato. Si presuppone convenzionalmente che la corrente applicata entri nel tessuto nella regione dell'anodo ed esca nella regione del catodo (Fig. 1 1). Lo svantaggio di questo metodo di misurazione della soglia è la notevole ramificazione della corrente: solo una parte attraversa le membrane cellulari, mentre una parte si dirama negli spazi intercellulari. Di conseguenza, durante l'irritazione è necessario applicare una corrente di intensità molto maggiore di quella necessaria per provocare l'eccitazione.

Nel secondo metodo di fornitura di corrente alle cellule - intracellulare - un microelettrodo viene inserito nella cellula e un elettrodo regolare viene applicato sulla superficie del tessuto (Fig. 12). In questo caso, tutta la corrente passa attraverso la membrana cellulare, il che consente di determinare con precisione la corrente più piccola necessaria per provocare un potenziale d'azione. Con questo metodo di stimolazione, i potenziali vengono rimossi utilizzando un secondo microelettrodo intracellulare.

La corrente di soglia necessaria per provocare l'eccitazione di varie cellule con un elettrodo di stimolazione intracellulare è 10 - 7 - 10 - 9 A.

In condizioni di laboratorio e in alcuni studi clinici, per irritare nervi e muscoli vengono utilizzati stimoli elettrici di varie forme: rettangolari, sinusoidali, crescenti in modo lineare ed esponenziale, shock induttivi, scariche di condensatori, ecc.

Il meccanismo dell'effetto irritante della corrente per tutti i tipi di stimoli è in linea di principio lo stesso, ma nella sua forma più distinta si manifesta quando si utilizza la corrente continua.

EFFETTO DELLA CORRENTE CC SUL TESSUTO ECCITABILE

Legge polare dell'irritazione Quando un nervo o un muscolo è irritato dalla corrente continua, l'eccitazione avviene nel momento in cui la corrente continua si chiude solo sotto il catodo e nel momento in cui si apre solo sotto l'anodo. Questi fatti sono riuniti sotto il nome di legge polare dell'irritazione, scoperta da Pflueger nel 1859. La legge polare è dimostrata dai seguenti esperimenti. L'area del nervo sotto uno degli elettrodi viene uccisa e il secondo elettrodo viene installato sull'area non danneggiata. Se il catodo entra in contatto con la zona non danneggiata, l'eccitazione avviene nel momento in cui la corrente si chiude; se il catodo è installato su una zona danneggiata e l'anodo su una zona non danneggiata, l'eccitazione avviene solo quando viene interrotta la corrente. La soglia di irritazione durante l'apertura, quando l'eccitazione avviene sotto l'anodo, è significativamente più elevata che durante la chiusura, quando l'eccitazione avviene sotto il catodo.

Lo studio del meccanismo dell'azione polare della corrente elettrica è diventato possibile solo dopo lo sviluppo del metodo descritto di introduzione simultanea di due microelettrodi nelle cellule: uno per la stimolazione, l'altro per la rimozione dei potenziali. Si è scoperto che un potenziale d'azione si verifica solo se il catodo è all'esterno e l'anodo è all'interno della cella. Con la disposizione inversa dei poli, ovvero anodo esterno e catodo interno, quando la corrente è interrotta non si verifica eccitazione. Presentazione aziendale Presentazione aziendale “Sistemi energetici integrati”: un nuovo approccio all’energia Luglio 2005 Presentazione aziendale Informazioni su IES- Holding La società privata CJSC IES (Sistemi energetici integrati) è stata creata nel dicembre 2002 per implementare programmi di investimento strategici nel settore energetico russo. Nei due anni della sua esistenza, CJSC IES ha investito circa 300 milioni di dollari nel settore energetico. CJSC IES rappresenta gli interessi degli azionisti che possiedono...”

“Ministero dell'Istruzione della Repubblica di Bielorussia Associazione educativa e metodologica delle università della Repubblica di Bielorussia per l'insegnamento delle scienze naturali APPROVATO dal Primo Vice Ministro dell'Istruzione della Repubblica di Bielorussia A.I. Zhuk _ 2009 N. di registrazione TD -/tipo. CHIMICA FISICA Curriculum tipico per gli istituti di istruzione superiore nella specialità: 1-31 05 01 Chimica (in aree) Aree di specialità: 1-31 05 01-01 attività scientifiche e produttive 1-31 05 01-02 attività scientifiche e pedagogiche... "

“Le registrazioni CO 6.018 vengono effettuate e utilizzate in CO 1.004 Fornite in CO 1.023. Istituto educativo di bilancio statale federale di istruzione professionale superiore Università agraria statale di Saratov intitolata a N.I. Vavilova Facoltà di Medicina Veterinaria e Biotecnologia ACCORDATO DA APPROVATO Preside della Facoltà della FVM e Vicerettore per gli affari accademici della BT Molchanov A.V. Larionov S.V. _ anno _ anno PROGRAMMA DI LAVORO (MODULARE) nella disciplina Organizzazione ed economia della veterinaria...”

“CONTENUTO 1 DISPOSIZIONI GENERALI 1.1 Il principale programma formativo professionale dell'istruzione superiore (OPOP HE) della laurea triennale, attuato dall'Università nel campo della formazione 080100.62 Economia e profilo formativo Bancario. 1.2 Documenti normativi per lo sviluppo dell'OPOP di laurea triennale nel campo di studio 080100.62 Profilo economico e formativo Bancario. 1.3 Caratteristiche generali dell'Università Laurea triennale OPOP HE 1.4 Requisiti per i candidati 2 CARATTERISTICHE PROFESSIONALI...”

“Ministero dell'Istruzione e della Scienza della Federazione Russa Istituto statale di istruzione professionale superiore Università statale di Altai APPROVATO dal Preside della Facoltà di Storia _ _ 2011 PROGRAMMA DI LAVORO per la disciplina Processi di integrazione mondiale e organizzazioni internazionali per la specialità Relazioni Internazionali Facoltà di Storia Dipartimento di Storia Generale e Relazioni Internazionali corso IV semestre 7 lezioni frontali 50 ore Esame del 7° semestre Lezioni pratiche (seminariali) 22 ore Ore totali 72 ore Indipendente lavoro 72 ore totali.. "

"UNIVERSITÀ STATALE DI MOSCA CHE DÀ IL NOME A M.V. LOMONOSOV FACOLTÀ DI GEOLOGIA Direzione GEOLOGIA Programma di Master CRISTALLOGRAFIA Dipartimento di CRISTALLOGRAFIA E CHIMICA DEL CRISTALLO LAVORO DI LAUREA Modellazione computerizzata della stabilità alle radiazioni di soluzioni solide di ossidi con una struttura perovskitica dinamica molecolare Modellazione computerizzata di ossidi di tipo perovskite soluzioni solide resistenza alle radiazioni con il metodo della dinamica molecolare Protasov Nikolay Mikhailovich Accademico dell'Accademia Russa delle Scienze,...”

“Istituto di istruzione di bilancio dello Stato federale di istruzione professionale superiore Università nazionale di ricerca di tecnologie dell'informazione, meccanica e ottica di San Pietroburgo HO APPROVATO Responsabile della direzione della formazione: Parfenov V.G., dottore in scienze tecniche, prof., preside del FITiP ELENCO DELLE DOMANDE D'ESAME per il corso di laurea magistrale Tecnologie dei supercomputer in Ricerca interdisciplinare Dipartimento di calcolo ad alte prestazioni Equazioni differenziali 1...."

“Istituzione educativa Università ecologica statale internazionale intitolata a A.D. Sakharov APPROVATO dal Vicerettore per gli affari accademici dell'Università economica statale di Mosca da cui prende il nome. INFERNO. Sakharova O.I. Rodkin 2013 Numero di registrazione UD -_/r. ECOLOGIA DELL'AMBIENTE URBANO Curriculum di un istituto di istruzione superiore nella disciplina accademica per specialità 1-33 01 01 Bioecologia Facoltà di Medicina Ambientale Dipartimento di Biologia Umana ed Ecologia Corso Semestre Lezioni frontali 24 ore Semestre esami Lezioni di laboratorio 12 ore Aula..."

“Ministero dell'Istruzione e della Scienza della Federazione Russa Istituto di istruzione di bilancio dello Stato federale di istruzione professionale superiore Università statale di sistemi di controllo e radioelettronica di Tomsk. (TUSUR) APPROVATO dal Prorettore agli Affari Accademici _ L.A. Bokov __ 2011 PROGRAMMA DI LAVORO Nella disciplina Programmazione (nome della disciplina) Per la formazione di specialisti nella specialità 220601.65 Gestione dell'innovazione e laureati nella specialità 220600.62...”

« dipendenti e dottorandi PROBLEMI ATTUALI DI ECOLOGIA ED EVOLUZIONE NELLA RICERCA DEI GIOVANI SCIENZIATI PROGRAMMA PRELIMINARE PER DISTRIBUZIONE CON LA SECONDA LETTERA INFORMATIVA RACCOLTA DOMANDE DI PARTECIPAZIONE FINO AL 24 FEBBRAIO, 23-25 ​​APRILE 2014 dalle 9.30 alle 19.00 IPEE RAS, Sala di Mosca della Sezione di Scienze Biologiche dell'Accademia Russa delle Scienze all'indirizzo: Mosca, Leninsky Prospekt, ..."

“preparazione delle riserve sportive per le squadre nazionali del Paese; maestri addestratori di sport di classe internazionale, maestri di sport della Russia, candidati a maestri di sport della Russia, atleti di prima categoria; essere un centro metodologico per la preparazione delle riserve olimpiche basato sullo sviluppo diffuso di questo sport; fornire assistenza alle scuole sportive per bambini e giovani nello sviluppo della specie..."

“PROGRAMMA DI CHIMICA GENERALE PER LA CLASSE DI PROFILO DELLA GBOU Istituzione educativa centrale n. 57 Scuola n. 57 Nota esplicativa Questo programma è destinato al gruppo specializzato in chimica della GBOU n. 57 Scuola n. 57 e definisce il contenuto del corso di formazione, attuato nel pieno rispetto della componente federale dello standard educativo statale. Il programma si basa sull'insieme didattico e metodologico di N.E. Kuznetsova, T.I. Litvinova e A.N. Levkina; Completamente soddisfatto..."

“MINISTERO DELLA SALUTE DELLA FEDERAZIONE RUSSA Istituto di istruzione statale di bilancio di istruzione professionale superiore Accademia medica statale di Orenburg del Ministero della sanità della Federazione Russa APPROVATO Vicerettore per il lavoro scientifico e clinico Professore N.P. Setko _20 PROGRAMMA DI LAVORO del lavoro di ricerca del principale programma educativo professionale di formazione professionale post-laurea (studi post-laurea) in ambito scientifico...”

“MINISTERO DELL'ISTRUZIONE E DELLA SCIENZA DELLA FEDERAZIONE RUSSA Istituto di istruzione di bilancio statale federale di istruzione professionale superiore UNIVERSITÀ PEDAGOGICA STATALE DI KRASNOYARSK dal nome. V.P. ASTAFIEV (Università pedagogica statale di Kazan intitolata a V.P. Astafiev) Istituto di educazione psicologica e pedagogica Programma di test di ammissione per i candidati alla scuola di specializzazione Direzione della preparazione 37/06/01 Scienze psicologiche Programma post-laurea Psicologia pedagogica Krasnoyarsk - 2014...”

“Il ballo di Vienna a Mosca, che si tiene ogni anno dal 2003, è il ballo più grande e famoso della Russia e uno dei balli più grandi del mondo. Ai balli viennesi di Mosca partecipano le star dell'arte classica mondiale e le migliori orchestre sinfoniche e jazz. Gli ospiti del ballo sono politici e diplomatici, figure culturali e scientifiche di spicco, rappresentanti della comunità imprenditoriale di Russia, Austria e altri paesi, che hanno l'opportunità non solo di godersi musica e balli, ma anche di stabilire nuovi..."

“2 Il curriculum si basa sul curriculum standard di odontoiatria ortopedica, approvato il 14 settembre 2010, registrazione n. TD-l.202 /tipo. Raccomandato per l'approvazione come curriculum (funzionante) in una riunione del Dipartimento di odontoiatria ortopedica del 31 agosto 2010 (verbale n. 1) Capo del dipartimento, professor S.A. Naumovich Approvato come curriculum (funzionante) dalla commissione metodologica di odontoiatria discipline dell’istituzione educativa bielorussa ..”

“Appendice 3 al PUP per l'anno accademico 2013-2014 Programmi didattici attuati per l'anno accademico 2013-2014. Classe Numero di materie Libri di testo Programmi di formazione PUP 1. Training Primer R.N Buneev UMK School-2100 1a.b 72 Lileva L.V. diploma Balass di Mosca, 2012 Balass di Mosca 2009 Malysheva O.A. auto R.N.Buneev UMK School-2 Lingua russa Buneev R.N. Mosca Balass, 2012 Mosca Balass 2009 auto. R.N.Buneev Una piccola porta per un grande complesso educativo Scuola-3 Mondo di lettura letteraria Mosca Balass 2009...”

"MINISTERO DELL'ISTRUZIONE E DELLA SCIENZA DELLA FEDERAZIONE RUSSA Università statale di Yaroslavl da cui prende il nome. P.G. Demidova Facoltà di Scienze Sociali e Politiche APPROVATO dal Vicerettore per lo Sviluppo Educativo _E.V Sapir _2012 Programma di lavoro della disciplina della formazione professionale post-laurea (studi post-laurea) Storia e filosofia della scienza nella specialità degli scienziati 09.00.11 Filosofia sociale Yaroslavl 2012 2 Obiettivi della padronanza della disciplina Storia e scienza filosofica 1. Lo scopo della padronanza della disciplina Storia...”

“Istituto di istruzione di bilancio statale federale di istruzione professionale superiore PROGRAMMA DI LAVORO DELL'UNIVERSITÀ TECNICA STATALE DI OMSK nella disciplina Prezzi (B.Z.V02.) direzione 080100.62 Profilo economico: Commercio Sviluppato in conformità con OOP nella direzione della preparazione universitaria 080100.62 Profilo economico K ommercia. I Il programma è stato redatto da: Professore Associato del Dipartimento di Economia e Organizzazione del Lavoro /// Lebedeva I.L. Sulla discussione nella riunione del dipartimento...”

“PROGRAMMA Creare un ambiente urbano confortevole a Perm 1 Una città è un organismo vivente e quando tutto è in ordine, è sana e funziona in modo efficace, e quindi è confortevole per i residenti. Ciò significa che: - la città offre alle persone lavoro e un buon reddito stabile; - la città si sta sviluppando (si stanno costruendo alloggi, strade, si stanno sviluppando affari, ecc.); - la città fornisce a una persona tutto il necessario (asili nido, scuole, ospedali, trasporti pubblici, tempo libero, ecc.); - la città ha un livello basso...”

Anno di emissione: 1985

Genere: Fisiologia

Formato: PDF

Qualità: Pagine digitalizzate

Descrizione: Sono trascorsi 12 anni dalla precedente edizione del libro di testo “Fisiologia umana”. È morto l'editore responsabile e uno degli autori del libro, l'accademico dell'Accademia delle scienze della SSR ucraina E.B. Babsky, secondo i cui manuali molte generazioni di studenti hanno studiato fisiologia.
Il team degli autori di questa pubblicazione comprende noti specialisti nelle sezioni pertinenti della fisiologia: membro corrispondente dell'Accademia delle scienze dell'URSS, prof. A.I. Shapovalov e il prof. Yu.V. Natochin (capo dei laboratori dell'Istituto di fisiologia e biochimica evolutiva I.M. Sechenov dell'Accademia delle scienze dell'URSS), prof. V.D. Glebovsky (capo del Dipartimento di Fisiologia, Istituto medico pediatrico di Leningrado), prof. A.E. Kogan (Capo del Dipartimento di Fisiologia Umana e Animale e Direttore dell'Istituto di Neurocibernetica dell'Università Statale di Rostov), ​​prof. G.F. Korotko (Capo del Dipartimento di Fisiologia, Istituto medico Andijan), prf. V.M. Pokrovsky (capo del Dipartimento di Fisiologia, Kuban Medical Institute), prof. BI. Khodorov (capo del laboratorio dell'Istituto di chirurgia A.V. Vishnevsky dell'Accademia delle scienze mediche dell'URSS), prof. I.A. Shevelev (capo del laboratorio dell'Istituto di attività nervosa superiore e neurofisiologia dell'Accademia delle scienze dell'URSS).
Nel corso del tempo sono apparsi numerosi nuovi fatti, punti di vista, teorie, scoperte e direzioni della nostra scienza. A questo proposito, 9 capitoli di questa edizione hanno dovuto essere riscritti, mentre i restanti 10 capitoli hanno dovuto essere rivisti e integrati. Allo stesso tempo, per quanto possibile, gli autori hanno cercato di preservare il testo di questi capitoli.
La nuova sequenza di presentazione del materiale, così come la sua combinazione in quattro sezioni principali, è dettata dal desiderio di dare alla presentazione armonia logica, coerenza e, per quanto possibile, evitare duplicazioni del materiale.
Il contenuto del libro di testo “Fisiologia umana” corrisponde al programma di fisiologia approvato nel 1981. Commenti critici sul progetto e sul programma stesso, espressi nella risoluzione dell'Ufficio del Dipartimento di Fisiologia dell'Accademia delle Scienze dell'URSS (1980) e nella Riunione pan-sindacale dei capi dei dipartimenti di fisiologia delle università mediche (Suzdal, 1982 ), sono stati presi in considerazione. In conformità con il programma, il libro di testo “Fisiologia umana” ha introdotto i capitoli che mancavano nell’edizione precedente: “Caratteristiche dell’attività nervosa superiore dell’uomo” e “Elementi di fisiologia del lavoro, meccanismi di allenamento e adattamento”, e sezioni che trattano questioni di particolare biofisica e cibernetica fisiologica furono ampliate. Gli autori hanno tenuto conto del fatto che nel 1983 è stato pubblicato un libro di testo di biofisica per gli studenti degli istituti medici (a cura del Prof. Yu.A. Vladimirov) e che elementi di biofisica e cibernetica sono presentati nel libro di testo dal Prof. A.N. Remizov “Fisica medica e biologica”.
A causa del volume limitato del libro di testo “Fisiologia umana”, purtroppo è stato necessario omettere il capitolo “Storia della fisiologia”, così come le escursioni nella storia nei singoli capitoli. Il capitolo 1 fornisce solo linee generali della formazione e dello sviluppo delle fasi principali della nostra scienza e mostra la sua importanza per la medicina.
I nostri colleghi hanno fornito grande assistenza nella creazione del libro di testo. All'incontro di tutta l'Unione a Suzdal (1982), la struttura fu discussa e approvata e furono forniti preziosi suggerimenti riguardo al contenuto del libro di testo. il prof. V.P. Skipetrov ha rivisto la struttura e curato il testo del capitolo 9 e, inoltre, ha scritto le sue sezioni relative alla coagulazione del sangue. il prof. V.S. Gurfikkel e R.S. La persona ha scritto la sottosezione del capitolo 6 “Regolamentazione degli spostamenti”. Ass. N.M. Malyshenko ha presentato alcuni nuovi materiali per il capitolo 8. Il Prof. ID. Boyenko e il suo staff hanno fornito molti commenti e suggerimenti utili in qualità di revisori.
Dipendenti del Dipartimento di Fisiologia MOLGMI intitolato a N.P. Pirogova prof. LA. Miyutina, professori associati I.A. Murashova, SA Sebastopoli, T.E. Kuznetsova, Ph.D. Mongush e L.M. Popov ha preso parte alla discussione del manoscritto di alcuni capitoli (vorremmo esprimere la nostra profonda gratitudine a tutti questi compagni.
Gli autori sono pienamente consapevoli che in un compito così difficile come la creazione di un libro di testo moderno, le carenze sono inevitabili e quindi saranno grati a chiunque faccia commenti e suggerimenti critici sul libro di testo.

LETTERATURA EDUCATIVA

Mosca “Medicina” 1985

Per gli studenti di medicina

persona

A cura di

membro-corr. Accademia delle scienze mediche dell'URSS G. I. KOSITS KO G"O

terza edizione,

rivisto e ampliato

Approvato dalla Direzione Principale delle Istituzioni Educative del Ministero della Salute dell'URSS come libro di testo per gli studenti degli istituti medici

>BK 28.903 F50

/DK 612(075.8) s

[E, B.BABSCII], V. D. GLEBOVSKY, A. B. KOGAN, G. F. KOROTKO,

GI KOSITSKY, V; M, POKROVSKY, Y. V. NATOCHIN, V. P. SKIPETROV, B. I. KHODOROV, A. I. SHAPOVALOV, I. ​​​​SHEVELEV

Recensore Y..D.Boyenko, prof., capo Dipartimento di Fisiologia Normale, Istituto medico di Voronezh dal nome. N. N. Burdenko

Regno Unito1 5L4

1yuednu «i--c; s ss ^ s *

Fisiologia umana/Ed. GI Kositsky - F50 3a ed., rivisto. e aggiuntivi - M.: "Medicina", 1985. 544 e., ill.

In corsia: 2 r. 20 mila 150.000 copie.

La terza edizione del libro di testo (la seconda è stata pubblicata nel 1972) è stata scritta in conformità con le conquiste della scienza moderna. Vengono presentati nuovi fatti e concetti, sono inclusi nuovi capitoli: "Caratteristiche dell'attività nervosa superiore dell'uomo", "Elementi di fisiologia del lavoro", meccanismi di allenamento e adattamento", le sezioni che trattano questioni di biofisica e cibernetica fisiologica sono state ampliate di nove capitoli del libro di testo sono stati ridisegnati, il resto è stato ampiamente rielaborato: .

Il libro di testo corrisponde al programma approvato dal Ministero della Salute dell'URSS ed è destinato agli studenti degli istituti di medicina.

f ^^00-241 BBK 28.903

039(01)-85

(6) Casa editrice “Medicina”, 1985

PREFAZIONE

Sono passati 12 anni dalla precedente edizione del libro di testo “Fisiologia umana”. L'editore responsabile e uno degli autori del libro, l'accademico dell'Accademia delle scienze della SSR ucraina E.B Babsky, secondo i cui manuali molte generazioni di studenti hanno studiato fisiologia , sono morti. -

Il team degli autori di questa pubblicazione comprende noti specialisti nelle sezioni pertinenti della fisiologia: membro corrispondente dell'Accademia delle scienze dell'URSS, prof. A.I. Shapovalov" e il Prof. Yu, V. Natochin (responsabili dei laboratori dell'Istituto di fisiologia e biochimica evolutiva I.M. Sechenov dell'Accademia delle scienze dell'URSS), Prof. V.D. Glebovsky (capo del Dipartimento di fisiologia dell'Istituto medico pediatrico di Leningrado ) ; prof. , A.B. Kogan (Capo del Dipartimento di Fisiologia Umana e Animale e Direttore dell'Istituto di Neurocibernetica dell'Università Statale di Rostov), ​​prof. G. F. Korotks (Capo del Dipartimento di Fisiologia, Andijan Medical Institute), pr. V.M. Pokrovsky (capo del Dipartimento di Fisiologia, Kuban Medical Institute), prof. B.I. Khodorov (capo del laboratorio dell'Istituto di chirurgia A.V. Vishnevsky dell'Accademia delle scienze mediche dell'URSS), prof. I. A. Shevelev (capo del laboratorio dell'Istituto di attività nervosa superiore e neurofisiologia dell'Accademia delle scienze dell'URSS). - IO

Nel corso del tempo sono apparsi numerosi nuovi fatti, punti di vista, teorie, scoperte e direzioni della nostra scienza. A questo proposito, 9 capitoli di questa edizione hanno dovuto essere riscritti, mentre i restanti 10 capitoli hanno dovuto essere rivisti e integrati. Allo stesso tempo, per quanto possibile, gli autori hanno cercato di preservare il testo di questi capitoli.

La nuova sequenza di presentazione del materiale, così come la sua combinazione in quattro sezioni principali, è dettata dal desiderio di dare alla presentazione armonia logica, coerenza e, per quanto possibile, evitare duplicazioni del materiale. ■-

Il contenuto del libro di testo corrisponde al programma di fisiologia approvato nel 1981. Commenti critici sul progetto e sul programma stesso, espressi nella risoluzione dell'Ufficio di presidenza, Dipartimento di Fisiologia dell'Accademia delle Scienze dell'URSS (1980) e nella Riunione pan-sindacale dei capi dei dipartimenti di fisiologia delle università mediche (Suzdal, 1982) , sono stati presi in considerazione. Secondo il programma, nel libro di testo sono stati introdotti i capitoli che mancavano nell'edizione precedente: "Caratteristiche dell'attività nervosa superiore dell'uomo" e "Elementi di fisiologia del lavoro, meccanismi di allenamento e adattamento" e sezioni che trattano questioni di particolare biofisica e la cibernetica fisiologica fu ampliata. Gli autori hanno tenuto conto del fatto che nel 1983 è stato pubblicato un libro di testo di biofisica per gli studenti degli istituti medici (a cura del Prof. Yu A. Vladimirov) e che gli elementi di biofisica e cibernetica sono presentati nel libro di testo del Prof. A.N. Remizov “Fisica medica e biologica”.

A causa del volume limitato del libro di testo, purtroppo è stato necessario omettere il capitolo “Storia della fisiologia”, così come le escursioni nella storia nei singoli capitoli. Il capitolo 1 fornisce solo linee generali della formazione e dello sviluppo delle fasi principali della nostra scienza e mostra la sua importanza per la medicina.

I nostri colleghi hanno fornito grande assistenza nella creazione del libro di testo. All'incontro di tutta l'Unione a Suzdal (1982), la struttura fu discussa e approvata e furono forniti preziosi suggerimenti riguardo al contenuto del libro di testo. il prof. V.P. Skipetrov ha rivisto la struttura e curato il testo del 9° capitolo e, inoltre, ha scritto le sue sezioni relative alla coagulazione del sangue. il prof. V. S. Gurfinkel e R. S. Person hanno scritto la sottosezione del sesto capitolo “Regolamentazione dei movimenti”. Ass. N. M. Malyshenko ha presentato alcuni nuovi materiali per il capitolo 8. Il Prof. I.D.Boenko e il suo staff hanno espresso molti commenti e suggerimenti utili come revisori.

Dipendenti del Dipartimento di Fisiologia II MOLGMI intitolato a N. I. Pirogova prof. L. A. M. iyutina, i professori associati I. A. Murashova, S. A. Sevastopolskaya, T. E. Kuznetsova, candidata alle scienze mediche / V. I. Mongush e L. M. Popova hanno preso parte alla discussione del manoscritto di alcuni capitoli (vorremmo esprimere la nostra profonda gratitudine a tutti questi compagni.

Gli autori sono pienamente consapevoli che in un compito così difficile come la creazione di un libro di testo moderno, le carenze sono inevitabili e quindi saranno grati a chiunque faccia commenti e suggerimenti critici sul libro di testo. "

Membro corrispondente dell'Accademia delle scienze mediche dell'URSS, prof. GI KOSITSKY

Capitolo 1 (-v

FISIOLOGIA E SUA IMPORTANZA

Fisiologia(da rpew.physis - natura e logos - insegnamento) - la scienza dell'attività vitale dell'intero organismo e delle sue singole parti: cellule, tessuti, organi, sistemi funzionali. La fisiologia cerca di rivelare i meccanismi delle funzioni di un organismo vivente, la loro relazione reciproca, la regolazione e l'adattamento all'ambiente esterno, l'origine e la formazione nel processo di evoluzione e sviluppo individuale dell'individuo

I modelli fisiologici si basano su dati sulla struttura macro e microscopica di organi e tessuti, nonché sui processi biochimici e biofisici che si verificano nelle cellule, negli organi e nei tessuti. La fisiologia sintetizza informazioni specifiche ottenute da anatomia, istologia, citologia, biologia molecolare, biochimica, biofisica e altre scienze, combinandole in un unico sistema di conoscenza del corpo. Pertanto, la fisiologia è una scienza che svolge approccio sistemico, cioè lo studio del corpo e di tutti i suoi elementi come sistemi. Utilizzando un approccio sistematico, indirizziamo il ricercatore, prima di tutto, a rivelare l'integrità dell'oggetto e i suoi meccanismi di supporto, cioè a identificare diversi tipi di connessioni oggetto complesso e riducendoli a quadro teorico unitario.

Un oggetto studiare la fisiologia - un organismo vivente, il cui funzionamento nel suo insieme non è il risultato di una semplice interazione meccanica delle sue parti costitutive. L'integrità dell'organismo non deriva dall'influenza di qualche entità sovramateriale, che soggioga indiscutibilmente tutte le strutture materiali dell'organismo. Interpretazioni simili dell’integrità dell’organismo esistevano ed esistono tuttora sotto forma di un meccanicismo limitato ( metafisico) o idealistico non meno limitato ( vitalistico) approccio allo studio dei fenomeni della vita. Gli errori inerenti a entrambi gli approcci possono essere superati solo studiando questi problemi posizioni dialettico-materialiste. Pertanto, i modelli di attività dell’organismo nel suo insieme possono essere compresi solo sulla base di una visione del mondo coerentemente scientifica. Da parte sua, lo studio delle leggi fisiologiche fornisce un ricco materiale fattuale che illustra una serie di disposizioni del materialismo dialettico. La connessione tra fisiologia e filosofia è quindi bidirezionale.

Fisiologia e medicina /

Rivelando i meccanismi fondamentali che garantiscono l'esistenza di un intero organismo e la sua interazione con l'ambiente, la fisiologia permette di chiarire e studiare le cause, le condizioni e la natura dei disturbi e l'attività di questi meccanismi durante la malattia. Aiuta a determinare i modi e i mezzi per influenzare il corpo, con l'aiuto dei quali le sue funzioni possono essere normalizzate, ad es. ripristinare la salute. Quindi la fisiologia è basi teoriche della medicina, fisiologia e medicina sono inseparabili." Il medico valuta la gravità della malattia in base al grado di disturbi funzionali, cioè in base all'entità delle deviazioni dalla norma di un numero di funzioni fisiologiche. Attualmente, tali deviazioni vengono misurate e valutate quantitativamente. Funzionale Gli studi (fisiologici) sono la base della diagnosi clinica, nonché un metodo per valutare l'efficacia del trattamento e la prognosi delle malattie. Esaminando il paziente, stabilendo il grado di compromissione delle funzioni fisiologiche, il medico si pone il compito di restituire e +funzioni normali.

Tuttavia, l’importanza della fisiologia per la medicina non si limita a questo. Lo studio delle funzioni di vari organi e sistemi lo ha reso possibile simulare Queste funzioni vengono eseguite con l'aiuto di dispositivi, dispositivi e dispositivi creati da mani umane. In questo modo il artificiale rene (macchina per emodialisi). Sulla base dello studio della fisiologia del ritmo cardiaco è stato creato un dispositivo per Electr sulla stimolazione cuore, garantendo la normale attività cardiaca e la possibilità di tornare al lavoro per i pazienti con gravi danni cardiaci. Manufatto cuore artificiale e dispositivi circolazione sanguigna artificiale(lavorazione “cuore-polmone”) ^consentendo di spegnere il cuore del paziente durante un intervento chirurgico complesso al cuore. Esistono dispositivi per defib-1lazioni, che ripristinano la normale attività cardiaca in caso di violazioni fatali -> 1X della funzione contrattile del muscolo cardiaco.

La ricerca nel campo della fisiologia respiratoria ha permesso di costruire un sistema controllato respirazione artificiale("polmoni di ferro") Sono stati creati dispositivi con l'aiuto dei quali è possibile interrompere la respirazione del paziente per lungo tempo in condizioni di terapia, oppure: per anni per mantenere la vita del corpo in caso di danni al sistema respiratorio. La conoscenza delle leggi fisiologiche dello scambio e del trasporto del gas ha contribuito a creare installazioni per ossigenazione iperbarica. Viene utilizzato per lesioni mortali del sistema: il sangue, così come i sistemi respiratorio e cardiovascolare e, sulla base delle leggi della fisiologia del cervello, sono stati sviluppati metodi per una serie di operazioni neurochirurgiche complesse. Pertanto, gli elettrodi vengono impiantati nel coclea di una persona sorda, secondo la quale gli impulsi elettrici provenienti da ricevitori sonori artificiali, che in una certa misura ripristinano l'udito":

Questi sono solo alcuni esempi dell'uso delle leggi della fisiologia in clinica, ma il significato della nostra scienza va ben oltre i confini della semplice medicina medica.

Il ruolo della fisiologia è garantire la vita e l'attività umana in varie condizioni

Lo studio della fisiologia è necessario per la fondatezza scientifica e la creazione di condizioni per uno stile di vita sano che prevenga le malattie. I modelli fisiologici sono la base organizzazione scientifica del lavoro nella produzione moderna. Physiojugia ha permesso di sviluppare una base scientifica per vari modalità di allenamento individuali e carichi sportivi che sono alla base dei risultati sportivi moderni - 1 °. E non solo sportivo. Se devi mandare una persona nello spazio o prosciugarla dalle profondità dell'oceano, intraprendere una spedizione ai poli nord e sud, raggiungere le vette dell'Himalaya, esplorare la tundra, la taiga, il deserto, mettere una persona in condizioni di temperature estremamente alte o basse, spostamento in fusi orari diversi, ecc. condizioni climatiche, quindi la fisiologia aiuta a giustificare e garantire tutto necessario per la vita umana e il lavoro in condizioni così estreme..

Fisiologia e tecnologia

La conoscenza delle leggi della fisiologia era necessaria non solo per l'organizzazione scientifica, ma anche per aumentare la produttività del lavoro. Nel corso di miliardi di anni di evoluzione, è noto che la natura ha raggiunto la massima perfezione nella progettazione e nel controllo delle funzioni degli organismi viventi. L'uso nella tecnologia di principi, metodi e metodi che operano nel corpo apre nuove prospettive per il progresso tecnico. Pertanto, all'intersezione tra fisiologia e scienze tecniche, è nata una nuova scienza: bionica.

I successi della fisiologia hanno contribuito alla creazione di numerosi altri campi della scienza.

SVILUPPO DI METODI DI RICERCA FISIOLOGICA

La fisiologia è nata come scienza sperimentale. Tutto ottiene dati attraverso lo studio diretto dei processi vitali degli organismi animali e umani. Il fondatore della fisiologia sperimentale fu il famoso medico inglese William Harvey. v"

- “Trecento anni fa, in mezzo alla profonda oscurità e ora difficile immaginare la confusione che regnava nelle idee sulle attività degli organismi animali e umani, ma illuminata dall'inviolabile autorità del classico scientifico. eredità; Il medico William Harvey ha spiato una delle funzioni più importanti del corpo - la circolazione sanguigna e ha così gettato le basi per un nuovo dipartimento di conoscenza umana precisa - la fisiologia animale", ha scritto I.P. Pavlov. Tuttavia, per due secoli dopo la scoperta della circolazione sanguigna da parte di Harvey, lo sviluppo della fisiologia avvenne lentamente. È possibile elencare relativamente poche opere fondamentali dei secoli XVII-XVIII. Questa è l'apertura dei capillari(Malpighi), formulazione del principio .attività riflessa del sistema nervoso(Cartesio), misura della quantità pressione sanguigna(Hels), testo della legge conservazione della materia(M.V. Lomonosov), scoperta dell'ossigeno (Priestley) e comunanza dei processi di combustione e scambio di gas(Lavoisier), apertura " elettricità animale", cioè e . la capacità dei tessuti viventi di generare potenziali elettrici (Galvani) e alcuni altri lavori:

L'osservazione come metodo di ricerca fisiologica. Lo sviluppo relativamente lento della fisiologia sperimentale nel corso dei due secoli successivi al lavoro di Harvey è spiegato dal basso livello di produzione e sviluppo delle scienze naturali, nonché dalle difficoltà di studiare i fenomeni fisiologici attraverso la loro consueta osservazione. Questa tecnica metodologica è stata e rimane causa di numerosi errori, poiché lo sperimentatore deve condurre un esperimento, vedere e ricordare molte cose.

HjE. VVEDENSKY(1852-1922)

a: ludovico

: i tuoi processi e fenomeni complessi, il che è un compito difficile. Le difficoltà create dal metodo di semplice osservazione dei fenomeni fisiologici sono evidenziate in modo eloquente dalle parole di Harvey: “La velocità del movimento cardiaco non consente di distinguere come si verificano la sistole e la diastole, e quindi è impossibile sapere in quale momento / in cui si verificano l'espansione e la contrazione della parte. Infatti non sapevo distinguere la sistole dalla diastole, poiché in molti animali il cuore appare e scompare in un batter d'occhio, con la velocità del fulmine, quindi mi sembrava che una volta c'era la sistole e qui c'era la diastole, e un'altra volta è stato il contrario. C’è differenza e confusione in ogni cosa”.

In effetti, i processi fisiologici lo sono fenomeni dinamici. Sono in costante sviluppo e cambiamento. Pertanto è possibile osservare direttamente solo 1-2 o, nella migliore delle ipotesi, 2-3 processi. Tuttavia, per analizzarli, è necessario stabilire la relazione di questi fenomeni con altri processi che, con questo metodo di ricerca, rimangono inosservati. A questo proposito, la semplice osservazione dei processi fisiologici come metodo di ricerca è fonte di errori soggettivi. Di solito l'osservazione permette di stabilire solo il lato qualitativo dei fenomeni e rende impossibile studiarli quantitativamente.

Un'importante pietra miliare nello sviluppo della fisiologia sperimentale fu l'invenzione del chimografo e l'introduzione del metodo di registrazione grafica della pressione sanguigna da parte dello scienziato tedesco Karl Ludwig nel 1843.

Registrazione grafica dei processi fisiologici. Il metodo di registrazione grafica ha segnato una nuova tappa nella fisiologia. Ha permesso di ottenere una registrazione oggettiva del processo studiato, riducendo al minimo la possibilità di errori soggettivi. In questo caso, l'esperimento e l'analisi del fenomeno oggetto di studio potrebbero essere effettuati in due fasi: Durante l'esperimento stesso, il compito dello sperimentatore era ottenere registrazioni di alta qualità: curve. L’analisi dei dati ottenuti potrebbe essere effettuata successivamente, quando l’attenzione dello sperimentatore non sarà più distratta dall’esperimento. Il metodo di registrazione grafica ha permesso di registrare simultaneamente (in modo sincrono) non uno, ma diversi processi fisiologici (teoricamente un numero illimitato). "..

Molto presto dopo l'invenzione della registrazione della pressione sanguigna, furono proposti metodi per registrare le contrazioni cardiache e muscolari (Engelman) e fu introdotto un metodo; trasmissione soffocante (capsula di Marey), che ha permesso di registrare talvolta a notevole distanza dall'oggetto una serie di processi fisiologici nel corpo: movimenti respiratori del torace e della cavità addominale, peristalsi e cambiamenti nel tono dello stomaco e dell'intestino , eccetera. È stato proposto un metodo per registrare il tono vascolare (pletismografia Mosso), cambiamenti nel volume di vari organi interni - oncometria, ecc.

Ricerca sui fenomeni bioelettrici. Una direzione estremamente importante nello sviluppo della fisiologia è stata segnata dalla scoperta dell '"elettricità animale". Il classico “secondo esperimento” di Luigi Galvani dimostrò che i tessuti viventi sono una fonte di potenziali elettrici che possono agire sui nervi e sui muscoli di un altro organismo e provocare la contrazione muscolare. Da allora, per quasi un secolo, unico indicatore delle potenzialità generate dai tessuti viventi [potenziali bioelettrici), era una preparazione neuromuscolare della rana. Ha contribuito a scoprire i potenziali generati dal Cuore durante la sua attività (l'esperienza di K. Elliker e Müller), nonché la necessità di una continua generazione di potenziali elettrici per la costante contrazione dei Muscoli (l'esperienza della “rigenerazione secondaria”). Mateuchi). È diventato chiaro che i potenziali bioelettrici non sono fenomeni casuali (laterali) nell'attività dei tessuti viventi, ma segnali con l'aiuto dei quali i comandi vengono trasmessi nel corpo al sistema nervoso e da esso: ai muscoli e ad altri organi e quindi ai viventi! tessuti interagisco” tra loro utilizzando il “linguaggio elettrico”. „

È stato possibile comprendere questo “linguaggio” molto più tardi, dopo l’invenzione dei dispositivi fisici in grado di catturare i potenziali bioelettrici. Uno dei primi dispositivi del genere! c'era un semplice telefono. Il notevole fisiologo russo N.E. Vvedensky, usando il telefono, scoprì alcune delle più importanti proprietà fisiologiche dei nervi e dei muscoli. Utilizzando un telefono abbiamo potuto ascoltare i potenziali bioelettrici, cioè esplorare il loro percorso/osservazioni. Un passo avanti significativo è stata l'invenzione di una tecnica per la registrazione grafica oggettiva dei fenomeni bioelettrici. L'ha inventato il fisiologo olandese Einthoweg galvanometro a corda- un dispositivo che permetteva di registrare su carta fotografica i potenziali elettrici che si presentano durante l'attività del cuore - un elettrocardiogramma (ECG). Nel nostro paese, il pioniere di questo metodo è stato il più grande fisiologo, studente di I.M. Sechenov e I.P Pavlov, A.F. Samoilov, che ha lavorato per qualche tempo nel laboratorio Einthoven a Leida, ""

Ben presto l'autore ricevette una risposta da Einthoven, che scrisse: “Ho soddisfatto esattamente la tua richiesta e ho letto la lettera al galvanometro. Indubbiamente/ ha ascoltato e accettato con piacere e gioia tutto ciò che hai scritto. Non aveva idea di aver fatto così tanto per l'umanità. Ma nel momento in cui Zy dice di non saper leggere, improvvisamente si arrabbia... tanto che io e la mia famiglia ci siamo addirittura emozionati. Ha gridato: Cosa, non so leggere? Questa è una bugia terribile. Non sto leggendo tutti i segreti del cuore? "

In effetti, l'elettrocardiografia è passata molto presto dai laboratori fisiologici alla clinica come metodo molto avanzato per studiare le condizioni del cuore, e molti milioni di pazienti oggi devono la vita a questo metodo.

Successivamente, l'utilizzo di amplificatori elettronici ha permesso di realizzare elettrocardiografi compatti, mentre i metodi di telemetria consentono di registrare l'ECG degli astronauti in orbita, degli atleti in pista e dei pazienti in aree remote, da dove l'ECG viene trasmesso via telefono si collega a grandi istituti di cardiologia per un'analisi completa.

"La registrazione grafica oggettiva dei potenziali bioelettrici è servita come base per la sezione più importante della nostra scienza: elettrofisiologia. Un importante passo avanti fu la proposta del fisiologo inglese Adrian di utilizzare amplificatori elettronici per registrare i fenomeni biocentrici. Lo scienziato sovietico V.V Pravdicheminsky fu il primo a registrare le biocorrenti del cervello - le ricevette elettrocefalogramma(EEG). Questo metodo è stato successivamente migliorato dallo scienziato tedesco Ber-IpoM. Attualmente, l'elettroencefalografia è ampiamente utilizzata in clinica, così come la registrazione grafica dei potenziali elettrici dei muscoli (. elettromiografia ia), nervi e altri tessuti e organi eccitabili. Ciò ha permesso di condurre una valutazione approfondita dello stato funzionale di questi organi e sistemi. Per la fisiologia stessa, anche i metodi di striscio erano di grande importanza; hanno permesso di decifrare i meccanismi funzionali e strutturali dell'attività del sistema nervoso e di altri organi tissutali, i meccanismi di regolazione dei processi fisiologici.

Una pietra miliare importante nello sviluppo dell'elettrofisiologia è stata l'invenzione microelettrodi, e. gli elettrodi più sottili, il cui diametro della punta è pari a frazioni di micron. Tali elettrodi, mediante appositi dispositivi micromanipolatori, possono essere introdotti direttamente nella cellula e si possono registrare i potenziali bioelettrici a livello intracellulare. I microelettrodi hanno permesso di decifrare i meccanismi di generazione dei biopotenziali, vale a dire processi che avvengono nelle membrane cellulari. Le membrane sono le formazioni più importanti, poiché attraverso di esse vengono eseguiti i processi di interazione delle cellule nel corpo e dei singoli elementi della cellula tra loro. La scienza delle funzioni delle membrane biologiche - membranalogia -è diventata una branca importante della fisiologia.

Metodi di stimolazione elettrica di organi e tessuti. Una pietra miliare significativa nello sviluppo della fisiologia è stata l'introduzione del metodo di stimolazione elettrica di organi e tessuti. Gli organi e i tessuti viventi sono in grado di rispondere a qualsiasi influenza: termica, meccanica, chimica, ecc., La stimolazione elettrica per sua natura è la più vicina al "linguaggio naturale" con l'aiuto del quale i sistemi viventi si scambiano informazioni. Il fondatore di questo metodo fu il fisiologo tedesco Dubois-Reymond, che propose il suo famoso "apparato a slitta" (bobina di induzione) per la stimolazione elettrica dosata dei tessuti viventi.

Attualmente usano stimolatori elettronici, permettendoti di generare impulsi elettrici di qualsiasi forma, frequenza e forza. La stimolazione elettrica è diventata un metodo importante per studiare le funzioni di organi e tessuti. Questo metodo è ampiamente utilizzato anche in clinica. Sono stati sviluppati progetti di vari stimolatori elettronici che possono essere impiantati nel corpo. La stimolazione elettrica del cuore è diventata un modo affidabile per ripristinare il ritmo e le funzioni normali di questo organo vitale e ha riportato al lavoro centinaia di migliaia di persone. La stimolazione elettrica dei muscoli scheletrici è stata utilizzata con successo e sono in fase di sviluppo metodi di stimolazione elettrica di aree del cervello utilizzando elettrodi impiantati. Questi ultimi, utilizzando speciali dispositivi stereotake, vengono introdotti in centri nervosi rigorosamente definiti (con una precisione di frazioni di millimetro). Questo metodo, trasferito dalla fisiologia alla clinica, ha permesso di curare migliaia di pazienti neurologici gravi e di ottenere una grande quantità di dati importanti sui meccanismi del cervello umano (N. P. Bekhtereva). Ne abbiamo parlato non solo per dare un'idea di alcuni metodi di ricerca fisiologica, ma anche per illustrare l'importanza della fisiologia per la clinica. . .

Oltre a registrare potenziali elettrici, temperatura, pressione, movimenti meccanici e altri processi fisici, nonché i risultati dell'impatto di questi processi sul corpo, i metodi chimici sono ampiamente utilizzati in fisiologia.

Metodi chimiciV fisiologia. Il linguaggio dei segnali elettrici non è il più universale nel corpo. La più comune è l'interazione chimica dei processi vitali (catene di processi chimici, che si verificano nei tessuti viventi). Pertanto è nata una branca della chimica che studia questi processi: la chimica fisiologica. Oggi si è trasformata in una scienza indipendente: i dati del chimico rivelano i meccanismi molecolari dei processi fisiologici. Il fisiologo utilizza ampiamente metodi chimici nei suoi esperimenti, nonché metodi che sono sorti all'intersezione tra chimica, fisica e biologia. Questi metodi, ad esempio, hanno dato origine a nuovi rami della scienza biofisica, studiare il lato fisico dei fenomeni fisiologici.

Il fisiologo utilizza ampiamente il metodo degli atomi etichettati. La moderna ricerca fisiologica utilizza anche altri metodi presi in prestito dalle scienze esatte. Forniscono informazioni davvero preziose quando si analizzano determinati meccanismi di processi fisiologici. . ; ■

Registrazione elettrica di grandezze non elettriche. Progressi significativi nella fisiologia oggi sono associati all'uso della tecnologia radioelettronica. Fare domanda a sensori- convertitori di vari fenomeni e quantità non elettrici (movimento, pressione, temperatura, concentrazione di varie sostanze, ioni, ecc.) in potenziali elettrici, che vengono poi amplificati da quelli elettronici amplificatori e registrati oscilloscopi.È stato sviluppato un numero enorme di tipi diversi di tali dispositivi di registrazione, che consentono di registrare molti processi fisiologici su un oscilloscopio. Numerosi dispositivi sfruttano ulteriori influenze sul corpo (onde ultrasoniche o elettromagnetiche, vibrazioni elettriche ad alta frequenza, ecc.). In tali casi, registrare la variazione dei valori di questi parametri; influenze che modificano alcune funzioni fisiologiche. Il vantaggio di tali dispositivi è che il sensore-trasduttore può essere montato non sull'organo studiato, ma sulla superficie del corpo. Onde e vibrazioni che colpiscono il corpo* E eccetera. penetrano nel corpo e, dopo aver influenzato la funzione studiata, o "org.g" vengono registrati da un sensore, ad esempio, ad ultrasuoni flussometri, determinare la velocità del flusso sanguigno nei vasi, reografi E ripletismografi, registrazione dei cambiamenti nella quantità di afflusso di sangue alle varie parti del corpo e molti altri dispositivi. Il loro vantaggio è la capacità di studiare il corpo V in qualsiasi momento senza operazioni preliminari. Inoltre, tali studi non danneggiano il corpo. Metodi più moderni di ricerca fisiologica V La clinica si basa su questi principi. Nell'URSS, l'iniziatore dell'uso della tecnologia radioelettronica per la ricerca fisiologica fu l'accademico V.V. . "^

Un vantaggio significativo di tali metodi di registrazione è che il processo fisiologico viene convertito dal sensore in vibrazioni elettriche, e queste ultime possono essere amplificate e trasmesse via filo o radio a qualsiasi distanza dall'oggetto studiato telemetria, con l'aiuto del quale è possibile registrare in un laboratorio a terra i processi fisiologici nel corpo di un astronauta in orbita, di un pilota in volo, di un atleta, in autostrada, di un lavoratore durante il lavoro, ecc. La registrazione stessa non interferisce in alcun modo con le attività dei soggetti.

Tuttavia, quanto più approfondita è l’analisi dei processi, tanto maggiore sorge la necessità di sintesi, cioè di creazione, a partire da singoli elementi, di un quadro complessivo di “fenomeni”.

Il compito della fisiologia è, insieme all'approfondimento analisi implementare continuamente e sintesi, Dare una visione olistica del corpo come sistema. . ■<

Le leggi della fisiologia ci permettono di comprendere la reazione del corpo (come sistema integrale) e di tutti i suoi sottosistemi in determinate condizioni, sotto determinate influenze, ecc.! Pertanto, qualsiasi metodo per influenzare il corpo, prima di entrare nella pratica clinica, viene sottoposto a test approfonditi in esperimenti fisiologici.

Metodo sperimentale acuto. Il progresso della scienza è associato non solo allo sviluppo di tecnologie sperimentali e metodi di ricerca. Dipende in gran parte dall'evoluzione del pensiero dei fisiologi, dallo sviluppo di approcci metodologici e metodologici allo studio dei fenomeni fisiologici Dall'inizio fino agli anni '80 del secolo scorso, l'isiologia è rimasta una scienza analitico. Ha diviso il corpo in organi e sistemi separati e ha studiato la loro attività in isolamento. Il principale metodo metodologico della fisiologia analitica erano gli esperimenti su organi isolati, o cosiddetti esperienze acute. Inoltre, per avere accesso a “qualsiasi organo o sistema interno”, il fisiologo doveva impegnarsi nella vivisezione (taglio vivo). : 1"

L'animale fu legato ad una macchina e fu eseguita un'operazione complessa e dolorosa, era un lavoro duro, ma la scienza non conosceva altro modo per penetrare nelle profondità del corpo (non era solo il lato morale del problema. Crudele la tortura, le gradazioni insopportabili a cui è stato sottoposto l'Organismo, hanno gravemente violato il normale corso dei fenomeni fisiologici e non ci hanno permesso di comprendere l'essenza dei processi che si verificano normalmente in condizioni naturali." L'uso dell'anestesia, così come altri metodi di sollievo dal dolore, non ha aiutato in modo significativo. Fissazione dell'animale, esposizione a sostanze narcotiche, intervento chirurgico, perdita di sangue: tutto ciò ha completamente cambiato e interrotto il normale corso della vita. Si è formato un circolo vizioso per studiare l'uno o l'altro processo o funzione di un organo o sistema interno, era necessario penetrare nelle profondità dell'organo, e il tentativo stesso di tale penetrazione interrompeva il flusso dei processi vitali, per lo studio dei quali era stato intrapreso l'esperimento lo studio degli organi isolati non ha dato un'idea della loro vera funzione nelle condizioni di un intero organismo (danneggiato). "

Metodo dell'esperimento cronico. Il più grande merito della scienza russa nella storia della fisiologia è stato quello di essere una delle sue menti più talentuose e brillanti. i rappresentanti I.P. Tavlov sono riusciti a trovare una via d'uscita da questa impasse. I. P. Pavlov sperimentò molto dolorosamente gli svantaggi della fisiologia analitica e dell'esperimento acuto. Ha trovato il modo di guardare in profondità nel corpo senza violarne l'integrità. Questo era il metodo esperimento cronico, basato su "chirurgia fisiologica".

Su un animale anestetizzato, in condizioni di sterilità e nel rispetto delle regole della tecnica chirurgica, è stata precedentemente eseguita un'operazione complessa, che ha permesso di accedere all'uno o all'altro organo interno, è stata realizzata una “finestra” nell'organo sudorifero , è stato impiantato un tubo fistola o un tratto ghiandolare è stato estratto e suturato alla pelle. L'esperimento stesso è iniziato molti giorni dopo, quando la ferita è guarita, l'animale si è ripreso e, in termini di natura dei processi fisiologici, era praticamente. non diverso da uno normale e sano. Grazie alla fistola applicata è stato possibile studiare a lungo il decorso di alcuni processi fisiologici condizioni naturali di comportamento.■ . . . .

FISIOLOGIA DELL'INTERO ORGANISMO " ",

È noto che la scienza si sviluppa in base al successo dei metodi.

Il metodo dell'esperimento cronico di Pavlov ha creato una scienza fondamentalmente nuova: la fisiologia dell'intero organismo, fisiologia sintetica, che è stato in grado di identificare l'influenza dell'ambiente esterno sui processi fisiologici, rilevare cambiamenti nelle funzioni di vari organi e sistemi per garantire la vita del corpo in varie condizioni.

Con l'avvento dei moderni mezzi tecnici per studiare i processi vitali, è diventato possibile studiare senza interventi chirurgici preliminari funzioni di molti organi interni non solo negli animali, ma anche negli umani. La "chirurgia fisiologica" come tecnica metodologica in una serie di sezioni della fisiologia è stata soppiantata dai moderni metodi di esperimento senza sangue. Ma il punto non è in questa o quella specifica tecnica tecnica, ma nella metodologia del pensiero fisiologico. Pavlov

Cibernetica (dal greco. kyb" ernetike- arte del management) - la scienza della gestione dei processi automatizzati. I processi di controllo, come è noto, V vengono eseguiti da segnali che trasportano un certo informazione. Nel corpo tali segnali sono impulsi nervosi di natura elettrica, nonché varie sostanze chimiche;

La cibernetica studia i processi di percezione, codifica, elaborazione, archiviazione e riproduzione delle informazioni. Nel corpo esistono dispositivi e sistemi speciali per questi scopi (recettori, fibre nervose, cellule nervose, ecc.). 1 I dispositivi tecnici cibernetici hanno reso possibile la creazione Modelli, riprodurre alcune funzioni del sistema nervoso. Tuttavia, il funzionamento del cervello nel suo complesso non è ancora suscettibile di tale modellazione e sono necessarie ulteriori ricerche.

L'unione di cibernetica e fisiologia è nata solo tre decenni fa, ma durante questo periodo l'arsenale matematico e tecnico della cibernetica moderna ha fornito progressi significativi nello studio e nella modellazione dei processi fisiologici.

Matematica e informatica in fisiologia. La registrazione simultanea (sincrona) dei processi fisiologici consente l'analisi quantitativa e lo studio dell'interazione tra vari fenomeni. Ciò richiede metodi matematici precisi, il cui utilizzo ha segnato anche una nuova tappa importante nello sviluppo della fisiologia. La matematizzazione della ricerca consente l'uso dei computer elettronici in fisiologia. Ciò non solo aumenta la velocità di elaborazione delle informazioni, ma E rende possibile effettuare tale trattamento immediatamente al momento dell'esperimento, che consente di modificare il corso e gli obiettivi della ricerca stessa in funzione dei risultati ottenuti.

I. P. PAVLOV (1849-1936)

creò una nuova metodologia e la fisiologia si sviluppò come scienza sintetica e divenne organicamente intrinseca approccio sistemico. . "

Un organismo completo è indissolubilmente legato all'ambiente esterno che lo circonda, e quindi, come scrisse anche lui; I. M. Sechenov^ La definizione scientifica di organismo deve includere anche l'ambiente che lo influenza. La fisiologia dell'intero organismo studia non solo i meccanismi interni di autoregolazione dei processi fisiologici, ma anche i meccanismi che garantiscono l'interazione continua e l'unità inestricabile dell'organismo con l'ambiente.

La regolazione dei processi vitali, così come l'interazione dell'organismo con l'ambiente, viene effettuata sulla base di principi comuni ai processi di regolamentazione nelle macchine e nella produzione automatizzata. Questi principi e leggi sono studiati da un campo speciale della scienza: la cibernetica.

Fisiologia e cibernetica

\Così la spirale nello sviluppo della fisiologia sembra essere finita. Agli albori di questa scienza, la ricerca, l'analisi e la valutazione dei risultati venivano effettuate dallo sperimentatore contemporaneamente nel processo di osservazione, direttamente durante l'esperimento stesso. La registrazione grafica ha permesso di separare questi processi nel tempo e nel processo e di analizzare i risultati dopo la fine dell'esperimento. L'elettronica radiofonica e la cibernetica hanno permesso di combinare ancora una volta l'analisi e l'elaborazione dei risultati con la conduzione dell'esperimento stesso, ma su una base fondamentalmente diversa: l'interazione di molti diversi processi fisiologici viene studiata simultaneamente e i risultati di tale interazione vengono analizzati quantitativamente.

) il cosidetto esperimento automatico controllato, in cui un computer aiuta il ricercatore non solo ad analizzare i risultati, ma anche a comprendere il corso dell'esperimento e la formulazione dei problemi, nonché i tipi di influenza sul corpo, a seconda della natura delle reazioni del corpo che sorgono direttamente ; durante la lettura. La fisica, la matematica, la cibernetica e altre scienze esatte hanno riattrezzato la fisiologia e fornito al medico un potente arsenale di mezzi tecnici moderni per valutare con precisione lo stato funzionale del corpo e per influenzare il corpo.

Modellistica matematica in fisiologia. La conoscenza delle leggi fisiologiche e delle relazioni quantitative tra vari processi fisiologici ha permesso di creare i loro modelli matematici. Con l'aiuto di tali modelli, questi processi vengono riprodotti su computer elettronici, esplorando varie opzioni di reazione, ad es. i loro possibili cambiamenti futuri sotto determinate influenze sul corpo (medicinali, fattori fisici o condizioni ambientali estreme) - Già ora, l'unione di fisiologia e cibernetica si è rivelata utile nell'esecuzione di interventi chirurgici pesanti e in altre condizioni di emergenza che richiedono una valutazione accurata sia della stato attuale dei processi fisiologici più importanti del corpo e anticipazione di possibili cambiamenti. Questo approccio ci consente di aumentare significativamente l’affidabilità del “fattore umano” in parti difficili e critiche della produzione moderna.

Fisiologia del 20 ° secolo. ha compiuto progressi significativi non solo nel campo della rivelazione dei meccanismi dei processi vitali e del controllo di questi processi. Ha fatto una svolta nell'area più complessa e misteriosa: nell'area dei fenomeni psichici.

La base fisiologica della psiche - l'attività nervosa superiore degli esseri umani e degli animali - è diventata uno degli oggetti importanti della ricerca fisiologica. ;

STUDIO OBIETTIVO DELL'ATTIVITÀ NERVOSA SUPERIORE

I.M. Sechenov è stato il primo fisiologo al mondo che ha osato immaginare il comportamento basato sul principio del riflesso, cioè basato sui meccanismi dell'attività nervosa conosciuti in fisiologia. Nel suo famoso libro "Riflessi del cervello", ha dimostrato che non importa quanto complesse possano sembrarci le manifestazioni esterne dell'attività mentale umana, prima o poi si riducono a un solo movimento muscolare. ^Se un bambino sorride alla vista di un giocattolo nuovo, se Garibaldi ride quando viene punito per essere troppo affezionato alla famiglia, se Newton inventa le leggi del mondo e scrive IX su carta, se una Ragazza trema al pensiero del suo primo appuntamento , il risultato finale del pensiero è sempre un movimento monomuscolare." - ha scritto I.M. Sechenov.

Analizzando la formazione del pensiero di un bambino, I.M. Sechenov ha mostrato passo dopo passo. -JTO questo pensiero si forma come risultato degli influssi dell'ambiente esterno, combinati tra loro in varie combinazioni, causando la formazione di diverse associazioni - Il nostro pensiero (vita spirituale) si forma naturalmente sotto l'influenza delle condizioni ambientali e del cervello è un "organo che accumula e riflette queste influenze. Non importa quanto complesse possano sembrarci le manifestazioni della nostra vita mentale, la nostra composizione psicologica interna è un risultato naturale delle condizioni di educazione, delle influenze dell'ambiente 999/1000 il contenuto mentale di una persona dipende dalle condizioni di educazione, dalle influenze ambientali nel senso ampio del termine, ha scritto I. M. Sechenov, - e solo 1/1000 è determinato da fattori innati. Pertanto, è stato inizialmente esteso all'area più complessa di ​​fenomeni della vita, ai processi della vita spirituale umana. principio del determinismo- il principio di base della visione materialistica del mondo, I.M. Sechenov ha scritto che un giorno un fisiologo imparerà ad analizzare le manifestazioni esterne dell'attività cerebrale con la stessa precisione con cui un fisico può analizzare

toccare un accordo musicale. Il libro di I.M. Sechenov era un'opera geniale, che affermava posizioni materialiste nelle sfere più difficili della vita spirituale umana.

Il tentativo di Sechenov di dimostrare i meccanismi dell'attività cerebrale era un tentativo puramente teorico. Era necessario il passo successivo: studi sperimentali sui meccanismi fisiologici alla base dell'attività mentale e delle reazioni comportamentali. E questo passo è stato compiuto da I.P. Pavlovik.

Il fatto che sia stato I.P. Pavlov, e nessun altro, a diventare l'erede delle idee di I.M. Sechenov e il primo a penetrare i segreti di base del lavoro delle parti superiori del cervello non è casuale. A tale; guidato dalla logica dei suoi studi fisiologici sperimentali. Studiando i processi vitali nel corpo in condizioni di comportamento naturale degli animali, I. P. Pavlov ha attirato l'attenzione sul ruolo importante fattori mentali, influenzando tutti i processi fisiologici. L'osservazione di I. P. Pavlov non è sfuggita al fatto che I. M. SECHENOV

J ^ ^ ". P829-1OD5Ъ

saliva, succo gastrico e altri digestivi. ^^^i^v/

i succhi corporei cominciano ad essere rilasciati dall'animale non solo al momento del pasto, ma molto prima del pasto, alla vista del cibo o al rumore dei passi dell'inserviente che abitualmente nutre l'animale. I. P. Pavlo! ha attirato l'attenzione sul fatto che l'appetito, il desiderio appassionato di cibo, è un potente agente di secrezione di succhi quanto il cibo stesso. Appetito, desiderio, umore, esperienze, sentimenti: tutti questi erano fenomeni mentali. Prima di I. P. Pavlov, i fisiologi< изучались. И."П. Павлов же увидев, что игнорировать эти явления фйзиолог не вправе так как они властно вмешиваются в течение физйологических процессов, меняя их харак тер. Поэтому физиолог обязан был их изучать. Но как? До И. П. Павлова эти явление рассматривались наукой, которая называется зоопсихология.

Rivolgendosi a questa scienza, I.P. Pavlov dovette allontanarsi dalla solida base dei fatti fisiologici ed entrare nel regno della predizione del futuro infruttuosa e infondata riguardo all'apparente stato mentale degli animali. Per spiegare il comportamento umano, i metodi utilizzati in psicologia sono legittimi, poiché una persona può sempre riferire i suoi sentimenti, stati d'animo, esperienze, ecc. Gli psicologi animali trasferirono ciecamente i dati ottenuti dagli esami umani agli animali e parlarono anche di "sentimenti", "stati d'animo", "esperienze", "desideri", ecc. nell'animale, senza poter verificare se ciò sia vero oppure no. Per la prima volta nei laboratori di Pavlov sorsero tante opinioni sui meccanismi degli stessi fatti quanti furono gli osservatori che videro questi fatti. Ognuno di loro li interpretò a modo suo, e non c'era modo di verificare la correttezza di nessuno di essi le interpretazioni. I.P. Pavlov si rese conto che tali interpretazioni erano prive di significato e quindi fece un passo decisivo, veramente rivoluzionario. Senza cercare di indovinare alcuni stati mentali interni dell'animale, iniziò studiare oggettivamente il comportamento degli animali, confrontando alcuni effetti sul corpo con le risposte del corpo. Questo metodo oggettivo ha permesso di identificare le leggi alla base delle reazioni comportamentali del corpo.

Il metodo per studiare oggettivamente le reazioni comportamentali ha creato una nuova scienza: fisiologia dell'attività nervosa superiore con la sua esatta conoscenza dei processi che avvengono nel sistema nervoso sotto +ex o altre influenze dell'ambiente esterno. Questa scienza ha dato molto per comprendere l'essenza dei meccanismi dell'attività mentale umana.

La fisiologia dell'attività nervosa superiore creata da I. P. Pavlov divenne le basi scientifiche naturali della psicologia.È diventata una base scientifica naturale Riflessioni di Lenin Yuria, ha vitale importanza in filosofia, medicina, pedagogia e in tutte quelle scienze che in un modo o nell'altro si trovano ad affrontare la necessità di studiare il mondo interiore (spirituale) dell'uomo:

L'importanza della fisiologia dell'attività nervosa superiore per la medicina. L'insegnamento di I. P. Auloz sull'attività nervosa superiore è di grande importanza pratica. Lo so. che un paziente viene curato non solo con la medicina, un bisturi o una procedura, ma anche la parola oacha, fiducia in lui, desiderio appassionato di guarire. Tutti questi fatti erano noti a Ippocrate e Avicenna. Tuttavia, per migliaia di anni furono percepiti come la prova dell’esistenza di una potente “anima data da Dio” che soggioga il corpo mortale”. Gli insegnamenti di I. P. Pavlov strapparono il velo del mistero da questi fatti, / era chiaro che l'influenza apparentemente magica dei talismani, di uno stregone o degli incantesimi di uno sciamano non è altro che un esempio dell'influenza delle parti superiori del cervello: e organi interni e regolazione di tutti i processi vitali.,; la natura di tale influenza è determinata dall'impatto sul corpo dei guslbvii circostanti," importante; il più grande dei quali lo è per gli esseri umani condizioni sociali in particolare, lo scambio di idee nella società umana utilizzando le parole. Per la prima volta nella storia della scienza, I.P. Pavlov ha dimostrato che il potere delle parole sta nel fatto che le parole e il discorso rappresentano uno speciale sistema di segnali, inerente solo agli esseri umani, che cambia naturalmente il comportamento e lo stato mentale. L'insegnamento di Paolo espulse l'idealismo dall'ultimo rifugio apparentemente inaccessibile: l'idea di un'“anima” data da Dio; Ha messo nelle mani (sviluppando un'arma potente, dandogli l'opportunità di usarla correttamente.) in una parola, mostrando il ruolo più importante impatto morale sul paziente per il successo del trattamento. ■

CONCLUSIONE

D. A. UKHTOMSKY - " L. A. ORBELI

(1875-1942) . (1882-1958)

I.P. Pavlov può essere giustamente considerato il fondatore della moderna fisiojugia dell'intero organismo. Anche altri eminenti fisiologi sovietici diedero un contributo importante al suo sviluppo. A. A. Ukhtomsky ha creato la dottrina del dominante come principio principale dell'attività del sistema nervoso centrale (SNC). L. A. Orbeli fondò l'evoluzionista

KM BYKOV (1886-1959)

P: K. ANOKHIN ■ (1898-1974)

I. S. BERITASHVILI (1885-1974)

fisiologia razionale. È autore di lavori fondamentali sulla funzione adattativo-trofica del sistema nervoso simpatico. K-M".. Bykov ha rivelato la presenza di una regolazione riflessa condizionata delle funzioni degli organi interni, dimostrando che le funzioni vegetative non sono autonome, che sono soggette all'influenza di "divisioni" superiori del sistema nervoso centrale e possono cambiare sotto l'influenza di segnali condizionati. Per una persona, il segnale condizionato più importante è la parola. Questo segnale è in grado di modificare l'attività degli organi interni, cosa della massima importanza per la medicina (psicoterapia, deontologia, ecc.).

P.K. Anokhin ha sviluppato la dottrina di un sistema funzionale: uno schema universale per regolare i processi fisiologici e le reazioni comportamentali del corpo.

Il principale neurofisiologo I. S. Beritov (Beritashvili) ha creato una serie di direzioni originali nella fisiologia del sistema nervoso neuromuscolare e centrale. L. S. Stern è l'autore della dottrina della barriera ematoencefalologica e delle barriere istoematiche - regolatori dei mezzi interni immediati di organi e tessuti. V.V. Parin fece importanti scoperte nel campo della regolazione del sistema cardiovascolare (riflesso di Parin). È il fondatore della fisiologia spaziale e l'iniziatore dell'introduzione della radioelettronica, della cibernetica e dei metodi matematici nella ricerca fisiologica. E. A. Asratyan ha creato una dottrina sui meccanismi di compensazione delle funzioni compromesse. È autore di numerose opere fondamentali che sviluppano le principali disposizioni degli insegnamenti di I. P. Pavlov. V. N. Chernigovsky sviluppò lo studio degli interorecettori da parte dello scienziato V. V. PARI]] (1903--19.71)

I fisiologi sovietici hanno la priorità nella creazione di un cuore artificiale (A. A. Bryukhonenko), nella registrazione dell'EEG (V. V. Pravdich-Neminekiy), nella creazione di aree così importanti e nuove nella scienza come la fisiologia osmica, la fisiologia del lavoro, la fisiologia dello sport e lo studio della fisica meccanismi logici di adattamento, regolazione e meccanismi interni per l'attuazione delle funzioni fisiologiche. Questi e molti altri studi sono di primaria importanza per la medicina.

La conoscenza dei processi vitali che si verificano in vari organi e canali, i meccanismi di regolazione dei fenomeni della vita, la comprensione dell'essenza delle funzioni fisiologiche del corpo e dei processi che interagiscono con l'ambiente costituiscono la base teorica fondamentale su cui si basa la formazione del futuro Medico . . , s

FISIOLOGIA GENERALE

INTRODUZIONE "

: Ciascuna delle centinaia di trilioni di cellule del corpo umano si distingue per una struttura estremamente complessa, la capacità di auto-organizzarsi e l'interazione multilaterale con altre cellule. Il numero di processi eseguiti da ciascuna cella e la quantità di informazioni elaborate in questo processo supera di gran lunga ciò che avviene oggi in qualsiasi grande impianto industriale. Tuttavia, la cellula è solo uno dei sottosistemi relativamente... elementari nella complessa gerarchia dei sistemi che formano un organismo vivente.

: Tutti questi sistemi sono altamente ordinati. La normale struttura funzionale di ciascuno di essi e la normale esistenza di ciascun elemento; i sistemi (inclusa ciascuna cellula) sono possibili grazie al continuo scambio di informazioni tra gli elementi (e tra le cellule).

Lo scambio di informazioni avviene attraverso l'interazione diretta (contatto) tra le cellule, come risultato del trasferimento di sostanze con il fluido tissutale, la linfa! e sangue (connessione umorale - dal latino humor - liquido), nonché durante il trasferimento di potenziali bioelettrici da cellula a cellula, che è il modo più veloce per trasmettere informazioni nel corpo. Gli organismi multicellulari hanno sviluppato un sistema speciale che fornisce percezione, trasmissione, archiviazione, elaborazione e riproduzione delle informazioni codificate nei segnali elettrici. Questo è il sistema nervoso che ha raggiunto il suo massimo sviluppo nell'uomo. Comprendere la natura dal punto di vista bioelettrico; fenomeni, cioè segnali con l'ausilio dei quali il sistema nervoso trasmette informazioni, è necessario innanzitutto considerare alcuni aspetti della fisiologia generale] dei cosiddetti tessuti eccitabili che includono tessuto nervoso, muscolare e ghiandolare:

capitolo 2

FISIOLOGIA DEL TESSUTO ECCITABILE

Tutte le cellule viventi ce l'hanno irritabilità, cioè capacità sotto. influenza!" determinati fattori dell'ambiente esterno o interno", il cosiddetto irritanti passaggio da uno stato di riposo fisiologico ad uno stato di attività. Tuttavia, termine min "cellule eccitabili" Vengono utilizzati solo in relazione a cellule nervose, muscolari e secretorie che sono in grado di generare forme specializzate di oscillazioni del potenziale elettrico in risposta all'azione di uno stimolo. ■ 1

I primi dati sull'esistenza di fenomeni bioelettrici (“elettricità animale”) furono ottenuti nel terzo quarto del XVIII secolo. quando studiamo la natura della scarica elettrica, la infliggiamo ad alcuni pesci durante la Difesa e l'Attacco La lunga disputa scientifica (1791 - 1797) tra il fisiologo L. Galvani e il fisico A. Volta sulla natura dell'“elettricità animale”. " si è concluso con due importanti scoperte: sono stati stabiliti i fatti, che indicano la presenza di potenziali elettrici nei tessuti nervosi e muscolari, ed è stato scoperto un nuovo modo di produrre corrente elettrica utilizzando metalli diversi: è stato creato un elemento galvanico ("colonna voltaica"). Tuttavia, le prime misurazioni dirette dei potenziali nei tessuti viventi divennero possibili solo dopo l'invenzione del geniale galvanometro. Dubois-Reymond (1848) iniziò uno studio sistematico dei potenziali nei muscoli e nei nervi in ​​uno stato di riposo ed eccitazione i progressi nello studio dei fenomeni bioelettrici sono stati strettamente legati al miglioramento della tecnica di registrazione veloce di “campioni di potenziale elettrico” (oscillografi a stringa, ad anello e catodici) e ai metodi di rimozione da singole cellule eccitabili. Una fase qualitativamente nuova nello studio dei fenomeni elettrici nei tessuti viventi: gli anni '40 e '50 del nostro secolo. -Con l'aiuto di microelettroni intracellulari, è stato possibile registrare direttamente i potenziali elettrici delle membrane cellulari. Progressi nell'elettronica: ha permesso di sviluppare metodi per studiare le correnti ioniche che fluiscono attraverso la membrana quando il potenziale di membrana cambia o quando biologicamente i composti attivi agiscono sui recettori di membrana., B Negli ultimi anni è stato sviluppato un metodo che consente di registrare le correnti giovani che fluiscono attraverso singoli canali ionici.

Si distinguono i seguenti tipi principali di risposte elettriche delle cellule eccitabili: risposta giudiziaria; diffusione del potenziale d’azione e coloro che lo accompagnano potenzialità alimentari; potenziali postsinaptici eccitatori ed inibitori; potenziali del generatore ecc. Tutte queste potenziali fluttuazioni si basano su cambiamenti reversibili nella permeabilità della membrana cellulare per determinati ioni. A sua volta, il cambiamento di permeabilità è una conseguenza dell'apertura e della chiusura dei canali ionici esistenti nella membrana cellulare sotto l'influenza di uno stimolo attivo. _

L'energia utilizzata nella generazione di potenziali elettrici viene immagazzinata in una cellula a riposo sotto forma di gradienti di concentrazione di ioni Na +, Ca 2+, K +, C1~ su entrambi i lati della membrana superficiale. Questi gradienti vengono creati e mantenuti da il lavoro di dispositivi molecolari specializzati, come quelli chiamati membrane payuse ionici. Questi ultimi utilizzano per il loro lavoro l'energia metabolica rilasciata durante la disgregazione enzimatica del donatore universale di energia cellulare: l'acido adenosina trifosforico (ATP).

Studio dei potenziali elettrici che accompagnano i processi di eccitazione e isteria; nei tessuti viventi è importante sia per comprendere la natura di questi processi sia per identificare la natura dei disturbi nell'attività delle cellule eccitabili in tre diversi tipi di patologia.

Nelle cliniche moderne sono diventati particolarmente diffusi i metodi per la registrazione dei potenziali elettrici del cuore (elettrocardiografia), del cervello (elettroencefalografia) e dei muscoli (elettromiografia).

POTENZIALE DI RIPOSO

Il termine " potenziale di membrana"(potenziale di riposo) è solitamente chiamato differenza di potenziale transjumbranoso che esiste tra il citoplasma e la soluzione esterna che circonda la cellula. Quando una cellula (fibra) è in uno stato di riposo fisiologico, il suo potenziale interno è negativo rispetto a quello esterno, che convenzionalmente viene assunto pari a zero. Il potenziale di membrana varia tra le diverse cellule, da -50 a -90 mV.

Misurare il potenziale di riposo e tracciarne i cambiamenti causati da qualcosa o. Il primo effetto sulla cellula avviene utilizzando la tecnica dei microelettrodi intracellulari (Fig. 1).

Il microelettrodo è una micropipetta, cioè un sottile capillare esteso da un tubo di vetro. Il diametro della sua punta è di circa 0,5 micron. La micropipetta è riempita con una soluzione salina, solitamente 3 M KS1, un elettrodo metallico (filo d'argento clorurato) è immerso in essa e collegato a un dispositivo di misurazione elettrico - un oscilloscopio dotato di un amplificatore di corrente continua.

Il microelettrodo viene posizionato sull'oggetto in esame, ad esempio un muscolo scheletrico, e il prestito viene introdotto nella cellula utilizzando un micromanipolatore, un dispositivo dotato di viti micrometriche. Un elettrodo di dimensioni normali viene immerso in una normale soluzione salina, nella quale viene utilizzato il tessuto in esame.

Non appena il microelettrodo perfora la membrana superficiale della cellula, il raggio dell'oscilloscopio devia immediatamente dalla sua posizione originale (zero), rilevando

quindi l’esistenza di una differenza potenziale. Oscilloscopio

tra la superficie e il contenuto della cellula. L'ulteriore avanzamento del microelettrodo all'interno del protoplasma non influisce sulla posizione del fascio dell'oscilloscopio. Ciò indica che il potenziale è effettivamente localizzato sulla membrana cellulare.

Se il microelettrodo viene inserito con successo, la membrana ne copre saldamente la punta e la cellula conserva la capacità di funzionare per diverse ore senza mostrare segni di danno.

Ci sono molti fattori che modificano il potenziale di riposo delle cellule: l'applicazione della corrente elettrica, i cambiamenti nella composizione ionica del mezzo, l'esposizione a determinate tossine, l'interruzione dell'apporto di ossigeno ai tessuti, ecc. In tutti i casi in cui il potenziale interno diminuisce ( diventa meno negativo), di cui parliamo depolarizzazione della membrana, viene chiamato lo spostamento opposto del potenziale (aumento della carica negativa sulla superficie interna della membrana cellulare). iperpolarizzazione.

NATURA DEL POTENZIALE DI RIPOSO

Già nel 1896, V. Yu. Chagovets avanzò un'ipotesi sul meccanismo ionico dei potenziali elettrici nelle cellule viventi e tentò di applicare la teoria della dissociazione elettrolitica di Arrhenius. Nel 1902, Yu Bernstein sviluppò lo ione di membrana teoria ; che fu modificata e suffragata sperimentalmente da Hodgkin, Huxley e Katz (1949-1952). Attualmente, quest'ultima teoria è universalmente accettata. Secondo questa teoria, la presenza di potenziali elettrici nelle cellule viventi è dovuta alla disuguaglianza delle concentrazioni di Na+, K+, Ca 2+ e C1~ all'interno e all'esterno della cellula e la diversa permeabilità della membrana superficiale per essi.

Dai dati in tabella. La Figura 1 mostra che il contenuto della fibra nervosa è ricco di K+ e anioni organici (che praticamente non penetrano nella membrana) e povero di Na+ e O-.

La concentrazione di K 4 "nel citoplasma delle cellule nervose e muscolari è 40-50 volte superiore, 4eiv nella soluzione esterna, e se la membrana a riposo fosse" permeabile solo a questi ioni, allora il potenziale di riposo corrisponderebbe all'equilibrio potenziale del potassio (Ј k) calcolato con la formula di Nernst:

Dove R costante dei gas, F- numero, Faraday, T- temperatura assoluta /Co. - concentrazione degli ioni potassio liberi nella soluzione esterna, Ki - loro concentrazione* nel citoplasma.

Riso. 1. Misurazione del potenziale di riposo di una fibra muscolare (A) utilizzando un microelettrodo intracellulare (diagramma).

M - microelettrodo; I - elettrodo indifferente. Il raggio sullo schermo dell'oscilloscopio (B) mostra che prima che la membrana fosse perforata dal microelettrodo, la differenza di potenziale tra M e I era pari a zero. Al momento della foratura (indicato dalla freccia), si rileva una differenza di potenziale, che indica che la parte interna della membrana è carica elettronegativamente rispetto alla sua superficie esterna.

A Ј a.,_ .97,5 mV.

Tavolo!

	Rapporto tra le concentrazioni degli ambienti interni (i) ed esterni (o), mM			Potenziale di equilibrio per ioni diversi, mV			Potenziali misurati, mV
								al picco massimo
Assone di seppia gigante
"Vkcoh calamari
Fibra muscolare della rana
Motoneurone del gatto

^è. 2. La comparsa di una differenza potenziale in una membrana artificiale che separa soluzioni di K.2SO4 di diverse concentrazioni (Ci e C 2).

La membrana è selettivamente permeabile agli ioni K+ (cerchi piccoli) e non consente il passaggio degli ioni SO (cerchi grandi). 1,2 - elettrodi abbassati in lacTsop; 3 - dispositivo di misurazione elettrica.

Per comprendere come si presenta questo potenziale, si consideri il seguente esperimento modello (Fig. 2).

Immaginiamo un vaso separato da una membrana artificiale semipermeabile. Le pareti dei pori di questa membrana sono cariche elettronegativamente, quindi consentono il passaggio solo dei cationi e sono impermeabili agli anioni. Una soluzione salina contenente ioni K+ inizia a fluire in entrambe le metà del vaso, ma la loro concentrazione nella parte destra del vaso è maggiore che in quella sinistra. Come risultato di questo gradiente di concentrazione, gli ioni K+ iniziano a diffondersi dalla metà destra del vaso a sinistra, portandovi la sua carica positiva. Ciò porta al fatto che gli anioni non penetranti iniziano ad accumularsi vicino alla membrana nella metà destra della nave. Con la loro carica negativa tratterranno elettrostaticamente il K+ sulla superficie della membrana nella metà sinistra del vaso. Di conseguenza, la membrana viene polarizzata e si crea una differenza di potenziale tra le sue due superfici, corrispondente al potenziale di equilibrio del potassio (Јк). " ; ,

Si presume che in uno stato di riposo la membrana del nervo e del muscolo

le fibre sono selettivamente permeabili al K+ ed è stato suggerito che sia la loro diffusione a creare il potenziale di riposo. Bernstein nel 1902 e confermato da Hodgkin et al. nel 1962 in esperimenti su assoni isolati di calamari giganti. Il citoplasma (axoplasma) è stato accuratamente spremuto da una fibra con un diametro di circa 1 mm e la membrana collassata è stata riempita con una soluzione salina artificiale quando la concentrazione di K + nella soluzione era vicina a quella intracellulare, una differenza di potenziale si è stabilito tra i lati interno ed esterno della membrana, vicino al valore del potenziale di riposo normale (- 50-g- - 80 mV), e la fibra ha condotto gli impulsi con una diminuzione della concentrazione intracellulare e un aumento della concentrazione esterna di K+, il potenziale di membrana diminuiva o addirittura cambiava segno (il potenziale diventava positivo se la concentrazione di K+ nella soluzione esterna era maggiore di quella interna). .

Tali esperimenti hanno dimostrato che il gradiente concentrato di K + è effettivamente il fattore principale che determina il valore del potenziale di riposo della fibra nervosa. Tuttavia la membrana a riposo è permeabile non solo al K+, ma anche al – (anche se in misura molto minore) e al Na+. La diffusione di questi ioni caricati positivamente nella cellula riduce il valore assoluto del potenziale negativo interno della cellula creato dalla diffusione del K+. Pertanto il potenziale di riposo delle fibre (--50 + - 70 mV) è meno negativo del potenziale di equilibrio del potassio calcolato con la formula di Nernst. > : - . ". ,

Gli ioni C1~ nelle fibre nervose non svolgono un ruolo significativo nella genesi del potenziale di riposo, poiché la permeabilità della membrana a riposo nei loro confronti è relativamente piccola. Al contrario, nelle fibre muscolari scheletriche, la permeabilità della membrana a riposo per gli ioni cloruro è paragonabile a quella del potassio, e quindi la diffusione di C1~~ nella cellula aumenta il valore del potenziale di equilibrio del cloruro calcolato (Ј a)

con un rapporto = - 85 mV.

Pertanto, il valore del potenziale di riposo della cellula è determinato da due fattori principali: a) il rapporto tra le concentrazioni di cationi e anioni che penetrano attraverso la superficie di riposo della membrana; b) il rapporto tra le permeabilità della membrana per questi ioni. ■

Per descrivere quantitativamente questa legge, viene solitamente utilizzata l’equazione di Goldman-Hodgkin-Katz:

g-3LRK- M+ PN / a- NUNT+ papà- C) R M ~ W^W^CTG "

dove Ј m è il potenziale di riposo, RA, PN / a, RUN- permeabilità della membrana per gli ioni K + , Na + e, di conseguenza; KЈNa<ЈClo"- наружные концентрации ионов К + ,-Na + и С1~,aKit"Na.^HС1,--их, внутренние концентрации. "

È stato calcolato che in un assone di calamaro gigante isolato a Ј m - -50 mV esiste la seguente relazione tra le permeabilità ioniche della membrana a riposo:

RA:P\,:P<а ■ 1:0,04:0,45. .io.

L'equazione spiega molti cambiamenti nel potenziale di riposo di una cellula osservati sperimentalmente e in condizioni naturali, ad esempio la sua persistente depolarizzazione sotto l'influenza di alcune tossine che causano un aumento della permeabilità al sodio della membrana. Queste tossine includono veleni vegetali: 1 veratridina, aconitina e una delle neurotossine più potenti - la batracotossina, prodotta dalle ghiandole cutanee delle rane colombiane.

La depolarizzazione della membrana, come segue dall'equazione, può verificarsi anche se P a rimane invariato se la concentrazione esterna di ioni K+ viene aumentata (cioè il rapporto Co/K aumenta). Questo cambiamento nel potenziale di riposo non è affatto solo un fenomeno di laboratorio. Il fatto è che la concentrazione di K + "nel fluido intercellulare aumenta notevolmente durante l'attivazione delle cellule nervose e muscolari, accompagnata da un aumento di P k. La concentrazione di K + nel fluido intercellulare aumenta in modo particolarmente significativo durante i disturbi del sangue rifornimento (ischemia) dei tessuti, ad esempio l'ischemia del miocardio Si verifica durante In questo caso, la depolarizzazione della membrana porta alla cessazione della generazione di potenziali d'azione, cioè all'interruzione della normale attività elettrica delle cellule.

RUOLO DEL METABOLISMO NELLA GENESI E MANTENIMENTO DEL POTENZIALE DI RIPOSO (POMPA A MEMBRANA DI SODIO)

Nonostante il fatto che i flussi di Na + e K + attraverso la membrana a riposo siano piccoli, la differenza nelle concentrazioni di questi ioni all'interno e all'esterno della cellula alla fine dovrebbe stabilizzarsi se non ci fosse uno speciale dispositivo molecolare nella membrana cellulare - il “pompa del sodio”, che assicura la rimozione (“pompaggio”) del Na+ che vi penetra dal citoplasma e l’introduzione (“pompaggio”) del K+ nel citoplasma. La pompa del sodio sposta Na+ e K+ contro i loro gradienti di concentrazione, cioè. , fa una certa quantità di lavoro. La fonte diretta di energia per questo lavoro è un composto ricco di energia (macroergico): l'acido adenosina trifosforico (ATP), che è una fonte universale di energia per le cellule viventi. La degradazione dell'ATP viene effettuata da macromolecole proteiche: l'enzima adenosina trifosfatasi (ATPasi), localizzato nella membrana superficiale della cellula. L'energia rilasciata durante la scissione di una molecola di ATP garantisce la rimozione di tre ioni K "a" 1 " dalla cellula in cambio di due ioni K + che entrano nella cellula dall'esterno. .

L'inibizione dell'attività dell'ATPasi causata da alcuni composti chimici (ad esempio, il glicoside cardiaco ouabaina) interrompe la pompa, facendo sì che la cellula perda K + e si arricchisca di Na +. Lo stesso risultato si ottiene inibendo i processi ossidativi e glicolitici nella cellula, che assicurano la sintesi di ATP. Negli esperimenti, ciò si ottiene con l'aiuto di veleni che inibiscono questi processi. In condizioni in cui l'afflusso di sangue ai tessuti è compromesso e la respirazione dei tessuti è indebolita, il funzionamento della pompa elettrogenica è inibito e, di conseguenza, il K+ si accumula negli spazi intercellulari e si verifica la depolarizzazione della membrana.

Il ruolo dell'ATP nel meccanismo del trasporto attivo del Na + è stato dimostrato direttamente in esperimenti su fibre nervose di calamari giganti. Si è scoperto che introducendo ATP nella fibra è possibile ripristinare temporaneamente il funzionamento della pompa del sodio, compromessa dall'inibitore degli enzimi respiratori cianuro. \

Inizialmente si credeva che la pompa del sodio fosse elettricamente neutra, cioè che il numero di ioni Na + e K + scambiati fosse uguale. Successivamente si scoprì che per ogni tre ioni Na+ rimossi dalla cellula, solo due ioni K+ entrano nella cellula. Ciò significa che la pompa è elettrogenica: crea una differenza di potenziale sulla membrana che si somma al potenziale di riposo. -

Questo contributo della pompa del sodio al valore normale del potenziale di riposo non è lo stesso nelle diverse cellule: “sembra essere insignificante nelle fibre nervose del calamaro, ma è significativo per il potenziale di riposo (circa il 25% del valore totale) in neuroni giganti dei molluschi, muscoli lisci.

Pertanto, nella formazione del potenziale di riposo, la pompa del sodio svolge un duplice ruolo: -1) crea e mantiene un gradiente di concentrazione transmembrana di Na+ e K+; 2) genera una differenza di potenziale che si somma al potenziale creato dalla diffusione di JK+ lungo il gradiente di concentrazione.

POTENZIALE D'AZIONE

Il potenziale d'azione è una rapida fluttuazione del potenziale di membrana che si verifica quando i nervi, i muscoli e alcune altre cellule sono eccitati. Si basa sui cambiamenti nella permeabilità ionica della membrana. L'ampiezza della natura dei cambiamenti temporanei nel potenziale d'azione dipende poco dalla forza dello stimolo che lo provoca, è importante solo che questa forza non sia inferiore a un certo valore critico, chiamato soglia di irritazione; Sorto nel sito di irritazione, il potenziale d'azione si diffonde lungo il nervo o la fibra muscolare senza modificarne l'ampiezza. La presenza di una soglia e l'indipendenza dell'ampiezza del potenziale d'azione dalla forza dello stimolo che lo ha causato sono chiamate legge “tutto o niente”.

l L P IIE I J 1 III I I I NL M

TUTTO

Riso. 3. Potenziale d'azione delle fibre muscolari scheletriche registrato mediante intracellulare. microelettrodo.

a - fase di depolarizzazione, b - fase rpolarizzazione, c - fase di depolarizzazione in tracce (potenziale traccia negativo)\ Il momento dell'applicazione dell'irritazione è indicato da una freccia.

Riso. 4. Potenziale d'azione dell'assone gigante del calamaro. retratto utilizzando un elettrodo intracellulare [Hodgkin A., 1965]. , ■ -

Verticalmente sono visualizzati i valori del “potenziale dell'elettrodo intracellulare rispetto al suo potenziale nella soluzione esterna (in millivolt a - traccia potenziale positivo b - timestamp - 500 oscillazioni per 1 s);

In condizioni naturali, i potenziali d'azione vengono generati nelle fibre nervose quando i recettori vengono stimolati o le cellule nervose vengono eccitate. La propagazione dei potenziali d'azione lungo le fibre nervose garantisce la trasmissione delle informazioni nel sistema nervoso. Dopo aver raggiunto le terminazioni nervose, i potenziali d'azione provocano la secrezione di sostanze chimiche (trasmettitori) che forniscono la trasmissione del segnale alle cellule muscolari o nervose. Nelle cellule muscolari, i potenziali d'azione avviano una catena di processi che causano la contrazione. Gli ioni che penetrano nel citoplasma durante la generazione di potenziali d'azione hanno un effetto regolatore sul metabolismo cellulare e, in particolare, sui processi di sintesi delle proteine ​​che compongono i canali ionici e le pompe ioniche.

Per registrare i potenziali d'azione vengono utilizzati elettrodi extra o intracellulari. parto. Nell'abduzione extracellulare, gli elettrodi vengono applicati sulla superficie esterna della fibra (cella). Ciò permette di scoprire che la superficie della zona eccitata per un brevissimo tempo (in una fibra nervosa per un millesimo di secondo) si carica negativamente rispetto alla vicina zona di riposo.

L'uso di microelettrodi intracellulari consente la caratterizzazione quantitativa dei cambiamenti del potenziale di membrana durante le fasi di salita e discesa del potenziale d'azione. Si è riscontrato che durante la fase ascendente ( fase di depolarizzazione) Ciò che accade non è solo la scomparsa del potenziale di riposo (come inizialmente ipotizzato), ma avviene una differenza di potenziale di segno opposto: il contenuto interno della cellula si carica positivamente rispetto all'ambiente esterno, in altre parole, inversione del potenziale di membrana. Durante la fase discendente (fase di ripolarizzazione), il potenziale di membrana ritorna al suo valore originale. Le figure 3 e 4 mostrano esempi di registrazioni di potenziali d'azione nella fibra muscolare scheletrica della rana e nell'assone gigante del calamaro. Lo si può vedere al momento di raggiungere la cima (picco) il potenziale di membrana è +30 + +40 mV e l'oscillazione del picco è accompagnata da cambiamenti a lungo termine nel potenziale di membrana, dopo di che il potenziale di membrana viene stabilito al livello iniziale. La durata del picco del potenziale d'azione varia nelle diverse fibre nervose e muscolari scheletriche.

dura da 0,5 a 3 ms e la fase di ripolarizzazione è più lunga della fase di depolarizzazione. La durata del potenziale d'azione, soprattutto la fase di ripolarizzazione, dipende strettamente dalla temperatura: con un raffreddamento di 10°C la durata del picco aumenta di circa 3 volte -.

Vengono chiamate le variazioni del potenziale di membrana che seguono il picco del potenziale d'azione tracciare potenziali. "X

Esistono due tipi di potenziali traccia: successiva depolarizzazione E successiva iperpolarizzazione. L'ampiezza dei potenziali in traccia di solito non supera diversi millivolt (5-10% dell'altezza del picco) e la durata di iX 1 per varie fibre varia da diversi millisecondi a decine e centinaia di secondi. ",

La dipendenza del potenziale d'azione di picco e la successiva depolarizzazione può essere considerata usando l'esempio della risposta elettrica di una fibra muscolare scheletrica. Dalla registrazione mostrata in Fig. 3, è chiaro che la fase discendente del potenziale d'azione (fase di ripolarizzazione ) è diviso in due parti disuguali. Inizialmente, la caduta di potenziale avviene rapidamente, poi rallenta notevolmente. Questa componente lenta della fase discendente del potenziale d'azione è chiamata depolarizzazione della traccia ■ , .

Un esempio dell'iperpolarizzazione della membrana in traccia che accompagna il picco di un potenziale d'azione in una singola fibra nervosa gigante di calamaro (isolata) è mostrato in Fig. 4. In questo caso, la fase discendente del potenziale d'azione passa direttamente alla fase di iperpolarizzazione della traccia, la cui ampiezza in questo caso raggiunge 15.mV. L'iperpolarizzazione delle tracce è caratteristica di molte fibre nervose non pulpari di animali a sangue freddo e a sangue caldo. Nelle fibre nervose mielinizzate, i potenziali in traccia sono più complessi. Una traccia di depolarizzazione può trasformarsi in una traccia di iperpolarizzazione, quindi a volte si verifica una nuova depolarizzazione, solo dopo la quale il potenziale di riposo viene completamente ripristinato. I potenziali in tracce, in misura molto maggiore rispetto ai picchi dei potenziali d'azione, sono sensibili ai cambiamenti nel potenziale di riposo iniziale, nella composizione ionica dell'ambiente, nell'apporto di ossigeno alla fibra, ecc.

Una caratteristica dei potenziali in traccia è la loro capacità di cambiare durante il processo degli impulsi ritmici (Fig. 5). - . .

MECCANISMO IONICO DI ASPETTO POTENZIALE AZIONI

Il potenziale d'azione si basa su cambiamenti nella permeabilità ionica della membrana cellulare che si sviluppano sequenzialmente nel tempo.

Come notato, a riposo la permeabilità della membrana al potassio supera la sua permeabilità al sodio. Di conseguenza, il flusso di K+ dal citoplasma nella soluzione esterna supera il flusso di Na+ diretto in senso opposto. Pertanto, il lato esterno della membrana a riposo ha un potenziale positivo rispetto a quello interno.

Riso; 5. Somma dei potenziali in tracce nel nervo frenico di un gatto durante la sua irritazione a breve termine con impulsi ritmici.;

La parte ascendente del potenziale d'azione non è visibile. Le registrazioni iniziano con potenziali traccia negativi (a), trasformandosi in potenziali positivi (b). La curva superiore è la risposta a una singola stimolazione Con un aumento della frequenza di stimolazione (da 10 a 250 per 1 s), il potenziale positivo della traccia (iperpolarizzazione della traccia) aumenta notevolmente.

Quando una sostanza irritante agisce sulla cellula, la permeabilità della “membrana per Na” 1 aumenta notevolmente e alla fine diventa circa 20 volte maggiore della permeabilità per K + - Pertanto, il flusso di Na + dalla soluzione esterna nel citoplasma inizia a superare

corrente di potassio in uscita. Ciò porta ad un cambiamento nel segno (inversione) del potenziale di membrana: il contenuto interno della cellula si carica positivamente rispetto alla sua superficie esterna. Questa variazione del potenziale di membrana corrisponde alla fase ascendente del potenziale d'azione (fase di depolarizzazione).

L'aumento della permeabilità della membrana al Na+ dura solo per un tempo molto breve. Successivamente, la permeabilità della membrana per Na + diminuisce nuovamente e per K + aumenta. \

Il processo che porta ad una diminuzione della permeabilità al sodio della membrana, precedentemente aumentata, è chiamato inattivazione del sodio. Come risultato dell'inattivazione, il flusso di Na + nel citoplasma viene fortemente indebolito. Un aumento della permeabilità al potassio provoca un aumento del flusso di K + dal citoplasma alla soluzione esterna. Come risultato di questi due processi, avviene la ripolarizzazione della membrana: il contenuto interno della cellula acquisisce nuovamente una carica negativa rispetto a quello esterno. soluzione Questo potenziale di cambiamento corrisponde alla fase discendente del potenziale d'azione (fase di ripolarizzazione).

Uno degli argomenti importanti a favore della teoria del sodio sull'origine dei potenziali d'azione era il fatto della stretta dipendenza della sua ampiezza dalla concentrazione di Na" 1 " nella soluzione esterna. Esperimenti su fibre nervose giganti perfuse dall'interno con soluzioni saline hanno fornito una conferma diretta della correttezza della teoria del sodio. È stato accertato che quando l'assoplasma viene sostituito con una soluzione salina ricca di K+, la membrana fibrosa non solo mantiene il normale potenziale di riposo, ma conserva per lungo tempo la capacità di generare centinaia di migliaia di potenziali d'azione di normale ampiezza. Se "K4" nella soluzione intracellulare viene parzialmente sostituito con Na + e quindi riduce il gradiente di concentrazione di Na + tra l'ambiente esterno e la soluzione interna, l'ampiezza del potenziale d'azione diminuisce drasticamente. Quando il K+ viene completamente sostituito dal Na+, la fibra perde la capacità di generare potenziali d'azione. \

Questi esperimenti non lasciano dubbi sul fatto che la membrana superficiale sia effettivamente il sito di potenziali fenomeni sia a riposo che durante l'eccitazione. Diventa ovvio che la differenza nelle concentrazioni di Na+ e K+ all'interno e all'esterno della fibra è la fonte della forza elettromotrice che provoca la comparsa del potenziale di riposo e del potenziale d'azione.

Nella fig. La Figura 6 mostra i cambiamenti nella permeabilità della membrana al sodio e al potassio durante la generazione del potenziale d'azione nell'assone gigante del calamaro. Relazioni simili si verificano in altre fibre nervose, nei corpi delle cellule nervose e nelle fibre muscolari scheletriche degli animali vertebrati. Nei muscoli scheletrici dei crostacei e nei muscoli lisci dei vertebrati, gli ioni Ca 2+ svolgono un ruolo di primo piano nella genesi della fase ascendente del potenziale d'azione. Nelle cellule del miocardio, l'aumento iniziale del potenziale d'azione è associato ad un aumento della permeabilità di membrana per il Na+, e il plateau del potenziale d'azione è dovuto ad un aumento della permeabilità di membrana per gli ioni Ca 2+.

SULLA NATURA DELLA PERMEABILITÀ IONICA DELLA MEMBRANA. CANALI IONICI

■ _ Ora, ms

Riso. 6: Andamento temporale dei cambiamenti nella permeabilità della membrana del sodio (g^a) e del potassio (g k) dell'assone gigante del calamaro durante la generazione di un potenziale d'azione (V).

I cambiamenti considerati nella permeabilità ionica della membrana durante la generazione di un potenziale d'azione si basano sui processi di apertura e chiusura di canali ionici specializzati nella membrana, che hanno due importanti proprietà: 1) selettività rispetto a determinati ioni; 2) eccitare elettricamente

capacità, cioè la capacità di aprirsi e chiudersi in risposta a cambiamenti nel potenziale di membrana. Il processo di apertura e chiusura di un canale è di natura probabilistica (il potenziale di membrana determina solo la probabilità che il canale si trovi in ​​uno stato aperto o chiuso). "

Come le pompe ioniche, i canali ionici sono formati da macromolecole proteiche che penetrano nel doppio strato lipidico della membrana. La struttura chimica di queste macromolecole non è stata ancora decifrata, quindi le idee sull'organizzazione funzionale dei canali sono ancora costruite principalmente indirettamente - sulla base dell'analisi dei dati ottenuti dallo studio dei fenomeni elettrici nelle membrane e dell'influenza di vari agenti chimici (tossine, enzimi, farmaci, ecc.) sui canali.). È generalmente accettato che il canale ionico sia costituito dal sistema di trasporto stesso e dal cosiddetto meccanismo di gating (“gate”), controllato dal campo elettrico della membrana. Il "cancello" può essere in due posizioni: sono completamente chiusi o completamente aperti, quindi la conduttività di un singolo canale aperto è un valore costante. La conduttività totale della membrana per un particolare ione è determinata dal numero di canali aperti contemporaneamente permeabile a un dato ione. ■~

Questa posizione può essere scritta come segue:

GR. ■ /V-“7,”

Dove gi- permeabilità totale della membrana per gli ioni intracellulari; N■-numero totale di canali ionici corrispondenti (in una data sezione della membrana); UN- quota di canali aperti; sì - conduttività di un singolo canale.

In base alla loro selettività, i canali ionici elettricamente eccitabili delle cellule nervose e muscolari sono suddivisi in sodio, potassio, calcio e cloruro. Questa selettività non è assoluta: il nome del canale indica solo lo ione per il quale quel dato canale è più permeabile.

Attraverso canali aperti, gli ioni si muovono lungo la concentrazione e i gradienti elettrici. Questi flussi di ioni portano a cambiamenti nel potenziale di membrana, che a loro volta cambiano il numero medio di canali aperti e, di conseguenza, l'entità delle correnti ioniche, ecc. Tale collegamento circolare è importante per la generazione di un potenziale d'azione, ma. rende impossibile quantificare la dipendenza della conducibilità ionica dal valore del potenziale generato. Per studiare questa dipendenza viene utilizzato il “metodo della fissazione potenziale”. L'essenza di questo metodo è mantenere forzatamente il potenziale di membrana a qualsiasi livello. Pertanto, applicando una corrente alla membrana uguale in grandezza, ma di segno opposto alla corrente ionica che passa attraverso canali aperti, e misurando questa corrente a potenziali diversi, i ricercatori sono in grado di tracciare la dipendenza del potenziale dalla conduttività ionica della membrana membrana.

Potenziale interno

a, - le linee continue mostrano la permeabilità durante la depolarizzazione a lungo termine e le linee tratteggiate - durante la ripolarizzazione della membrana attraverso -0\B e 6,3 m"s; "b"> - dipendenza del valore di picco del sodio (g^ J e il livello di potassio allo stato stazionario vry (g K) permeabilità o*t;potenziale di membrana,

Riso. 8. Rappresentazione schematica di un canale del sodio elettricamente eccitabile.

Il canale (1) è formato da una macromolecola della proteina 2), la cui parte ristretta corrisponde ad un “filtro selettivo”. Il canale ha “porte” di attivazione (w) e di inattivazione (h) che sono controllate dal campo elettrico della membrana. Al potenziale di riposo (a), la posizione più probabile è “chiusa” per i cancelli di attivazione e la posizione “aperta” per i cancelli di inattivazione. La depolarizzazione della membrana (b) porta alla rapida apertura del “gate” t e alla lenta chiusura dell'“11-gate”, pertanto, al momento iniziale della depolarizzazione, entrambe le coppie di “gate” sono aperte e gli ioni possono muoversi attraverso il canale in base alla loro concentrazione e ai gradienti elettrici. Con la continua depolarizzazione (ii) il “cancello” di attivazione si chiude e il capal entra in uno stato di inattivazione.

brane. Per isolare dalla corrente ionica totale che scorre attraverso la membrana i suoi componenti corrispondenti ai flussi di ioni, ad esempio attraverso i canali del sodio, vengono utilizzati agenti chimici che bloccano specificamente tutti gli altri canali. Procedere di conseguenza quando si misurano le correnti di potassio o calcio.

Nella fig. La Figura 7 mostra i cambiamenti nella permeabilità al sodio (gua) e alla calirva (Kk) della membrana della fibra nervosa durante la depolarizzazione fissa. Come. notato, la grandezza e GK riflettono il numero di canali del sodio o del potassio aperti simultaneamente. Come si può vedere, g Na ha raggiunto rapidamente il massimo in una frazione di millisecondo e poi ha iniziato lentamente a diminuire fino al livello iniziale. Dopo la fine della depolarizzazione, la capacità dei canali del sodio di riaprirsi viene gradualmente ripristinata nell'arco di decine di millisecondi.

Potenziale d'azione

Riso. 9. Stato dei canali del sodio e del potassio nelle diverse fasi dei potenziali d'azione (diagramma). Spiegazione nel testo.

Per spiegare questo comportamento dei canali del sodio, è stato suggerito che ci siano due tipi di “porte” in ciascun canale: attivazione rapida e inattivazione lenta. Come suggerisce il nome, l’aumento iniziale di Na è associato all’apertura della porta di attivazione (il “processo di attivazione”), e la successiva caduta durante la depolarizzazione della membrana in corso è associata alla chiusura della porta di inattivazione (il “processo di inattivazione” ).

Nella fig. 8, 9 raffigurano schematicamente l'organizzazione del canale del sodio, facilitando la comprensione delle sue funzioni. Il canale ha una regione ricamata esterna ed interna (“bocca”) e una breve sezione ristretta, il cosiddetto filtro selettivo, in cui i cationi vengono “selezionati” in base alle loro dimensioni e proprietà. A giudicare dalla dimensione del catione più grande che penetra attraverso il canale del sodio, l'apertura del filtro non è inferiore a 0,3-0,5 nm. Passando attraverso il filtro gli ioni Na+ perdono parte del loro involucro di idratazione. Attivazione (t) e inattivazione (/g) “voro”

"ta" si trovano nella regione dell'estremità interna del canale del sodio e la "porta" è rivolta verso il citoplasma. Questa conclusione è stata raggiunta sulla base dell'applicazione di alcuni enzimi proteolitici* (pronasi) all'interno lato della membrana porta all'eliminazione dell'inattivazione del sodio (distrugge /g-“gate”), "

A riposo "cancello" T chiuso, mentre il "cancello" H aprire. Durante la depolarizzazione nel momento iniziale del “gate” tmH aperto: il canale è in stato di conduzione. Quindi il cancello di inattivazione si chiude e il canale viene inattivato. Dopo la fine della depolarizzazione, il "cancello" h si apre lentamente, il "cancello" t si chiude rapidamente e il canale ritorna al suo stato di riposo originale. . , U

Uno specifico bloccante dei canali del sodio è la tetrodotossina, un composto sintetizzato nei tessuti di alcune specie di pesci. e salamandre. Questo composto entra nella bocca esterna del canale, si lega ad alcuni gruppi chimici non ancora identificati e "intasa" il canale Utilizzando tetrodotossina radioattiva, è stata calcolata la densità dei canali del sodio nella membrana. In diverse cellule, questa densità varia da decine a decine di migliaia di canali del sodio per micron quadrato di membrana, ■ "

L'organizzazione funzionale dei canali del potassio è simile a quella dei canali del sodio, le uniche differenze sono la loro selettività e la cinetica dei processi di attivazione e inattivazione. La selettività dei canali del potassio è superiore alla selettività dei canali del sodio: per il Na+ i canali del potassio sono praticamente impermeabili; il diametro del loro filtro selettivo è di circa 0,3 nm. L'attivazione dei canali del potassio ha una cinetica più lenta di circa un ordine di grandezza rispetto all'attivazione dei canali del sodio (vedere Fig. 7). Durante la depolarizzazione di 10 ms GK non mostra una tendenza all'inattivazione: l'inattivazione del potassio “si sviluppa solo con depolarizzazione della membrana di più secondi.

Va sottolineato che tali relazioni tra i processi di attivazione e inattivazione

i canali del potassio sono caratteristici solo delle fibre nervose. Nella membrana di molte cellule nervose e muscolari si trovano canali del potassio che vengono inattivati ​​in tempi relativamente brevi. Sono stati scoperti anche canali del potassio rapidamente attivati. Infine ci sono i canali del potassio che vengono attivati ​​non dal potenziale di membrana, ma dal Ca 2+ intracellulare,

I canali del potassio sono bloccati dal catione organico tetraetilammonio e dalle aminopiridine. H

I canali del calcio sono caratterizzati da una lenta cinetica di attivazione (millisecondi) e inattivazione (decine e centinaia di millisecondi). La loro selettività è determinata dalla presenza nell'area della bocca esterna di alcuni gruppi chimici che hanno una maggiore affinità per i cationi bivalenti: Ca 2+ si lega a questi gruppi e solo dopo passa nella cavità del canale. Per alcuni cationi bivalenti, l'affinità per questi gruppi è così grande che quando si legano ad essi, bloccano il movimento del Ca+ attraverso il canale. Ecco come funzionano i canali del calcio

Possono anche essere bloccati da alcuni composti organici (verapamil, nifedipina) utilizzati nella pratica clinica per sopprimere l'aumento dell'attività elettrica della muscolatura liscia. H

Una caratteristica dei canali del calcio è la loro dipendenza dal metabolismo e, in particolare, dai nucleotidi ciclici (cAMP e cGMP), che regolano i processi di fosforilazione e defosforilazione delle proteine ​​dei canali del calcio. "

La velocità di attivazione e inattivazione di tutti i canali ionici aumenta con l'aumentare della depolarizzazione della membrana; Di conseguenza, il numero di canali aperti contemporaneamente aumenta fino a un certo valore limite.

MECCANISMI DI CAMBIAMENTI NELLA CONDUTTIVITÀ IONICA DURANTE LA GENERAZIONE DEL POTENZIALE D'AZIONE

È noto che la fase ascendente del potenziale d'azione è associata ad un aumento della permeabilità al sodio. Il processo di promozione si sviluppa come segue.

In risposta alla depolarizzazione iniziale della membrana indotta dallo stimolo, solo un piccolo numero di canali del sodio si aprono. La loro apertura, però, provoca l'ingresso di un flusso di ioni Na+ nella cellula (corrente di sodio in ingresso), che aumenta la depolarizzazione iniziale. Ciò porta all'apertura di nuovi canali del sodio, cioè rispettivamente ad un ulteriore aumento del gNa della corrente di sodio in entrata e, di conseguenza, ad un'ulteriore "depolarizzazione della membrana, che, a sua volta, provoca un aumento ancora maggiore del gNa , ecc. Tale circolare” viene chiamato il processo di valanga depolarizzazione rigenerativa (cioè autorinnovante). Schematicamente può essere rappresentato come segue:

->- Depolarizzazione della membrana

Stimolo

G1

In arrivo. Aumento della corrente di permeabilità al sodio -"-sodio

Teoricamente, la depolarizzazione rigenerativa dovrebbe terminare con un aumento del potenziale interno della cellula al valore del potenziale di Nernst di equilibrio per gli ioni Ka:

dove Na^" è esterno, aNa^ è interno: la concentrazione di ioni Na +, "Con il rapporto osservato di 10 Ј Na = +55 mV.

Questo valore è il limite per il potenziale d'azione. In realtà, però, il potenziale di picco non raggiunge mai il valore Ј Na,. in primo luogo, perché la membrana al momento del picco del potenziale d'azione è permeabile non solo agli ioni Na +, ma anche agli ioni K + (in misura molto minore). In secondo luogo l'aumento del potenziale d'azione al valore Em a viene contrastato da processi di ripristino che portano al ripristino della polarizzazione originaria (ripolarizzazione della membrana). v

Tali processi rappresentano una diminuzione del valore GNll e alzando il livello

La diminuzione del Na è dovuta al fatto che l'attivazione dei canali del sodio durante la depolarizzazione è sostituita dalla loro inattivazione; ciò porta ad una rapida diminuzione del numero di canali del sodio aperti. Allo stesso tempo, sotto l'influenza della depolarizzazione, inizia la lenta attivazione dei canali del potassio, causando un aumento del valore gK. Una conseguenza dell'aumento GKè un aumento del flusso di ioni K+ che lasciano la cellula (corrente di potassio in uscita). .

In condizioni di diminuzione legate all’inattivazione dei canali del sodio, la corrente in uscita di ioni K+ porta alla ripolarizzazione della membrana o addirittura alla sua temporanea (“traccia”) iperpolarizzazione, come avviene, ad esempio, nell’assone gigante del calamaro ( vedere, Fig. 4).

La ripolarizzazione della membrana porta a sua volta alla chiusura dei canali del potassio^ e, di conseguenza, ad un indebolimento della corrente del potassio in uscita. Allo stesso tempo, sotto l'influenza della ripolarizzazione, l'inattivazione del sodio viene lentamente eliminata: la porta di inattivazione si apre e i canali del sodio ritornano allo stato di riposo.

Nella fig. La Figura 9 mostra schematicamente lo stato dei canali del sodio e del potassio durante le varie fasi di sviluppo del potenziale d'azione.

Tutti gli agenti che bloccano i canali del sodio (tetrodotossina, anestetici locali e molti altri farmaci) riducono la pendenza e l'ampiezza del potenziale d'azione e, in misura maggiore, maggiore è la concentrazione di queste sostanze.

ATTIVAZIONE POMPA SODIO-POTASSIO"

QUANDO ECCITATO

Il verificarsi di una serie di impulsi in una fibra nervosa o muscolare è accompagnato da un arricchimento del protoplasma in Na+ e da una perdita di K+. Per un assone di calamaro gigante del diametro di 0,5 mm, si calcola che durante un singolo impulso nervoso, attraverso ogni micron quadrato di membrana, entrino nel protoplasma circa 20 OO Na+ e la stessa quantità di K+ esca dalla fibra di conseguenza, ad ogni impulso, l'assone perde circa un milionesimo del contenuto totale di potassio. Sebbene queste perdite siano molto insignificanti, con la ripetizione ritmica degli impulsi, se sommate, dovrebbero portare a cambiamenti più o meno evidenti nei gradienti di concentrazione.

Tali cambiamenti di concentrazione dovrebbero svilupparsi particolarmente rapidamente nelle fibre nervose e muscolari sottili e nelle piccole cellule nervose, che hanno un piccolo volume di citoplasma rispetto alla superficie. Ciò però viene contrastato dalla pompa del sodio, la cui attività aumenta con l'aumentare della concentrazione intracellulare di ioni Na+.

L'aumento dell'attività della pompa è accompagnato da un aumento significativo dell'intensità dei processi metabolici che forniscono energia per il trasferimento attivo degli ioni Na + e K + attraverso la membrana. Si tratta di un aumento dei processi di degradazione e sintesi di ATP e creatina fosfato. un aumento del consumo di ossigeno nelle cellule, un aumento della produzione di calore, ecc.

Grazie al funzionamento della pompa, la disuguaglianza delle concentrazioni di Na + e K + su entrambi i lati della membrana, che era stata interrotta durante l'eccitazione, viene completamente ripristinata. Va tuttavia sottolineato che la velocità di rimozione del Na+ dal citoplasma mediante una pompa è relativamente bassa: è circa 200 volte inferiore alla velocità di movimento di questi ioni attraverso la membrana lungo il gradiente di concentrazione.

Metabolismo interno: non abbastanza. K molto

Pertanto, in una cellula vivente esistono due sistemi per il movimento degli ioni attraverso la membrana (Fig. 10). Uno di questi viene effettuato lungo un gradiente di concentrazione ionica e non richiede energia, quindi viene chiamato trasporto ionico passivo.È responsabile della formazione del potenziale di riposo e del potenziale d'azione e porta infine all'equalizzazione della concentrazione di ioni su entrambi i lati della membrana cellulare: il secondo tipo di movimento ionico attraverso la membrana, effettuato contro il gradiente di concentrazione, consiste di “pompare” ioni sodio dal citoplasma e “pompare” ioni potassio nella cellula. Questo tipo di trasporto ionico è possibile solo se viene consumata energia metabolica. Egli è chiamato trasporto ionico attivo.È responsabile del mantenimento di una differenza costante nelle concentrazioni di ioni tra il citoplasma e il fluido che circonda la cellula. Il trasporto attivo è il risultato del lavoro della pompa del sodio, grazie alla quale viene ripristinata la differenza iniziale nelle concentrazioni di ioni, che viene interrotta ad ogni scoppio di eccitazione.

Riso. 10. Due sistemi di trasporto degli ioni attraverso la membrana.

A destra c'è il movimento degli ioni Na+ e Kn attraverso i canali ionici durante l'eccitazione in base alla concentrazione e ai gradienti elettrici. A sinistra c'è il trasporto attivo degli ioni contro il gradiente di concentrazione dovuto all'energia metabolica (“pompa del sodio”) garantisce il mantenimento e il ripristino dei gradienti ionici che cambiano durante l'attività dell'impulso. La linea tratteggiata indica quella parte del deflusso di Na+ che non scompare quando gli ioni K+ vengono rimossi dalla soluzione esterna [Hodgkin A., 1965 ..].

MECCANISMO DELLA CELLULA (FIBRA) IRRITAZIONE DA CORRENTE ELETTRICA

In condizioni naturali, la generazione di un potenziale d'azione è causata dalle cosiddette correnti locali che si formano tra le sezioni eccitate (depolarizzate) e riposanti della membrana cellulare. Pertanto, la corrente elettrica è considerata uno stimolo adeguato per le membrane eccitabili e viene utilizzata con successo negli esperimenti per studiare i modelli di comparsa dei potenziali d'azione.

Viene chiamata l'intensità di corrente minima necessaria e sufficiente per avviare un potenziale d'azione soglia, Di conseguenza, gli stimoli di maggiore e minore intensità sono denominati sottosoglia e soprasoglia. L'intensità della corrente di soglia (corrente di soglia), entro certi limiti, è inversamente proporzionale alla durata della sua azione. C'è anche una certa pendenza minima per l'aumento della forza attuale,<(которой последний утрачивает способность вызывать потенциал действия.

Esistono due modi per applicare la corrente ai tessuti per misurare la soglia di irritazione e, quindi, per determinarne l'eccitabilità. Nel primo metodo - extracellulare - entrambi gli elettrodi vengono posizionati sulla superficie del tessuto irritato. Si presuppone convenzionalmente che la corrente applicata entri nel tessuto nella regione dell'anodo ed esca nella regione del catodo (Fig. I). Il metodo di misurazione della soglia è la significativa ramificazione della corrente: solo una parte di essa fluisce attraverso le membrane cellulari, mentre una parte si dirama negli spazi intercellulari. Di conseguenza, quando si irrita, è necessario applicare una corrente di forza molto maggiore è necessario per provocare l'eccitazione: "-.

Nel secondo metodo di fornitura di corrente alle cellule - intracellulare -, un microelettrodo viene inserito nella cellula e un elettrodo normale viene applicato sulla superficie del tessuto (Fig> 12). In questo caso, tutta la corrente passa attraverso la membrana cellulare, il che consente di determinare con precisione la corrente più piccola necessaria per provocare un potenziale d'azione. Con questo metodo di stimolazione i potenziali vengono rimossi utilizzando un secondo microelettrodo intracellulare.

La corrente di soglia richiesta per provocare l'eccitazione di varie cellule con un elettrodo di stimolazione intracellulare è 10~7 - 10 -9 A.

In condizioni di laboratorio e durante alcuni studi clinici, vengono utilizzati stimoli elettrici di varie forme per irritare nervi e muscoli: rettangolari, sinusoidali, crescenti in modo lineare ed esponenziale, shock di induzione, scariche di condensatori, ecc. -

Il meccanismo dell'effetto irritante della corrente per tutti i tipi di stimoli è in linea di principio lo stesso, ma nella sua forma più distinta si manifesta quando si utilizza la corrente continua.

Riso. 11, Ramificazione della corrente nel tessuto durante la stimolazione tramite elettrodi esterni (extracellulari) (schema). :

Oscilloscopio

Stimolo-1 "-fG Amplificatore l * toro T7 post, tono

Riso. 12. Irritazione e rimozione di potenziali mediante microelettrodi intracellulari. Spiegazione nel testo.

Le fibre muscolari sono ombreggiate tra di loro ci sono spazi intercellulari.

2 Fisiologia umana

EFFETTO DELLA CORRENTE CC SUL TESSUTO ECCITABILE

Legge polare dell'irritazione

Quando un nervo o un muscolo è irritato dalla corrente continua, l'eccitazione avviene al momento della chiusura della corrente continua solo sotto il catodo e al momento dell'apertura solo sotto l'anodo. Questi fatti sono riuniti sotto il nome di legge polare dell'irritazione, scoperta da Pfluger nel 1859. La legge polare è dimostrata dai seguenti esperimenti. L'area del nervo sotto uno degli elettrodi viene uccisa e il secondo elettrodo viene installato sull'area non danneggiata. Se entra in contatto con un'area non danneggiata. il catodo, l'eccitazione, avviene al momento della chiusura della corrente; se il catodo viene versato in un'area danneggiata e l'anodo in un'area non danneggiata, l'eccitazione avviene solo quando la corrente viene aperta. La soglia di irritazione durante l'apertura, quando l'eccitazione avviene sotto l'anodo, è significativamente inferiore rispetto alla chiusura, quando l'eccitazione avviene sotto il catodo.

Lo studio del meccanismo dell'azione polare della corrente elettrica è diventato possibile solo dopo lo sviluppo del metodo descritto di introduzione simultanea di due microelettrodi nelle zie: uno per la stimolazione, l'altro per la rimozione dei potenziali. Si è scoperto che un potenziale d'azione si verifica solo se il catodo è all'esterno e l'anodo è all'interno della cella. Con la disposizione inversa del tolis, cioè dell'anodo esterno e del catodo interno, l'eccitazione quando la corrente è chiusa, non importa quanto sia forte. 1 "" gr

Passando attraverso un nervoso o. La corrente elettrica nelle fibre muscolari provoca principalmente cambiamenti nel potenziale di membrana^.

Nell'area in cui l'anodo è applicato alla superficie del tessuto, aumenta il potenziale positivo sul lato esterno della membrana, cioè si verifica l'iperpolarizzazione, e nel caso in cui il catodo viene applicato alla superficie, il potenziale positivo sulla il lato esterno della membrana diminuisce e si verifica la depolarizzazione. . ,.

Nella fig. 13a mostra che sia quando la corrente è chiusa che quando la corrente è aperta, i cambiamenti nel potenziale di membrana della fibra nervosa non si verificano o scompaiono istantaneamente, ma si sviluppano gradualmente nel tempo. " "

Ciò è spiegato dal fatto che la membrana superficiale di una cellula vivente ha le proprietà di un condensatore. Le superfici esterna ed interna della membrana fungono da piastre di questo "condensatore tissutale" e il dielettrico è uno strato di lipidi con resistenza significativa. A causa della presenza di canali nella membrana attraverso i quali possono passare gli ioni, la resistenza di questo strato non è infinita, come in un condensatore ideale. Pertanto, la membrana superficiale di una cella viene solitamente paragonata a un condensatore con una resistenza collegata in parallelo, attraverso la quale può verificarsi una perdita di cariche (Fig. 13, a).

L'andamento temporale delle variazioni del potenziale di membrana quando la corrente viene attivata e disattivata (Fig. 13b) dipende dalla capacità C e dalla resistenza della membrana R. Quanto più piccolo è il prodotto DC della costante di tempo della membrana, tanto più veloce è il potenziale aumenta a una data intensità di corrente e, viceversa, maggiore Il valore RC corrisponde a un tasso di aumento potenziale inferiore.

Le variazioni del potenziale di membrana si verificano non solo direttamente nei punti in cui la corrente continua viene applicata al catodo e all'anodo alla fibra nervosa, ma anche a una certa distanza dai poli, con la differenza, tuttavia, che la loro entità diminuisce gradualmente con la distanza dai poli. catodo e anodo. Ciò è spiegato dal cosiddetto cavo Proprietà delle fibre nervose e muscolari. Elettricamente, una fibra nervosa omogenea è un cavo, cioè un nucleo con bassa resistività (assoplasma), rivestito con isolamento (membrana) e posto in un mezzo ben conduttivo. Uno schema di cavo equivalente è mostrato in Fig. 13, b Quando una corrente costante viene fatta passare attraverso un certo punto della fibra per un lungo periodo, si osserva uno stato stazionario in cui la densità di corrente e, di conseguenza, la variazione del potenziale di membrana sono massime nel punto di applicazione della corrente (cioè , direttamente sotto il catodo e l'anodo); Man mano che ci si allontana dai poli, la densità di corrente e le variazioni di potenziale attraverso la membrana diminuiscono esponenzialmente lungo la lunghezza della fibra. Poiché i cambiamenti nel potenziale di membrana in esame, a differenza della risposta locale al potenziale d'azione o dei potenziali in tracce, non sono associati a cambiamenti nella permeabilità ionica della membrana (cioè alla risposta attiva della fibra), vengono solitamente chiamati passivo,

Potenziale

Riso. 13. Il circuito elettrico più semplice che riproduce le proprietà elettriche della membrana (a e i cambiamenti nel potenziale della membrana sotto il catodo e l'anodo della corrente continua. forza sottosoglia (b).

a: C - capacità della membrana, R - resistenza, E - forza elettromotrice della membrana a riposo (potenziale; riposo). Vengono forniti i valori medi di R, C ed E per un motoneurone, b - depolarizzazione del membrana (1) sotto il catodo e iperpolarizzazione (2) sotto l'anodo quando una debole corrente sottosoglia passa attraverso la fibra nervosa. . "

O " elettrotonico cambiamenti nel potenziale di membrana. Nella loro forma pura, questi ultimi possono essere registrati in condizioni di completo blocco dei canali ionici da parte di agenti chimici. Differiscono gatto- E anelettrotonico potenziali cambiamenti in via di sviluppo nell'area di applicazione rispettivamente del catodo e dell'anodo della corrente continua. -

Livello critico di depolarizzazione

- \ La registrazione dei cambiamenti nel potenziale di membrana durante la stimolazione intracellulare di una fibra nervosa o muscolare ha dimostrato che il potenziale d'azione si forma in. il momento in cui la depolarizzazione della membrana raggiunge un livello critico. Questo livello critico di depolarizzazione non dipende dalla natura dello stimolo applicato, dalla distanza tra gli elettrodi, ecc., ma è determinata esclusivamente dalle proprietà della membrana stessa.

Nella fig. La Figura 14 mostra schematicamente i cambiamenti nel potenziale di membrana di una fibra nervosa sotto l'influenza di stimoli lunghi e brevi di varia intensità. In tutti i casi, il potenziale d'azione si verifica quando il potenziale di membrana raggiunge un valore critico. La velocità con cui accade

depolarizzazione della membrana, a parità di altre condizioni 4

Lato esterno

Lato interiore

le condizioni dipendono dalla forza della corrente irritante. Con una corrente debole, quindi, la depolarizzazione si sviluppa lentamente. Perché si verifichi un potenziale d’azione, lo stimolo deve avere una durata maggiore. Se la corrente irritante aumenta, aumenta la velocità di sviluppo della depolarizzazione. Di conseguenza, il tempo minimo richiesto affinché si verifichi l'eccitazione diminuisce. Quanto più velocemente si sviluppa la depolarizzazione della membrana, tanto più breve è il tempo minimo richiesto per generare un potenziale mediante azioni inverse.

Risposta locale

Nel meccanismo di depolarizzazione critica della membrana, insieme a quelli passivi, giocano un ruolo significativo i cambiamenti sottosoglia attivi nel potenziale di membrana, manifestati sotto forma della cosiddetta risposta locale.

Riso. 14. Modifica del potenziale di membrana fino a un livello critico di depolarizzazione della membrana sotto l'azione di una corrente irritante di varia intensità e durata.

Il livello critico è indicato con una linea tratteggiata. Di seguito sono riportati gli stimoli irritanti, sotto l'influenza dei quali sono state ottenute le risposte A, B e C.

e è. 15. Risposta locale della fibra nervosa.

B, C - cambiamenti nel potenziale di membrana della prima fibra nervosa causati dall'azione di una corrente sottosoglia di breve durata Sulle curve B e 3, alla depolarizzazione passiva della membrana si aggiungerà anche la depolarizzazione sottosoglia attiva. una risposta locale è separata dalle variazioni passive di potenziale con una linea tratteggiata. Alla soglia dell'intensità della corrente (G), la risposta locale si sviluppa in un potenziale d'azione (la sua punta non è mostrata nella figura).

persona 1

UK15L42

gr. ■ /V-“7”, 40

CONDUZIONE DELL'IMPULSO NERVOSO E TRASMISSIONE NEUROMUSCOLARE 113

INTRODUZIONE 147

FISIOLOGIA GENERALE DEL SISTEMA NERVOSO CENTRALE 150

fisiologia privata 197

sistema nervoso centrale 197

REGOLAZIONE NERVOSA DELLE FUNZIONI AUTONOMICHE 285

regolazione ormonale delle funzioni fisiologiche 306

-- [ Pagina 1 ] --

LETTERATURA EDUCATIVA

Per gli studenti di medicina

Fisiologia

persona

A cura di

membro-corr. Accademia delle scienze mediche dell'URSS G. I. KOSITSKY

TERZA EDIZIONE,

RICICLATO

ED EXTRA

Approvato dalla Direzione Principale dell'Istruzione

istituzioni del Ministero della Salute

protezione dell'URSS come libro di testo

per gli studenti di medicina

Mosca “Medicina” 1985

E. B. BABSKY V. D. GLEBOVSKY, A. B. KOGAN, G. F. KOROTKO,

G. I. KOSITSKY, V. M. POKROVSKY, Y. V. NATOCHIN, V. P.

SKIPETROV, B. I. KHODOROV, A. I. SHAPOVALOV, I. ​​​​A SHEVELEV Revisore I. D. Boyenko, prof., capo. Dipartimento di Fisiologia Normale, Istituto medico di Voronezh dal nome. N. N. Burdenko Fisiologia umana / Ed. GI Kositsky - F50 3a ed., rivisto. e aggiuntivi - M.: Medicine, 1985. 544 p., ill.

Nella corsia: 2 r. 20 mila 15 0 000 copie.

La terza edizione del libro di testo (la seconda è stata pubblicata nel 1972) è stata scritta in conformità con le conquiste della scienza moderna. Vengono presentati nuovi fatti e concetti, vengono inclusi nuovi capitoli: "Caratteristiche dell'attività nervosa superiore di una persona", "Elementi di fisiologia del lavoro, meccanismi di formazione e adattamento", vengono ampliate le sezioni che coprono questioni di biofisica e cibernetica fisiologica. Nove capitoli del libro di testo sono stati riscritti, il resto è stato ampiamente rivisto.

Il libro di testo corrisponde al programma approvato dal Ministero della Salute dell'URSS ed è destinato agli studenti degli istituti di medicina.

2007020000-241 BBK 28. 039(01) - Casa editrice Medicina, PREFAZIONE Sono trascorsi 12 anni dalla precedente edizione del libro di testo “Fisiologia umana”.

È morto l'editore responsabile e uno degli autori del libro, l'accademico dell'Accademia delle scienze della SSR ucraina E.B. Babsky, secondo i cui manuali molte generazioni di studenti hanno studiato fisiologia.

Shapovalov e il prof. Yu. V. Natochin (capo dei laboratori dell'Istituto di fisiologia e biochimica evolutiva I.M. Sechenov dell'Accademia delle scienze dell'URSS), prof. V.D. Glebovsky (Capo del Dipartimento di Fisiologia, Istituto medico pediatrico di Leningrado), prof. A.B. Kogan (Capo del Dipartimento di Fisiologia Umana e Animale e Direttore dell'Istituto di Neurocibernetica dell'Università Statale di Rostov), ​​prof. G. F. Korotko (Capo del Dipartimento di Fisiologia, Andijan Medical Institute), prof. V.M. Pokrovsky (capo del Dipartimento di Fisiologia, Kuban Medical Institute), prof. B.I. Khodorov (capo del laboratorio dell'Istituto di chirurgia A.V. Vishnevsky dell'Accademia delle scienze mediche dell'URSS), prof. I. A. Shevelev (capo del laboratorio dell'Istituto di attività nervosa superiore e neurofisiologia dell'Accademia delle scienze dell'URSS).

Nel corso del tempo sono apparsi numerosi nuovi fatti, punti di vista, teorie, scoperte e tendenze nella nostra scienza. A questo proposito, 9 capitoli di questa edizione hanno dovuto essere riscritti, mentre i restanti 10 capitoli hanno dovuto essere rivisti e integrati. Allo stesso tempo, per quanto possibile, gli autori hanno cercato di preservare il testo di questi capitoli.

La nuova sequenza di presentazione del materiale, così come la sua combinazione in quattro sezioni principali, è dettata dal desiderio di dare alla presentazione armonia logica, coerenza e, per quanto possibile, evitare duplicazioni del materiale.

Il contenuto del libro di testo corrisponde al programma di fisiologia approvato nell'anno. Commenti critici sul progetto e sul programma stesso, espressi nella risoluzione dell'Ufficio del Dipartimento di Fisiologia dell'Accademia delle Scienze dell'URSS (1980) e nella Riunione pan-sindacale dei capi dei dipartimenti di fisiologia delle università mediche (Suzdal, 1982 ), sono stati presi in considerazione. Secondo il programma, nel libro di testo sono stati introdotti i capitoli che mancavano nell'edizione precedente: "Caratteristiche dell'attività nervosa superiore dell'uomo" e "Elementi di fisiologia del lavoro, meccanismi di allenamento e adattamento" e sezioni che trattano questioni di particolare biofisica e la cibernetica fisiologica fu ampliata. Gli autori hanno tenuto conto del fatto che nel 1983 è stato pubblicato un libro di testo di biofisica per gli studenti degli istituti di medicina (ed.

prof. Yu.A.Vladimirov) e che gli elementi di biofisica e cibernetica sono presentati nel libro di testo del prof. A.N. Remizov “Fisica medica e biologica”.

A causa del volume limitato del libro di testo, purtroppo è stato necessario omettere il capitolo “Storia della fisiologia”, così come le escursioni nella storia nei singoli capitoli. Il capitolo 1 fornisce solo linee generali della formazione e dello sviluppo delle fasi principali della nostra scienza e mostra la sua importanza per la medicina.

I nostri colleghi hanno fornito grande assistenza nella creazione del libro di testo. All'incontro di tutta l'Unione a Suzdal (1982), la struttura fu discussa e approvata e furono forniti preziosi suggerimenti riguardo al contenuto del libro di testo. il prof. V.P. Skipetrov ha rivisto la struttura e curato il testo del 9° capitolo e, inoltre, ha scritto le sue sezioni relative alla coagulazione del sangue. il prof. V. S. Gurfinkel e R. S. Person hanno scritto la sottosezione 6 “Regolamentazione dei movimenti”. Ass. N. M. Malyshenko ha presentato alcuni nuovi materiali per il capitolo 8. Il Prof. I.D.Boenko e il suo staff hanno espresso molti commenti e desideri utili come revisori.

Dipendenti del Dipartimento di Fisiologia II MOLGMI intitolato a N. I. Pirogova prof. Alla discussione del manoscritto di alcuni capitoli hanno preso parte i professori associati L. A. Miyutin I. A. Murashova, S. A. Sevastopolskaya, T. E. Kuznetsova, candidata alle scienze mediche "" mpngush e L M Popova.

Vorrei esprimere la nostra profonda gratitudine a tutti questi compagni.

Gli autori sono pienamente consapevoli che in un compito così difficile come la creazione di un libro di testo moderno, le carenze sono inevitabili e quindi saranno grati a chiunque faccia commenti e suggerimenti critici sul libro di testo.

Membro corrispondente dell'Accademia delle scienze mediche dell'URSS, prof. G. I. KOSIIDKY Capitolo FISIOLOGIA E SUO SIGNIFICATO La fisiologia (dal greco fisios - natura e logos - insegnamento) è la scienza dell'attività vitale dell'intero organismo e delle sue singole parti: cellule, tessuti, organi, sistemi funzionali. La fisiologia cerca di rivelare i meccanismi delle funzioni di un organismo vivente, la loro relazione reciproca, la regolazione e l'adattamento all'ambiente esterno, l'origine e la formazione nel processo di evoluzione e sviluppo individuale dell'individuo.

I modelli fisiologici si basano su dati sulla struttura macro e microscopica di organi e tessuti, nonché sui processi biochimici e biofisici che si verificano nelle cellule, negli organi e nei tessuti. La fisiologia sintetizza informazioni specifiche ottenute dall'anatomia, istologia, citologia, biologia molecolare, biochimica, biofisica e altre scienze, combinandole in un unico sistema di conoscenza del corpo.

Pertanto, la fisiologia è una scienza che implementa un approccio sistematico, vale a dire

studio del corpo e di tutti i suoi elementi come sistemi. L'approccio sistemico concentra il ricercatore principalmente sulla rivelazione dell'integrità dell'oggetto e dei meccanismi che lo supportano, vale a dire identificare diversi tipi di connessioni di un oggetto complesso e ridurli in un unico quadro teorico.

L'oggetto di studio della fisiologia è un organismo vivente, il cui funzionamento nel suo insieme non è il risultato di una semplice interazione meccanica delle sue parti costitutive. L'integrità dell'organismo non deriva dall'influenza di qualche essenza sovramateriale, che soggioga indiscutibilmente tutte le strutture materiali dell'organismo. Interpretazioni simili dell'integrità dell'organismo esistevano ed esistono ancora sotto forma di un approccio meccanicistico limitato (metafisico) o idealistico (vitalistico) non meno limitato allo studio dei fenomeni della vita.

Gli errori inerenti a entrambi gli approcci possono essere superati solo studiando questi problemi da una posizione dialettico-materialista. Pertanto, i modelli di attività dell’organismo nel suo complesso possono essere compresi solo sulla base di una visione del mondo coerentemente scientifica. Da parte sua, lo studio delle leggi fisiologiche fornisce un ricco materiale fattuale che illustra una serie di disposizioni del materialismo dialettico. La connessione tra fisiologia e filosofia è quindi bidirezionale.

Fisiologia e medicina Rivelando i meccanismi fondamentali che assicurano l'esistenza di un intero organismo e la sua interazione con l'ambiente, la fisiologia permette di scoprire e studiare le cause, le condizioni e la natura dei disturbi nell'attività di questi meccanismi durante la malattia. Aiuta a determinare i modi e i mezzi per influenzare il corpo, con l'aiuto dei quali le sue funzioni possono essere normalizzate, ad es. ripristinare la salute.

Pertanto, la fisiologia è la base teorica della medicina; fisiologia e medicina sono inseparabili. Il medico valuta la gravità della malattia in base al grado di compromissione funzionale, ad es. dall'entità della deviazione dalla norma di un numero di funzioni fisiologiche. Attualmente tali deviazioni vengono misurate e quantificate. Gli studi funzionali (fisiologici) sono la base della diagnosi clinica, nonché un metodo per valutare l'efficacia del trattamento e la prognosi delle malattie. Esaminando il paziente, stabilendo il grado di compromissione delle funzioni fisiologiche, il medico si pone il compito di riportare queste funzioni alla normalità.

Tuttavia, l’importanza della fisiologia per la medicina non si limita a questo. Lo studio delle funzioni di vari organi e sistemi ha permesso di simulare queste funzioni utilizzando strumenti, dispositivi e dispositivi creati da mani umane. In questo modo è stato costruito un rene artificiale (macchina per emodialisi). Sulla base dello studio della fisiologia del ritmo cardiaco è stato realizzato un dispositivo per la stimolazione elettrica del cuore, che garantisce la normale attività cardiaca e la possibilità di tornare al lavoro ai pazienti con gravi danni cardiaci. Sono stati prodotti un cuore artificiale e dispositivi artificiali per la circolazione sanguigna (macchine cuore-polmone) che consentono di spegnere il cuore del paziente durante un'operazione cardiaca complessa. Esistono dispositivi di defibrillazione che ripristinano la normale attività cardiaca in caso di disturbi fatali della funzione contrattile del muscolo cardiaco.

La ricerca nel campo della fisiologia respiratoria ha permesso di progettare un dispositivo per la respirazione artificiale controllata (“polmoni d'acciaio”). Sono stati creati dispositivi che possono essere utilizzati per interrompere a lungo la respirazione del paziente durante le operazioni o per mantenere la vita del corpo per anni in caso di danni al centro respiratorio. La conoscenza delle leggi fisiologiche dello scambio e del trasporto del gas ha contribuito a creare impianti per l'ossigenazione iperbarica. Viene utilizzato per lesioni mortali del sistema sanguigno, nonché dei sistemi respiratorio e cardiovascolare.

Sulla base delle leggi della fisiologia cerebrale, sono state sviluppate tecniche per una serie di complesse operazioni neurochirurgiche. Pertanto, nella coclea di una persona sorda vengono impiantati degli elettrodi, attraverso i quali vengono inviati impulsi elettrici da ricevitori di suoni artificiali, che ripristinano in una certa misura l'udito.

Questi sono solo alcuni esempi dell'uso delle leggi della fisiologia in clinica, ma il significato della nostra scienza va ben oltre i confini della semplice medicina medica.

Il ruolo della fisiologia nel garantire la vita e l'attività umana in varie condizioni Lo studio della fisiologia è necessario per la fondatezza scientifica e la creazione di condizioni per uno stile di vita sano che prevenga le malattie. Le leggi fisiologiche sono la base per l'organizzazione scientifica del lavoro nella produzione moderna. La fisiologia ha permesso di sviluppare una base scientifica per vari regimi di allenamento individuali e carichi sportivi che sono alla base dei risultati sportivi moderni. E non solo sportivo. Se devi mandare una persona nello spazio o calarla nelle profondità dell'oceano, intraprendere una spedizione ai poli nord e sud, raggiungere le vette dell'Himalaya, esplorare la tundra, la taiga, il deserto, mettere una persona in condizioni di temperature estremamente elevate o basse, lo spostano in diversi fusi orari o condizioni tecniche climatiche, quindi la fisiologia aiuta a giustificare e fornire tutto il necessario per la vita umana e il lavoro in condizioni così estreme.

Fisiologia e tecnologia La conoscenza delle leggi della fisiologia era richiesta non solo per l'organizzazione scientifica e per aumentare la produttività del lavoro. Nel corso di miliardi di anni di evoluzione, è noto che la natura ha raggiunto la massima perfezione nella progettazione e nel controllo delle funzioni degli organismi viventi. L'uso nella tecnologia di principi, metodi e metodi che operano nel corpo apre nuove prospettive per il progresso tecnico. Pertanto, all'incrocio tra fisiologia e scienze tecniche, è nata una nuova scienza: la bionica.

I successi della fisiologia hanno contribuito alla creazione di numerosi altri campi della scienza.

V. HARVEY (1578--1657) SVILUPPO DI METODI DI RICERCA FISIOLOGICA La fisiologia nasce come scienza sperimentale. Ottiene tutti i dati attraverso la ricerca diretta sui processi vitali degli organismi animali e umani. Il fondatore della fisiologia sperimentale fu il famoso medico inglese William Harvey.

“Trecento anni fa, in mezzo alla profonda oscurità e alla confusione ormai difficile da immaginare che regnava nelle idee sulle attività degli organismi animali e umani, ma illuminata dall’inviolabile autorità del patrimonio scientifico classico, il medico William Harvey individuò uno dei più importanti funzioni del corpo: la circolazione sanguigna, gettando così le basi per un nuovo dipartimento di precisa conoscenza umana della fisiologia animale", ha scritto I.P. Tuttavia, per due secoli dopo la scoperta della circolazione sanguigna da parte di Harvey, lo sviluppo della fisiologia avvenne lentamente. È possibile elencare relativamente poche opere fondamentali dei secoli XVII-XVIII. Si tratta dell'apertura dei capillari (Malpighi), della formulazione del principio dell'attività riflessa del sistema nervoso (Cartesio), della misurazione della pressione sanguigna (Hels), della formulazione della legge di conservazione della materia (M.V. Lomonosov), della la scoperta dell'ossigeno (Priestley) e la comunanza dei processi di combustione e scambio di gas (Lavoisier), la scoperta dell'“elettricità animale”, cioè l'elettricità animale.

la capacità dei tessuti viventi di generare potenziali elettrici (Galvani) e alcuni altri lavori.

L'osservazione come metodo di ricerca fisiologica. Lo sviluppo relativamente lento della fisiologia sperimentale nei due secoli successivi al lavoro di Harvey è spiegato dal basso livello di produzione e sviluppo delle scienze naturali, nonché dalle difficoltà di studiare i fenomeni fisiologici attraverso la loro consueta osservazione. Una tale tecnica metodologica è stata e rimane causa di numerosi errori, poiché lo sperimentatore deve condurre esperimenti, vedere e ricordare molti processi e fenomeni complessi, il che è un compito difficile. Le difficoltà create dal metodo di semplice osservazione dei fenomeni fisiologici sono evidenziate in modo eloquente dalle parole di Harvey: “La velocità del movimento cardiaco non consente di distinguere come si verificano la sistole e la diastole, e quindi è impossibile sapere in quale momento e in quale parte si verificano l'espansione e la contrazione. Infatti non sapevo distinguere la sistole dalla diastole, poiché in molti animali il cuore appare e scompare in un batter d'occhio, con la velocità del fulmine, quindi mi sembrava che una volta c'era la sistole e qui c'era la diastole, e un'altra volta è stato il contrario. C’è differenza e confusione in ogni cosa”.

In effetti, i processi fisiologici sono fenomeni dinamici. Sono in costante sviluppo e cambiamento. Pertanto è possibile osservare direttamente solo 1-2 o, nella migliore delle ipotesi, 2-3 processi. Tuttavia, per analizzarli, è necessario stabilire la relazione di questi fenomeni con altri processi che rimangono inosservati con questo metodo di ricerca. A questo proposito, la semplice osservazione dei processi fisiologici come metodo di ricerca è fonte di errori soggettivi. Di solito l'osservazione permette di stabilire solo il lato qualitativo dei fenomeni e rende impossibile studiarli quantitativamente.

Un'importante pietra miliare nello sviluppo della fisiologia sperimentale fu l'invenzione del chimografo e l'introduzione di un metodo per registrare graficamente la pressione sanguigna da parte dello scienziato tedesco Karl Ludwig nel 1843.

Registrazione grafica dei processi fisiologici. Il metodo di registrazione grafica ha segnato una nuova tappa nella fisiologia. Ha permesso di ottenere una registrazione oggettiva del processo studiato, riducendo al minimo la possibilità di errori soggettivi. In questo caso, la sperimentazione e l'analisi del fenomeno oggetto di studio potrebbero essere effettuate in due fasi.

Durante l'esperimento stesso, il compito dello sperimentatore era ottenere registrazioni di alta qualità: curve. L’analisi dei dati ottenuti potrebbe essere effettuata successivamente, quando l’attenzione dello sperimentatore non sarà più distratta dall’esperimento.

Il metodo di registrazione grafica ha permesso di registrare simultaneamente (in modo sincrono) non uno, ma diversi processi fisiologici (teoricamente un numero illimitato).

Ben presto dopo l'invenzione della registrazione della pressione sanguigna, furono proposti metodi per registrare la contrazione del cuore e dei muscoli (Engelman), fu introdotto un metodo di trasmissione aerea (capsula di Marey), che rese possibile la registrazione, a volte a notevole distanza l'oggetto, una serie di processi fisiologici nel corpo: movimenti respiratori del torace e della cavità addominale, peristalsi e cambiamenti nel tono dello stomaco, dell'intestino, ecc. È stato proposto un metodo per registrare il tono vascolare (pletismografia Mosso), cambiamenti di volume, vari organi interni - oncometria, ecc.

Ricerca sui fenomeni bioelettrici. Una direzione estremamente importante nello sviluppo della fisiologia è stata segnata dalla scoperta dell '"elettricità animale". Il classico “secondo esperimento” di Luigi Galvani dimostrò che i tessuti viventi sono una fonte di potenziali elettrici capaci di influenzare i nervi e i muscoli di un altro organismo e di provocare la contrazione muscolare. Da allora, per quasi un secolo, l'unico indicatore dei potenziali generati dai tessuti viventi (potenziali bioelettrici) è stato un preparato neuromuscolare di rana. Contribuì a scoprire i potenziali generati dal cuore durante la sua attività (esperienza di Kölliker e Müller), nonché la necessità di una generazione continua di potenziali elettrici per una contrazione muscolare costante (esperienza del “tetano secondario” di Mateuci). È diventato chiaro che i potenziali bioelettrici non sono fenomeni casuali (laterali) nell'attività dei tessuti viventi, ma segnali con l'aiuto dei quali i comandi vengono trasmessi nel corpo al sistema nervoso e da esso ai muscoli e ad altri organi, e quindi ai tessuti viventi interagiscono tra loro utilizzando il "linguaggio elettrico".

È stato possibile comprendere questo “linguaggio” molto più tardi, dopo l’invenzione dei dispositivi fisici in grado di catturare i potenziali bioelettrici. Uno dei primi dispositivi di questo tipo era un semplice telefono. Il notevole fisiologo russo N.E. Vvedensky, usando un telefono, scoprì alcune delle proprietà fisiologiche più importanti dei nervi e dei muscoli. Usando il telefono abbiamo potuto ascoltare i potenziali bioelettrici, cioè esplorarli attraverso l'osservazione. Un passo avanti significativo è stata l'invenzione di una tecnica per la registrazione grafica oggettiva dei fenomeni bioelettrici. Il fisiologo olandese Einthoven ha inventato un galvanometro a corda - un dispositivo che ha permesso di registrare su carta fotografica i potenziali elettrici derivanti dall'attività del cuore - un elettrocardiogramma (ECG). Nel nostro paese, il pioniere di questo metodo è stato il più grande fisiologo, allievo di I.M. Sechenov e I.P Pavlov, A.F. Samoilov, che ha lavorato per qualche tempo nel laboratorio Einthoven a Leida.

La storia ha conservato documenti interessanti. A. F. Samoilov scrisse una lettera umoristica nel 1928:

“Caro Einthoven, scrivo una lettera non a te, ma al tuo caro e rispettato galvanometro a corda. Ecco perché mi rivolgo a lui: Caro galvanometro, ho appena saputo del tuo anniversario.

25 anni fa hai disegnato il primo elettrocardiogramma. Congratulazioni. Non voglio nasconderti che mi piaci, anche se a volte fai degli scherzi. Sono stupito di quanto hai ottenuto in 25 anni. Se potessimo contare il numero di metri e chilometri di carta fotografica utilizzati per registrare le vostre stringhe in tutte le parti del mondo, i numeri risultanti sarebbero enormi. Hai creato una nuova industria. Hai anche meriti filologici;

Ben presto l'autore ricevette una risposta da Einthoven, che scrisse: “Ho soddisfatto esattamente la tua richiesta e ho letto la lettera al galvanometro. Indubbiamente, ha ascoltato e accettato con piacere e gioia tutto ciò che hai scritto. Non aveva idea di aver fatto così tanto per l'umanità. Ma nel momento in cui dici che non sa leggere, improvvisamente si è infuriato... tanto che io e la mia famiglia ci siamo anche agitati. Ha gridato: Cosa, non so leggere? Questa è una bugia terribile. Non sto leggendo tutti i segreti del cuore? “In effetti, l’elettrocardiografia è passata molto presto dai laboratori fisiologici alla clinica come metodo molto avanzato per studiare le condizioni del cuore, e molti milioni di pazienti oggi devono la vita a questo metodo.

Samoilov A.F. Articoli e discorsi selezionati.-M.-L.: Casa editrice dell'Accademia delle scienze dell'URSS, 1946, p. 153.

Successivamente, l'uso di amplificatori elettronici ha permesso di creare elettrocardiografi compatti e i metodi di telemetria consentono di registrare gli ECG degli astronauti in orbita, degli atleti in pista e dei pazienti in aree remote, da dove l'ECG viene trasmesso via telefono cablaggi a grandi istituti cardiologici per un'analisi completa.

La registrazione grafica oggettiva dei potenziali bioelettrici è servita come base per il ramo più importante della nostra scienza: l'elettrofisiologia. Un importante passo avanti fu la proposta del fisiologo inglese Adrian di utilizzare amplificatori elettronici per registrare i fenomeni bioelettrici. Lo scienziato sovietico V.V. Pravdich Neminsky fu il primo a registrare le biocorrenti del cervello: ottenne un elettroencefalogramma (EEG). Questo metodo fu successivamente migliorato dallo scienziato tedesco Berger. Attualmente, l'elettroencefalografia è ampiamente utilizzata in clinica, così come la registrazione grafica dei potenziali elettrici dei muscoli (elettromiografia), dei nervi e di altri tessuti e organi eccitabili. Ciò ha permesso di condurre una valutazione approfondita dello stato funzionale di questi organi e sistemi. Anche per la fisiologia stessa questi metodi erano di grande importanza: hanno permesso di decifrare i meccanismi funzionali e strutturali dell'attività del sistema nervoso e di altri organi e tessuti, nonché i meccanismi di regolazione dei processi fisiologici.

Una pietra miliare importante nello sviluppo dell'elettrofisiologia è stata l'invenzione dei microelettrodi, ad es. gli elettrodi più sottili, il cui diametro della punta è pari a frazioni di micron. Questi elettrodi, con l'aiuto di dispositivi appropriati - micromanipolatori, possono essere introdotti direttamente nella cellula e i potenziali bioelettrici possono essere registrati a livello intracellulare.

I microelettrodi hanno permesso di decifrare i meccanismi di generazione dei biopotenziali, vale a dire processi che avvengono nelle membrane cellulari. Le membrane sono le formazioni più importanti, poiché attraverso di esse vengono eseguiti i processi di interazione delle cellule nel corpo e dei singoli elementi della cellula tra loro. La scienza delle funzioni delle membrane biologiche – la membranologia – è diventata un ramo importante della fisiologia.

Metodi di stimolazione elettrica di organi e tessuti. Una pietra miliare significativa nello sviluppo della fisiologia è stata l'introduzione del metodo di stimolazione elettrica di organi e tessuti.

Gli organi e i tessuti viventi sono in grado di rispondere a qualsiasi influenza: termica, meccanica, chimica, ecc., La stimolazione elettrica, per sua natura, è la più vicina al “linguaggio naturale” con l'aiuto del quale i sistemi viventi si scambiano informazioni. Il fondatore di questo metodo fu il fisiologo tedesco Dubois-Reymond, che propose il suo famoso "apparato a slitta" (bobina di induzione) per la stimolazione elettrica dosata dei tessuti viventi.

Attualmente vengono utilizzati a questo scopo stimolatori elettronici che consentono di ricevere impulsi elettrici di qualsiasi forma, frequenza e forza. La stimolazione elettrica è diventata un metodo importante per studiare le funzioni di organi e tessuti. Questo metodo è ampiamente utilizzato in clinica. Sono stati sviluppati progetti di vari stimolatori elettronici che possono essere impiantati nel corpo. La stimolazione elettrica del cuore è diventata un modo affidabile per ripristinare il ritmo e le funzioni normali di questo organo vitale e ha riportato al lavoro centinaia di migliaia di persone. La stimolazione elettrica dei muscoli scheletrici è stata utilizzata con successo e sono in fase di sviluppo metodi di stimolazione elettrica delle aree cerebrali mediante elettrodi impiantati. Questi ultimi, utilizzando speciali dispositivi stereotassici, vengono introdotti in centri nervosi rigorosamente definiti (con una precisione di frazioni di millimetro). Questo metodo, trasferito dalla fisiologia alla clinica, ha permesso di curare migliaia di pazienti neurologici gravi e di ottenere una grande quantità di dati importanti sui meccanismi del cervello umano (N. P. Bekhtereva). Ne abbiamo parlato non solo per dare un'idea di alcuni metodi di ricerca fisiologica, ma anche per illustrare l'importanza della fisiologia per la clinica.

Oltre a registrare potenziali elettrici, temperatura, pressione, movimenti meccanici e altri processi fisici, nonché i risultati dell'impatto di questi processi sul corpo, i metodi chimici sono ampiamente utilizzati in fisiologia.

Metodi chimici in fisiologia. Il linguaggio dei segnali elettrici non è il più universale nel corpo. La più comune è l'interazione chimica dei processi vitali (catene di processi chimici che si verificano nei tessuti viventi). Pertanto, è nato un campo della chimica che studia questi processi: la chimica fisiologica. Oggi si è trasformata in una scienza indipendente: la chimica biologica, i cui dati rivelano i meccanismi molecolari dei processi fisiologici. Un fisiologo nei suoi esperimenti utilizza ampiamente metodi chimici, nonché metodi nati all'intersezione tra chimica, fisica e biologia. Questi metodi hanno dato origine a nuovi rami della scienza, ad esempio la biofisica, che studia il lato fisico dei fenomeni fisiologici.

Il fisiologo utilizza ampiamente il metodo degli atomi etichettati. Nella moderna ricerca fisiologica vengono utilizzati anche altri metodi presi in prestito dalle scienze esatte. Forniscono informazioni davvero preziose quando si analizzano determinati meccanismi di processi fisiologici.

Registrazione elettrica di grandezze non elettriche. Progressi significativi nella fisiologia oggi sono associati all'uso della tecnologia radioelettronica. Vengono utilizzati sensori: convertitori di vari fenomeni e quantità non elettrici (movimento, pressione, temperatura, concentrazione di varie sostanze, ioni, ecc.) In potenziali elettrici, che vengono poi amplificati da amplificatori elettronici e registrati da oscilloscopi. È stato sviluppato un numero enorme di tipi diversi di tali dispositivi di registrazione, che consentono di registrare molti processi fisiologici su un oscilloscopio. Numerosi dispositivi utilizzano effetti aggiuntivi sul corpo (ultrasuoni o onde elettromagnetiche, vibrazioni elettriche ad alta frequenza, ecc.). In tali casi, viene registrata la variazione dell'entità dei parametri di questi effetti che modificano alcune funzioni fisiologiche. Il vantaggio di tali dispositivi è che il sensore-trasduttore può essere montato non sull'organo studiato, ma sulla superficie del corpo. Onde, vibrazioni, ecc. che influenzano il corpo. penetrano nel corpo e, dopo aver influito sulla funzione o sull'organo studiato, vengono registrati da un sensore. Questo principio viene utilizzato, ad esempio, per costruire misuratori di flusso a ultrasuoni che determinano la velocità del flusso sanguigno nei vasi, reografi e reopletismografi che registrano i cambiamenti nella quantità di sangue in varie parti del corpo e molti altri dispositivi. Il loro vantaggio è la capacità di studiare il corpo in qualsiasi momento senza operazioni preliminari. Inoltre, tali studi non danneggiano il corpo. La maggior parte dei moderni metodi di ricerca fisiologica in clinica si basano su questi principi. Nell'URSS, l'iniziatore dell'uso della tecnologia radioelettronica per la ricerca fisiologica fu l'accademico V.V.

Un vantaggio significativo di tali metodi di registrazione è che il processo fisiologico viene convertito dal sensore in oscillazioni elettriche, e queste ultime possono essere amplificate e trasmesse via filo o via radio a qualsiasi distanza dall'oggetto studiato. È così che sono nati i metodi di telemetria, con l'aiuto dei quali è possibile registrare in un laboratorio di terra i processi fisiologici nel corpo di un astronauta in orbita, di un pilota in volo, di un atleta in pista, di un lavoratore durante il lavoro, ecc. La registrazione stessa non interferisce in alcun modo con l'attività dei soggetti.

Tuttavia, quanto più approfondita è l’analisi dei processi, tanto maggiore sorge la necessità di sintesi, cioè di creando un quadro completo di fenomeni da singoli elementi.

Il compito della fisiologia è, oltre all'approfondimento dell'analisi, effettuare continuamente la sintesi, per fornire un'immagine olistica del corpo come sistema.

Le leggi della fisiologia consentono di comprendere la reazione del corpo (come sistema integrale) e di tutti i suoi sottosistemi in determinate condizioni, sotto determinate influenze, ecc.

Pertanto, qualsiasi metodo per influenzare il corpo, prima di entrare nella pratica clinica, viene sottoposto a test approfonditi in esperimenti fisiologici.

Metodo sperimentale acuto. Il progresso della scienza è associato non solo allo sviluppo di tecniche sperimentali e metodi di ricerca. Dipende in gran parte dall'evoluzione del pensiero dei fisiologi, dallo sviluppo di approcci metodologici e metodologici allo studio dei fenomeni fisiologici. Dall'inizio fino agli anni '80 del secolo scorso, la fisiologia è rimasta una scienza analitica. Ha diviso il corpo in organi e sistemi separati e ha studiato la loro attività in isolamento. La principale tecnica metodologica della fisiologia analitica erano gli esperimenti su organi isolati, o i cosiddetti esperimenti acuti. Inoltre, per poter accedere a qualsiasi organo o sistema interno, il fisiologo doveva impegnarsi nella vivisezione (sezione dal vivo).

L'animale è stato legato ad una macchina ed è stata eseguita un'operazione complessa e dolorosa.

Era un lavoro duro, ma la scienza non conosceva altro modo per penetrare in profondità nel corpo.

Non era solo il lato morale del problema. La tortura crudele e la sofferenza insopportabile a cui è stato sottoposto il corpo hanno gravemente interrotto il normale corso dei fenomeni fisiologici e non hanno permesso di comprendere l'essenza dei processi che si verificano normalmente in condizioni naturali. L'uso dell'anestesia e di altri metodi per alleviare il dolore non ha aiutato in modo significativo. Fissazione dell'animale, esposizione a sostanze narcotiche, intervento chirurgico, perdita di sangue: tutto ciò ha completamente cambiato e interrotto il normale corso delle attività della vita. Si è formato un circolo vizioso. Per studiare un particolare processo o funzione di un organo o sistema interno, era necessario penetrare nelle profondità dell'organismo, e il tentativo stesso di tale penetrazione interrompeva il flusso dei processi vitali, per lo studio del quale era necessario l'esperimento intrapreso. Inoltre, lo studio degli organi isolati non ha fornito un'idea della loro vera funzione nelle condizioni di un organismo completo e integro.

Metodo dell'esperimento cronico. Il merito più grande della scienza russa nella storia della fisiologia è stato quello di uno dei suoi rappresentanti più talentuosi e brillanti, I.P.

Pavlov è riuscito a trovare una via d'uscita da questa impasse. I. P. Pavlov era molto doloroso per le carenze della fisiologia analitica e della sperimentazione acuta. Ha trovato il modo di guardare in profondità nel corpo senza violarne l'integrità. Si trattava di un metodo di sperimentazione cronica effettuato sulla base della “chirurgia fisiologica”.

Su un animale anestetizzato, in condizioni sterili e nel rispetto delle regole della tecnica chirurgica, è stata precedentemente eseguita un'operazione complessa, consentendo l'accesso all'uno o all'altro organo interno, è stata praticata una “finestra” nell'organo cavo, è stato inserito un tubo fistola impiantato, oppure il dotto ghiandolare è stato estratto e suturato alla pelle. L'esperimento stesso è iniziato molti giorni dopo, quando la ferita è guarita, l'animale si è ripreso e, in termini di natura dei processi fisiologici, non era praticamente diverso da uno normale e sano. Grazie alla fistola applicata è stato possibile studiare a lungo il decorso di alcuni processi fisiologici in condizioni comportamentali naturali.

FISIOLOGIA DI UN ORGANISMO INTEGRALE È noto che la scienza si sviluppa in base al successo dei metodi.

Il metodo dell'esperimento cronico di Pavlov ha creato una scienza fondamentalmente nuova: la fisiologia dell'intero organismo, la fisiologia sintetica, che è stata in grado di identificare l'influenza dell'ambiente esterno sui processi fisiologici, rilevare cambiamenti nelle funzioni di vari organi e sistemi per garantire la vita di l'organismo in diverse condizioni.

Con l'avvento dei moderni mezzi tecnici per lo studio dei processi vitali, è diventato possibile studiare le funzioni di molti organi interni, non solo negli animali, ma anche negli esseri umani, senza operazioni chirurgiche preliminari. La “chirurgia fisiologica” come tecnica metodologica in numerosi rami della fisiologia è stata soppiantata dai moderni metodi di sperimentazione senza sangue. Ma il punto non è in questa o quella specifica tecnica tecnica, ma nella metodologia del pensiero fisiologico. I.P. Pavlov creò una nuova metodologia e la fisiologia si sviluppò come scienza sintetica e un approccio sistematico divenne organicamente inerente ad essa.

Un organismo completo è indissolubilmente legato all'ambiente esterno che lo circonda e quindi, come ha scritto I.M. Sechenov, la definizione scientifica di un organismo dovrebbe includere anche l'ambiente che lo influenza. La fisiologia dell'intero organismo studia non solo i meccanismi interni di autoregolazione dei processi fisiologici, ma anche i meccanismi che garantiscono l'interazione continua e l'unità inestricabile dell'organismo con l'ambiente.

La regolazione dei processi vitali, così come l'interazione del corpo con l'ambiente, viene effettuata sulla base di principi comuni ai processi di regolazione nelle macchine e nella produzione automatizzata. Questi principi e leggi sono studiati da un campo speciale della scienza: la cibernetica.

Fisiologia e cibernetica I. P. PAVLOV (1849-1936) Cibernetica (dal greco kybernetike - l'arte del controllo) - la scienza del controllo dei processi automatizzati. I processi di controllo, come è noto, vengono effettuati da segnali che trasportano determinate informazioni. Nel corpo, tali segnali sono impulsi nervosi di natura elettrica, nonché varie sostanze chimiche.

La cibernetica studia i processi di percezione, codifica, elaborazione, archiviazione e riproduzione delle informazioni. Nel corpo esistono dispositivi e sistemi speciali per questi scopi (recettori, fibre nervose, cellule nervose, ecc.).

I dispositivi tecnici cibernetici hanno permesso di creare modelli che riproducono alcune funzioni del sistema nervoso. Tuttavia, il funzionamento del cervello nel suo complesso non è ancora suscettibile di tale modellazione e sono necessarie ulteriori ricerche.

L'unione di cibernetica e fisiologia è nata solo tre decenni fa, ma durante questo periodo l'arsenale matematico e tecnico della cibernetica moderna ha fornito progressi significativi nello studio e nella modellazione dei processi fisiologici.

Matematica e informatica in fisiologia. La registrazione simultanea (sincrona) dei processi fisiologici consente la loro analisi quantitativa e lo studio dell'interazione tra vari fenomeni. Ciò richiede metodi matematici precisi, il cui utilizzo ha segnato anche una nuova tappa importante nello sviluppo della fisiologia. La matematizzazione della ricerca consente l'uso dei computer elettronici in fisiologia. Ciò non solo aumenta la velocità di elaborazione delle informazioni, ma consente anche di effettuare tale elaborazione direttamente al momento dell'esperimento, il che consente di modificarne il corso e i compiti dello studio stesso in base ai risultati ottenuti.

Così, la spirale nello sviluppo della fisiologia sembrava essere finita. Agli albori di questa scienza, la ricerca, l'analisi e la valutazione dei risultati venivano effettuate dallo sperimentatore contemporaneamente nel processo di osservazione, direttamente durante l'esperimento stesso. La registrazione grafica ha permesso di separare questi processi nel tempo e nel processo e di analizzare i risultati dopo la fine dell'esperimento.

La radioelettronica e la cibernetica hanno permesso di ricollegare l'analisi e l'elaborazione dei risultati con la conduzione dell'esperimento stesso, ma su una base fondamentalmente diversa: l'interazione di molti diversi processi fisiologici viene studiata simultaneamente e i risultati di tale interazione vengono analizzati quantitativamente . Ciò ha permesso di condurre un cosiddetto esperimento automatico controllato, in cui un computer aiuta il ricercatore non solo ad analizzare i risultati, ma anche a modificare il corso dell'esperimento e la formulazione dei compiti, nonché i tipi di influenza sul corpo, a seconda della natura delle reazioni del corpo che sorgono direttamente durante l'esperienza. La fisica, la matematica, la cibernetica e altre scienze esatte hanno riattrezzato la fisiologia e fornito al medico un potente arsenale di mezzi tecnici moderni per valutare con precisione lo stato funzionale del corpo e per influenzare il corpo.

Modellistica matematica in fisiologia. La conoscenza dei modelli fisiologici e delle relazioni quantitative tra i vari processi fisiologici ha permesso di creare i loro modelli matematici. Con l'aiuto di tali modelli, questi processi vengono riprodotti su computer elettronici, esplorando varie opzioni di reazione, ad es. i loro possibili cambiamenti futuri sotto determinate influenze sul corpo (medicinali, fattori fisici o condizioni ambientali estreme). Già ora l'unione di fisiologia e cibernetica si è rivelata utile durante interventi chirurgici pesanti e in altre condizioni di emergenza che richiedono una valutazione accurata sia dello stato attuale dei processi fisiologici più importanti del corpo sia dell'anticipazione di possibili cambiamenti. Questo approccio ci consente di aumentare significativamente l’affidabilità del “fattore umano” in parti difficili e critiche della produzione moderna.

Fisiologia del 20 ° secolo. ha compiuto progressi significativi non solo nel campo della rivelazione dei meccanismi dei processi vitali e del controllo di questi processi. Ha fatto una svolta nell'area più complessa e misteriosa: nell'area dei fenomeni psichici.

La base fisiologica della psiche - l'attività nervosa superiore degli esseri umani e degli animali - è diventata uno degli oggetti importanti della ricerca fisiologica.

STUDIO OBIETTIVO DELL'ATTIVITÀ NERVOSA SUPERIORE Per migliaia di anni è stato generalmente accettato che il comportamento umano sia determinato dall'influenza di una certa entità immateriale (“anima”), che il fisiologo non è in grado di conoscere.

I.M. Sechenov è stato il primo fisiologo al mondo che ha osato immaginare il comportamento basato sul principio del riflesso, cioè basato sui meccanismi dell'attività nervosa conosciuti in fisiologia. Nel suo famoso libro "Riflessi del cervello", ha dimostrato che non importa quanto complesse possano sembrarci le manifestazioni esterne dell'attività mentale umana, prima o poi si riducono a una sola cosa: il movimento muscolare.

“Sia un bambino sorride alla vista di un giocattolo nuovo, sia Garibaldi ride quando viene perseguitato per eccessivo amore per la patria, sia Newton inventa le leggi del mondo e le scrive su carta, sia una ragazza trema al pensiero di un primo appuntamento, il risultato finale del pensiero è sempre una cosa: il movimento muscolare", ha scritto I.M. Sechenov.

Analizzando la formazione del pensiero di un bambino, I.M. Sechenov ha mostrato passo dopo passo che questo pensiero si forma come risultato di influenze dell'ambiente esterno, combinate tra loro in varie combinazioni, causando la formazione di diverse associazioni.

Il nostro pensiero (vita spirituale) si forma naturalmente sotto l'influenza delle condizioni ambientali e il cervello è un organo che accumula e riflette queste influenze. Non importa quanto complesse possano sembrarci le manifestazioni della nostra vita mentale, la nostra composizione psicologica interna è un risultato naturale delle condizioni dell'educazione e delle influenze ambientali. 999/1000 del contenuto mentale di una persona dipende dalle condizioni di educazione, dalle influenze ambientali nel senso ampio del termine, ha scritto I.M. Sechenov, e solo 1/1000 di esso è determinato da fattori congeniti. Pertanto, il principio del determinismo, il principio fondamentale della visione materialistica del mondo, è stato inizialmente esteso all'area più complessa dei fenomeni della vita, ai processi della vita spirituale umana. I.M. Sechenov ha scritto che un giorno un fisiologo imparerà ad analizzare le manifestazioni esterne dell'attività cerebrale con la stessa precisione con cui un fisico può analizzare un accordo musicale. Il libro di I.M. Sechenov fu un’opera geniale, affermando posizioni materialiste nelle aree più complesse della vita spirituale umana.

Il tentativo di Sechenov di dimostrare i meccanismi dell'attività cerebrale era un tentativo puramente teorico. Era necessario il passo successivo: studi sperimentali sui meccanismi fisiologici alla base dell'attività mentale e delle reazioni comportamentali. E questo passo è stato compiuto da I.P. Pavlov.

Il fatto che sia stato I.P. Pavlov, e nessun altro, a diventare l'erede delle idee di I.M. Sechenov e il primo a penetrare i segreti di base del lavoro delle parti superiori del cervello non è casuale. La logica dei suoi studi fisiologici sperimentali ha portato a questo. Studiando i processi vitali nel corpo in condizioni di comportamento animale naturale, I.

P. Pavlov ha attirato l'attenzione sull'importante ruolo dei fattori mentali che influenzano tutti i processi fisiologici. All'osservazione di I. P. Pavlov non sfuggì il fatto che la saliva, il succo gastrico di I. M. SECHENOV (1829-1905) e altri succhi digestivi cominciano a essere secreti nell'animale non solo al momento del pasto, ma molto prima del pasto, alla vista di cibo, il suono dei passi dell'inserviente che solitamente dà da mangiare all'animale. I.P. Pavlov ha attirato l'attenzione sul fatto che l'appetito, il desiderio appassionato di cibo, è un agente che secerne il succo tanto potente quanto il cibo stesso. Appetito, desiderio, umore, esperienze, sentimenti: tutti questi erano fenomeni mentali. Non furono studiati dai fisiologi prima di I.P. Pavlov. I.P. Pavlov ha visto che il fisiologo non ha il diritto di ignorare questi fenomeni, poiché interferiscono fortemente con il corso dei processi fisiologici, cambiandone la natura. Pertanto, il fisiologo è stato obbligato a studiarli. Ma come? Prima di I.P. Pavlov, questi fenomeni erano considerati da una scienza chiamata zoopsicologia.

Rivolgendosi a questa scienza, I.P. Pavlov dovette allontanarsi dalla solida base dei fatti fisiologici ed entrare nel regno delle ipotesi infruttuose e infondate sull'apparente stato mentale degli animali. Per spiegare il comportamento umano, i metodi utilizzati in psicologia sono legittimi, poiché una persona può sempre riferire i suoi sentimenti, stati d'animo, esperienze, ecc. Gli psicologi animali trasferirono ciecamente i dati ottenuti dall'esame degli esseri umani agli animali e parlarono anche di "sentimenti", "stati d'animo", "esperienze", "desideri", ecc. in un animale, senza poter verificare se ciò sia vero oppure no. Per la prima volta nei laboratori di Pavlov sorsero tante opinioni sui meccanismi degli stessi fatti quanti furono gli osservatori che videro questi fatti. Ognuno di loro li ha interpretati a modo suo e non c'era modo di verificare la correttezza di nessuna delle interpretazioni. I.P. Pavlov si rese conto che tali interpretazioni erano prive di significato e quindi fece un passo decisivo, veramente rivoluzionario. Senza cercare di indovinare alcuni stati mentali interni dell'animale, iniziò a studiare oggettivamente il comportamento dell'animale, confrontando alcuni effetti sul corpo con le risposte del corpo. Questo metodo oggettivo ha permesso di identificare le leggi alla base delle reazioni comportamentali del corpo.

Il metodo di studio oggettivo delle reazioni comportamentali ha creato una nuova scienza: la fisiologia dell'attività nervosa superiore con la sua precisa conoscenza dei processi che si verificano nel sistema nervoso sotto determinate influenze dell'ambiente esterno. Questa scienza ha dato molto alla comprensione dell'essenza dei meccanismi dell'attività mentale umana.

La fisiologia dell'attività nervosa superiore creata da I.P. Pavlov divenne la base scientifica naturale della psicologia. Divenne la base scientifica della teoria della riflessione di Lenin ed è della massima importanza in filosofia, medicina, pedagogia e in tutte quelle scienze che in un modo o nell’altro affrontano la necessità di studiare il mondo interiore (spirituale) dell’uomo.

L'importanza della fisiologia dell'attività nervosa superiore per la medicina. Insegnamenti di I.P.

Le idee di Pavlov sull'attività nervosa superiore sono di grande importanza pratica. È noto che un paziente non guarisce solo con le medicine, un bisturi o una procedura, ma anche con la parola del medico, la fiducia in lui e un appassionato desiderio di guarire. Tutti questi fatti erano noti a Ippocrate e Avicenna. Tuttavia, per migliaia di anni furono percepiti come la prova dell’esistenza di una potente “anima data da Dio” che soggioga il “corpo deperibile”. Gli insegnamenti di I.P. Pavlov hanno strappato il velo del mistero da questi fatti.

È diventato chiaro che l'effetto apparentemente magico dei talismani, dello stregone o degli incantesimi di uno sciamano non è altro che un esempio dell'influenza delle parti superiori del cervello sugli organi interni e sulla regolazione di tutti i processi vitali. La natura di questa influenza è determinata dall'influenza delle condizioni ambientali sul corpo, le più importanti delle quali per l'uomo sono le condizioni sociali, in particolare lo scambio di pensieri nella società umana attraverso le parole. Per la prima volta nella storia della scienza, I.P. Pavlov ha dimostrato che il potere delle parole sta nel fatto che le parole e il discorso rappresentano uno speciale sistema di segnali, inerente solo agli esseri umani, che cambia naturalmente il comportamento e lo stato mentale. L'insegnamento di Paolo espulse l'idealismo dall'ultimo rifugio apparentemente inespugnabile: l'idea di un'“anima” data da Dio. Ha posto un'arma potente nelle mani del medico, dandogli l'opportunità di usare correttamente le parole, mostrando il ruolo più importante dell'influenza morale sul paziente per il successo del trattamento.

CONCLUSIONE I. P. Pavlov può essere giustamente considerato il fondatore della moderna fisiologia dell'intero organismo. Anche altri eminenti fisiologi sovietici diedero un contributo importante al suo sviluppo. A. A. Ukhtomsky ha creato la dottrina del dominante come principio principale dell'attività del sistema nervoso centrale (SNC). L. A. Orbeli ha fondato l'evoluzione di L. L. ORBELI A. A. UKHTOMSKY (1882-1958) (1875-1942) P. K. ANOKHIN K. M. BYKOV (1898-1974) (1886-1959) zione della fisiologia. È autore di lavori fondamentali sulla funzione trofica adattativa del sistema nervoso simpatico. K. M. Bykov ha rivelato la presenza di una regolazione riflessa condizionata delle funzioni degli organi interni, dimostrando che le funzioni autonome non sono autonome, che sono soggette all'influenza delle parti superiori del sistema nervoso centrale e possono cambiare sotto l'influenza di segnali condizionati. Per gli esseri umani il segnale condizionato più importante è la parola. Questo segnale è in grado di modificare l'attività degli organi interni, cosa della massima importanza per la medicina (psicoterapia, deontologia, ecc.).

L. S. STERN I. S. BERITASHVILI (1878-1968) (1885-1974) P. K. Anokhin sviluppò la dottrina del sistema funzionale - uno schema universale per la regolazione dei processi fisiologici e delle reazioni comportamentali del corpo.

L'eminente neurofisiologo I. S. Beritov (Beritashvili) ha creato una serie di indicazioni originali nella fisiologia del sistema nervoso neuromuscolare e centrale. L. S. Stern è l'autore della dottrina della barriera ematoencefalica e delle barriere istoematiche - regolatori dell'ambiente interno immediato di organi e tessuti. V.V. Parin fece importanti scoperte nel campo della regolazione del sistema cardiovascolare (riflesso di Larin). È il fondatore della fisiologia spaziale e l'iniziatore dell'introduzione della radioelettronica, della cibernetica e dei metodi matematici nella ricerca fisiologica. E. A. Asratyan ha creato una dottrina sui meccanismi di compensazione delle funzioni compromesse. È autore di numerose opere fondamentali che sviluppano le principali disposizioni degli insegnamenti di I. P. Pavlov. V. N. Chernigovsky ha sviluppato la dottrina degli interorecettori.

I fisiologi sovietici avevano la priorità in PARIN (1903-1971), nella creazione di un cuore artificiale (A. A. Bryukhonenko), nella registrazione EEG (V. V. Pravdich-Neminsky), nella creazione di direzioni così importanti e nuove nella scienza come la fisiologia spaziale, la fisiologia del lavoro, la fisiologia dello sport, lo studio dei meccanismi fisiologici di adattamento, di regolazione e dei meccanismi interni per l'attuazione di molte funzioni fisiologiche. Questi e molti altri studi sono di fondamentale importanza per la medicina.

La conoscenza dei processi vitali che si verificano in vari organi e tessuti, i meccanismi di regolazione dei fenomeni vitali, la comprensione dell'essenza delle funzioni fisiologiche del corpo e dei processi che interagiscono con l'ambiente rappresentano la base teorica fondamentale su cui si basa la formazione del futuro medico è basato.

Sezione I FISIOLOGIA GENERALE INTRODUZIONE Ciascuna delle centinaia di trilioni di cellule del corpo umano si distingue per una struttura estremamente complessa, la capacità di auto-organizzarsi e l'interazione multilaterale con altre cellule. Il numero di processi eseguiti da ciascuna cella e la quantità di informazioni elaborate in questo processo supera di gran lunga ciò che avviene oggi in qualsiasi grande impianto industriale. Tuttavia, la cellula è solo uno dei sottosistemi relativamente elementari nella complessa gerarchia dei sistemi che formano un organismo vivente.

Tutti questi sistemi sono altamente ordinati. La normale struttura funzionale di ciascuno di essi e la normale esistenza di ciascun elemento del sistema (compresa ciascuna cellula) sono possibili grazie al continuo scambio di informazioni tra gli elementi (e tra le cellule).

Lo scambio di informazioni avviene attraverso l'interazione diretta (contatto) tra le cellule, a seguito del trasporto di sostanze con il fluido tissutale, la linfa e il sangue (comunicazione umorale - dal latino humor - liquido), nonché durante il trasferimento di potenziali bioelettrici da cellula a cellula, che rappresenta il modo più veloce per trasmettere informazioni nel corpo. Gli organismi multicellulari hanno sviluppato un sistema speciale che fornisce percezione, trasmissione, archiviazione, elaborazione e riproduzione delle informazioni codificate nei segnali elettrici. Questo è il sistema nervoso che ha raggiunto il suo massimo sviluppo nell'uomo. Per comprendere la natura dei fenomeni bioelettrici, cioè dei segnali con cui il sistema nervoso trasmette informazioni, è necessario innanzitutto considerare alcuni aspetti della fisiologia generale dei cosiddetti tessuti eccitabili, che comprendono il tessuto nervoso, quello muscolare e quello ghiandolare. .

Capitolo FISIOLOGIA DEL TESSUTO ECCITABILE Tutte le cellule viventi hanno irritabilità, cioè la capacità, sotto l'influenza di determinati fattori dell'ambiente esterno o interno, i cosiddetti stimoli, di passare da uno stato di riposo fisiologico a uno stato di attività. Tuttavia, il termine “cellule eccitabili” viene utilizzato solo in relazione a cellule nervose, muscolari e secretorie che sono in grado di generare forme specializzate di oscillazioni del potenziale elettrico in risposta all’azione di uno stimolo.

I primi dati sull'esistenza di fenomeni bioelettrici (“elettricità animale”) furono ottenuti nel terzo quarto del XVIII secolo. A. studiando la natura della scarica elettrica provocata da alcuni pesci durante la difesa e l'attacco. Una lunga disputa scientifica (1791 -1797) tra il fisiologo L. Galvani e il fisico A. Volta sulla natura dell'“elettricità animale” si concluse con due importanti scoperte: furono stabiliti fatti che indicavano la presenza di potenziali elettrici nei nervi e nei muscoli tessuti ed è stato scoperto un nuovo metodo per ottenere corrente elettrica utilizzando metalli diversi: è stato creato un elemento galvanico ("colonna voltaica"). Tuttavia, le prime misurazioni dirette dei potenziali nei tessuti viventi furono possibili solo dopo l'invenzione dei galvanometri. Uno studio sistematico dei potenziali nei muscoli e nei nervi in ​​uno stato di riposo ed eccitazione fu iniziato da Dubois-Reymond (1848). Ulteriori progressi nello studio dei fenomeni bioelettrici sono stati strettamente legati al miglioramento delle tecniche per la registrazione delle oscillazioni veloci del potenziale elettrico (oscilloscopi a stringa, ad anello e catodico) e ai metodi per la loro rimozione da singole cellule eccitabili. Una fase qualitativamente nuova nello studio dei fenomeni elettrici nei tessuti viventi: gli anni '40 e '50 del nostro secolo. Utilizzando microelettrodi intracellulari è stato possibile registrare direttamente i potenziali elettrici delle membrane cellulari. I progressi nell'elettronica hanno reso possibile lo sviluppo di metodi per studiare le correnti ioniche che fluiscono attraverso una membrana quando il potenziale di membrana cambia o quando composti biologicamente attivi agiscono sui recettori di membrana. Negli ultimi anni è stato sviluppato un metodo che consente di registrare le correnti ioniche che fluiscono attraverso singoli canali ionici.

Si distinguono i seguenti tipi principali di risposte elettriche delle cellule eccitabili:

risposta locale;

diffusione del potenziale d'azione e potenziali traccia associati;

potenziali postsinaptici eccitatori ed inibitori;

potenziali del generatore, ecc. Tutte queste fluttuazioni potenziali si basano su cambiamenti reversibili nella permeabilità della membrana cellulare per determinati ioni. A sua volta, il cambiamento di permeabilità è una conseguenza dell'apertura e della chiusura dei canali ionici esistenti nella membrana cellulare sotto l'influenza di uno stimolo attivo.

L'energia utilizzata nella generazione di potenziali elettrici viene immagazzinata in una cellula a riposo sotto forma di gradienti di concentrazione di ioni Na+, Ca2+, K+, C1~ su entrambi i lati della membrana superficiale. Questi gradienti vengono creati e mantenuti grazie al lavoro di dispositivi molecolari specializzati, le cosiddette pompe ioniche a membrana. Questi ultimi utilizzano per il loro lavoro l'energia metabolica rilasciata durante la disgregazione enzimatica del donatore universale di energia cellulare: l'acido adenosina trifosforico (ATP).

Lo studio dei potenziali elettrici che accompagnano i processi di eccitazione e inibizione nei tessuti viventi è importante sia per comprendere la natura di questi processi sia per identificare la natura dei disturbi nell'attività delle cellule eccitabili in vari tipi di patologie.

Nelle cliniche moderne sono diventati particolarmente diffusi i metodi per la registrazione dei potenziali elettrici del cuore (elettrocardiografia), del cervello (elettroencefalografia) e dei muscoli (elettromiografia).

POTENZIALE DI RIPOSO Il termine “potenziale di membrana” (potenziale di riposo) è comunemente usato per riferirsi alla differenza di potenziale transmembrana;

esistente tra il citoplasma e la soluzione esterna che circonda la cellula. Quando una cellula (fibra) è in uno stato di riposo fisiologico, il suo potenziale interno è negativo rispetto a quello esterno, che convenzionalmente viene assunto pari a zero. In cellule diverse, il potenziale di membrana varia da -50 a -90 mV.

Per misurare il potenziale di riposo e monitorarne i cambiamenti causati dall'uno o dall'altro effetto sulla cellula, viene utilizzata la tecnica dei microelettrodi intracellulari (Fig. 1).

Il microelettrodo è una micropipetta, cioè un sottile capillare esteso da un tubo di vetro. Il diametro della sua punta è di circa 0,5 micron. La micropipetta è riempita con soluzione salina (solitamente 3 M K.S1), un elettrodo metallico (filo d'argento clorurato) è immerso in essa e collegato a un dispositivo di misurazione elettrico - un oscilloscopio dotato di un amplificatore di corrente continua.

Il microelettrodo viene installato sull'oggetto in esame, ad esempio il muscolo scheletrico, e quindi, utilizzando un micromanipolatore, un dispositivo dotato di viti micrometriche, viene inserito nella cellula. Un elettrodo di dimensioni normali viene immerso in una normale soluzione salina contenente il tessuto in esame.

Non appena il microelettrodo penetra la membrana superficiale della cellula, il raggio dell'oscillografo devia immediatamente dalla sua posizione originale (zero), rivelando così l'esistenza di una differenza di potenziale tra la superficie e il contenuto della cellula. L'ulteriore avanzamento del microelettrodo all'interno del protoplasma non influisce sulla posizione del fascio dell'oscilloscopio. Ciò indica che il potenziale è effettivamente localizzato sulla membrana cellulare.

Quando un microelettrodo viene inserito con successo, la membrana ne copre saldamente la punta e la cellula conserva la capacità di funzionare per diverse ore senza mostrare segni di danno.

Ci sono molti fattori che modificano il potenziale di riposo delle cellule: applicazione di corrente elettrica, cambiamenti nella composizione ionica del mezzo, esposizione a determinate tossine, interruzione dell'apporto di ossigeno ai tessuti, ecc. In tutti quei casi in cui il potenziale interno diminuisce ( diventa meno negativo), si parla di depolarizzazione della membrana;

lo spostamento opposto di potenziale (aumento della carica negativa sulla superficie interna della membrana cellulare) è chiamato iperpolarizzazione.

LA NATURA DEL POTENZIALE DI RIPOSO Già nel 1896, V. Yu Chagovets avanzò un'ipotesi sul meccanismo ionico dei potenziali elettrici nelle cellule viventi e tentò di applicare la teoria della dissociazione elettrolitica di Arrhenius per spiegarli. Nel 1902, Yu. Bernstein sviluppò la teoria della membrana-ione, che fu modificata e confermata sperimentalmente da Hodgkin, Huxley e Katz (1949-1952). Attualmente, quest’ultima teoria gode di un’accettazione universale. Secondo questa teoria, la presenza di potenziali elettrici nelle cellule viventi è dovuta alla disuguaglianza nella concentrazione degli ioni Na+, K+, Ca2+ e C1~ all'interno e all'esterno della cellula e alla diversa permeabilità della membrana superficiale verso di essi.

Dai dati in tabella. La Figura 1 mostra che il contenuto della fibra nervosa è ricco di K+ e anioni organici (che praticamente non penetrano nella membrana) e povero di Na+ e C1~.

La concentrazione di K+ nel citoplasma delle cellule nervose e muscolari è 40-50 volte superiore rispetto alla soluzione esterna e se la membrana a riposo fosse permeabile solo a questi ioni, il potenziale di riposo corrisponderebbe al potenziale di equilibrio del potassio (Ek) , calcolato utilizzando la formula di Nernst :

dove R è la costante dei gas, F è il numero di Faraday, T è la temperatura assoluta, Ko è la concentrazione degli ioni potassio liberi nella soluzione esterna, Ki è la loro concentrazione nel citoplasma. Per capire come si presenta questo potenziale, considerare quanto segue esperimento modello (Fig. 2).

Immaginiamo un vaso separato da una membrana semipermeabile artificiale. Le pareti dei pori di questa membrana sono cariche elettronegativamente, quindi consentono il passaggio solo dei cationi e sono impermeabili agli anioni. Una soluzione salina contenente ioni K+ viene versata in entrambe le metà del recipiente, ma la loro concentrazione nella parte destra del recipiente è maggiore che in quella sinistra. Come risultato di questo gradiente di concentrazione, gli ioni K+ cominciano a diffondersi dalla metà destra del vaso a quella sinistra, portando lì la loro carica positiva. Ciò porta al fatto che gli anioni non penetranti iniziano ad accumularsi vicino alla membrana nella metà destra della nave. Con la loro carica negativa, manterranno elettrostaticamente il K+ sulla superficie della membrana nella metà sinistra del vaso. Di conseguenza, la membrana è polarizzata e tra le sue due superfici si crea una differenza di potenziale corrispondente al potenziale di equilibrio del potassio (k).

L'ipotesi che nello stato di riposo la membrana delle fibre nervose e muscolari sia selettivamente permeabile al K+ e che sia la loro diffusione a creare il potenziale di riposo fu fatta da Bernstein già nel 1902 e confermata da Hodgkin et al. nel 1962 in esperimenti su assoni isolati di calamari giganti. Il citoplasma (assoplasma) è stato accuratamente spremuto da una fibra con un diametro di circa 1 mm e la membrana collassata è stata riempita con una soluzione salina artificiale. Quando la concentrazione di K+ nella soluzione era vicina al valore intracellulare, si stabiliva una differenza di potenziale tra la parte interna ed esterna della membrana, vicina al valore del potenziale di riposo normale (-50 = 80 mV), e la fibra impulsi condotti. Quando la concentrazione intracellulare di K+ diminuiva e quella esterna aumentava, il potenziale di membrana diminuiva o addirittura cambiava segno (il potenziale diventava positivo se la concentrazione di K+ nella soluzione esterna era maggiore di quella interna).

Tali esperimenti hanno dimostrato che il gradiente concentrato di K+ è effettivamente il fattore principale che determina l'entità del potenziale di riposo della fibra nervosa. Tuttavia, la membrana a riposo è permeabile non solo al K+, ma (anche se in misura molto minore) anche al Na+. La diffusione di questi ioni caricati positivamente nella cellula riduce il valore assoluto del potenziale negativo interno della cellula creato dalla diffusione di K+. Pertanto il potenziale di riposo delle fibre (-50 - 70 mV) è meno negativo del potenziale di equilibrio del potassio calcolato con la formula di Nernst.

Gli ioni C1~ nelle fibre nervose non svolgono un ruolo significativo nella genesi del potenziale di riposo, poiché la permeabilità della membrana a riposo nei loro confronti è relativamente piccola. Al contrario, nelle fibre muscolari scheletriche la permeabilità della membrana a riposo per gli ioni cloro è paragonabile a quella del potassio, e quindi la diffusione di C1~ nella cellula aumenta il valore del potenziale di riposo. Potenziale di equilibrio del cloro calcolato (Ecl) al rapporto Pertanto, il valore del potenziale di riposo della cellula è determinato da due fattori principali: a) il rapporto tra le concentrazioni di cationi e anioni che penetrano attraverso la membrana della superficie di riposo;

b) il rapporto tra le permeabilità della membrana per questi ioni.

Per descrivere quantitativamente questo modello, viene solitamente utilizzata l’equazione di Goldman-Hodgkin-Katz:

dove Em è il potenziale di riposo, Pk, PNa, Pcl sono la permeabilità della membrana rispettivamente per gli ioni K+, Na+ e C1~;

Cl0- sono le concentrazioni esterne degli ioni K+, Na+ e Cl- e Ki+ Nai+ e Cli- sono le loro concentrazioni interne.

È stato calcolato che in un assone gigante di calamaro isolato a Em = -50 mV esiste il seguente rapporto tra le permeabilità ioniche della membrana a riposo:

Рк:РNa:РCl = 1:0.04:0.45.

L'equazione spiega molti dei cambiamenti nel potenziale di riposo della cellula osservati sperimentalmente e in condizioni naturali, ad esempio la sua persistente depolarizzazione sotto l'influenza di alcune tossine che causano un aumento della permeabilità al sodio della membrana. Queste tossine includono veleni vegetali: veratridina, aconitina e una delle neurotossine più potenti: la batra hotoxin, prodotta dalle ghiandole cutanee delle rane colombiane.

La depolarizzazione della membrana, come segue dall'equazione, può verificarsi anche con PNA invariato se la concentrazione esterna di ioni K+ viene aumentata (cioè il rapporto Ko/Ki è aumentato). Questo cambiamento nel potenziale di riposo non è affatto solo un fenomeno di laboratorio. Il fatto è che la concentrazione di K+ nel liquido intercellulare aumenta notevolmente durante l'attivazione delle cellule nervose e muscolari, accompagnata da un aumento di Pk. La concentrazione di K+ nel liquido intercellulare aumenta in modo particolarmente significativo in caso di disturbi dell'afflusso di sangue (ischemia) ai tessuti, ad esempio nell'ischemia del miocardio. La conseguente depolarizzazione della membrana porta alla cessazione della generazione di potenziali d'azione, cioè all'interruzione della normale attività elettrica delle cellule.

IL RUOLO DEL METABOLISMO NELLA GENESI E MANTENIMENTO DEL POTENZIALE DI RIPOSO (POMPA DI SODIO DELLE MEMBRANE) Nonostante il fatto che i flussi di Na+ e K+ attraverso la membrana a riposo siano piccoli, la differenza nelle concentrazioni di questi ioni all'interno e all'esterno della cellula dovrebbe eventualmente pareggiare se Se non ci fosse uno speciale dispositivo molecolare nella membrana cellulare - una "pompa di sodio", che garantisce la rimozione ("pompaggio") del Na+ che penetra in essa dal citoplasma e l'introduzione ("pompaggio") di K+ nella il citoplasma. La pompa del sodio muove Na+ e K+ contro il loro gradiente di concentrazione, cioè compie una certa quantità di lavoro. La fonte diretta di energia per questo lavoro è un composto ricco di energia (macroergico): l'acido adenosina trifosforico (ATP), che è una fonte universale di energia per le cellule viventi. La degradazione dell'ATP viene effettuata da macromolecole proteiche: l'enzima adenosina trifosfatasi (ATPasi), localizzato nella membrana superficiale della cellula. L'energia rilasciata durante la scomposizione di una molecola di ATP garantisce la rimozione di tre ioni Na+ dalla cellula in cambio di due ioni K+ che entrano nella cellula dall'esterno.

L'inibizione dell'attività dell'ATPasi causata da alcuni composti chimici (ad esempio, il glicoside cardiaco ouabaina) interrompe la pompa, causando la perdita di K+ da parte della cellula e l'arricchimento di Na+. Lo stesso risultato si ottiene inibendo i processi ossidativi e glicolitici nella cellula, che assicurano la sintesi dell'ATP. Negli esperimenti, ciò si ottiene con l'aiuto di veleni che inibiscono questi processi. In condizioni di alterato apporto di sangue ai tessuti, indebolimento del processo di respirazione tissutale, viene inibito il funzionamento della pompa elettrogenica e, di conseguenza, l'accumulo di K+ negli spazi intercellulari e la depolarizzazione della membrana.

Il ruolo dell'ATP nel meccanismo del trasporto attivo del Na+ è stato dimostrato direttamente in esperimenti su fibre nervose di calamari giganti. Si è scoperto che introducendo ATP nella fibra, era possibile ripristinare temporaneamente il funzionamento della pompa del sodio, compromessa dall'inibitore dell'enzima respiratorio cianuro.

Inizialmente si credeva che la pompa del sodio fosse elettricamente neutra, cioè che il numero di ioni Na+ e K+ scambiati fosse uguale. Successivamente si scoprì che per ogni tre ioni Na+ rimossi dalla cellula, solo due ioni K+ entrano nella cellula. Ciò significa che la pompa è elettrogenica: crea una differenza di potenziale sulla membrana che si somma al potenziale di riposo.

Questo contributo della pompa del sodio al valore normale del potenziale di riposo non è lo stesso nelle diverse cellule: è apparentemente insignificante nelle fibre nervose del calamaro, ma è significativo per il potenziale di riposo (circa il 25% del valore totale) nel mollusco gigante. neuroni e muscoli lisci.

Pertanto, nella formazione del potenziale di riposo, la pompa del sodio svolge un duplice ruolo: 1) crea e mantiene un gradiente di concentrazione transmembrana di Na+ e K+;

2) genera una differenza di potenziale che si somma al potenziale creato dalla diffusione di K+ lungo il gradiente di concentrazione.

POTENZIALE D'AZIONE Il potenziale d'azione è una rapida fluttuazione del potenziale di membrana che si verifica quando i nervi, i muscoli e alcune altre cellule sono eccitati. Si basa sui cambiamenti nella permeabilità ionica della membrana. L'ampiezza e la natura dei cambiamenti temporanei nel potenziale d'azione dipendono poco dalla forza dello stimolo che lo provoca, è importante solo che questa forza non sia inferiore a un certo valore critico, chiamato soglia di irritazione; Sorto nel sito di irritazione, il potenziale d'azione si diffonde lungo il nervo o la fibra muscolare senza modificarne l'ampiezza.

La presenza di una soglia e l'indipendenza dell'ampiezza del potenziale d'azione dalla forza dello stimolo che lo ha causato sono chiamate legge “tutto o niente”.

In condizioni naturali, i potenziali d'azione vengono generati nelle fibre nervose quando i recettori vengono stimolati o le cellule nervose vengono eccitate. La propagazione dei potenziali d'azione lungo le fibre nervose garantisce la trasmissione delle informazioni nel sistema nervoso. Dopo aver raggiunto le terminazioni nervose, i potenziali d'azione provocano la secrezione di sostanze chimiche (trasmettitori) che forniscono la trasmissione del segnale alle cellule muscolari o nervose. Nelle cellule muscolari, i potenziali d'azione avviano una catena di processi che causano un atto contrattile. Gli ioni che penetrano nel citoplasma durante la generazione di potenziali d'azione hanno un effetto regolatore sul metabolismo cellulare e, in particolare, sui processi di sintesi delle proteine ​​che compongono i canali ionici e le pompe ioniche.

Per registrare i potenziali d'azione vengono utilizzati elettrodi extra o intracellulari. Nell'abduzione extracellulare, gli elettrodi vengono portati sulla superficie esterna della fibra (cella). Ciò permette di scoprire che la superficie della zona eccitata per un tempo molto breve (in una fibra nervosa per un millesimo di secondo) si carica negativamente rispetto alla vicina zona di riposo.

L'uso di microelettrodi intracellulari consente la caratterizzazione quantitativa dei cambiamenti nel potenziale di membrana durante le fasi ascendente e discendente del potenziale d'azione. È stato accertato che durante la fase ascendente (fase di depolarizzazione), non solo scompare il potenziale di riposo (come inizialmente ipotizzato), ma si verifica una differenza di potenziale di segno opposto: il contenuto interno della cellula si carica positivamente rispetto a nell'ambiente esterno, in altre parole, avviene una inversione del potenziale di membrana. Durante la fase discendente (fase di ripolarizzazione), il potenziale di membrana ritorna al suo valore originale. Nella fig. Le figure 3 e 4 mostrano esempi di registrazioni di potenziali d'azione nella fibra muscolare scheletrica della rana e nell'assone gigante del calamaro. Si può vedere che al momento del raggiungimento dell'apice (picco), il potenziale di membrana è + 30 / + 40 mV e l'oscillazione del picco è accompagnata da cambiamenti a lungo termine nel potenziale di membrana, dopo di che viene stabilito il potenziale di membrana al livello iniziale. La durata del picco del potenziale d’azione in varie fibre nervose e muscolari scheletriche varia Fig. 5. Somma dei potenziali in tracce nel nervo frenico di un gatto durante la sua irritazione a breve termine da parte di impulsi ritmici.

La parte ascendente del potenziale d'azione non è visibile. Le registrazioni iniziano con potenziali traccia negativi (a), trasformandosi in potenziali positivi (b). La curva superiore è la risposta ad un singolo stimolo. Con l'aumentare della frequenza di stimolazione (da 10 a 250 per 1 s), il potenziale positivo della traccia (iperpolarizzazione della traccia) aumenta notevolmente.

varia da 0,5 a 3 ms e la fase di ripolarizzazione è più lunga della fase di depolarizzazione.

La durata del potenziale d'azione, soprattutto la fase di ripolarizzazione, è strettamente dipendente dalla temperatura: con un raffreddamento di 10°C la durata del picco aumenta di circa 3 volte.

Le variazioni del potenziale di membrana che seguono il picco del potenziale d'azione sono chiamate potenziali in traccia.

Esistono due tipi di potenziali in traccia: depolarizzazione in traccia e iperpolarizzazione in traccia. L'ampiezza dei potenziali in traccia di solito non supera diversi millivolt (5-10% dell'altezza del picco) e la loro durata in diverse fibre varia da diversi millisecondi a decine e centinaia di secondi.

La dipendenza del picco del potenziale d'azione e della depolarizzazione delle tracce può essere considerata utilizzando l'esempio della risposta elettrica di una fibra muscolare scheletrica. Dalla voce mostrata in Fig. 3, è chiaro che la fase discendente del potenziale d'azione (fase di ripolarizzazione) è divisa in due parti disuguali. Inizialmente, il potenziale calo avviene rapidamente, quindi rallenta in modo significativo. Questa componente lenta della fase discendente del potenziale d'azione è chiamata depolarizzazione della traccia.

Un esempio dell'iperpolarizzazione della membrana in traccia che accompagna il picco di un potenziale d'azione in una singola fibra nervosa gigante di calamaro (isolata) è mostrato in Fig. 4. In questo caso, la fase discendente del potenziale d'azione passa direttamente alla fase di iperpolarizzazione della traccia, la cui ampiezza in questo caso raggiunge 15 mV. L'iperpolarizzazione delle tracce è caratteristica di molte fibre nervose non pulpari di animali a sangue freddo e a sangue caldo. Nelle fibre nervose mielinizzate, i potenziali in traccia sono più complessi. Una traccia di depolarizzazione può trasformarsi in una traccia di iperpolarizzazione, quindi a volte si verifica una nuova depolarizzazione, solo dopo la quale il potenziale di riposo viene completamente ripristinato. I potenziali in traccia, in misura molto maggiore rispetto ai picchi dei potenziali d'azione, sono sensibili ai cambiamenti nel potenziale di riposo iniziale, nella composizione ionica del mezzo, nell'apporto di ossigeno alla fibra, ecc.

Una caratteristica dei potenziali in traccia è la loro capacità di cambiare durante il processo degli impulsi ritmici (Fig. 5).

MECCANISMO IONICO D'AZIONE POTENZIALE ASPETTO Il potenziale d'azione si basa su cambiamenti nella permeabilità ionica della membrana cellulare che si sviluppano costantemente nel tempo.

Come notato, a riposo la permeabilità della membrana al potassio supera la sua permeabilità al sodio. Di conseguenza, il flusso di K+ dal citoplasma nella soluzione esterna supera il flusso di Na+ diretto in senso opposto. Pertanto, il lato esterno della membrana a riposo ha un potenziale positivo rispetto a quello interno.

Quando una cellula è esposta ad una sostanza irritante, la permeabilità della membrana al Na+ aumenta notevolmente e alla fine diventa circa 20 volte maggiore della permeabilità al K+. Pertanto, il flusso di Na+ dalla soluzione esterna nel citoplasma comincia a superare la corrente di potassio in uscita. Ciò porta ad un cambiamento nel segno (inversione) del potenziale di membrana: il contenuto interno della cellula si carica positivamente rispetto alla sua superficie esterna. Questa variazione del potenziale di membrana corrisponde alla fase ascendente del potenziale d'azione (fase di depolarizzazione).

L'aumento della permeabilità della membrana al Na+ dura solo per un tempo molto breve. Successivamente la permeabilità della membrana diminuisce nuovamente per il Na+ e aumenta per il K+.

Il processo che ha portato al declino precedente Fig. 6. L'andamento temporale dei cambiamenti nell'aumento della permeabilità al sodio (g) Na e della permeabilità al potassio (gk) della membrana gigante è chiamato inattivazione del sodio. assone del calamaro durante la generazione del potenziale Come risultato dell'inattivazione, il Na+ fluisce nell'azione cial (V).

il citoplasma è bruscamente indebolito. Un aumento della permeabilità al potassio provoca un aumento del flusso di K+ dal citoplasma alla soluzione esterna. Come risultato di questi due processi, avviene la ripolarizzazione della membrana: il contenuto interno della cellula acquisisce nuovamente una carica negativa rispetto alla soluzione esterna. Questa variazione di potenziale corrisponde alla fase discendente del potenziale d'azione (fase di ripolarizzazione).

Uno degli argomenti importanti a favore della teoria del sodio sull'origine dei potenziali d'azione era il fatto che la sua ampiezza dipendeva strettamente dalla concentrazione di Na+ nella soluzione esterna.

Esperimenti su fibre nervose giganti perfuse dall'interno con soluzioni saline hanno fornito una conferma diretta della correttezza della teoria del sodio. È stato accertato che quando l'assoplasma viene sostituito con una soluzione salina ricca di K+, la membrana fibrosa non solo mantiene il normale potenziale di riposo, ma conserva per lungo tempo la capacità di generare centinaia di migliaia di potenziali d'azione di normale ampiezza. Se il K+ nella soluzione intracellulare viene parzialmente sostituito da Na+ e quindi riduce il gradiente di concentrazione di Na+ tra l'ambiente esterno e la soluzione interna, l'ampiezza del potenziale d'azione diminuisce drasticamente. Quando il K+ viene completamente sostituito dal Na+, la fibra perde la capacità di generare potenziali d'azione.

Questi esperimenti non lasciano dubbi sul fatto che la membrana superficiale sia effettivamente il sito di potenziali fenomeni sia a riposo che durante l'eccitazione. Diventa ovvio che la differenza nelle concentrazioni di Na+ e K+ all'interno e all'esterno della fibra è la fonte della forza elettromotrice che provoca la comparsa del potenziale di riposo e del potenziale d'azione.

Nella fig. La Figura 6 mostra i cambiamenti nella permeabilità della membrana al sodio e al potassio durante la generazione del potenziale d'azione nell'assone gigante del calamaro. Relazioni simili si verificano in altre fibre nervose, nei corpi delle cellule nervose e nelle fibre muscolari scheletriche degli animali vertebrati. Nei muscoli scheletrici dei crostacei e nei muscoli lisci dei vertebrati gli ioni Ca2+ svolgono un ruolo di primo piano nella genesi della fase ascendente del potenziale d'azione. Nelle cellule del miocardio, l’aumento iniziale del potenziale d’azione è associato ad un aumento della permeabilità di membrana per il Na+, mentre il plateau del potenziale d’azione è dovuto ad un aumento della permeabilità di membrana per gli ioni Ca2+.

SULLA NATURA DELLA PERMEABILITÀ IONICA DELLA MEMBRANA. CANALI IONICI I cambiamenti considerati nella permeabilità ionica della membrana durante la generazione di un potenziale d'azione si basano sui processi di apertura e chiusura di canali ionici specializzati nella membrana, che hanno due importanti proprietà: 1) selettività verso determinati ioni;

2) eccitabilità elettrica, cioè la capacità di aprirsi e chiudersi in risposta a cambiamenti nel potenziale di membrana. Il processo di apertura e chiusura di un canale è di natura probabilistica (il potenziale di membrana determina solo la probabilità che il canale si trovi in ​​uno stato aperto o chiuso).

Proprio come le pompe ioniche, i canali ionici sono formati da macromolecole proteiche che penetrano nel doppio strato lipidico della membrana. La struttura chimica di queste macromolecole non è stata ancora decifrata, quindi le idee sull'organizzazione funzionale dei canali vengono ancora costruite principalmente indirettamente - sulla base dell'analisi dei dati ottenuti dallo studio dei fenomeni elettrici nelle membrane e dell'influenza di vari agenti chimici (tossine , enzimi, farmaci, ecc.) sui canali ecc.). È generalmente accettato che il canale ionico sia costituito dal sistema di trasporto stesso e dal cosiddetto meccanismo di gating (“gate”), controllato dal campo elettrico della membrana. Il “cancello” può trovarsi in due posizioni: è completamente chiuso o completamente aperto, quindi la conducibilità di un singolo canale aperto è un valore costante.

La conduttività totale della membrana per un particolare ione è determinata dal numero di canali aperti simultaneamente permeabili a un dato ione.

Questa posizione può essere scritta come segue:

dove gi è la permeabilità totale della membrana agli ioni intracellulari;

N è il numero totale di canali ionici corrispondenti (in una data regione della membrana);

a - è la percentuale di canali aperti;

y è la conduttività di un singolo canale.

In base alla loro selettività, i canali ionici elettricamente eccitabili delle cellule nervose e muscolari sono suddivisi in sodio, potassio, calcio e cloruro. Questa selettività non è assoluta:

il nome del canale indica solo lo ione per il quale il canale è maggiormente permeabile.

Attraverso canali aperti, gli ioni si muovono lungo la concentrazione e i gradienti elettrici. Questi flussi ionici portano a cambiamenti nel potenziale di membrana, che a sua volta cambia il numero medio di canali aperti e, di conseguenza, l'entità delle correnti ioniche, ecc. Tale connessione circolare è importante per la generazione di un potenziale d'azione, ma rende è impossibile quantificare la dipendenza delle conduttanze ioniche dall'entità del potenziale generato. Per studiare questa dipendenza viene utilizzato il “metodo della fissazione potenziale”. L'essenza di questo metodo è mantenere forzatamente il potenziale di membrana a qualsiasi livello. Pertanto, fornendo alla membrana una corrente uguale in grandezza, ma di segno opposto alla corrente ionica che passa attraverso canali aperti, e misurando questa corrente a potenziali diversi, i ricercatori sono in grado di tracciare la dipendenza del potenziale dalla conduttività ionica del membrana (Fig. 7). Andamento temporale dei cambiamenti nella permeabilità della membrana del sodio (gNa) e del potassio (gK) in seguito alla depolarizzazione della membrana dell'assone di 56 mV.

a - le linee continue mostrano permeabilità durante la depolarizzazione a lungo termine e le linee tratteggiate - durante la ripolarizzazione della membrana dopo 0,6 e 6,3 ms;

b dipendenza del valore di picco della permeabilità del sodio (gNa) e del livello stazionario della permeabilità del potassio (gK) dal potenziale di membrana.

Riso. 8. Rappresentazione schematica di un canale del sodio elettricamente eccitabile.

Il canale (1) è formato da una macromolecola della proteina 2), la cui parte ristretta corrisponde ad un “filtro selettivo”. Il canale ha “porte” di attivazione (m) e di inattivazione (h) che sono controllate dal campo elettrico della membrana. Al potenziale di riposo (a), la posizione più probabile è “chiusa” per il cancello di attivazione e la posizione “aperta” per il cancello di inattivazione. La depolarizzazione della membrana (b) porta alla rapida apertura del “gate” t e alla lenta chiusura del “gate” h”, pertanto, al momento iniziale della depolarizzazione, entrambe le coppie di “gate” sono aperte e gli ioni possono muoversi attraverso il canale secondo Ci sono sostanze con le loro concentrazioni di gradienti ionici ed elettrici. Con la continua depolarizzazione, il “cancello” di inattivazione si chiude e il canale entra nello stato di inattivazione.

Nome: Fisiologia umana.
Kositsky G.I.
L'anno di pubblicazione: 1985
Misurare: 36,22MB
Formato: PDF
Lingua: russo

Questa edizione (3a) esamina tutte le principali questioni di fisiologia e sono inclusi anche i fondamenti della cibernetica fisiologica; Il libro di testo è composto da 4 sezioni: Fisiologia generale, Meccanismi di regolazione dei processi fisiologici, Ambiente interno del corpo, Relazioni tra il corpo e l'ambiente. Il libro è rivolto agli studenti delle università di medicina.

Nome: Fisiologia umana. Atlante degli schemi dinamici. 2a edizione
Sudakov K.V., Andrianov V.V., Vagin Yu.E.
L'anno di pubblicazione: 2015
Misurare: 10,04MB
Formato: PDF
Lingua: russo
Descrizione: Il libro di testo presentato "Fisiologia umana. Atlante degli schemi dinamici" a cura di K.V. Sudakova, nella sua seconda edizione ampliata e corretta, esamina tali questioni della fisiologia normale... Scarica il libro gratuitamente

Nome: La fisiologia umana in diagrammi e tabelle. 3a edizione
Brin V.B.
L'anno di pubblicazione: 2017
Misurare: 128,52MB
Formato: PDF
Lingua: russo
Descrizione: Il libro di testo "Fisiologia umana in grafici e tabelle", a cura di Brin V.B., discute questioni di fisiologia generale, fisiologia degli organi e dei loro sistemi, nonché le caratteristiche di ciascuno di essi. Il terzo di... Scarica il libro gratuitamente

Nome: Fisiologia del sistema endocrino
Pariyskaya E.N., Erofeev N.P.
L'anno di pubblicazione: 2013
Misurare: 10,75MB
Formato: PDF
Lingua: russo
Descrizione: Il libro "Fisiologia del sistema endocrino", a cura di E.N Pariyskaya, et al., discute questioni di normale fisiologia della regolazione ormonale della funzione riproduttiva negli uomini e nelle donne, questioni generali... Scarica il libro gratuitamente.

Nome: Fisiologia del sistema nervoso centrale
Erofeev N.P.
L'anno di pubblicazione: 2014
Misurare: 17,22MB
Formato: PDF
Lingua: russo
Descrizione: Il libro "Fisiologia del sistema nervoso centrale", a cura di N.P Erofeeva, esamina i principi di organizzazione e funzione del sistema nervoso centrale per il controllo dei movimenti, la regolazione dei movimenti e i muscoli... Scarica il libro gratuitamente

Nome: Fisiologia clinica in terapia intensiva
Shmakov A.N.
L'anno di pubblicazione: 2014
Misurare: 16,97 MB
Formato: PDF
Lingua: russo
Descrizione: Il manuale didattico “Fisiologia clinica in terapia intensiva”, a cura di A.N Shmakova, esamina questioni di fisiologia clinica delle condizioni critiche in pediatria. I problemi dell'età f... Scarica il libro gratuitamente

Nome: Fisiologia dell'attività nervosa superiore con nozioni di neurobiologia. 2a edizione.
Shulgovsky V.V.
L'anno di pubblicazione: 2008
Misurare: 6,27 MB
Formato: djvu
Lingua: russo
Descrizione: Il libro di testo presentato "Fisiologia dell'attività nervosa superiore con i fondamenti della neurobiologia" esamina le questioni di base dell'argomento, inclusi aspetti della fisiologia dell'attività nervosa superiore e della neurobiologia come la storia della ricerca... Scarica il libro gratuitamente

Nome: Nozioni di base di fisiologia cardiaca
Evlakhov V.I., Pugovkin A.P., Rudakova T.L., Shalkovskaya L.N.
L'anno di pubblicazione: 2015
Misurare: 7MB
Formato: fb2
Lingua: russo
Descrizione: La guida pratica "Fondamenti di fisiologia cardiaca", a cura di Evlakhov V.I., et al., esamina le caratteristiche dell'ontogenesi, le caratteristiche anatomiche e fisiologiche. principi della regolazione cardiaca. Si afferma ma... Scarica il libro gratuitamente

Nome: Fisiologia in figure e tabelle: domande e risposte
Smirnov V.M.,
L'anno di pubblicazione: 2009
Misurare: 10,2 MB
Formato: djvu
Lingua: russo
Descrizione: Il libro “Fisiologia in figure e tabelle: domande e risposte”, a cura di V.M Smirnova, et al., esamina il corso della normale fisiologia umana in forma interattiva sotto forma di domande e risposte. Descritto...