Использование парабиоза в зоотехнической практике. Парабиоз и его стадии. Соотношение фаз возбудимости с фазами потенциала действия и одиночного сокращения

Нервные волокна обладают лабильностью - способностью воспроизводить определенное количество циклов возбуждения в единицу времени в соответствии с ритмом действующих раздражителей. Мерой лабильности является максимальное количество циклов возбуждения, которое способно воспроизвести нервное волокно в единицу времени без трансформации ритма раздражения. Лабильность определяется длительностью пика потенциала действия, т. е. фазой абсолютной рефрактерности. Так как длительность абсолютной рефрактерности у спайкового потенциала нервного волокна самая короткая, то лабильность его самая высокая. Нервное волокно способно воспроизвести до 1000импульсов в секунду.

Явление парабиоза открыто русским физиологом Н.Е.Введенским в 1901 г. при изучении возбудимости нервно-мышечного препарата. Состояние парабиоза могут вызвать различные воздействия – сверхчастые, сверхсильные стимулы, яды, лекарства и другие воздействия как в норме, так и при патологии. Н. Е. Введенский обнаружил, что если участок нерва подвергнуть альтерации (т. е. воздействию повреждающего агента), то лабильность такого участка резко снижается. Восстановление исходного состояния нервного волокна после каждого потенциала действия в поврежденном участке происходит медленно. При действии на этот участок частых раздражителей он не в состоянии воспроизвести заданный ритм раздражения, и поэтому проведение импульсов блокируется. Такое состояние пониженной лабильности и было названо Н. Е. Введенским парабиозом. Состояние парабиоза возбудимой ткани возникает под влиянием сильных раздражителей и характеризуется фазными нарушениями проводимости и возбудимости. Выделяют 3 фазы: первичную, фазу наибольшей активности (оптимум) и фазу сниженной активности (пессимум). Третья фаза объединяет 3 последовательно сменяющие друг друга стадии: уравнительную (провизорная, трансформирующая – по Н.Е.Введенскому), парадоксальную и тормозную.

Первая фаза (примум) характеризуется снижением возбудимости и повышением лабильности. Во вторую фазу (оптимум) возбудимость достигает максимума, лабильность начинает снижаться. В третью фазу (пессимум) возбудимость и лабильность снижаются параллельно и развивается 3 стадии парабиоза. Первая стадия - уравнительная по И.П.Павлову - характеризуется выравниванием ответов на сильные, частые и умеренные раздражения. В уравнительную фазу происходит уравнивание величины ответной реакции на частые и редкие раздражители. В нормальных условиях функционирования нервного волокна величина ответной реакции иннервируемых им мышечных волокон подчиняется закону силы: на редкие раздражители ответная реакция меньше, а на частые раздражители-больше. При действии парабиотического агента и при редком ритме раздражении (например, 25 Гц) все импульсы возбуждения проводятся через парабиотический участок, так как возбудимость после предыдущего импульса успевает восстановиться. При высоком ритме раздражении (100Гц) последующие импульсы могут поступать в тот момент, когда нервное волокно еще находится в состоянии относительной рефрактерности, вызванной предыдущим потенциалом действия. Поэтому часть импульсов не проводится. Если проводится только каждое четвертое возбуждение (т.е. 25 импульсов из 100) ,то амплитуда ответной реакции становится такой же, как на редкие раздражители (25Гц)-происходит уравнивание ответной реакции.

Вторая стадия характеризуется извращенным реагированием – сильные раздражения вызывают меньший ответ, чем умеренные. В эту - парадоксальную фазу происходит дальнейшее снижение лабильности. При этом на редкие и частые раздражители ответная реакция возникает, но на частые раздражители она значительно меньше, т. к. частые раздражители еще больше снижают лабильность, удлиняя фазу абсолютной рефрактерности. Следовательно, наблюдается парадокс- на редкие раздражители ответная реакция больше, чем на частые.

В тормозную фазу лабильность снижается до такой степени, что и редкие, и частые раздражители не вызывают ответной реакции. При этом мембрана нервного волокна деполяризована и не переходит в стадию реполяризации, т. е. не восстанавливается ее исходное состояние. Ни сильные, ни умеренные раздражения не вызывают видимой реакции, в ткани развивается торможение. Парабиоз- явление обратимое. Если парабиотическое вещество действует недолго, то после прекращения его действия нерв выходит из состояния парабиоза через те же фазы, но в обратной последовательности. Однако, при действии сильных раздражителей за тормозной стадией может наступить полная потеря возбудимости и проводимости, а в дальнейшем – гибель ткани.

Работы Н.Е.Введенского по парабиозу сыграли важную роль в развитии нейрофизиологии и клинической медицины, показав единство процессов возбуждения, торможения и покоя, изменили господствовавший в физиологии закон силовых отношений, согласно которому реакция тем больше, чем сильнее действующий раздражитель.

Явление парабиоза лежит в основе медикаментозного локального обезболивания. Влияние анестезирующих веществ вязано с понижением лабильности и нарушением механизма проведения возбуждения по нервным волокнам.

4. Лабильность - функциональная подвижность, скорость протекания элементарных циклов возбуждения в нервной и мышечной тканях. Понятие "Л." введено русским физиологом Н. Е. Введенским (1886), который считал мерой Л. наибольшую частоту раздражения ткани, воспроизводимую ею без преобразования ритма. Л. отражает время, в течение которого ткань восстанавливает работоспособность после очередного цикла возбуждения. Наибольшей Л. отличаются отростки нервных клеток - аксоны, способные воспроизводить до 500-1000 импульсов в 1 сек; менее лабильны центральные и периферические места контакта - синапсы (например, двигательное нервное окончание может передать на скелетную мышцу не более 100-150 возбуждений в 1 сек). Угнетение жизнедеятельности тканей и клеток (например, холодом, наркотиками) уменьшает Л., т. к. при этом замедляются процессы восстановления и удлиняется рефрактерный период.

Парабиоз - состояние, пограничное между жизнью и смертью клетки.

Причины парабиоза – самые разные повреждающие воздействия на возбудимую ткань или клетку, не приводящие к грубым структурным изменениям, но в той или иной мере нарушающее ее функциональное состояние. Такими причинами могут быть механические, термические, химические и другие раздражители.

Сущность парабиоза . Как считал сам Введенский, в основе парабиоза лежит снижение возбудимости и проводимости, связанное с натриевой инактивацией. Советский цитофизиолог Н.А. Петрошин полагал, что в основе парабиоза лежат обратимые изменения белков протоплазмы. Под действием повреждающего агента клетка (ткань), не теряя структурной целостности, полностью прекращает функционировать. Это состояние развивается фазно, по мере действия повреждающего фактора (то есть зависит от продолжительности и силы действующего раздражителя). Если повреждающий агент вовремя не убрать, то наступает биологическая смерть клетки (ткани). Если же этот агент убрать вовремя, то ткань так же фазно возвращается в нормальное состояние.

Эксперименты Н.Е. Введенского .

Введенский проводил опыты на нервно-мышечном препарате лягушки. На седалищный нерв нервно-мышечного препарата последовательно наносились тестирующие раздражители разной силы. Один раздражитель был слабый (пороговой силы), то есть вызывал минимальное по величине сокращение икроножной мышцы. Другой раздражитель был сильный (максимальный), то есть наименьший из тех, которые вызывают максимальное сокращение икроножной мышцы. Затем в какой-либо точке на нерв наносился повреждающий агент и каждые несколько минут нервно-мышечного препарат подвергался тестированию: поочередно слабыми и сильными раздражителями. При этом последовательно развивались следующие стадии:

1. Уравнительная , когда в ответ на слабый раздражитель величина сокращения мышцы не изменялась, а в ответ на сильный амплитуда сокращения мышцы резко уменьшалась и становилась такой же, как при ответе на слабый раздражитель;

2. Парадоксальная , когда в ответ на слабый раздражитель величина сокращения мышцы оставалась прежней, а в ответ на сильный раздражитель величина амплитуды сокращения становилась меньше, чем в ответ на слабый раздражитель, или мышца вообще не сокращалась;

3. Тормозная , когда и на сильный и на слабый раздражители мышца не отвечала сокращением. Именно это состояние ткани и обозначается как парабиоз .

ФИЗИОЛОГИЯ ЦЕНТРАЛЬНОЙ НЕРВНОЙ СИСТЕМЫ

1. Нейрон как структурная и функциональная единица ЦНС. Его физиологические свойства. Строение и классификация нейронов .

Нейроны – это основная структурно-функциональная единица нервной системы, обладающая специфическими проявлениями возбудимости. Нейрон способен принимать сигналы, перерабатывать их в нервные импульсы и проводить к нервным окончаниям, контактирующим с другим нейроном или рефлекторными органами (мышца или железа).

Виды нейронов:

1. Униполярные (имеют один отросток – аксон; характерны для ганглиев беспозвоночных);

2. Псевдоуниполярные (один отросток, делящийся на две ветви; характерно для ганглиев высших позвоночных).

3. Биполярные (есть аксон и дендрит, характерно для периферических и чувствительных нервов);

4. Мультиполярные (аксон и несколько дендритов – характерно для мозга позвоночных);

5. Изополярные (трудно дифференцировать отростки би- и мультиполярных нейронов);

6. Гетерополярные (легко дифференцировать отростки би- и мультиполярных нейронов)

Функциональная классификация:

1.Афферентные (чувствительные, сенсорные – воспринимают сигналы из внешней или внутренней среды);

2.Вставочные связывающие нейроны друг с другом (обеспечивают передачу информации внутри ЦНС: с афферентных нейронов на эфферентные).

3. Эфферентные (двигательные, мотонейроны – передают первые импульсы от нейрона к исполнительным органам).

Главная структурная особенность нейрона – наличие отростков (дендритов и аксонов).

1 – дендриты;

2 – тело клетки;

3 – аксонный холмик;

4 – аксон;

5 –Швановская клетка;

6 – перехват Ранвье;

7 – эфферентные нервные окончания.

Последовательное синоптическое объединение всех 3х нейронов образует рефлекторную дугу .

Возбуждение , возникшее в виде нервного импульса на каком-либо участке мембраны нейрона, пробегает по всей его мембране и по всем его отросткам: как по аксону, так и по дендритам.Передаётся возбуждение от одной нервной клетки к другойтолько в одном направлении - с аксонапередающего нейрона навоспринимающий нейрон черезсинапсы , находящиеся на его дендритах, теле или аксоне.

Одностороннюю передачу возбуждения обеспечивают синапсы . Нервное волокно (отросток нейрона) может передавать нервные импульсыв обоих направлениях , а односторонняя передача возбуждения появляется тольков нервных цепях , состоящих из нескольких нейронов, соединённых синапсами.Именно синапсы обеспечивают одностороннюю передачу возбуждения.

Нервные клетки воспринимают и перерабатывают поступающую к ним информацию. Эта информация приходит к ним в виде управляющих химических веществ:нейротрансмиттеров . Она может быть в видевозбуждающих илитормозных химических сигналов, а также в видемодулирующих сигналов, т.е. таких, которые изменяют состояние или работу нейрона, но не передают на него возбуждение.

Нервная система играет исключительную интегрирующую роль в жизнедеятельности организма, так как объединяет (интегрирует) его в единое целое и интегрирует его в окружающую среду. Она обеспечивает согласованную работу отдельных частей организма (координацию ), поддержание равновесного состояния в организме (гомеостаз ) и приспособление организма к изменениям внешней или внутренней среды (адаптивное состояние и/илиадаптивное поведение ).

Нейрон - это нервная клетка с отростками, являющаяся основной структурной и функциональной единицей нервной системы. Она имеет строение, сходное с другими клетками: оболочка, протоплазма, ядро, митохондрии, рибосомы и другие органоиды.

В нейроне различают три части: тело клетки - сома, длинный отросток - аксон и множество коротких разветвленных отростков - дендритов. Сома выполняет обменные функции, дендриты специализируются на приеме сигналов из внешней среды или от других нервных клеток, аксон на проведении и передаче возбуждения в область, удаленную от зоны дендритов. Аксон оканчивается группой концевых разветвлений для передачи сигналов другим нейронам или органам-исполнителям. Наряду с общим сходством в строении нейронов наблюдается большое разнообразие, обусловленное их функциональными различиями (рис. 1).

Есть ряд законов, которым подчиняются возбудимые ткани: 1. Закон «силы» ; 2. Закон «всё или ничего» ; 3. Закон «силы – времени» ; 4. Закон «крутизны нарастания тока» ; 5. Закон «полярного действия постоянного тока» .

Закон «силы» Чем больше сила раздражителя, тем больше величина ответной реакции. К примеру, величина сокращения скелетной мышцы в определенных пределах зависит от силы раздражителя: чем больше сила раздражителя, тем больше величина сокращения скелетной мышцы (до достижения максимального ответа).

Закон «все или ничего» Ответная реакция не зависит от силы раздражения (пороговая или сверхпороговая). Если сила раздражителя ниже пороговой, то ткань не реагирует («ничего»), но если сила достигла порогового значения, то ответная реакция – максимальная («всё»). Соответственно этому закону сокращается, к примеру, сердечная мышца, которая реагирует максимальным сокращением уже на пороговую (минимальную) силу раздражения.

Закон «силы – времени» Время ответа ткани зависит от силы раздражения: чем больше сила раздражителя, тем меньше времени он должен действовать, чтобы вызвать возбуждение ткани и, наоборот.

Закон «аккомодации» Чтобы вызвать возбуждение, раздражитель должен нарастать достаточно быстро. При действии медленно нарастающего тока, возбуждение не возникает, так как происходит приспособление возбудимой ткани к действию раздражителя. Это явление называется аккомодацией.

Закон «полярного действия» постоянного тока При действии постоянного тока возбуждение возникает только в момент замыкания и размыкания цепи. При замыкании – под катодом, а при размыкании – под анодом. Возбуждение под катодом больше, чем под анодом.

Физиология нервного ствола По структуре различают миелиновые и безмиелиновые нервные волокна. В миелиновых – возбуждение распространяется скачкообразно. В безмиелиновых – непрерывно вдоль всей мембраны, с помощью локальных токов.

Законы проведения возбуждения по н/в 1. Закон двухстороннего проведения возбуждения: возбуждение по нервному волокну может распространяться в двух направлениях от места его раздражения – центростремительно и центробежно. 2. Закон изолированного проведения возбуждения: каждое нервное волокно, входящее в состав нерва, проводит возбуждение изолированно (ПД не передается от одного волокна на другое). 3. Закон анатомической и физиологической целостности нервного волокна: для проведения возбуждения необходимы анатомическая (структурная) и физиологическая (функциональная) целостность нервного волокна.

Учение о парабиозе Разработал Н. Е. Введенский в 1891 году Фазы парабиоза Уравнительная Парадоксальная Тормозная

Нервно-мышечный синапс – это структурно-функциональное образование, которое обеспечивает передачу возбуждения с нервного волокна на мышечное. Синапс состоит из следующих структурных элементов: 1 — пресинаптической мембраны (это часть мембраны нервного окончания, которая контактирует с мышечным волокном); 2 — синаптической щели (её ширина 20 -30 нм); 3 — постсинаптической мембраны (концевая пластинка); В нервном окончании располагаются многочисленные синаптические пузырьки, содержащие химический посредник передачи возбуждения с нерва на мышцу – медиатор. В нервно-мышечном синапсе медиатором является ацетилхолин. В каждом пузырьке – около 10 000 молекул ацетилхолина.

Этапы нервно-мышечной передачи Первый этап – выброс ацетилхолина (АХ) в синаптическую щель. Он начинается с деполяризации пресинаптической мембраны. При этом активируются Са-каналы. Кальций по градиенту концентрации входит в нервное окончание и способствует выбросу путем экзоцитоза ацетилхолина из синаптических пузырьков в синаптическую щель. Второй этап: медиатор (АХ) путем диффузии достигает постсинаптической мембраны, где взаимодействует с холинорецептором (ХР). Третий этап – возникновение возбуждения в мышечном волокне. Ацетилхолин взаимодействует с холинорецептором на постсинаптической мембране. При этом активируются хемовозбудимые Na -каналы. Поток ионов Na+ из синаптической щели внутрь мышечного волокна (по градиенту концентрации) вызывает деполяризацию постсинаптической мембраны. Возникает потенциал концевой пластинки (ПКП). Четвертый этап – удаление АХ из синаптической щели. Этот процесс происходит под действием фермента – ацетилхолинэстеразы.

Ресинтез АХ Для передачи через синапс одного ПД требуется около 300 пузырьков с АХ. Поэтому необходимо постоянное восстановление запасов АХ. Ресинтез АХ происходит: За счет продуктов распада (холина и уксусной кислоты); Новый синтез медиатора; Подвоз необходимых компонентов по нервному волокну.

Нарушение синаптической проводимости Некоторые вещества могут частично или полностью блокировать нервно-мышечную передачу. Основные пути блокирования: а) блокада проведения возбуждения по нервному волокну (местные анестетики); б) нарушение синтеза ацетилхолина в пресинаптическом нервном окончании, в) угнетение ацетилхолинэстеразы (ФОС); г) связывание холинорецептора (-бунгаротоксин) или длительное вытеснение АХ (кураре); инактивация рецепторов (сукцинилхолин, декаметоний).

Двигательные единицы К каждому мышечному волокну подходит отросток мотонейрона. Как правило, 1 мотонейрон иннервирует несколько мышечных волокон. Это и есть двигательная (или моторная) единица. Двигательные единицы различаются размерами: объемом тела мотонейрона, толщиной его аксона и числом мышечных волокон, входящих в двигательную единицу.

Физиология мышц Функции мышц и их значение. Физиологические свойства мышц. Виды мышечного сокращения. Механизм мышечного сокращения. Работа, сила и утомление мышц.

18 Функции мышц В организме существуют 3 вида М. (скелетные, сердечные, гладкие), которые осуществляют Передвижение в пространстве Взаимоперемещение частей тела Поддержание позы (сидя, стоя) Выработку тепла (терморегуляция) Передвижение крови, лимфы Вдох и выдох Передвижение пищи в ЖКТ Защиту внутренних органов

19 Свойства мышц М. обладают следующими свойствами: 1. Возбудимость; 2. Проводимость; 3. Сократимость; 4. Эластичность; 5. Растяжимость.

20 Виды сокращения мышц: 1. Изотонические – когда при сокращении изменяется длина мышц (они укорачиваются), но напряжение (тонус) мышц при этом остается постоянным. Изометрические сокращение характеризуются повышением тонуса мышц, при этом длина мышцы не меняется. Ауксотонические (смешанные) – сокращения, при которых меняется и длина, и тонус мышц.

21 Виды сокращения мышц: Различают также одиночные и тетанические сокращения мышц. Одиночные сокращения возникают в ответ на действие редких одиночных импульсов. При высокой частоте раздражающих импульсов происходит суммация мышечных сокращений, которая вызывает длительное укорочение мышцы – тетанус.

Зубчатый тетанус Возникает в условиях когда каждый последующий импульс попадает в период расслабления одиночного мышечного сокращения

Гладкий тетанус Возникает в условиях когда каждый последующий импульс попадает в период укорочения одиночного мышечного сокращения.

31 Механизм мышечного сокращения (теория скольжения): Переход возбуждения с нерва на мышцу (через нервно-мышечный синапс). Распространение ПД вдоль мембраны мышечного волокна (сарколемме) и в глубь мышечного волокна по Т- трубочкам (поперечным трубочкам – углублениям сарколеммы в саркоплазму) Высвобождение ионов Ca++ из боковых цистерн саркоплазматического ретикулума (депо кальция) и диффузия его к миофибриллам. Взаимодействие Ca++ с белком – тропонином, находящимся на актиновых нитях. Освобождение центров связывания на актине и контакт поперечных мостиков миозина с этими участками актина. Высвобождение энергии АТФ и скольжение актиновых нитей вдоль миозиновых нитей. Это приводит к укорочению миофибриллы. Далее активируется кальциевый насос, который обеспечивает активный транспорт Са из саркоплазмы в саркоплазматический ретикулм. Снижается концентрация Са в саркоплазме, в результате происходит расслабление миофибриллы.

Сила мышц Максимальный груз, который мышца подняла, или максимальное напряжение, которое она развивает при своем сокращении называют силой мышцы. Измеряется она в килограммах. Сила мышцы зависит от толщины мышцы и её физиологического поперечного сечения (это сумма поперечных сечений всех мышечных волокон, составляющих эту мышцу). В мышцах с продольно расположенными мышечными волокнами физиологическое поперечное сечение совпадает с геометрическим. У мышц с косым расположением волокон (мышцы перистого типа) физиологическое поперечное сечение значительно превосходит геометрическое сечение. Они относятся к силовым мышцам.

Виды мышц А — параллельная Б — перистая В — веретенообразная

Работа мышцы Поднимая груз, мышца выполняет механическую работу, которая измеряется произведением массы груза на высоту его подъема и выражается в килограммометрах. A = F x S , где F – масса груза, S – высота его подъема Если F =0, то и работа А=0 Если S =0, то и работа А=0 Максимальная работа мышцей совершается при средних нагрузках (закон «средних нагрузок).

Утомлением называют временное снижение работоспособности мышц в результате длительных, чрезмерных нагрузок, которое исчезает после отдыха. Утомление — это сложный физиологический процесс, связанный, прежде всего, с утомлением нервных центров. Согласно теории «засорения» (Е. Пфлюгер) определенную роль в развитии утомления играет накопление в работающей мышце продуктов обмена (молочная кислота и др.). Согласно теории «истощения» (К. Шифф) утомление вызвано постепенным истощением в работающих мышцах энергетических запасов (АТФ, гликоген). Обе эти теории сформулированы на основании данных, полученных в экспериментах на изолированной скелетной мышце и объясняют утомление односторонне и упрощенно.

Теория активного отдыха До настоящего времени единой теории, объясняющей причины и сущность утомления нет. В естественных условиях утомление двигательного аппарата организма является многофакторным процессом. И. М. Сеченов (1903), исследуя на сконструированном им эргографе для двух рук работоспособность мышц при поднятии груза, установил, что работоспособность утомленной правой руки восстанавливается полнее и быстрее после активного отдыха, т. е. отдыха сопровождаемого работой левой руки. Таким образом, активный отдых является более эффективным средством борьбы с утомлением мышц, чем простой покой. Причину восстановления работоспособности мышц в условиях активного отдыха Сеченов связывал с действием на ЦНС афферентных импульсов от мышечных, сухожильных рецепторов работающих мышц.

СТРОЕНИЕ НАТРИЕВЫХ КАНАЛОВ

Na + -потенциало-зависимые каналы плазматических мембран являются весьма сложными белковыми комплексами, имеющими большое многообразие форм в различных тканях. Они обладают общим свойством высокой чувствительностью к ингибирующему действию тетродотоксина (ТТХ) и сакситоксина (СТХ).Представляют собой интегральный белок (М 260 000 - 320 000) состоящий из α- и β-субъединиц. Основные свойства канала определяет α-субъединица, имеющая 4 сходных фрагмента, каждый из которых представлен 6 трансмембранными доменами, которые образуют псевдосимметричную структуру прошивающую насквозь липидный бислой. В центре такой структуры находится пора, напоминающая цилиндр, через которую проходят ионы натрия. С внутренней стороны пора выстлана отрицательно заряженными аминокислотами, а роль сенсора потенциала выполняют аминокислоты (аргинин и лизин) несущие положительный заряд.

Рис. 2. Двумерная модель потенциал-зависимого натриевого канала. Модель предполагает наличие 4 доменов, каждый из которых состоит из 6 трансмембранных α-спиралей белка. α-спирали IV домена чувствительны к изменениям мембранного потенциала. Их перемещение в плоскости мембраны (конформация) переводит канал в активное (открытое) состояние. Внутриклеточная петля между III и IV доменами функционирует как закрывающий воротный механизм. Изберательным фильтром является часть внеклеточной петли между спиралями 5 и 6 у IV домена.

Также, α-субъединица имеет в своей структуре аминокислотную последовательность, гомологичную "ЕF-руке" Са-связывающих белков, типа кальмодулин. Управляющие ворота у них двух типов-активационные (m-ворота) и инактивационные (h-ворота).

Рис. 3. Клеточная мембрана. Натриевый канал.

В условиях функционального покоя (Емп=- 80 мВ), активационные ворота закрыты, но готовы в любой момент открыться, а инактивационные ворота открыты. При снижении мембранного потенциала до -60 мВ, активационные ворота открываются, обеспечивая прохождение ионов Na + через канал в клетку, но вскоре начинают закрываться инактивационные ворота, вызывая инактивацию натриевого канала и прохождение ионов через канал. Некоторое время спустя активационные ворота закрываются, а инактивационные ворота, по мере реполяризации мембраны, открываются, и канал готов к новому циклу работы.

СТАДИИ ПАРАБИОЗА

Различают три стадии парабиоза: уравнительную, парадоксальную и тормозную.

При нормальном функциональном состоянии возбудимой ткани воспроизводство частых и редких потенциалов действия осуществляется без изменения. В участке, который подвергнут длительному воздействию раздражителя (альтерации), в связи с нарушением реактивации натриевых каналов, происходит замедление развития потенциала действия. В результате часть потенциалов действия идущих с высокой частотой (сильное возбуждение), «гасится» в альтерированном участке. Редкие потенциалы действия (слабое возбуждение) воспроизводятся без изменения, так как времени для реактиваци натриевых каналов при низкой частоте в первую фазу парабиоза еще достаточно. Поэтому сильное и слабое возбуждение, проходят через парабиотический участок почти в одном частотном ритме, наступает первая – уравнительная фаза.

По мере углубления инактивации натриевых каналов наступает фаза, когда потенциалы действия с редким ритмом раздражения проходят через участок альтерации, а с частым ритмом раздражения вызывают еще большее углубление нарушения реактивации натриевых каналов и практически не восппроизводятся -–наступает парадоксальная фаза.

Рис. 4. Парабиоз. 1-фоновое сокращение, 2-уравнительная фаза, 3-парадоксальная фаза, 4-тормозная фаза.

В конечном итоге, развивается полная инактивация натриевых каналов; проводимость в участке подвергнутом альтерации полностью исчезает, и сильное, и слабое возбуждение через него уже не может пройти. Наступает тормозная фаза парабиоза. Таким образом, при развитии парабиоза уменьшается возбудимость, проводимость и лабильность возбудимой ткани и повышается ее аккомодация.

Лабильность (от лат. labilis – скользящий, неустойчивый). Функциональная подвижность, свойство возбудимых тканей воспроизводить без искажения частоту наносимых ритмических раздражителей. Мера лабильности – максимальное число импульсов, которое данная структура может передать в единицу времени без искажений. Термин предложен Н.Е. Введенским в 1886 году. По лабильности нейроны из разных областей центральной нервной системы сильно отличаются. Например, двигательные нейроны спинного мозга обычно воспроизводят частоты не выше 200-300 Гц, а вставочные нейроны – до 1000 Гц. Как правило, лабильность аксона нейрона намного выше лабильности тела этого же нейрона.

Возбудимость – способность тканей воспринимать воздействие раздражителей и отвечать на них реакцией возбуждения. Возбудимость связана со специфической чувствительностью клеточных мембран, с их свойством отвечать на действие адекватных раздражителей изменениями ионной проницаемости и мембранного потенциала. Количественной характеристикой возбудимости является порог возбуждения, который характеризуется пороговой силой раздражителя – минимальной силой, способной вызвать ответ возбудимой ткани. Чем выше порог возбуждения, тем больше пороговая сила раздражителя и тем меньше возбудимость ткани.

Аккомодация (от лат. accomodatio – приспособление). Привыкание возбудимой ткани к действию медленно нарастающего или постоянно действующего раздражителя. В основе аккомодации лежит постепенная углубляющаяся инактивация натриевых каналов. Порог возбудимости при аккомодации возрастает, а возбудимость ткани соответственно падает. Инактивация натриевых каналов возникает как следствие длительной деполяризации, вызванное подпороговыми раздражителями. Развивается по тем же законам, что и катодическая депрессия Вериго при длительном дейчтвии постоянного тока при замыкании цепи на катоде.

Проводимость – способность возбудимой ткани проводить возбуждение. Количественно характеризуется по скорости распространения возбуждения в единицу времени (м/с, км/ч и т.д.).

Рефрактерность (франц. Refractaire – невосприимчивый) – кратковременное снижение возбудимости нервной и мышечной ткани во время и вслед за потенциалом действия.

Особенностью парабиотического процесса наряду с его стойкостью и непрерывностью, является его способность углубляться под влиянием приходящих импульсов возбуждения. Поэтому чем сильнее и чаще приходящие импульсы, тем больше углубляют они состояние местного возбуждения в парабиотической области и тем больше затрудняют дальнейшее прведение.

Парабиоз обратимое явление. При снятии альтерирующего агента возбудимость, лабильность и проводимость в данном участке восстанавливаются. При этом все фазы парабиоза проходят в обратном порядке (тормозная, парадоксальная, уравнительная).

МЕДИЦИНСКИЕ АСПЕКТЫ ТЕОРИИ ПАРАБИОЗА

Многие физиологические состояния человека и животных, такие как развитие сна, гипнотические состояния, можно объяснить с позиций парабиоза. Помимо этого, функциональное значение парабиоза определяется механизмом действия некоторых лекарственных средств. Так в основе дейcтвия местных анастетиков (новокаин, лидокаин и др), анальгетиков, средств для ингаляционнго наркоза лежит данное явление.

Местные анестетики (от греч. an – отрицание, aesthesis – чувствительность) обратимо снижают возбудимость чувствительных нервных окончаний и блокируют проведение импульса в нервных проводниках в месте непосредственного применения. Эти вещества используются для устранения боли. Впервые препарат из этой группы кокаин был выделен в 1860 году Альбертом Ниманом из листьев южноамериканского кустарника Erythroxylon coca. В 1879 году В.К. Анреп профессор военно-медицинской Академии С.-Петербурга подтвердил способность кокаина вызывать анестезию. В 1905 году Э. Эйндхорн синтезировал и применил для местной анестезии новокаин. С 1948 года используется лидокаин.

Местные анестетики состоят из гидрофильной и липофильной части, которые соединяются эфирной или алкидной связями. Биологически (физиологически) активной частью является липофильная структура, образующая ароматическое кольцо.

В основе механизма действия местных анестетиков лежит нарушение проницаемости быстрых потенциалозависимых натриевых каналов. Эти вещества связываются с открытыми натриевыми каналами во время потенциала действия и вызывают их инактивацию. Местные анестетики не взаимодействуют с закрытыми каналами в период потенциала покоя и каналами, находящимися в инактивированном состоянии, во время развития фазы реполяризации потенциала действия.

Рецепторы для местных анестетиков расположены в S 6 сегменте IV домене внутриклеточной части натриевых каналов. В этом случае действие местных анестетиков снижают проницаемость активированных натриевых каналов. Это в свою очередь вызывает увеличение порога возбуждения, и в конечном итоге, к снижению возбудимости ткани. При этом наблюдается уменьшение числа потенциалов действия и скорости проведения возбуждения. Вследствие этого в области нанесения местных анестетиков формируется блок для проведения нервных импульсов.

По одной из теорий механизм действия средств для ингаляционнго наркоза также описывается с позиций теории парабиоза. Н.Е. Введенский полагал, что средства для ингаляционнго наркоза действуют на нервную систему как сильные раздражители, вызывая парабиоз. При этом происходит изменение физико-химических свойств мембраны и изменение активности ионных каналов. Все эти процессы вызывают развитие парабиоза с уменьшением лабильности, проводимости нейронов и центральной нервной системы в целом.

В настоящее время термин парабиоз используется в частности для описания патологических и экстремальных состояний.

Примером патологического состояния являются экспериментальные неврозы. Они развиваются в результате перенапряжения в коре головного мозга основных нервных процессов – возбуждения и торможения, их силы и подвижности. Неврозы при повторяющемся перенапряжении высшей нервной деятельности могут протекать не только остро, но и хронически на протяжении многих месяцев или лет.

Неврозы характеризуются нарушением основных свойств нервной системы, в норме определяющих взаимоотношения процессов раздражения и возбуждения. Вследствие этого могут наблюдаться ослабление работоспособности нервных клеток, нарушение уравновешенности и др. Кроме этого для неврозов характерны фазовые состояния. Их сущность заключается в расстройстве между действием раздражителя и ответной реакцией.

Фазовые явления могут возникать не только в патологических условиях, но также весьма кратковременно, на протяжении нескольких минут, при переходе от бодрствования ко сну. При неврозе различают следующие фазы:

1. Уравнительная

В этой фазе все условные раздражители независимо от их силы дают одинаковый ответ.

2. Парадоксальная

В этом случае слабые раздражители дают сильный эффект, а сильные – наименьший эффект.

3. Ультрапарадоксальная

Фаза, когда положительные раздражители начинают действовать как отрицательные, и наоборот, т.е. происходит извращение реакции коры головного мозга на действие раздражителей.

4. Тормозная

Она характеризуется ослаблением или полным исчезновением всех условнорефлекторных реакций.

Однако не всегда удается наблюдать строгую последовательность в развитии фазовых явлений. Фазовые явления при неврозах совпадают с фазами, ранее открытыми Н.Е. Введенским на нервном волокне при переходе его в парабиотическое состояние.

Парабиоз (в пер.: “para” - около, “bio” - жизнь) – это состояние на грани жизни и гибели ткани, возникающее при воздействии на нее токсических веществ таких как наркотиков, фенола, формалина, различных спиртов, щелочей и других, а также длительного действия электрического тока. Учение о парабиозе связано с выяснением механизмов торможения, которое лежит в основе жизнедеятельности организма (И. П. Павлов эту проблему называл “проклятым вопросом физиологии”).

Парабиоз развивается при патологических состояниях, когда лабильность структур центральной нервной системы снижается или происходит очень массивное одновременное возбуждение большого числа афферентных путей, как, например, при травматическом шоке.

Понятие о парабиозе в физиологию введено Николаем Евгеньевичем Введенским. В 1901 г. вышла в свет его монография "Возбуждение, торможение и наркоз", в которой автор на основании своих исследований высказал предположение о единстве процессов возбуждения и торможения.

Н. Е. Введенский в 1902 г. показал, что участок нерва, подвергшийся альтерации - отравлению или повреждению, - приобретает низкую лабильность. Такое состояние пониженной лабильности Н.Е. Введенский назвал парабиозом (от слова "para" - около и "bios"- жизнь), чтобы подчеркнуть, что в участке парабиоза нарушена нормальная жизнедеятельность.

Н. Е. Введенский рассматривал парабиоз как особое состояние стойкого, неколеблющегося возбуждения, как бы застывшего в одном участке нервного волокна. Он полагал, что волны возбуждения, приходящие в этот участок из нормальных частей нерва, как бы суммируются с имеющимися здесь «стационарным» возбуждением и углубляют его. Такое явление Н. Е. Введенский рассматривал как прообраз перехода возбуждения в торможение в нервных центрах. Торможение, по мысли Н. Е. Введенского,- это результат «перевозбуждения» нервного волокна или нервной клетки.

Парабиоз - это обратимое изменение, переходящее при углублении и усилении действия вызвавшего его агента в необратимое нарушение жизнедеятельности – смерть.

Классические опыты Н. Е. Введенского были проведены на нервно-мышечном препарате лягушки. Исследуемый нерв на небольшом участке подвергали альтерации, т.е. вызывали изменение его состояния под влиянием приложения какого-либо химического агента - кокаина, хлороформа, фенола, хлористого калия, сильного фарадического тока, механического повреждения и т.п. Раздражение наносили либо на отравленный участок нерва или же выше его, таким образом, чтобы импульсы возникали в парабиотическом участке или проходили через него на своем пути к мышце. О проведении возбуждения по нерву Н. Е. Введенский судил по сокращению мышцы.

В нормальном нервно-мышечном препарате увеличение силы ритмического раздражения нерва приводит к повышению силы сокращения мышцы. При развитии же парабиоза эти отношения закономерно изменяются.

Наблюдаются следующие стадии парабиоза:

1. Уравнительная, или провизорная, фаза. Эта стадия парабиоза предшествует остальным, отсюда ее название - провизорная. Уравнительной ее называют потому, что в этот период развития парабиотического состояния мышца отвечает одинаковыми по амплитуде сокращениями на сильные и слабые раздражения, наносимые на участок нерва, расположенный выше альтерированного участка. В первую стадию парабиоза наблюдается трансформация (переделка, перевод) частых ритмов возбуждения в более редкие. Однако, как показал Введенский, понижение это резче сказывается на эффектах более сильных раздражений, чем более умеренных: в результате этого эффекты тех и других почти уравниваются.

2. Парадоксальная фаза следует за уравнительной и является наиболее характерной фазой парабиоза. Эта стадия возникает в результате продолжающихся и углубляющихся изменений функциональных свойств парабиотического отрезка нерва. По Н. Е. Введенскому, она характеризуется тем, что сильные возбуждения, выходящие из нормальных точек нерва, не передаются совсем к мышце через наркотизируемый участок или вызывают лишь начальные сокращения, между тем как возбуждения очень умеренные способны вызывать довольно значительные сокращения мышцы.

Рис. 2. Парадоксальная стадия парабиоза. Нервно-мышечный препарат лягушки при развивающемся парабиозе через 43 мин после смазывания участка нерва кокаином. Сильные раздражения (при 23 и 20 см расстоянии между катушками) дают быстро проходящие сокращения, тогда как слабые раздражения (при 28, 29 и 30 см) продолжают вызывать длительные сокращения (по Н. Е. Введенскому)

3. Тормозящая фаза - последняя стадия парабиоза. Характерной особенностью этой стадии является то, что в парабиотическом участке нерва не только резко снижены возбудимость и лабильность, но он также теряет способность проводить к мышце и слабые (редкие) волны возбуждения.