1 дәріс. Реттеу теориясы
Тірі ағзаның биоэлектрлік қасиеті
жүктеу/скачать 238,84 Kb.
|
лекция 1 (1)
| 1.2. Тірі ағзаның биоэлектрлік қасиеті
Кез келген жүйенің оның ішінде биологиялық жүйеге тән қасиет және ең маңызды критериясы оның тұрақтылығы, төзімділігі басқаша айтатын болсақ жеке-жеке бөліктерінің арасындағы құрылымдарының сақталып, белгі бағдарламаға сәйкес жекелеп, түр және басқа да деңгейде кезең-кезеңмен дамуы. Тағыда айта кетерлік мәселе, биологиялық жүйенің тұрақтылығы өлі жүйелерге қарағанда, олардың құрылым деңгейінің дамуы, бір деңгейден екінші деңгейге көтеріле отырып, жоғарылап дамиды, ал өлі жүйеде бұл қасиет жүйе күрделенген сайын даму деңгейі төмендейді. Осыған орай табиғаттағы бір клеткалы организмдердегі биологиялық жүйелердің белгілі бір жоспарлар бойынша даму барысында, кең ауқымды және көптүрлі, көп жасушалы ағзалардың табиғатқа таралуы, сөйтіп жер бетін жаулап алуы осы үрдістің куәсі деп қарауға болады. Кез клген биологиялық жүйелердің тұрақтылығы қарапайымдылардан бастап адамға дейінгі реттеуші механизмдерінің процесті қамтамасыз етуші, олардың жеке элементтерінің өзара әсерлік байланыста болып жұмыс атқару әртүрлі деңгейге сәйкес жүретін бағдарламаның әсері деп айтуға болады яғни жасушалық, ұлпалық, мүшелік, жүйелік тіпті әлеуметтік деңгейге дейін. Барлығымызға аян, жасушада жүретін иондардың ағу жылдамдығы электродинамиканың заңына және биофизикалық процестердің қызметіне байланысты анықталады.Ақпараттардың бір жерден екінші бөлігіне өтуі биологиялық жүйенің даму деңгейіне сәйкестелінген. Осы жерде тағы да бір айта кететін жәйт бір жасушалы ағзалар дүниесі жер бетін былайша айтқанда, биосфераға жайылып мекен етіп, әртүрлі түрлерге өзгеріп геофизикалық өзгерістерге бейімделіп, әртүрлі тіршілік ортасын меңгергендігін білеміз. Осыдан шығатын қарапайым қорытынды, осы биологиялық жүйелердегі үрдістер мен реттеу механизмі және өзін өзі реттеуі, өзінің тіршілік мекеніне сәйкес бейімделінген, тіпті осыдан 4млрд жыл бұрын пайда болған жүйелерге іспетті. Жер бетіндегі тіршіліктің эволюциялық дамуының өзіне тән бағдарламасы бар деп болжам жасауға болады. Осы бағдарламаларға сай, әрбір уақыт аралықтарында күрделі, көпжасушалы ағзалар пайда болып, оларды реттеуші, өзін өзі реттеуші одан күрделі механизмдері пайда болған деп айтуға болады. Бұл жерде тағыда анығырақ айтатын мәселе, өзін өзі реттеуші деген сөзге анықтама, ол биологиялық жүйелердің ішкі тұрақтылығын қамтамасыз етуші яғни гомеостазды реттеуші механизмдері. Одан басқада «сыртқы гомеостазды» реттеуші күрделі механизмдер мен процесстер яғни «жасуша-ортаның» динамикалық күйін тұрақты түрде ұстап тұратын әкожүйедегі реттеушісі. Сөйтіп көп жасушалы биожүйелер, өзінің одан әрі дамуына кең ауқымда тарала отырып, эволюция барысында көптеген кедергілерге кезедесіп, әсіресе сыртқы қоршаған ортаның әртүрлі факторларына қарсы тұрып, бейімделуіне мәжбүр болды. Баяу ретеуші гуморальді механизмі яғни жасушадағы протоплазманың қозғалысын іске асыратын механизмі, жаңа тіршілік ортасында оның тіршілгін қанағаттандыра алмады. Бірақ «табиғатта» алдын ала дайындап қойған сапа жағына басқаша, өзін өзі реттеуші механизмі, бұрынғы біржасушалардағы реттеушілері биоэлектрлік құбылыс жаңа сапаға ауысты. Сонықтанда, биожүйеде жүретін электрлік құбылыс оның ең басты қасиеті деп атауға болады. Барлық құрылымдар мен дүниені құрушы жүйе, жәй жер бетіндегі құрылымдардан галактикалық құрылымдарға дейін, барлығыда электрлік күш өріс зарядтардың қатысуымен жасалынған. Биологиялық жүйелер оның жеке-жеке элементтері, бөлшектері, атом молекулаларында да электрлік құбылыстары бар. Сонымен тірі ағзаларда болатын биоэлектрлік қасиеттің болуы эволюциялық дамуында ең ескі ежелгі жүйелерден бастап, одан да жоғарғы болашағы бар реттеуші механизмдердің қалыптасуынан деп болжамдауға болады. Заманауи биожүйеге ауысу, жасушаның оқшауланып сыртқы беткейінде мембрандық қабыршақтың пайда болуынан басталды. Себебі заттардың алмасуы, энергия мен ақпараттың сырттан ішке, керісінше іштен сыртқа өтуі тек мембрана қабығының түзілуінен. Мембрана арқылы молекулалардың протоплазмаға өтуі, тек градиент концентрациясына ғана байланысты емес және оған қарсы өтуші иондық ағынның реттелуі мен клетка мембранасының екі беткейіндегі биоэлектрлік зарядқа да байланысты. Клетка мембранасы арқылы әртүрлі жылдамдықпен Na+ және К+ ,Сl+ иондарының орын ауыстыру мембрана қабырғасында әртүрлі концентрациялық жағдай жасайды. Осындай зарядтардың сыртқы және ішкі беткейіндегі айырмашылық тыныштық потенциалы деп аталады. Клетка мембранасының сыртқы беткейі оң зарядталса, ішкі жағы теріс зарядталған. Сонымен зарядтарының айырмашылығына қарай жасуша мембранасы полярлы. Осындай барлық жасушаларға тән таңқаларлық, әмбебап қасиет жүйке, ет, рецепторлар т.б. Эволюциялық даму барысында тірі жасушаға тән әмбебап қасиет, әрекет потенциалына бағыт, бағдар жасайды. Бұл жерде тағыда еске алатын мәселе жасуша потенциалы өз бетінше ақпараттық жүк көтермейді, бірақ жасушаның функционалдық күйіне қарай өзгеріске ұшырап отырады. Ал, әрекет потенциалы, ең басты, негізгі тірі жүйедегі ақпарат тасымалдаушы болып есептеледі. Әрекет потенциалы кез келген қозғыш құрылымда пайда болады. Осы жағдайда жасушада немесе оның талшықтарында қандай құбылыс болатындығына аздап тоқталайық. Ол үшін жүйке талшығында әрекет потенциалының пайда болу механизмін қарастырайық. Жоғарыда көрсетілгендей жасуша талшығы полярланылған. Егер талшықтың бір участогіне тітіркендіру әсер етсе ол мүмкін электрлік, механикалық, температуралық т.б. болуы мүмкін, сол тітіркенген участок өте сондай жылдамдықпен (секундтің мыңнан бір бөлігіндей уақыт) деполяризацияланып, яғни көрші тітіркенбеген участогіне қарағанда қозу пайда болып, мембрананың сыртқы бетінде теріс электр заряды пайда болса, ішкі беткейінде оң заряд болады. Дәл осы жерде жергілікті электр тогі айналыста болады да келесі участогіне таралып оны деполяризациялайды, яғни электр зарядтарының айырмашылығы пайда болады, сөйтіп ол келесі участокке таралып талшық бойымен секіріп-секіріп өте отырып қозу импульсі немесе сигналы таралады. Жергілікті участокте пайда болған электр тогы тірі құрылымдағы күрделі биохимялық және биофизикалық реакцияның салдары. Осы процессті потенциал айырмашылығы деп атауға болады. Потенциал айырмашылығының таралуы әртүрлі жүйке талшығында әртүрлі жылдамдықпен таралады және оның құрылысына және тылшықтың диаметріне де тәуелді. Мысалы А типті жүйке талшығының бойымен өтетін сигналдың жылдамдығы 70-120м/сек шамасында. В типті талшық бойымен сигнал таралу жылдамдығы 2-5м/сек. Ал әрекет потенциалының амплитудасы, тыныштық потенциалына қарағанда жоғары 90-120мВ. Алғашқы пайда болған жерден деполяризация аймағынан сигнал белгілі бір уақыт бойы таралып, қайтадан бұрынғы күйіне жетіп зарядтары теңеседі. Яғни мембрананың сыртында оң заряд, ішінде теріс заряд болып салыстырмалы тыныштық күйіне түседі. Сонымен талшықтың немесе жасушаның осы жерінде шоғырланып (генерация) кезекті әрекет потенциалының немесе сигналды таратуға дайын болады. Жоғарыда айтылғандай сигналдардың таралуына көптеген иондар қатысады, бірақ ең бастысы Na ионы деп есептеледі. Алғашқы кездегі тітіркенуде мембрана талшығында немесе жасушада Na ионының концентрациясы өзгеріп оның сіңуі артады. Соның нәтижесінде мембранадағы зарядтардың қатынасын өзгертіп Na ионның ішке қарай еніп, мембрананы одан әрі қоздырады. Осы процестердің жан жақты іске асуынан әрекет потенциалы пайда болады. Бұл жерде ескере кететін тағы да бір фактор, әрекет потенциалының пайда болуы немесе тітіркендіргішке жауап белгілі бір шамада (амплитуда) болады. Осы көрсеткішті тітіркендіргіштің табалдырығы немесе әсер етуші күштің минималды көрсеткіші деп атайды. Табалдырықтан төмен көрсеткішті табалдырық асты көрсеткіші деп атайды, бұл көрсеткіш әрекет потенциалын туғыза алмайды. Сонда да болса, табалдырық асты тітіркендіру көрсеткішіне белгілі аймақта немесе участокта тітіркеніп жергілікті жауап реакциясы туындайды. Локалды немесе жергілікті жауаптың табалдырығына жауап болмағанмен қатар «бәрі де немес түкте емес» деген заңдылыққа бағынбайды (закон «все или ничего»). Жергілікті жауап кезінде, құрылымдағы құбылыс көтеріліп, әрекет потенциалында қозу төмендейді. Тек қана белгілі бір қиындық (критический) деңгейіне жеткенде ғана, жергілікті жауап деполяризацияланып, әрекет потенциалына қарай дамуы мүмкін. Жоғарыда айтылған «бәрі немесе түкте емес» деген заңның басты мәні тітіркендіргіштің әсері оған түсірген стимулға немесе қоздырғыштың күшінетәуелді деп дәлелдейді. Осы заң бойынша табалдырық деңгейіндегі стимул қозу тудырмайды. Сонықтанда оны «түкте емес» деп атаса, ал табалдырық стимулы құрылымда максимум өзгеріс мүмкіндігін жасайтын болса оны «бәрі де» немесе «все». Ғылыми зерттеу барысында анықталғандай нерв талшығына немесе жасушаға новакаиннің, кокаиннің уретанның өте аз мөлшерімен әсер еткенде әрекет потенциалының амплитудасы төмендеп, «бәрі де немесе түкте емес» деген заңға сәйкес келмейтіндігін дәлелдеген. Бірақ жүйке талшығының тітіркенуіне жауап реакциясы жергілікті жауап пен әрекет потенциалы арасында байқалған. Тітіркендіргіш порогы жоғарғы болғанымен қозу реакциясы төмен. Лабильдік немесе құрылымның қозуды қабылдап жауап беру реакциясын белгілі бір жылдамдықпен құрылымның физиологиялық қызметін атқаруы. Импульс жиілігі немесе әрекет потенциалының генерациясы қозған ұлпада кең, ауқымды дипазонда болуы мүмкін, ол құрылымның функционалды күйіне, тітіргендіргіштің қасиетіне, метаболизм үрдісінің жылдамдығына тәуелді. Н.Е.Введенскиидің пікірі бойынша қозғыш ұлпалардың лабильділік өлшемі 1секундтағы тітіркендіргіштердің жиілігіне қарай пайда болған әрекет потенциалының ең жоғарғы саны. Әрбір әрекет потенциалында қозу пайда болғаннан кейін, құрылым бұрынғы күйіне келуі тиіс, яғни зат және энергия алмасуы бастапқы қалпына келуі тиіс. Осы кезеңде ол құрылым қандай да бір болмасын келген тітіркендіргішке жауап беру қабілеті жоқ, тіпті табалдырықтан жоғары күшпен тітіркендірседе. Бұл жерде біз тағыда өте маңызды физиологиялық түсініктемеге мән берейік. Бәрімізге белгілі, жасушада әрекет потенциалы пайда болғаннан кейін, қозған ұлпаға өзінің метаболистік деңгейіне қайта келіп энергиясын орнына келтіру керек. Осы кезеңде ұлпа сырттан бұрынғыдан да күші жоғары тітіркендіргіш әсер еткенде оған жауап беру қабілеті болмайды. Осы кезеңді рефлакторлық кезең деп атайды. Рефракторлық кезеңнің ұзақтылығы әртүрлі құрылымда және әртүрлі жануарлардың өкілдерінде әртүрлі. Ол ағзалық құрылымдардың физиологиялық күйіне және біртұтас ағзаға байланысты. Рефракторлық кезеңнің екі түрі болады абсолюттік және салыстырмалы. Абсолюттік рефракторлық кезеңде құрылым толық тежеліп сырттан келген сигналды қабылдамайды. Деңгейі біртіндеп бастапқы қалпына жақындаған сайын, рефракторлық кезең салыстырмалы рефракторлық кезеңге ауыса бастайды, нәтижесінде жоғарғы деңгейдегі тітіркендіргішке жауап бере бастайды. Физиология саласында тағы да бір басқа түсініктеме, «күшпен уақыт» онсыз қозудың қасиетін дұрыс анықтауға, бағалауға тек жеке жасуша, ұлпа тіпті бүкіл тұтас ағза деңгейінде болмайды. Мына суретте көрсетілген қисық сызыққа мән берсек, бұл қозу таралу үшін белгілі бір уақытта электр тогының әсерінен болатын күш пен уақыт арасындағы тәуелділікті көрсеткен. ОС-хроноксия Оа-әсер мерзімі О-1 реобаза О-2 екі еселенген реобаза 1 сурет. Күш-уақыт қисық сызығы Абсцис осі бойымен электрлік стимулдің минимальді уақыты көрсетілген ал ординат сызығы бойынша ток күші немесе қуаты. Берілген сурет бойынша минималды ток күшінен төменгі тітіркендіргіш қозуды тудырмайды, қанша ұзақ уақыт қоздырғанмен. Минималды ток күшінің әсерінен қозудың пайда болуын реобоза деп атайды (ОА). Ең аз уақыт (ОС кесіндісі аралығы) аралығында ток реабозаға тең әрекет потенциалын туғызса оны пайдалы уақыт дейді. Енді хронаксия деген сөзге анықтама берейік. Хронаксия-ең аз уақыт ішінде электр тогының әсерінен екі еселенген реабозаға тең (ОД) қозудың тууы. Бұл суретте хронаксия қисық сызығы ОF участогі аралығына сәйкес келеді. Хронаксия немесе әсердің ең минималды уақытын анықтау клиникада үлкен аңызы бар. Мысалы, дәрігер неврапотолог хроноксияны өлшеп анықтау арқылы қозғалғыш жүйке талшығының қаншама бұзылғанын анықтау арқылы емдеу әдісін дұрыс қолдану арқылы бұзылған қызметін қалпына келтіруді анықтайды. Сонымен бір жағынан ағзадағы қозғыш ұлпалардың қозғыштық параметрлерін анықтап көрсете отырып, екінші жағынан жүйке құрылымдары болатын күрделі де, әрт.рлі механизмдерін дұрыс түсіну арқылы ағзаны дұрыс емдеуге үлкен жол ашады. жүктеу/скачать 238,84 Kb. Достарыңызбен бөлісу:
|