4.2. Содержание разделов дисциплины
1
|
Введение в физио-логию
Основы клеточ-ной и молеку-лярной физиологии
|
Физиология - наука о жизнедеятельности организма, его взаимодействии с внешней средой и динамике жизненных процессов; наука о закономерностях функционирования отдельных систем, органов и тканей.
Задачи общей, частной и прикладной физииологии. Место в ряду других биологических дисциплин. Современный уровень развития физиологии с учетом данных новейших исследований в области нейрохимии, молекулярной и клеточной физиологии и биологии.
Экспериментальные методы исследования - как основа познания закономерностей жизнедеятельности организма. Расширение технических возможностей - использование телеметрии, электронной вычислительной техники, кибернетики, математического моделирования. Принципы организации физиологических функций
Структура и основные задачи предмета.
История физиологии. Формирование физиологии как самостоятельной дисциплины. Основные этапы развития физиологической науки. В.Гарвей - основоположник экспериментальной физиологии и создатель учения о кровообращении. Значение работ Л.Гальвани, Дюбуа Реймона, К.Бернара, К.Людвига, Л.Германа, Э.Пфлюгера, П.Гейденгайна, Ю.Бернштейна, Р.Гельмгольца в формировании экспериментальной физиологии.
Значение отечественных ученых И.М.Сеченова, Ф.В.Овсянникова, Н.А.Миславского, Н.Е.Введенского, А.А.Ухтомского, А.Ф.Самойлова, Л.А.Орбели, И.С.Беритова, К.М.Быкова, Л.С.Штерн, В.Н.Черниговского, П.К.Анохина в развитии отечественной физиологии. Значение работ И.П.Павлова для развития русской и мировой физиологии. И.П.Павлов - создатель учения о высшей нервной деятельности.
Значение работ А.Ходжкина, Э.Хаксли, Б.Катца, Д.Экклса в изучении ионных механизмов возникновения биоэлектрических потенциалов клетки. Развитие представлений в работах Б. Хилле, Э. Ниера, Сакмана, Ф.Сакса.
О.Леви и Г.Дейл - основоположники медиаторной теории в передаче нервного импульса в синапсах. Работы Д.Эрлангера и Г.Гассера.
Исследования Р.Декарта, И.Прохаска, Б.Мажанди, Ч.Шеррингтона, Л.Гольца, Э.Эдриана, Р.Магнуса, К.Лоренца, И.С.Бериташвили в изучении центральной нервной системы.
Работы А. Клода, К. Де Дюва, Г.Паладе в исследованиях структурной и функциональной организации клетки.
Исследования В.А.Энгельгардта, М.Н.Любимовой, А.Сент-Дьерди в понимании механизмов мышечного сокращения.
Строение клетки. Мембраны, структура мембран, межклеточные контакты. Органеллы клеток: ядро, рибосомы, эндоплазматический ретикулум, комплекс Гольджи, эндосомы, митохондрии, пероксисомы, цитоскелет.
Понятия о химическом составе организма. Атомы, атомный номер, атомная масса, атомный состав организма. Молекулы. Ковалентные химические связи. Форма молекул. Ионы. Свободные радикалы. Полярные молекулы. Водородные связи. Вода. Растворы, растворимость молекул. Концентрация. Ионы водорода и кислотность. Классы органических молекул: углеводы, липиды, белки (протеины), нуклеиновые кислоты.
Активность белков и клеточный метаболизм. Связывающие участки белков. Свойства связывающих участков. Регуляция свойств, связывающих участков. Ферменты и химическая энергия. Химические реакции, ферменты (энзимы), регуляция ферментативных реакций, мультиферментативные метаболические пути. Транспорт энергии в клетке. Метаболизм углеводов, жиров и белков. Незаменимые компоненты диеты.
Генетическая информация и синтез белка. Генетический код. Синтез белка. Транскрипция: синтез иРНК. Трансляция: синтез белка. Регуляция синтеза белка. Деградация белка. Секреция белка. Репликация и экспрессия генетической информации. Репликация ДНК. Деление клетки. Мутации. Генная инженерия.
|
|
|
|
2
|
Физиче-ские основы физиологии
|
Понятие «электрический ток». Сигналы. Синусоидальные сигналы. Линейно меняющийся сигнал. Треугольный сигнал. Прямоугольные сигналы. Импульсы, скачки и пики. Сигналы шумов. Источники и приемники сигнала. Источник тока. Источник напряжения. Элементы линейных цепей. Элемент омического сопротивления. Элемент индуктивности. Элемент емкости. Параллельные и последовательные соединения элементов. Параллельное соединение элементов. Последовательное соединение элементов. Интегральные микросхемы. Операционные усилители. Основные схемы включения операционных усилителей. Конкретные линейные схемы на операционных усилителях.
|
|
3
|
Общая физиология возбудимых тканей
|
Биологические мембраны. Современные представления о структуре и функциях биологической мембраны, как компоненты клетки, обеспечивающей ее возбудимость и возбуждение. Раздражимость. Классификация раздражителей по природе, силе, адекватности. Понятие возбудимости. Потенциал-управляемые, и рецепторуправляемые (хемоуправляемые и механоуправляемые) ионные каналы как компоненты мембраны.
Строение биологических мембран. Формирование теории молекулярной организации биологических мембран Липиды мембран. Типы липидов в мембране. Текучесть бислоя липидов и вращательная диффузия молекул. Фазовые переходы. Белки мембран. Первичная структура белка. Пространственная структура белка (конформация белка). Белки, связанные с бислоем липидов. Интегральные мембранные белки. Подвижность мембранных белков в плоскости бислоя. Внемембранные поверхностные структуры. Основные функции биологических мембран. Искусственные мембраны. Адгезия клеток.
Пассивные электрические свойства мембраны клетки. Общая характеристика. Сопротивление. Вольтамперная характеристика. Емкость мембраны. Постоянные времени и длины. Подход к изучению кабельной теории.
Пути перемещения веществ через мембрану. Пути перемещения веществ без помощи специфического переносчика. Основные представления о диффузии. Диффузия через мембрану клетки. Транспортные системы. Облегченная диффузия. Активный транспорт.
Общие представления о ионных каналах. Принципы структурной организации ионных каналов. Каналы утечки. Потенциал-управляемые ионные каналы. Общие представления о потенциал-управляемых ионных каналах. Активация и инактивация потенциал-управляемых каналов. Лиганд-управляемые ионные каналы. Общие представления о лиганд-рецепторном взаимодействии. Общие представления о лиганд-управляемых ионных каналах. Токи через два типа ионных каналов. Механо-управляемые ионные каналы. Общие представления о механосенситивности и механосенситивном ионном канале. Механосенситивный канал. Активация механосенситивных каналов
Пассивный ионный транспорт через ионные каналы мембраны. Размещение ионов относительно мембраны. Ионное равновесие. Мембранный потенциал при простом ионном равновесии. Доннановское равновесие. Роль пассивного ионного транспорта в формировании потенциала покоя. Поток ионов через мембрану. Диффузионный потенциал. Равновесный потенциал покоя. Уравнение Гольдмана. Электродвижущая сила для ионов и ионные токи. Методы регистраци потенциала покоя.
Потенциал покоя клетки.
Потенциалы клетки, определяемые пассивным ионным транспортом. Методы измерения потенциала мембраны. Принцип регистрации биопотенциалов клетки и поляризация ее мембраны. Схема подключения источника напряжения через последовательное сопротивление. Пассивный электротонический потенциал. Локальный ответ. Потенциал действия. Фазы потенциала действия. Фазовые изменения возбудимости. Типы биоэлектрической активности на примере нервных клеток. Влияние долго длящейся поляризации на биоэлектрическую активность клеток. Влияние коротко длящейся поляризации на биоэлектрическую активность клеток.
Характеристика процесса возбуждения. Понятие о возбудимости. Фазовые изменения возбудимости на примере нервной ткани, поперечно-полосатых и гладких мышц, сердечной ткани. Опыты, доказывающие фазовые изменения возбудимости. Физиологическое значение фазовых изменений возбудимости. Параметры возбудимости. Кривая силы-времени. Возбуждение местное и распространяющееся.
Ионные токи. Фиксация потенциала у аксонов. Фиксация потенциала у клеток. Фиксация потенциала при диализе клеток. Метод patch clamp. Понятия low resistance seal, cell atached, whole cell recording. Отличия whole cell конфигурации от конфигурации микроэлектрода, введенного в клетку. Понятия outside-out patch, inside-out patch и цели применения этих конфигураций. Конфигурации patch-пипетка – мембрана. Patch-пипетки. Принципы измерений тока в конфигурации whole-cell. Принципы измерений тока, протекающего через одиночные каналы. Связь различных потенциалов действия с ионными токами. Потенциалы действия нервных клеток. Основные типы потенциалов действия клеток сердца.
Ионные каналы.
Молекулярная организация натриевого канала. Общие представления. Первичная структура и общая топология. Классификация натриевых каналов и номенклатура. Гены натриевых каналов. Молекулярная фармакология натриевых каналов. Молекулярная организация ворот канала. Роль модификации потенциал-управляемых Na+-каналов. Гликозилирование потенциал-управляемых Na+-каналов. Фосфорилирование потенциал-управляемых Na+-каналов. Участки связывания потенциал-управляемых Na+-каналов. Центр связывания 1 (TTX, STX и конотоксин). Центр связывания 2 (Вератридин, аконитин и BTX). Центр связывания 3 (Токсины морских анемон, α-токсины скорпиона и токсины паутины паука). Центр связывания 4 (β - токсины скорпиона). Центр связывания 5 (Бреветоксины и CTX). Центр связывания 6 (Инсектициды). DPI 201-106: синтетический модификатор Na+-каналов. Центр связывания местных анестетиков. Терапевтическое использование модуляторов Na+-каналов. Терапевтические возможности блокаторов Na+-каналов. Типы натриевых токов. Виды натриевых каналов. Натриевый канал NaV1.1. Натриевый канал NaV1.2. Натриевый канал NaV1.3. Натриевый канал NaV1.4. Натриевый канал NaV1.5. Натриевый канал NaV1.6. Натриевый канал NaV1.7. Натриевый канал NaV1.8. Натриевый канал NaV1.9.
Молекулярная организация кальциевого канала. Общие представления. 1 субъединицы. субъединицы. субъединицы. Молекулярная фармакология кальциевого канала. Анализ селективной проницаемости каналов. Мульти-ионные основы селективной проницаемости в Са2+ каналах. Молекулярная организация селективного фильтра. Функциональная асимметрия среди глутаматов селективного фильтра. Функциональные группы, которые связывают Ca2+ в селективном фильтре. Теории проницаемости Cа2+ канала. Проницаемость каналов на основе теории скоростей реакции (Rate Theory). Ограничения теории скоростей реакции. Модели, использующие структурные приближения. Модели, использующие предсказанные структуры. Активация и инактивация кальциевых каналов. Аналитическое описание. Молекулярные механизмы. Типы кальциевых токов. Кальциевые каналы. Кальциевые каналы CaV1. Кальциевый канал CaV1.1. Кальциевый канал CaV1.2. Кальциевый канал CaV1.3. Кальциевый канал CaV1.4. Кальциевые каналы CaV2. Кальциевый канал CaV2.1. Кальциевый канал CaV2.2. Кальциевый канал CaV2.3. Кальциевые каналы CaV3. Кальциевый канал CaV3.1. Кальциевый канал CaV3.2. Кальциевый канал CaV3.3.
Молекулярная организация кальциевого канала. Характеристики K+-каналов. Номенклатура, предложенная Human Genome Organisation (HUGO). Стандартная номенклатура системы K+-каналов. Обоснование классификации. Потенциал-управляемые K+ -каналы — KV. Ca2+-активируемые K+-каналы — KCa. K+-каналы аномального выпрямления с током входящего направления — Inwardly rectifying potassium channels — Kir . K+-каналы с двумя петлями в домене —Two-P potassium channels — (К2Р).
Механосенситивные ионные каналы. Силы, вовлеченные в изменение состояния МСК. Бислой. Методы механической стимуляции. Изучение единичных каналов. Липидрастворимые соединения и возможность открытия SAC. Изучение токов в конфигурации whole-сell. Молекулярно-биологический подход к изучению МСК. Роль цитоскелета в регуляции воротного механизма МСК. Ингибиторы и активаторы МСК. Функциональная классификация МСК. Могут ли МСК могут продуцировать значительные токи в клетке. Роль МСК в формировании электрического ответа клетки. Инактивация механочувствительных токов.
Понятие об активном ионном транспорте. Электрогенные 3Na/2K и 2Ca/2H насосы, их роль в функционировании клетки, механизмы работы. Электронейтральные обменники. Их типы3Na/Ca, Na/H, 2HCO3&Na/Cl, SO4/(Анионы), PAH/-кнтоглютарат, Cl/HCOO, их роль в функционировании клетки, механизмы работы. Электронейтральный ко-транспорт/ Его типы: Na&Glucose/-, Na&АК/-, NaP/-, -/Na&HCO3-, Na&K&2Cl/-, Na&Cl/-, -/K&Cl, H&Peptide/-, H&R-Coo/-, H&Metall/-. Его роль в функционировании клетки, механизмы работы.
|
|
4
|
Проведение возбуждения
|
Проведение возбуждения по нервному волокну. Распространение потенциала действия. Немиелинизированые волокна. Миелинизированые волокна. Регистрация потенциалов нервного волокна. Законы проведения возбуждения по нервному волокну. Составной характер потенциала действия нервного ствола. Классификация нервных волокон.
Проведение возбуждения в ткани. Проведение возбуждения между клетками. Классификация межклеточных контактов. Контакты клеток типа Tight junction, intermediate junction, desmosome, communicating junction (with gap junction (single gap junction channels & clusters ) и without gap junctions). Их роль в проведении возбуждения. Механизмы проведения возбуждения communicating junction. Значение величины входного сопротивления клеток и их площади поверхности для эффективности межклеточного электротонического взаимодействия. Электротоническое взаимодействие в нервной и миокардиальной ткани. Механизмы. Торможение на клеточном уровне. Его механизмы. Щелевой контакт. Структура щелевого контакта и его физиологические свойства. Электрические модели контактов клеток. Принципы выявления щелевого контакта. Общие представления о роли щелевого контакта в проведении возбуждения в ткани. Транспорт веществ через щелевой контакт. Роль щелевого контакта в нервной системе и сердце.
Проведение возбуждения через синапс. Основные функции синапсов. Электрические и химические синапсы.
Электрические синапсы. Механизм их работы. Свойства.
Химические синапсы. Освобождение трансмиттеров. Действие трансмиттеров. Возбуждающий постсинаптический потенциал как результат трансмиттерной передачи. Соединения, влияющие на рецепторный белок. Механизм открытия ионного канала у метаботропных рецепторов. Тормозные постсинаптические потенциалы. Взаимное влияние ВПСП и ТПСП. Завершение синаптических процессов. Синтез трансмиттеров. Фармакология холинэргических синапсов. Виды соединения, используемые как трансмиттеры. Глутамат в мозге - важнейший трансмиттер для возбуждающих синапсов. Глицин как трансмиттер тормозных синапсов и нейромодулятор. GABA (гамма-аминомаслянная кислота) - трансмиттер многих тормозных интернейронов. Функция моноаминэргических синапсов часто нарушена при психических заболеваниях. АТФ, NO и СО как трансмиттеры. Нейропептиды. Пресинаптические связи и торможение.
|
| |
