Ингибиторы тканевого дыхания реферат

Обновлено: 02.07.2024

Ингибиторы тканевого дыхания блокируют один из трех пунктов сопряжения дыхания и фосфорилирования. Все ингибиторы можно разделить на три группы, действие которых представлено на схеме 11.

Ротенон ФАДН₂ Антимицин А

Амобарбитал Карбо- – БАЛ

_ ксин

НАДН-дегидро- QH₂ QH₂-дегидрогеназа

геназа ФМН в с

H₂S, CO, CN –

–

цитохром С цитохромоксидаза ½О₂

а а₃

Схема 11. Ингибирование ферментов цепи переноса электронов

II группа ингибиторов, к которым относится антимицин А (антибиотик, выделенный из стрептомицетов) блокирует дыхательную цепь на уровне 2-го сопряжения дыхания и фосфорилирования и выключает участок цепи до блока.

Схема 12. Функционирования окислительно-восстановительной пары с участием аскорбиновой и дегидроаскорбиновой кислот

Дыхание возможно только в присутствии аскорбиновой кислоты, которая, превращаясь в дегидроаскорбиновую кислоту по уравнению, представленному ниже, передает водород непосредственно на цитохром с. При этом образуется только одна молекула АТФ на уровне цитохромоксидазы.

III группа ингибиторов тканевого дыхания, к которым относятся цианиды (например, NaCN, KCN), сероводород (H₂S), оксид углерода (II), (СО, угарный газ) необратимо блокируют цитохромоксидазу, т.е. 3-й пункт сопряжения дыхания и фосфорилирования.

Это приводит к полному прекращению тканевого дыхания и быстрой гибели клетки от дефицита энергии. Поэтому ингибиторы цитохромоксидазы являются сильнейшими ядами. Оксид углерода (II), кроме того, нарушает транспорт кислорода кровью путем образования с гемоглобином устойчивого соединения - карбоксигемоглобин.

Контрольные вопросы

1. На какие группы по механизму действия классифицируют ингибиторы ?

2. Какие ингибиторы относятся к I группе и как они действуют на цепь переноса электронов ?

3. Какие ингибиторы относятся ко II группе и как они действуют на цепь переноса электронов ?

4. Какие ингибиторы относятся к III группе и как они действуют на цепь переноса электронов ?

Тканевое дыхание

Энергия окисляющихся веществ используется клетками для синтеза АТФ из АДФ. Фосфорилирование АДФ в клетках происходит путем присоединения неорганического фосфата Н₃РО₄. Реакция идет с затратой энергии.

Субстратное фосфорилирование

Субстратное фосфорилирование АДФ идет за счет энергии макроэргических связей некоторых соединений.

Этот процесс может происходить как в матриксе митохондрий, так и в цитоплазме клеток независимо от присутствия кислорода.

Окислительное фосфорилирование

Окислительное фосфорилирование АДФ - превращение АДФ в АТФ происходит с использованием энергии переноса электронов от органических веществ к кислороду. Энергию для окислительного фосфорилирования поставляют окислительно-восстановительные реакции. Процесс может происходить только в аэробных условиях с участием ферментов цепи переноса электронов (ЦПЭ) и АТФ-синтазы (АТФ-азы).

Окислительное фосфорилирование АДФ - основной механизм синтеза АТФ в организме. Оно происходит в митохондриях, которые являются основными поставщиками АТФ и могут рассматривать как "энергетические станции" клетки.

Митчелл

Работу ЦПЭ изучал в 60-х годах прошлого века английский биохимик Питер Митчелл. Он создал хемиосмотическую теорию.

Согласно хемиосмотической концепции, движение электронов по дыхательной цепи является источником энергии для транслокации протонов через митохондриальную мембрану. Возникающая при этом разность электрохимических потенциалов (ΔμH+) приводит в действие АТФ-синтазу, катализирующую реакцию АДФ + Фн (Н₃РО₄) = АТФ + Н₂О В дыхательной цепи есть только 3 участка, где перенос электронов сопряжен с накоплением энергии, достаточным для образования АТФ на других этапах возникающая разность потенциалов для этого процесса недостаточна. Максимальная величина коэффициента фосфорилирования, таким образом, составляет 3, если реакция окисления идет с участием НАД, и 2, если окисление субстрата протекает через флавиновые дегидрогеназы.

Структурная организация ЦПЭ

NADH-дегидрогеназа

QH₂-дегидрогеназа

Цитохром bc₁ (Fe 3+ )

цитохром-с-оксидаза

Цитохром аа₃ (Fe 3+ , Сu 2+ )

сукцинатдегидрогеназа

NAD + -зависимые субстраты: пируват, α-кетоглутарат, изоцитрат, малат, глутамат, лактат.

FAD-зависимые субстраты; сукцинат, ацил-KoA, глицерол-3-фосфат митохондриальный.

АТФ-аза

АТФ-аза состоит из субъединиц, которые формируют два компонента фермента: F₀-компонент, который образует протоновую пору и F₁-компонент, который обращен внешней стороной в митохондриальный матрикс. F₁-компонент состоит из трех пар - альфа и бета субъединиц формирующих вращающийся цилиндр. Одна пара связывает АДФ и Ф_н, вторая пара синтезирует АТФ, а третья обычно свободная.

Когда протоны двигаются через протоновую пору F₀-компонента их энергия используется на вращение альфа- и бета- парах из связанных с ними АДФ и Ф_н синтезируется новая молекула АТФ, а к свободным субъединицам присоединяются новые субстраты АДФ и Ф_н.

Продолжение синтеза АТФ требует постоянной концентрации АДФ и Ф_н. Адениннуклеотидтранслоказа обменивает митохондриальный АТФ на цитоплазматический АДФ. Транспорт Ф_н в матрикс происходит по механизму антипорта гидроксильным ионнам (ОН - ). Благодаря работе этих двух транспортных систем и ЦПЭ генерирующей мембранный потенциал, АТФ-аза может продолжать синтез АТФ.

Коэффициент окислительного фосфорилирования

Коэффициент окислительного фосфорилирования Р/О показывает, какое количество неорганического фосфата затрачивается для фосфорилирования АДФ при использовании 1 атома кислорода на образование 1 молекулы воды. Коэффициент окислительного фосфорилирования числено равен количеству молей АТФ, синтезированных в результате окислительной реакции.

Для субстратов НАД-зависимых дегидрогеназ Р/О = 3.

Для субстратов ФАД-зависимых дегидрогеназ Р/О = 2.

Аскорбиновая кислота (витамин С) благодаря антиокислительным свойствам способна восстанавливать ионы Fe 3+ в геме цитохромов а и а₃ и активировать цитохром-с-оксидазу. В этом случае Р/О = 1.

Ингибиторы

Ингибиторы ферментов ЦПЭ подавляют активность ферментных комплексов I, III и IV. В результате их действия скорость восстановления коферментов NAD + и FAD при этом снижается, что уменьшает скорость окислительных процессов, потребление кислорода и коэффициент Р/О:

▪ ингибиторы NADH-дегидрогеназы – барбитураты (снотворные), ротенон (инсектицид), пиерицидин (антибиотик);

▪ ингибиторы QH₂-дегидрогеназы – антимицин А (антибиотик);

▪ ингибиторы цитохром-с-оксидазы – цианиды (СN - ), угарный газ (СО), сероводород (Н₂S);

Ингибиторы АТФ-синтазы снижают активность фермента, скорость фосфорилирования АДФ и коэффициента Р/О – олигомицин (антибиотик).

Ингибиторы ЦПЭ повышают: Соотношение NADH/NAD

Разобщители окисления и фосфорилирования

Разобщители окисления и фосфорилирования - липофильные протофоры легко проникают через липидный бислой и переносят протоны через внутреннюю мембрану митохондрии в матрикс, минуя АТФ-синтазу. Скорость образования метаболической воды и дыхания не изменяется или даже возрастает, но сопряжение окисления и фосфорилирования АДФ при этом ослабевает, Р/О снижается. Энергия окисления рассеивается в виде тепла, что приводит к повышению температуры тела человека (пирогенное действие).

▪ экзогенные разобщители – 2,4-динитрофенол (препарат для похудения), дикумарол (антикоагулянт), стрептомицин (антибиотик).

▪ эндогенные разобщители – жирные кислоты (ненасыщенные), гормоны щитовидной железы (тироксин), желчный пигмент биллирубин, UCP1(термогенин - белок, обнаруженный в митохондриях адипоцитов бурой жировой ткани), UCP 2 (белок, обнаружен во всех тканях млекопитающих, кроме паренхимальных гепатоцитов), UCP3 (обнаружен в скелетных мышцах).

Динитрофенол подавляет окислительное фосфорилирование АДФ, так как: Переносит Н+ через внутреннюю мембрану митохондрий в матрикс

Ингибиторы тканевого дыхания блокируют один из трех пунктов сопряжения дыхания и фосфорилирования. Все ингибиторы можно разделить на три группы, действие которых представлено на схеме 11.

Ротенон ФАДН₂ Антимицин А

Амобарбитал Карбо- – БАЛ

_ ксин

НАДН-дегидро- QH₂ QH₂-дегидрогеназа

геназа ФМН в с

H₂S, CO, CN –

–

цитохром С цитохромоксидаза ½О₂

а а₃

Схема 11. Ингибирование ферментов цепи переноса электронов

II группа ингибиторов, к которым относится антимицин А (антибиотик, выделенный из стрептомицетов) блокирует дыхательную цепь на уровне 2-го сопряжения дыхания и фосфорилирования и выключает участок цепи до блока.

Схема 12. Функционирования окислительно-восстановительной пары с участием аскорбиновой и дегидроаскорбиновой кислот

Дыхание возможно только в присутствии аскорбиновой кислоты, которая, превращаясь в дегидроаскорбиновую кислоту по уравнению, представленному ниже, передает водород непосредственно на цитохром с. При этом образуется только одна молекула АТФ на уровне цитохромоксидазы.

III группа ингибиторов тканевого дыхания, к которым относятся цианиды (например, NaCN, KCN), сероводород (H₂S), оксид углерода (II), (СО, угарный газ) необратимо блокируют цитохромоксидазу, т.е. 3-й пункт сопряжения дыхания и фосфорилирования.

Это приводит к полному прекращению тканевого дыхания и быстрой гибели клетки от дефицита энергии. Поэтому ингибиторы цитохромоксидазы являются сильнейшими ядами. Оксид углерода (II), кроме того, нарушает транспорт кислорода кровью путем образования с гемоглобином устойчивого соединения - карбоксигемоглобин.

Контрольные вопросы

1. На какие группы по механизму действия классифицируют ингибиторы ?

2. Какие ингибиторы относятся к I группе и как они действуют на цепь переноса электронов ?

3. Какие ингибиторы относятся ко II группе и как они действуют на цепь переноса электронов ?

4. Какие ингибиторы относятся к III группе и как они действуют на цепь переноса электронов ?

5.8. Тестовые задания и ситуационная задача

Выберите один правильный ответ.

26. ЦИАНИДЫ, УГАРНЫЙ ГАЗ, СЕРОВОДОРОД ЯВЛЯЮТСЯ ИНГИБИТОРАМИ ЦИТОХРОМОКСИДАЗЫ

3) необратимого действия

27. ДОНОРОМ ЭЛЕКТРОНОВ ДЛЯ УКОРОЧЕННОЙ ДЫХАТЕЛЬНОЙ ЦЕПИ ЯВЛЯЕТСЯ

28. ПРОСТЕТИЧЕСКОЙ ГРУППОЙ ПЕРВИЧНЫХ АКЦЕПТОРОВ ВОДОРОДА ФЛАВИНОВЫХ ДЕГИДРОГЕНАЗ ЯВЛЯЕТСЯ

29. В СОСТАВ ПРОСТЕТИЧЕСКОЙ ГРУППЫ НАДН – ДЕГИДРОГЕНАЗНОГО КОМПЛЕКСА ВХОДИТ

30. В СОСТАВ ПРОСТЕТИЧЕСКИХ ГРУПП ФЛАВИНОВЫХ ДЕГИДРОГЕНАЗ ВХОДИТ ВИТАМИН

31. КОЛИЧЕСТВО ЭНЕРГИИ, ВЫДЕЛЯЮЩЕЙСЯ ПРИ ПЕРЕНОСЕ ЭЛЕКТРОНОВ ОТ ФАДН₂ К МОЛЕКУЛЯРНОМУ КИСЛОРОДУ, ОБЕСПЕЧИВАЕТ СИНТЕЗ АТФ

32. ПРИ БЛОКИРОВАНИИ АМОБАРБИТАЛОМ ПЕРВОГО ПУНКТА ЦЕПИ ПЕРЕНОСА ЭЛЕКТРОНОВ СИНТЕЗ АТФ В МИТОХОНДРИЯХ ВОЗМОЖЕН ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ В КАЧЕСТВЕ СУБСТРАТА

33. ДЫХАТЕЛЬНЫМ КОНТРОЛЕМ НАЗЫВАЕТСЯ РЕГУЛЯЦИЯ СКОРОСТИ ДЫХАНИЯ

3) концентрацией АДФ

Ситуационная задача 4

В суспензию митохондрий добавили 0,6 ммоль/л малата и 0,3 ммоль/л АДФ. Поглощение кислорода, начавшееся сразу после добавления малата и АДФ, через некоторое время прекратилось. Почему? Затем к пробе добавили раствор фермента гексокиназы и раствор глюкозы. Поглощение кислорода вновь началось. Почему?

Ситуационная задача 5

Сколько молекул АТФ образуется при окислении сукцината? Как будет влиять амобарбитал на окисление этого соединения?

Регуляция дыхания

Дыхание - одна из важнейших функций организма. Прекращение дыхания влечет за собой неминуемую гибель человека уже через 3-5 мин. Запасы кислорода в организме очень незначительны, поэтому необходимо его постоянное поступление через систему внешнего дыхания. Указанное обстоятельство объясняет формирование в процессе эволюции такого механизма регуляции, который должен обеспечивать высокую надежность выполнения дыхательных движений. В основе деятельности системы регуляции дыхания лежит поддержание константного уровня таких показателей организма, как Рсо₂, Ро₂, рН. Их содержание остается относительно постоянным , несмотря на различные потребности в нем, которые во время интенсивной мышечной работы могут увеличиваться в 20 раз.

Регуляция дыхания направлена на выполнение двух задач: во-первых, автоматическая генерация частоты и силы сокращения дыхательных мышц, во-вторых, подстройка ритма и глубины дыхательных движений к реальным потребностям организма (в первую очередь, к изменениям метаболических параметров в виде рo₂, рco₂ и pH артериальной крови и рco₂ и рH межклеточной жидкости мозга).

Рис. 20. Нервный контроль вентиляции

Дыхание регулируется рефлекторным путем, включающим три составных элемента (рис. 20):

-рецепторы, воспринимающие информацию, и афферентные пути, передающие ее нервным центрам;

- эффекторы – пути передачи команд от центров и сами регулируемые объекты.

На рисунке 20 представлены образующие систему регуляции дыхания блоки — контролирующие (нервные центры), исполнительные (дыхательные мышцы), рецепторные (хемо- и механорецепторы) и связи между этими блоками. Таким образом, вся система регуляции дыхания состоит из нескольких взаимосвязанных регуляторных контуров.

Выходящие сигналы. Нервная импульсация от генератора ритма направляется к иннервирующим дыхательные мышцы двигательным нервным клеткам соответствующих ядер черепных нервов (VII, IX–XII) и к мотонейронам передних рогов спинного мозга (их аксоны в составе спинномозговых нервов направляются к дыхательным мышцам).

Интегратор сенсорной информации получает чувствительную информацию от разнообразных хемо- и механорецепторов, расположенных в органах дыхания и дыхательных мышцах, по ходу магистральных кровеносных сосудов (периферические хеморецепторы), а также в продолговатом мозге (центральные хеморецепторы). Помимо этих прямых сигналов, интегратор получает множество информации, опосредованной различными структурами мозга (в том числе и от высших отделов ЦНС). Импульсация от нервных клеток интегратора, направляясь к нейронам генератора ритма, модулирует характер разрядов от них.

Контрольные вопросы

1. Что лежит в основе деятельности системы регуляции дыхания ?

2. Какие составные элементы образуют систему регуляции дыхания ?

3. Какова роль интеграции сенсорной информации в системе регуляции дыхания ?

Дыхательный центр

Дыхательный центр - совокупность нейронных ансамблей разных этажей центральной нервной системы, обеспечивающих управление внешним дыханием (рис. 21).

Рис. 21. Уровни организации дыхательного центра

Главная часть дыхательного центра находится в продолговатом мозге. Это было установлено в опытах с перерезкой ствола мозга, проведенных французским физиологом Легуллуа в 1812 г. Миславский Н.А. (отечественный ученый) установил наличие двух структур, ответственных за вдох и выдох, которые расположены в продолговатом мозге.

Автоматический дыхательный центр - совокупность нейронов специфических (дыхательных) ядер продолговатого мозга, способных генерировать дыхательный ритм (генераторы ритма).

Основная часть нейронов дыхательного центра продолговатого мозга относится к ретикулярной формации, эти нейроны обладают свойством спонтанной активности.

Дыхательный центр выполняет две основные функции в системе дыхания:

1) моторную, или двигательную, которая проявляется в виде сокращения дыхательных мышц

2) гомеостатическую, связанную с изменением характера дыхания при сдвигах содержания О₂ и СО₂ во внутренней среде организма.

Двигательная функция дыхательного центра заключается в ге­нерации дыхательного ритма и его паттерна (длительность вдоха и выдоха). Моторная функ­ция дыхательного центра адаптирует дыхание к метаболическим потребностям организма, приспосабливает дыхание в поведенческих реакциях (поза, бег и др.), а также осуществляет интеграцию ды­хания с другими функциями ЦНС.

Гомеостатическая функция дыхательного центра поддерживает нормальные величины дыхательных газов (O₂, CO₂) и рН в крови и внеклеточной жидкости мозга, регулирует дыхание при изменении температуры тела, адаптирует дыхательную функцию к условиям измененной газовой среды, например при пониженном и повышенном барометрическом давлении.

Нейроны дыхательного центра локализованы в дорсомедиальной и вентролатеральной областях продолговатого мозга и образуют так называемые дорсальную и вентральную дыхательную группу (рис. 22).

Дыхательные нейроны, активность которых вызывает инспира­цию или экспирацию, называются соответственно инспираторными и экспираторными нейронами. Инспираторные и экспираторные нейроны иннервируют дыхательные мышцы.

Рис. 22. Проекция местоположения ды­хательного центра на дорсальную повер­хность продолговатого мозга. ДДГ и ВДГ — соответственно дорсальная и вентральная дыхательные группы; Бк — ком­плекс Бетцингера; рВДГ и кВДГ — рост­ральная и каудальная часть ВДГ; С_I—С_II — сегменты спинного мозга; ДН, НМ и ВМ — соответственно диафрагмальный нерв и нервы наружных и внутренних межреберных мышц.

Дорсальная дыхательная группа (ДДГ) включает в се­бя симметричные области продолговатого мозга, расположенные вентролатеральнее ядра одиночного пучка (рис. 22).

Большинство ней­ронов этой группы (около 90 %) являются инспираторными. Нейроны ДДГ получают афферентные сигналы от легочных ре­цепторов растяжения по волокнам блуждающего нерва, нейроны которого имеют обширные синаптические связи с другими отделами дыхательного центра и с различными отделами ЦНС. Только часть инспираторных нейронов ДДГ связана аксонами с дыхательными мотонейронами спинного мозга, преимущественно с контралатеральной стороны. Другая часть нейронов взаимодействует с нейронами вентральной группы. Базовый ритм дыхания генерируется в основном дорсальной группой дыхательных нейронов. Даже после перерезки всех входящих в продолговатый мозг периферических нервов и ствола мозга выше и ниже продолговатого мозга эта группа нейронов продолжает генерировать потенциалы действия.

Вентральная дыхательная группа (ВДГ) расположе­на латеральнее обоюдного ядра продолговатого мозга, или ядра блуждающего нерва. ВДГ подразделяется на ростральную и каудальную части относительно уровня задвижки (obex) продолговатого мозга (рис. 22). Нейроны вентральной группы подразделяются на две части:

1) Ростральная часть ВДГ состоит из инспираторных нейронов, часть которых взаимодействует с другими дыхательными нейронами продолговатого мозга, другая часть нейронов направляют свои аксоны к дыхательным мотонейронам спинного мозга, а следовательно, управляют мышцами вдоха.

2) Каудальная часть ВДГ состоит только из экспираторных нейро­нов. Все экспираторные нейроны направляют аксоны в спинной мозг. При этом 40% экспираторных нейронов иннервирует внут­ренние межреберные мышцы, а 60% — мышцы брюшной стенки.

Функции нейронов вентральной группы отличаются от функций нейронов дорсальной группы:

а) во время спокойного дыхания нейроны вентральной группы остаются почти полностью неактивными (выдох совершается под влиянием эластической тяги легких и грудной клетки);

б) нейроны не участвуют в основной ритмической осцилляции, регулирующей дыхание;

в) при форсированном дыхании нейроны вентральной группы подключаются к нейронам дорсальной группы и участвуют в формировании выдоха (усиливают выдох при его затруднении и тяжелой мышечной нагрузке).

Ростральнее ВДГ локализованы компактной группой экспира­торные нейроны (комплекс Бетцингера), аксоны которых связаны только с другими типами нейронов дыхательного центра. Предпо­лагают, что именно эти нейроны синхронизируют деятельность пра­вой и левой половин дыхательного центра.

В связи с тем, что дыхательный цикл состоит из вдоха и выдоха, имеется несколько классификаций нейронов дыхательного центра.

Рис. 23. Активность основных групп дыхательных нейронов: 1 — ранние; 2 — полные; 3 — поздние инспираторные; 4 — постинспираторные; 5 – экспираторные; 6 — преинспираторные нейроны

Выделяют следующие основные типы дыхательных нейронов: 1) ранние инспираторные, которые разряжаются с максимальной частотой в начале фазы вдоха; 2) поздние инспираторные, максимальная частота раз­рядов которых приходится на конец инспирации; 3) полные инс­пираторные с постоянной или с постепенно нарастающей активностью в течение фазы вдоха; 4) постинспираторные, которые имеют мак­симальный разряд в начале фазы выдоха; 5) экспираторные с по­стоянной или постепенно нарастающей активностью, которую они проявляют во вторую часть фазы выдоха; 6) преинспираторные, которые имеют максимальный пик активности непосредственно пе­ред началом вдоха. Имеются и другие классификации дыхательных нейронов. Тип нейронов определяется по проявлению его активности относительно фазы вдоха и выдоха (рис. 23).

Нейроны дыхательного центра, активность которых совпадает с ритмом дыхания, но они не иннервируют дыхательные мышцы, называются респираторно-связанными нейронами. К респираторно-связанным нейронам относят клетки дыхательного центра, иннервирующие мышцы верхних дыхательных путей, например гортани.

Нейроны дыхательного центра в зависимости от проекции их аксонов подразделяют на три группы: 1) нейроны, иннервирующие мышцы верхних дыхательных путей и регулирующие поток воздуха в дыхательных путях; 2) нейроны, которые синаптически связаны с дыхательными мотонейронами спинного мозга и управляют таким образом мышцами вдоха и выдоха; 3) проприобульбарные нейроны, которые связаны с другими нейронами дыхательного центра и уча­ствуют только в генерации дыхательного ритма.

Контрольные вопросы

1. Какие отделы мозга входят в структуру дыхательного центра ?

2. Что такое автоматический дыхательный центр, где он расположен ?

3. Какие основные функции выполняет дыхательный центр ?

4. Какие нейроны входят в дорсальную дыхательную группу, их функции ?

5. Какие нейроны входят в вентральную дыхательную группу, их функции ?

6. Какова роль комплекса Бетцингера в регуляции дыхания ?

7. Какие существуют основные типы дыхательных нейронов ?

6.2. Другие области локализации дыхательных ней­ронов

Некоторые авторы полагают, что в нижних отделах варолиева моста расположен еще один - апнейстический центр. Если произвести перерезку варолиева моста и отделить пневмотаксический центр, оставив бульбарный и апнейстический, то у животных можно наблюдать продолжительные судорожные вдохи, прерываемые короткими выдохами.

Диафрагмальные мотонейроны. Образуют диафрагмальный нерв. Нейроны расположены узким столбом в медиальной части вентральных рогов от С_III до C_V. Диафрагмальный нерв состоит из 700—800 миелинизированных и более 1500 немиелинизированных волокон. Подавляющее количество волокон является аксонами б-мотонейронов, а меньшая часть представлена афферентными волок­нами мышечных и сухожильных веретен, локализованных в диаф­рагме, а также рецепторов плевры, брюшины и свободных нервных окончаний самой диафрагмы.

Мотонейроны сегментов спинного мозга, иннервирующие ды­хательные мышцы. На уровне C_I—С_II вблизи латерального края промежуточной зоны серого вещества находятся инспираторные ней­роны, которые участвуют в регуляции активности межреберных и диафрагмальных мотонейронов. Мотонейроны, иннервирующие межреберные мышцы, локализованы в сером веществе передних рогов на уровне от T_IV до Т_X. Причем одни нейроны регулируют преимущественно дыхательную, а другие — преимущественно позно-тоническую активность меж­реберных мышц. Мотонейроны, иннервирующие мышцы брюшной стенки, лока­лизованы в пределах вентральных рогов спинного мозга на уровне T_IV—L_III.

Ингибиторы тканевого дыхания блокируют один из трех пунктов сопряжения дыхания и фосфорилирования. Все ингибиторы можно разделить на три группы, действие которых представлено на схеме 11.

Ротенон ФАДН₂ Антимицин А

Амобарбитал Карбо- – БАЛ

_ ксин

НАДН-дегидро- QH₂ QH₂-дегидрогеназа

геназа ФМН в с

H₂S, CO, CN –

–

цитохром С цитохромоксидаза ½О₂

а а₃

Схема 11. Ингибирование ферментов цепи переноса электронов

II группа ингибиторов, к которым относится антимицин А (антибиотик, выделенный из стрептомицетов) блокирует дыхательную цепь на уровне 2-го сопряжения дыхания и фосфорилирования и выключает участок цепи до блока.

Схема 12. Функционирования окислительно-восстановительной пары с участием аскорбиновой и дегидроаскорбиновой кислот

Дыхание возможно только в присутствии аскорбиновой кислоты, которая, превращаясь в дегидроаскорбиновую кислоту по уравнению, представленному ниже, передает водород непосредственно на цитохром с. При этом образуется только одна молекула АТФ на уровне цитохромоксидазы.

III группа ингибиторов тканевого дыхания, к которым относятся цианиды (например, NaCN, KCN), сероводород (H₂S), оксид углерода (II), (СО, угарный газ) необратимо блокируют цитохромоксидазу, т.е. 3-й пункт сопряжения дыхания и фосфорилирования.

Это приводит к полному прекращению тканевого дыхания и быстрой гибели клетки от дефицита энергии. Поэтому ингибиторы цитохромоксидазы являются сильнейшими ядами. Оксид углерода (II), кроме того, нарушает транспорт кислорода кровью путем образования с гемоглобином устойчивого соединения - карбоксигемоглобин.

Контрольные вопросы

1. На какие группы по механизму действия классифицируют ингибиторы ?

2. Какие ингибиторы относятся к I группе и как они действуют на цепь переноса электронов ?

3. Какие ингибиторы относятся ко II группе и как они действуют на цепь переноса электронов ?

4. Какие ингибиторы относятся к III группе и как они действуют на цепь переноса электронов ?

5.8. Тестовые задания и ситуационная задача

Выберите один правильный ответ.

26. ЦИАНИДЫ, УГАРНЫЙ ГАЗ, СЕРОВОДОРОД ЯВЛЯЮТСЯ ИНГИБИТОРАМИ ЦИТОХРОМОКСИДАЗЫ

3) необратимого действия

27. ДОНОРОМ ЭЛЕКТРОНОВ ДЛЯ УКОРОЧЕННОЙ ДЫХАТЕЛЬНОЙ ЦЕПИ ЯВЛЯЕТСЯ

28. ПРОСТЕТИЧЕСКОЙ ГРУППОЙ ПЕРВИЧНЫХ АКЦЕПТОРОВ ВОДОРОДА ФЛАВИНОВЫХ ДЕГИДРОГЕНАЗ ЯВЛЯЕТСЯ

29. В СОСТАВ ПРОСТЕТИЧЕСКОЙ ГРУППЫ НАДН – ДЕГИДРОГЕНАЗНОГО КОМПЛЕКСА ВХОДИТ

30. В СОСТАВ ПРОСТЕТИЧЕСКИХ ГРУПП ФЛАВИНОВЫХ ДЕГИДРОГЕНАЗ ВХОДИТ ВИТАМИН

31. КОЛИЧЕСТВО ЭНЕРГИИ, ВЫДЕЛЯЮЩЕЙСЯ ПРИ ПЕРЕНОСЕ ЭЛЕКТРОНОВ ОТ ФАДН₂ К МОЛЕКУЛЯРНОМУ КИСЛОРОДУ, ОБЕСПЕЧИВАЕТ СИНТЕЗ АТФ

32. ПРИ БЛОКИРОВАНИИ АМОБАРБИТАЛОМ ПЕРВОГО ПУНКТА ЦЕПИ ПЕРЕНОСА ЭЛЕКТРОНОВ СИНТЕЗ АТФ В МИТОХОНДРИЯХ ВОЗМОЖЕН ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ В КАЧЕСТВЕ СУБСТРАТА

33. ДЫХАТЕЛЬНЫМ КОНТРОЛЕМ НАЗЫВАЕТСЯ РЕГУЛЯЦИЯ СКОРОСТИ ДЫХАНИЯ

3) концентрацией АДФ

Ситуационная задача 4

В суспензию митохондрий добавили 0,6 ммоль/л малата и 0,3 ммоль/л АДФ. Поглощение кислорода, начавшееся сразу после добавления малата и АДФ, через некоторое время прекратилось. Почему? Затем к пробе добавили раствор фермента гексокиназы и раствор глюкозы. Поглощение кислорода вновь началось. Почему?

Ситуационная задача 5

Сколько молекул АТФ образуется при окислении сукцината? Как будет влиять амобарбитал на окисление этого соединения?

Регуляция дыхания

Дыхание - одна из важнейших функций организма. Прекращение дыхания влечет за собой неминуемую гибель человека уже через 3-5 мин. Запасы кислорода в организме очень незначительны, поэтому необходимо его постоянное поступление через систему внешнего дыхания. Указанное обстоятельство объясняет формирование в процессе эволюции такого механизма регуляции, который должен обеспечивать высокую надежность выполнения дыхательных движений. В основе деятельности системы регуляции дыхания лежит поддержание константного уровня таких показателей организма, как Рсо₂, Ро₂, рН. Их содержание остается относительно постоянным , несмотря на различные потребности в нем, которые во время интенсивной мышечной работы могут увеличиваться в 20 раз.

Регуляция дыхания направлена на выполнение двух задач: во-первых, автоматическая генерация частоты и силы сокращения дыхательных мышц, во-вторых, подстройка ритма и глубины дыхательных движений к реальным потребностям организма (в первую очередь, к изменениям метаболических параметров в виде рo₂, рco₂ и pH артериальной крови и рco₂ и рH межклеточной жидкости мозга).

Рис. 20. Нервный контроль вентиляции

Дыхание регулируется рефлекторным путем, включающим три составных элемента (рис. 20):

-рецепторы, воспринимающие информацию, и афферентные пути, передающие ее нервным центрам;

- эффекторы – пути передачи команд от центров и сами регулируемые объекты.

На рисунке 20 представлены образующие систему регуляции дыхания блоки — контролирующие (нервные центры), исполнительные (дыхательные мышцы), рецепторные (хемо- и механорецепторы) и связи между этими блоками. Таким образом, вся система регуляции дыхания состоит из нескольких взаимосвязанных регуляторных контуров.

Выходящие сигналы. Нервная импульсация от генератора ритма направляется к иннервирующим дыхательные мышцы двигательным нервным клеткам соответствующих ядер черепных нервов (VII, IX–XII) и к мотонейронам передних рогов спинного мозга (их аксоны в составе спинномозговых нервов направляются к дыхательным мышцам).

Интегратор сенсорной информации получает чувствительную информацию от разнообразных хемо- и механорецепторов, расположенных в органах дыхания и дыхательных мышцах, по ходу магистральных кровеносных сосудов (периферические хеморецепторы), а также в продолговатом мозге (центральные хеморецепторы). Помимо этих прямых сигналов, интегратор получает множество информации, опосредованной различными структурами мозга (в том числе и от высших отделов ЦНС). Импульсация от нервных клеток интегратора, направляясь к нейронам генератора ритма, модулирует характер разрядов от них.

Контрольные вопросы

1. Что лежит в основе деятельности системы регуляции дыхания ?

2. Какие составные элементы образуют систему регуляции дыхания ?

3. Какова роль интеграции сенсорной информации в системе регуляции дыхания ?

Дыхательный центр

Дыхательный центр - совокупность нейронных ансамблей разных этажей центральной нервной системы, обеспечивающих управление внешним дыханием (рис. 21).

Рис. 21. Уровни организации дыхательного центра

Главная часть дыхательного центра находится в продолговатом мозге. Это было установлено в опытах с перерезкой ствола мозга, проведенных французским физиологом Легуллуа в 1812 г. Миславский Н.А. (отечественный ученый) установил наличие двух структур, ответственных за вдох и выдох, которые расположены в продолговатом мозге.

Автоматический дыхательный центр - совокупность нейронов специфических (дыхательных) ядер продолговатого мозга, способных генерировать дыхательный ритм (генераторы ритма).

Основная часть нейронов дыхательного центра продолговатого мозга относится к ретикулярной формации, эти нейроны обладают свойством спонтанной активности.

Дыхательный центр выполняет две основные функции в системе дыхания:

1) моторную, или двигательную, которая проявляется в виде сокращения дыхательных мышц

2) гомеостатическую, связанную с изменением характера дыхания при сдвигах содержания О₂ и СО₂ во внутренней среде организма.

Двигательная функция дыхательного центра заключается в ге­нерации дыхательного ритма и его паттерна (длительность вдоха и выдоха). Моторная функ­ция дыхательного центра адаптирует дыхание к метаболическим потребностям организма, приспосабливает дыхание в поведенческих реакциях (поза, бег и др.), а также осуществляет интеграцию ды­хания с другими функциями ЦНС.

Гомеостатическая функция дыхательного центра поддерживает нормальные величины дыхательных газов (O₂, CO₂) и рН в крови и внеклеточной жидкости мозга, регулирует дыхание при изменении температуры тела, адаптирует дыхательную функцию к условиям измененной газовой среды, например при пониженном и повышенном барометрическом давлении.

Нейроны дыхательного центра локализованы в дорсомедиальной и вентролатеральной областях продолговатого мозга и образуют так называемые дорсальную и вентральную дыхательную группу (рис. 22).

Дыхательные нейроны, активность которых вызывает инспира­цию или экспирацию, называются соответственно инспираторными и экспираторными нейронами. Инспираторные и экспираторные нейроны иннервируют дыхательные мышцы.

Рис. 22. Проекция местоположения ды­хательного центра на дорсальную повер­хность продолговатого мозга. ДДГ и ВДГ — соответственно дорсальная и вентральная дыхательные группы; Бк — ком­плекс Бетцингера; рВДГ и кВДГ — рост­ральная и каудальная часть ВДГ; С_I—С_II — сегменты спинного мозга; ДН, НМ и ВМ — соответственно диафрагмальный нерв и нервы наружных и внутренних межреберных мышц.

Дорсальная дыхательная группа (ДДГ) включает в се­бя симметричные области продолговатого мозга, расположенные вентролатеральнее ядра одиночного пучка (рис. 22).

Большинство ней­ронов этой группы (около 90 %) являются инспираторными. Нейроны ДДГ получают афферентные сигналы от легочных ре­цепторов растяжения по волокнам блуждающего нерва, нейроны которого имеют обширные синаптические связи с другими отделами дыхательного центра и с различными отделами ЦНС. Только часть инспираторных нейронов ДДГ связана аксонами с дыхательными мотонейронами спинного мозга, преимущественно с контралатеральной стороны. Другая часть нейронов взаимодействует с нейронами вентральной группы. Базовый ритм дыхания генерируется в основном дорсальной группой дыхательных нейронов. Даже после перерезки всех входящих в продолговатый мозг периферических нервов и ствола мозга выше и ниже продолговатого мозга эта группа нейронов продолжает генерировать потенциалы действия.

Вентральная дыхательная группа (ВДГ) расположе­на латеральнее обоюдного ядра продолговатого мозга, или ядра блуждающего нерва. ВДГ подразделяется на ростральную и каудальную части относительно уровня задвижки (obex) продолговатого мозга (рис. 22). Нейроны вентральной группы подразделяются на две части:

1) Ростральная часть ВДГ состоит из инспираторных нейронов, часть которых взаимодействует с другими дыхательными нейронами продолговатого мозга, другая часть нейронов направляют свои аксоны к дыхательным мотонейронам спинного мозга, а следовательно, управляют мышцами вдоха.

2) Каудальная часть ВДГ состоит только из экспираторных нейро­нов. Все экспираторные нейроны направляют аксоны в спинной мозг. При этом 40% экспираторных нейронов иннервирует внут­ренние межреберные мышцы, а 60% — мышцы брюшной стенки.

Функции нейронов вентральной группы отличаются от функций нейронов дорсальной группы:

а) во время спокойного дыхания нейроны вентральной группы остаются почти полностью неактивными (выдох совершается под влиянием эластической тяги легких и грудной клетки);

б) нейроны не участвуют в основной ритмической осцилляции, регулирующей дыхание;

в) при форсированном дыхании нейроны вентральной группы подключаются к нейронам дорсальной группы и участвуют в формировании выдоха (усиливают выдох при его затруднении и тяжелой мышечной нагрузке).

Ростральнее ВДГ локализованы компактной группой экспира­торные нейроны (комплекс Бетцингера), аксоны которых связаны только с другими типами нейронов дыхательного центра. Предпо­лагают, что именно эти нейроны синхронизируют деятельность пра­вой и левой половин дыхательного центра.

В связи с тем, что дыхательный цикл состоит из вдоха и выдоха, имеется несколько классификаций нейронов дыхательного центра.

Рис. 23. Активность основных групп дыхательных нейронов: 1 — ранние; 2 — полные; 3 — поздние инспираторные; 4 — постинспираторные; 5 – экспираторные; 6 — преинспираторные нейроны

Выделяют следующие основные типы дыхательных нейронов: 1) ранние инспираторные, которые разряжаются с максимальной частотой в начале фазы вдоха; 2) поздние инспираторные, максимальная частота раз­рядов которых приходится на конец инспирации; 3) полные инс­пираторные с постоянной или с постепенно нарастающей активностью в течение фазы вдоха; 4) постинспираторные, которые имеют мак­симальный разряд в начале фазы выдоха; 5) экспираторные с по­стоянной или постепенно нарастающей активностью, которую они проявляют во вторую часть фазы выдоха; 6) преинспираторные, которые имеют максимальный пик активности непосредственно пе­ред началом вдоха. Имеются и другие классификации дыхательных нейронов. Тип нейронов определяется по проявлению его активности относительно фазы вдоха и выдоха (рис. 23).

Нейроны дыхательного центра, активность которых совпадает с ритмом дыхания, но они не иннервируют дыхательные мышцы, называются респираторно-связанными нейронами. К респираторно-связанным нейронам относят клетки дыхательного центра, иннервирующие мышцы верхних дыхательных путей, например гортани.

Нейроны дыхательного центра в зависимости от проекции их аксонов подразделяют на три группы: 1) нейроны, иннервирующие мышцы верхних дыхательных путей и регулирующие поток воздуха в дыхательных путях; 2) нейроны, которые синаптически связаны с дыхательными мотонейронами спинного мозга и управляют таким образом мышцами вдоха и выдоха; 3) проприобульбарные нейроны, которые связаны с другими нейронами дыхательного центра и уча­ствуют только в генерации дыхательного ритма.

Контрольные вопросы

1. Какие отделы мозга входят в структуру дыхательного центра ?

2. Что такое автоматический дыхательный центр, где он расположен ?

3. Какие основные функции выполняет дыхательный центр ?

4. Какие нейроны входят в дорсальную дыхательную группу, их функции ?

5. Какие нейроны входят в вентральную дыхательную группу, их функции ?

6. Какова роль комплекса Бетцингера в регуляции дыхания ?

7. Какие существуют основные типы дыхательных нейронов ?

6.2. Другие области локализации дыхательных ней­ронов

Некоторые авторы полагают, что в нижних отделах варолиева моста расположен еще один - апнейстический центр. Если произвести перерезку варолиева моста и отделить пневмотаксический центр, оставив бульбарный и апнейстический, то у животных можно наблюдать продолжительные судорожные вдохи, прерываемые короткими выдохами.

Диафрагмальные мотонейроны. Образуют диафрагмальный нерв. Нейроны расположены узким столбом в медиальной части вентральных рогов от С_III до C_V. Диафрагмальный нерв состоит из 700—800 миелинизированных и более 1500 немиелинизированных волокон. Подавляющее количество волокон является аксонами б-мотонейронов, а меньшая часть представлена афферентными волок­нами мышечных и сухожильных веретен, локализованных в диаф­рагме, а также рецепторов плевры, брюшины и свободных нервных окончаний самой диафрагмы.

Мотонейроны сегментов спинного мозга, иннервирующие ды­хательные мышцы. На уровне C_I—С_II вблизи латерального края промежуточной зоны серого вещества находятся инспираторные ней­роны, которые участвуют в регуляции активности межреберных и диафрагмальных мотонейронов. Мотонейроны, иннервирующие межреберные мышцы, локализованы в сером веществе передних рогов на уровне от T_IV до Т_X. Причем одни нейроны регулируют преимущественно дыхательную, а другие — преимущественно позно-тоническую активность меж­реберных мышц. Мотонейроны, иннервирующие мышцы брюшной стенки, лока­лизованы в пределах вентральных рогов спинного мозга на уровне T_IV—L_III.

Читайте также:

  
• Двигательная система неврология реферат
  
• Реферат москва всем городам мать
  
• Логика научного исследования поппер реферат
  
• Основные подходы к управлению персоналом реферат
  
• Реферат на тему французский материализм