I. Физиология возбудимых тканей

С1. Определите понятия: возбудимость, возбуждение, раздражитель, раздражение.

Проведен эксперимент по определению порога раздражения на изолированных скелетных мышцах лягушки (икроножная мышца).

Порог раздражения электрическим током у одной мышцы оказался равным 2В, у другой – 3В. У какой из мышц возбудимость выше?

Решение: Ток при напряжении 2В меньше, чем при напряжении 3В. Следовательно, порог раздражения у первой мышцы ниже, а возбудимость выше, чем у второй.

С2.В концетрудового дня порог слуховой чувствительности у сотрудника ГИБДД изменился с 5 дцБ до 12 дцБ. Как изменилась возбудимость органа слуха?

Решение: Порог слуховой чувствительности увеличился на 7 единиц. Следовательно, слуховая возбудимость снизилась.

С3.Предложите метод определения уровня возбудимости органа зрения человека.

Решение: Для определения уровня возбудимости находим порог раздражения. Адекватным стимулом является свет. Значит, надо определить минимальную интенсивность световой вспышки, которую испытуемый воспринимает. Определение надо проводить в темноте (в «темной комнате»), чтобы не было фоновой освещенности. Испытуемый должен пробыть в «темной комнате» не менее 30 минут, так как в темноте чувствительность фоторецепторов значительно выше.

С4. Вэксперименте по электрическому раздражению изолированной скелетной мышцы выяснилось, что при нанесении сильного сверхпорогового раздражения мышца не сокращается. Объясните, с чем это может быть связано.

Решение: При действии сверхпорогового раздражителя мышца сокращается, потому что она обладает возбудимостью. Отсутствие сокращения при таком же раздражении свидетельствует о резком снижении возбудимости мышцы.

С5.Футболист получил небольшую травму. Врач обработал ушибленный участок хлорэтилом – веществом, которое быстро испаряется. Почему после этого футболист смог снова вступить в игру и даже забить гол в ворота противника?

Решение: При испарении хлорэтила происходит охлаждение («замораживание») кожи. В результате резко снижается возбудимость болевых рецепторов, и они престают посылать болевые импульсы в центральную нервную систему.

С6.На изолированную икроножную мышцу лягушки наносят повторные стимулы, что приводит к развитию утомления мышцы. Предложите метод для определения изменения возбудимости в этих условиях.

Решение: В процессе утомления уменьшается амплитуда сокращений мышцы. Для определения изменения возбудимости надо измерять порог раздражения. Это можно сделать в паузах между сокращениями. Повышение порога раздражения в процессе развития утомления будет свидетельствовать о снижении возбудимости.

С7.Нервно-мышечный препарат лягушки представляет собой седалищный нерв и икроножную мышцу, которую он иннервирует. Используя такой препарат, докажите, что при раздражении нерва в нем возникает возбуждение.

Решение: Сверхпороговое раздражение седалищного нерва распространяется до мышцы и вызывает возбуждение и сокращение мышцы, которое можно наблюдать визуально. Это послужит косвенным доказательством того, что в нерве возникло возбуждение. Прямым доказательством послужит регистрация потенциала действия седалищного нерва.

С8.В физиологии хорошо известен закон, который получил название закон «все или ничего». Объясните, как Вы понимаете этот закон. Попробуйте объяснить следующий эффект: одиночное мышечное волокно отвечает по закону «все или ничего». Однако при раздражении целой мышцы наблюдается увеличение амплитуды сокращения при увеличении силы раздражения. С чем это связано?

Решение: Мышца содержит множество мышечных волокон, порог раздражения которых различен. При небольшой величине стимула возбуждаются и сокращаются наиболее возбудимые волокна, имеющие более низкий порог возбудимости, при больших силах – волокна менее возбудимые. Чем большее количество волокон возбудится и сократится, тем сильнее будет сокращение всей мышцы.

С9.У испытуемого раздражают мышцу через кожу при помощи электродов, на которые подается электрический ток. Какие реакции могут возникнуть: (1) ощущение раздражения кожи без сокращения мышцы; (2) сокращение мышцы без ощущения раздражения кожи; (3) ощущение раздражения кожи и сокращения мышцы?

Решение: При чрезкожном раздражении возбудимость кожных рецепторов выше возбудимости мышцы. При низкой величине раздражителя будет возникать реакция (1); при большой величине раздражителя – реакция (3). Реакция (2) невозможна.

С10.Человек оказался в помещении с неприятным запахом, но через некоторое время он перестал ощущать этот запах. Чем это объясняется?

Решение: Запах вызывает раздражение обонятельных рецепторов. Если ощущение запаха исчезло, то это значит, что рецепторы перестали возбуждаться: их возбудимость резко понизилась в результате длительного постоянного воздействия раздражителя. Возникла адаптация рецепторов.

С11.Основным раздражителем нейронов дыхательного центра является СО₂. Человек не может задерживать дыхание дольше 1-5 минут, так как образующийся в процессе метаболизма СО₂ вызывает возбуждение дыхательного центра и происходит вдох. А вот некоторые виды китов могут нырять на большую глубину и находиться под водой до 1,5–2 часов. Как это можно объяснить?

Решение: У вторичноводных ныряющих млекопитающих развилась приспособительная реакция: у них значительно снижена возбудимость дыхательного центра.

II. Механизмы регуляции физиологических процессов.

С12.Бегунам на длинные дистанции хорошо известно состояние, когда после резкого утомления («мертвая точка») наступает «второе дыхание»: состояние улучшается, и спортсмен может продолжать бег. Как Вы можете объяснить это явление?

Решение: При беге мышцы усиленно сокращаются, потребность в кислороде возрастает, однако системы кровообращения и дыхания не могут быстро перестроиться: возникает «кислородная задолженность». Однако через некоторое время такая перестройка происходит, поступление кислорода к мышцам возрастает - наступает «второе дыхание».

С13.Если человек регулярно посещает сауну, изменится ли у него уровень энергетического обмена?

Решение: Уровень энергетического обмена измеряется количеством тепла, которое выделяется в процессе метаболизма. При постоянном тепловом воздействии возникает приспособительная реакция: интенсивность собственной теплопродукции снижается, то есть снижается уровень энергетического обмена.

С14.У людей, живущих в высокогорных районах, показатели крови отличаются от соответствующих показателей жителей равнин. В чем заключаются эти отличия? Чем они объясняются?

Решение: Одним из основных различий в условиях жизни жителей этих двух групп является содержание кислорода в воздухе. Известно, что в высокогорных районах содержание О₂ понижено. Для компенсации недостатка О₂  усиливается образование эритроцитов, поэтому содержание эритроцитов в крови у жителей высокогорных районов выше.