Автоволновые процессы в активных средах

д) .

6. Общая мощность Nобщ, развиваемая мышцей, равна:

а) Nобщ=aP — dQ/dt; г) Nобщ=av + dQ/dt;

б) Nобщ=bP — dQ/dt; д) Nобщ=(P + a)v= b(P0 — P).

в) Nобщ=(P — a)v=b(P0+ P)1/2;

7. КПД мышцы равно:

а) h=Nобщv/P; б) h=PNобщ/v; в) h= P2 v/Nобщ;

г) h=Pv/Nобщ; д) h=[Nобщ/(Pv)] 1/2.

8. Два режима сокращения мышц:___(1); ___(2).

9. Каковы молекулярные основы мышечного сокращения?

10. Приведите основные положения кинетической теории мышечного сокращения по Дещеревскому.

11. В изотоническом режиме мышца укоротилась первый раз на 1 см, а второй раз на 2 см. Количество теплоты, выделяющееся в результате укорочения во втором случае ___(1), чем в первом в ___(2) раз, потому что qx=____(3) (формула).

12. Исследуя укорочение мышцы в изотоническом режиме, первый раз приложили нагрузку Р, а второй раз – нагрузку 2Р.Тепло, выделившееся в результате сокращения мышцы на длину х, ___(1), потому что qx=____(3) (формула).

13. Увеличивается ли эффективность сокращения мышцы с увеличением генерации тепла этой мышцей?

14. Чем определяется сила сокращения, генерируемая мышцей?

а) длиной актиновой нити;

б) изменением силы, генерируемой одним мостиком;

в) количеством одновременно замкнутых мостиков;

г) упругостью миозиновой нити.

15. Электромеханическое сопряжение определяется следующей цепью событий:

а) выброс ионов Ca2+ из миофибриллы;

б) возбуждение клеточной мембраны;

в) активный транспорт ионов Ca2+ внутрь саркоплазматического ретикулума;

г) замыкание мостиков на активные центры актина;

д) скольжение актина внутрь саркомера.

16. Возбудимость нервных волокон выше, чем мышечных. Объясните, в чем причина этого?

17. Нормальное расслабление скелетных мышц непосредственно зависит от:

а) уменьшения концентрации АТФ в саркомере;

б) более редкой стимуляции мембраны мышечного волокна;

в) повышенного разрушения нейромедиатора – ацетилхолина – в синапсе;

г) активного транспорта ионов кальция из и в саркоплазматический ретикулум;

д) увеличения внутриклеточного pH.

18. Как в сердечной, так и в скелетных мышцах:

а) соотношение тонкого и толстого филаментов составляет 2:1;

б) имеются Т-трубочки и саркоплазматический ретикулум;

в) для активации сокращения в ответ на Ca2+ требуется тропонин;

г) имеется тропомиозин на тонком филаменте;

д) всё перечисленное выше.

Примеры решения задач

1. Для некоторой мышцы при нагрузке P=0,3 Н скорость сокращения составляет v=24мм/с. Нагрузка в изометрическом режиме сокращения равна P0=1,1 Н, постоянная a равна 0,2Н. Вычислите максимальную скорость v max сокращения.

Решение.

Запишем уравнение Хилла:

.

Из последнего равенства найдем v max:

v max = bP0/a,

из первого равенства – константу b:

Тогда

Подставив числовые данные (в единицах СИ v = 24·10-3 м/с), получаем:

м/с=82,5 мм/с.

2. Мышца, сокращаясь со скоростью v=6мм/с, развивает общую мощность Nобщ=2,7 мВт. Нагрузка в изометрическом режиме сокращения для этой мышцы составляет P0=0,8 Н, константа b=23мм/с. Вычислите работу A, произведенную мышцей за время t=0,5 с.

Решение.

Работа мышцы равна A = P v t.

Нагрузку найдем из формулы для мощности: Nобщ= b(P0 — P), откуда

P = (bP0 — Nобщ)/b.

Тогда A = v t (bP0 — Nобщ)/b.

Подставив числовые данные (в единицах СИ Nобщ=2,7·10-3 Вт, b=23 ·10-3 м/с, v = 6·10-3 м/с), получаем:

Дж=2,0 мДж.

Коэффициент полезного действия мышцы h записывается в виде:

h=A/(A+Q),

где A – работа, совершаемая мышцей за время t, A=Pvt; Q – теплопродукция, количество теплоты, выделяемое в процессе сокращения мышцы, Q = ax;

h= Nпол / Nобщ = P v / Nобщ,

где Nпол – полезная мощность, Nобщ – общая мощность, развиваемая мышцей.

Задачи для самостоятельного решения

1. В изотоническом режиме мышца поднимает груз массой m=100 г на высоту h=20 см. Вычислите теплопродукцию Q мышцы, если ее КПД h=40%.

2. Какой максимальный груз может поднять мышца на высоту h=1 м за счет энергии Q=1кДж? КПД мышцы h=30%.

3. При сокращении мышцы за время t=0,3с выделилось Q=5,5кДж теплоты. Вычислите полезную мощность Nпол, развиваемую мышцей, если ее КПД h=45%.

4. Максимальная общая мощность, развиваемая мышцей, составляет Nобщ max=10Вт, а нагрузка в изометрическом режиме сокращения P0=300 Н. Вычислите общую мощность Nобщ мышцы при нагрузке в P=180 Н.

5. В экспериментах на портняжной мышце лягушки было определено, что нагрузка в изометрическом режиме сокращения равнялась P0=0,65 Н, максимальная скорость сокращения v max=50мм/с, а при нагрузке P=0,3 Н скорость сокращения составила v=10мм/с. Вычислите значение констант a и b для данной мышце.

6. Сила, развиваемая мышцей в изометрическом режиме сокращения P0=0,4 Н. Постоянные для данной мышцы коэффициенты a=2Н, b=1 м/с. Чему равна нагрузка, при которой мышца укорачивается со скоростью 0,02 м/с?

9. Автоволновые процессы в активных средах

Студент должен знать: определение автоволнового процесса и активной среды, механизмы распространения автоволн в однородных и неоднородных средах; свойства автоволн; математические модели генерации и распространения возбуждения, простейшую модель Винера-Розенблюта; понятия: рефрактерности, аннигиляции, ревербератора, автоволнового вихря [10].

Контрольные вопросы

1. Волна возбуждения (автоволна), распространяясь по активной среде (например, по структуре миокарда) не затухает:

а) за счет передачи энергии от одной клетки к другой;

б) за счет высвобождения энергии, запасенной каждой клеткой;

в) в результате передачи механической энергии сокращения миокарда;

г) в результате использования энергии электрического поля.

2. Длина волны возбуждения в активной среде зависит от:

а) амплитуды потенциала действия кардиомиоцита;

б) от скорости распространения волны по миокарду;

в) от частоты импульсов пейсмекера;

г) от длительности рефрактерного периода возбуждения клетки.

3. Циркуляция автоволны длительностью l в кольце с периметром l может возникнуть при условии:

а) l=2 l; б) l >> l; в) l < l.

4. Если в неоднородной активной среде имеются зоны с рефрактерностями R1 и R2 (R2 > R1,) и импульсы от пейсмекера следуют с периодом Т, то трансформация ритма может возникнуть при условии:

а) Т < R2; б) T > R1; в) T = R2 — R1.

5. Две волны возбуждения движутся по активной среде (миокарду). Их параметры заданы на рисунке 1. В какую сторону движутся волны? Каково условие прохождения волны «2» в зону R1 (пунктирная линия – граница между зонами с рефрактерностями R1 и R2; скорости волн V одинаковы)?

Рисунок 2

а) обе волны движутся влево; г) VR1 > Vt2;

б) волны движутся навстречу; д) VR1 < Vt2;

в) волны взаимно удаляются; е) VR1 > VR2.

6. Возникновение спирального источника волны возбуждения (ревербератора) в некоторой зоне миокарда вызывает в окрестности этой зоны:

а) увеличение частоты сокращений;

б) уменьшение частоты сокращений;

в) не изменяет частоту сокращений;

г) прекращает сокращения в зоне.

7. Вероятность возникновения множества спиральных источников волн возбуждения в сердце (фибрилляция) возрастает, если:

а) увеличивается сократимость миокарда;

б) появляются зоны неоднородности по рефрактерности;

в) появляются зоны неоднородности по скорости проведения волны;

г) появляются дефекты в работе клапанов;

д) возникают частые ранние импульсы возбуждения.