Биофизика сложных систем
(курс академика П.Г. Костюка)
Содержание учебной дисциплины
Исторические сведения.
История исследований функций животного и человеческого организма. Представление о них в древней Греции и Риме. Средневековье. Период возрождения. Становление экспериментальных исследований в 17 - 18 в.в. Основные направления биофизических исследований в 19-20 в.в.
Эволюционное развитие организмов.
Развитие нервной системы у беспозвоночных животных. Основные принципы онтогенетического развития позвоночных животных.
Нервная клетка как структурная и функциональная единица нервной системы.
Принципы объединения нервных клеток в нервную сеть. Нейроглия.
Электрическая возбудимость и ее биофизические механизмы.
Сопряжение мембранных и цитоплазматических процессов. Внутриклеточные источники энергии и механизмы ее переноса в клетке.
Рост и дифференциация клетки.
Клетки в культуре ткани. Регенерация клеточных отростков. Ретроградные изменения в клетке.
Внутриклеточный транспорт веществ и его биофизические механизмы.
Регуляция внутриклеточного транспорта. Трофическая функция нервной системы и ее механизмы.
Общие представления о механизмах межклеточной передачи сигналов.
Химическая и электрическая теории синаптической передачи. Критерии идентификации электрических и химических синапсов. Выпрямляющие электрические синапсы. Щелевой контакт с каналами.
Химические синапсы
Потенциал и ток концевой пластинки. Квантовое выделение синаптического передатчика.
Свойства никотинового холинорецептора.
Зависимость доза-эффект. Кооперативность. Последовательная модель. Определение кинетических констант. Десенситизация.
Узнающий центр никотинового холинорецептора по данным химико-фармакологического метода и метода химической модификации белка. Модель Каргина.
Биохимические свойства и субъединичная структура никотинового холинорецептора. Первичная структура субъединиц' и их функции по данным генной инженерии.
Ионный канал никотинового холинорецептора.
Строение, проводимость ионного канала и кинетика его работы по данным методов скачка концентрации, анализа ацетилхолинового шума и релаксаций ацетил-холинового трансмембранного тока.
Анализ работы одиночного ионного канала никотинового холинорецептора.
Определение кинетических констант в последовательной модели.
Мускариновая холинергическая передача.
Узнающий центрмускаринового холинорецептора, свойства вторичных посредников и ионного канала мускаринового холинорецептора.
Адренергическая передача.
Аминокислоты как передатчики. Пуриновая передача. Пептидергическая передача.
Общие представления о рецепции.
Типы рецепторов и их структура. Биофизика механо-, термо- и хемореценции. Количественные закономерности превращения внешнего сигнала в нервный импульс.
Структура рецепторов звуковых колебаний.
Биофизические процессы в среднем ухе. Функция Кортиевого органа. Электрические явления при рецепции звука.
Структура световых рецепторов.
Нейронная организация сетчатки. Периферические механизмы различения яркости, цвета и движения световых раздражителей.
Общие принципы передачи сенсорной информации в нервной системе.
Частотное и пространственное кодирование сигналов. Роль промежуточных синаптических переключений в передачи сенсорной информации.
Характеристика сенсорных путей в центральной нервной системе.
Структурные и функциональные особенности путей передачи и анализа тактильной, температурной, слуховой, зрительной, вкусовой, обонятельной, болевой чувствительности.
Общие принципы рефлекторной деятельности нервной системы.
Явления облегчения и окклюзии. Рецепторное поле рефлекса. Фракционирование рефлексов. Доминанта.
Принципы управления движениями со стороны спинного мозга.
Моторные ядра. Мышца как саморегулирующаяся система. Возвратное торможение. Спинальные двигательныегенераторы.
Принципы управления положением тела.
Вестибулярная система. Шейные тонические рефлексы. Полукружные каналы и стато-кинетические рефлексы. Зрительная ориентация в пространстве.
Мозжечок - анатомическая и гистологическая структура.
Тормозящие нейронные цепи мозжечка. Системы обратной связи, создаваемые мозжечком и их роль в управлении движениями.
Произвольные движения.
Корковые механизмы их инициации. Свойства пирамидной и экстрапирамидных двигательных систем. Принципы управления стереотипными движениями Согласование движения и позы тела.
Принципы управления висцеральными функциями.
Гомеостаз и основные механизмы его поддержания. Симпатическая и парасимпатическая системы-организация и принципы функционирования.
Высшие центры регуляции вегетативных функций.
Дыхательный и сосудодвигательный центры. Биофизические аспекты их функционирования.
Гипоталамус как центр интеграции нервных и гуморальных регулярных механизмов.
Гипоталамические гормоны и их функциональная роль.
Гипоталамогипофизарные взаимоотношения. Лимбические структуры коры и их функция.
Сон и бодрствование.
Биофизические процессы в мозге при этих состояниях. Ретикулярная формация мозгового ствола и неспецифические структуры таламуса как регуляторы перехода от сна к бодрствованию.
Высшая нервная деятельность и психика.
Характеристика материалистических и дуалистических представлений о природе психического. Критика дуалистических концепций. Возможности объективного изучения психической деятельности и количественной ее оценки.
3. Вопросы, которые выносятся на семинарские занятия.
Нервная клетка как структурная и функциональная единица нервной системы. Общие представления о механизмах межклеточной передачи сигналов. Узнающий центр никотинового холинорецептора по данным химико-фармакологического метода и метода химической модификации белка. Модель Каргина.
Анализ работы одиночного ионного канала никотинового холинорецептора. Структура световых рецепторов.
Принципы управления движениями со стороны спинного мозга. Высшая нервная деятельность и психика.
1. Рубин А.Б. Биофизика. Книга 2. М., Высшая школа, 1987 г.
2. Физиология человека. Перевод под.ред. Костюка П.Г., т.1, М., Мир, 1985г.
4. Общая физиология нервной системы. Под ред. Костюка П.Г. Л., Наука, 1979 г. (из серии "Руководства по физиологии").
5. Костюк П.Г. Физиология центральной системы. Киев, Высшая школа, 1977 г.
6. Котляр Б.И., Шульговский В.В. Физиология центральной нервной системы. М., Изд.МГУ, 1979 г.
6. Костюк П.Г., Крышталь О.А. Механизмы возбудимости нервной клетки. М., Наука,
1981 г.
7. Ходоров Б.И. Общая физиология возбудимых мембран. М., Наука, 1975г.
8. Сомьен Дж. Кодирование сенсорной информации. М., Мир, 1975 г.
9. Куффлер С, Никольс Дж. От нейрона к мозгу. М., Мир, 1979 г.
10. Шеперд Г. Нейробиология. Мир, Москва, 1987
11. Костюк П.Г., Зима В.Л., Магура І.С., Мірошниченко М.С., Шуба М.Ф., Біофізика, Київський Університет, Київ, 2008 р.
12. Веселовський Н.С., Федулова С.А., Костюк П.Г. Биофизика одиночного синапса. Наукова Думка, Киев, 2004
13. Костюк П.Г., Костюк О.П., Лук"янець О.О. Іони кальцію у функції мозку - від фізіології до патології. Наукова Думка, Київ, 2005
14. Костюк П.Г., Костюк О.П., Лук"янець О.О. Внутрішньоклітинна кальцієва сигналізація: структури та функція, Наукова Думка,
Київ, 2010.