DEBRECENI EGYETEM. ORVOS- és EGÉSZSÉGTUDOMÁNYI CENTRUM ORVOSTUDOMÁNYI KAR ÉLETTANI INTÉZET

DEBRECENI EGYETEM

ORVOS- és EGÉSZSÉGTUDOMÁNYI CENTRUM ORVOSTUDOMÁNYI KAR ÉLETTANI INTÉZET

ÉLETTANI GYAKORLATOK Gyógyszerész és Népegészségügyi Felügyel hallgatók részére jegyzet

DEBRECEN

2007.

-0-

TARTALOMJEGYZÉK oldal EL SZÓ ÁLTALÁNOS TUDNIVALÓK 1. HUMÁN DIAGNOSZTIKAI VIZSGÁLATOK 1.1. A keringési szervrendszer m ködésének vizsgálata 1.2. A légzési szervrendszer m ködésének vizsgálata 1.3. A szénhidrát anyagcsere m ködésének vizsgálata 1.3.1 A szénhidrát anyagcsere m ködésének vizsgálata (A feladatlap) 2. ÁLLATKÍSÉRLETEK 2.0.1. Kísérleti feltételek 2.0.2. Általánosan használt m szerek és eljárások 2.1. Kísérletek eml s simaizom-preparátumokon 2.1.1. Az uterusizomzat m ködésének vizsgálata 2.1.2. A simaizomm ködés vizsgálata izolált patkánybélen 3. SZÁMÍTÓGÉPES SZIMULÁCIÓK 3.0.1. Általános bevezetés a szimulációs programokhoz 3.0.2. A programok kezelése 3.1. Idegrost akciós potenciáljának és ionáramainak számítógépes szimulációja 3.2. A Starling-mechanizmus számítógépes szimulációja 3.3. Sejtélettani folyamatok vizsgálata szimulációs programokkal 3.3.1.1. Intestinalis-simaizom-m ködés humorális szabályozásának vizsgálata 3.3.1.2. Endothelsejtek szerepének vizsgálata 3.3.1.3. “Ismeretlen” farmakon azonosításának lépései 3.3.2. A szimulációs programok használata 3.3.2.1. Intestinalis-simaizom-m ködés humorális szabályozásának vizsgálata 3.3.2.2. Endothelsejtek szerepének vizsgálata 3.4 A harántcsíkolt izom m ködésének vizsgálata A harántcsíkolt izom m ködésének vizsgálata – A szimuláció magyar fordítása

-1-

2. 3. 4. 4. 10. 14. 17. 20. 20. 21. 24. 24. 26. 28. 28. 28. 34. 40. 42. 42. 43. 43. 44. 44. 45. 46. 49.

EL SZÓ

Az orvosképzés nemzetközi gyakorlatában számos lényeges különbség van, de bizonyos alapelvek mindenütt érvényesek. Ezek egyike, hogy az élettani stúdiumot az orvosképzés egyik alappillérének tartják. Az élettan oktatásának legfontosabb feladata az orvosi szemlélet megalapozása. Az orvosi élettan oktatásának szerves része a gyakorlati munka, amely sok vonatkozásban elengedhetetlen eleme az ismeretek elsajátításának. Az elmúlt évtizedek alatt a magyarországi orvostudományi egyetemeken a gyakorlati képzés tematikája és a m szerezettség fejlesztése is eltér irányban alakult, emiatt már 1988-ban is szükségét láttuk egy gyakorlati jegyzet összeállításának, amely a saját speciális feltételeinkhez igazodott. Örvendetes módon az azóta eltelt id szakban további tematikai és m szerezettségi változtatásokra nyílt lehet ségünk. Az 1988-as kiadású Gyakorlati Jegyzetet alapjaiban új elemekkel b vítettük és Munkafüzetet állítottunk össze. Az Élettani Gyakorlatok és Munkafüzet 1996-os kiadását b vítve és több részletében átdolgozva kívánjuk most az orvostanhallgatók és az orvosi élettani kísérletek iránt érdekl d k rendelkezésére bocsátani. Kívánjuk, hogy a jegyzet és a szervesen hozzátartozó Munkafüzet hasznosan egészítse ki élettani ismereteiket. Köszönjük a korábbi jegyzetekkel kapcsolatos véleménynyilvánításokat és kérjük, hogy kritikai megjegyzéseikkel a kés bbi átdolgozás sikerét is segítsék el .

-2-

ÁLTALÁNOS TUDNIVALÓK Az élettani gyakorlatok célja és feladata sokrét . A gyakorlat jellegét l függ en más-más aspektus kerül el térbe, de valamennyi gyakorlat közös vonása, hogy a kivitelezés során szerzett tapasztalatok el segítik az elméletben tanultak mélyebb megértését, az ismeretanyag tartósabb rögzítését. A gyakorlatok csak abban az esetben érik el céljukat, ha a kivitelezésükhöz szükséges elméleti hátteret el re megszerezzük, vagyis a gyakorlatra felkészülten jövünk el. A felkészülés során a gyakorlati jegyzetb l olvassuk el a megfelel részt, ismerkedjünk meg a feladatlapokkal, az elméleti háttér kiegészítése céljából pedig használjuk a tankönyvet is! A gyakorlat elvégzéséhez feltétlenül szükséges a kivitelezéshez használt eszközök és m szerek ismerete. A gyakorlatokon készült regisztrátumok az elvégzett munka dokumentációjának felelnek meg. Ezeken fel kell tüntetnünk a vizsgált szerek alkalmazásának, az ionos környezet, vagy a megváltozott ingerlési paraméterek megváltoztatásának idejét. A hatások kifejl dését folyamatosan rögzíteni kell, a kezdeti és végállapotok lemérése nem elegend . Egy hatás reverzibilis jellege a vizsgált jelenségnek ugyancsak lényeges ismérve. A regisztrátumokon alkalmazandó jelöléseket még a mérés során végezzük el, ne hagyjuk a gyakorlat utánra. A megfelel dokumentációnak a müszerek kalibrálása is a részét képezi (pl. az er sítés nagysága). A MUNKAFÜZET egyúttal a feladatok elvégzését is igazolja (a gyakorlatvezet ezt aláírásával hitelesíti), ezért feltétlenül rizzük meg a szigorlatig!

-3-

1. HUMÁN DIAGNOSZTIKAI VIZSGÁLATOK Az els fejezetben összefoglalt gyakorlatok célja, hogy bizonyos élettani paramétereket saját magunkon vagy hallgatótársunkon meghatározzunk. A több személy együttm ködését igényl gyakorlatok kivitelezése során mód nyílik a vizsgáló és vizsgált személy közötti kapcsolat alapszabályainak elsajátítására is. Bizonyos gyakorlatok során lehet ség van a fiziológiás értékekt l különböz paraméterek vizsgálatára. Ezeknek a feladatoknak a célja nem a konkrét diagnózis felállítása, hanem a fiziológiás értékek pontos megismerése és az eltérések leírása. A vizsgálatok nagy része olyan, amelyekkel a kés bbi orvosi gyakorlatban is találkozni fogunk, míg egy-két gyakorlat inkább didaktikai jelent ség ; klinikai alkalmazásra, korszer bb lehet ségek birtokában már nem kerül sor. 1.1. A keringési szervrendszer m ködésének vizsgálata 1.1.1. Elektrokardiogram készítése, elemzése A gyakorlat célja: a standar bipoláris (Enthoven-féle) elvezetésben regisztrált EKG-görbék megismerése, keletkezésük megértése, a vektorkardiográfia alapjainak elsajátítása, a fiziológiás paraméterek szabatos leírása és az élettani szituációtól való eltérések felismerése. Kivitelezés: az Einthoven-féle bipoláris végtagi elvezetések készítésekor a vizsgálandó személy izmait ellazítva fekszik a vizsgálóasztalon. A vázizmok m ködése által keltett elektromos aktivitás zavarja, s t lehetetlenné is teheti a szíveredet potenciálváltozások elemzését. A két csuklóra és a bokák fölé, a lábszár küls oldalára feler sítjük az elvezet elektródokat. Az elektród mindig szabad b rfelületre kerüljön, lehet leg csont fölé (radius, tibia), ahol a vázizomzat fent említett zavaró hatása a legkisebb. A standard, Einthoven-féle EKG kapcsolási séma a következ : az I. elvezetés: a II. elvezetés: a III. elvezetés:

a bal kar és a jobb kar; a jobb kar és a bal láb; a bal kar és a bal láb között történik.

A polaritások standardizálása érdekében az elektródokat (illetve csatlakozó vezetékeiket) a következ színkód szerint kell felhelyezni: piros = jobb kar; sárga = bal kar; zöld = bal láb. -4-

A fekete színjelzés elvezetés a jobb lábra kerül, és a küls elektromos zajt csökkent földelést biztosítja. Az EKG-készülék mellett EKG-gélt található, mely segítségével javítható az elektromos kontaktus az elektróda és az ezzel értintkez b rfelület között. Amennyiben nem áll rendelkezésre a gél, használhatunk fiziológiás sóoldatot is, mivel az ebben található elektrolitok szintén kiváló vezet közeget képeznek. Fontos megjegyezeni, hogy (elektrolit-mentes) desztillált víz használata nem ajánlott, mivel nagy ellenállású és kis vezet képesség kapcsolatot teremt az elektróda és a b r között. Fontos emellett az is, hogy az EKG-elektróda soha ne kerüljön érintkezésbe ruhanem vel (harisnya, zokni). Az elektródok felhelyezése, valamint azok készülékhez való csatlakoztatása után bekapcsoljuk a készüléket. Kiválasztjuk a megfelel papírfutási sebességet (általában 25 mm/s) és a vizsgálni kívánt elvezetéseket (pl.: I-II-III), majd megnyomjuk a Filter gombot és elkezdjük a görbe felvételét (Start). A kalibráció (1 mV/cm) és a papírfutási sebesség ismeretében az EKG-görbe paraméterei mV ill. s egységekben fejezhet k ki. Minden elvezetésben legalább 20 másodperc id tartamig regisztrálunk. Az EKG-görbék kiértékelésének szempontjait az 1.1. ábrán bemutatott sematikus elektrokardiogram alapján mutatjuk be.

1.1. ábra Standard II. végtagi elvezetéssel nyert EKG-görbe Az ábrán látható nagybet k a hullámokat jelzik. a = átvezetési id ; b = QRSkomplexum id tartama; c = ST-szakasz hossza; d = R-R távolság; e = izoelektromos vonal. A szívfrekvencia az R-R távolság reciprokaként számítható ki. Az analízis abban az Einthoven-féle elvezetésben végezzük el, ahol a hullámok amplitúdója a legnagyobb; ez általában (habár nem mindig) az Einthoven-féle II. elvezetés.

-5-

1. El ször végignézzük a teljes regisztrátumot extrasystole, illetve egyéb szokatlan jelenség után kutatva. Amennyiben extrasystolét találunk, meghatározzuk annak lehetséges eredetét (supraventricularis vagy ventricularis extrasystole). 2. Megvizsgáljuk, hogy a szívm ködés ritmusos volt-e (az R-hullámok közötti távolságok egyformák-e). 3. Kiszámoljuk a szívm ködések percenkénti számát. Amennyiben a szívm ködés ritmusos, úgy a számolás elvégezhet a szomszédos R-hullámok közötti távolságok meghatározásával. Mivel a papírfutási sebesség 25 mm/s, ezért könnyen belátható, hogy 1 mm távoldág a papíron 1/25 s, azaz 0.04 s-nak felel meg. Mivel meghatároztuk az R-R távolságot mm-ben, az R-R id (azaz egy teljes szívciklus idotartama) könnyen kiszámolható: R-R távolság X 0.04. Ha tehát tudjuk egy szívciklus id tartamát, akkor kiszámolhatjuk azt, hogy hány szívciklus zajlik le 1 perc alatt (azaz meghatározhatjuk a szívfrekvenciát): 60 / a szivciklus ideje. Ez a számolási menet ugyanakkor nem alkalmazható aritmikus szívm ködés esetén, mivel ekkor az R-R távolságok hossza a különböz szívciklusok alatt eltér lehet. Ilyen esetekben egy 30 s hosszú szakaszon megszámoljuk a R-hullámok számát, majd az összeget kett vel megszorozva megkapjuk a szívfrekvenciát. 4. A szívfrekvencia leírása után meghatározzuk az ingerképz (pacemaker) központot. Egészséges egyén esetén ez a sinus-csomó (nomotóp ingerképzés), melynek domináns m ködését a minden egyes R-hullám el tt megjelen reguláris Phullám jelez. 5. Ezután tanulmányozzuk az egyes hullámokat. El ször mérjük meg a P-hullám nagyságát, idejét, valamint írjuk le polaritását valamennyi elvezetésben. 6. Mérjük meg az átvezetési id t (a P-hullám kezdetét l a Q-hullám kezdetéig terjed szakasz). 7. Vizsgáljuk a QRS-komplexum alakját minden elvezetésben. Jegyezzük fel, hogy megtalálható-e a QRS-komplexum minden tagja. Valamennyi elvezetésben mérjük meg az R-hullám amplitúdóját is. 8. Vizsgáljuk az S-hullám végét l a T-hullám kezdetéig tartó ST-szakasz izoelektromos vonalhoz viszonyított helyzetét. Fordítsunk különleges figyelmet az ST-szakasz normál (izoelektromos vonalon), elevált (izoelektromos vonal fölötti) vagy deprimált (izoelektromos vonal alatti) jellegére, mert a kóros deviációknak kitüntetett diagnosztikai jelent ségük van (pl. a myocardium elégtelen véráramlására utalhatnak). 9. Vizsgáljuk a T-hullám alakját, polaritását (abszolút értelemben, illetve az R-hullám polaritásához viszonyítva), amplitúdóját valamennyi elvezetésben. 10. Végezetül határozzuk meg az elektromos szívtengelyt. Mérjük meg az Rhullámos amplitúdóját a különböz elvezetésekben, majd alkalmazzuk az Einthovenféle háromszög-módszert. A nyugalmi EKG-görbék analízise után elvégezzük a kisfokú fizikai munkavégzést (50 W kerékpár-ergométeren, 2 percig) követ en regisztrált elektrokardiogramok elemzését is. Fontos megjegyezni, hogy amennyiben a -6-

munkavégzés hatására az ST-szakasz izoelektromos vonalhoz viszonyított helyzete változik, az mindenképpen súlyos diagnosztikus jelként. 1.1.2. Vérnyomásmérés nyugalomban és fizikai terhelés után Kivitelezés: az artériás vérnyomás meghatározására a gyakorlatban az ún. Riva-Rocci-féle eljárás terjedt el (a két név kezd bet i alapján szokás a kapott értéket RR-nek rövidíteni). Valamelyik felkarra felfújható gumimandzsettát rögzítünk, majd azt gumiballonnal felfújjuk a várható nyomás feletti értékre (kb. 180-220 Hgmmre). A mandzsettán belüli nyomást higanyos vagy aneroid manométer méri. Ezt követ en szelep segítségével a mandzsettán belüli nyomást csökkentjük és megállapítjuk, hogy az addig elszorított a. radialisban a vérkeringés mikor indul meg újra (azaz a küls nyomás mikor lesz kisebb, mint a vérnyomás, és az ér lumene mikor nyílik meg). Ennek megállapítására a gyakorlatban legelterjedtebb módszer az ún. auszkultációs eljárás. Ebben az esetben a vérkeringés megindulását az a. cubitalis felett fonendoszkóppal hallgatózva állapítjuk meg. Amíg a küls mandzsettanyomás a systolés vérnyomás értékét meghaladja, nincs véráramlás és nem hallunk semmit. A küls nyomás csökkentése során, amikor ez az érték éppen a systolés nyomás alá csökken, a systole alatt az áramlás megindul. Mivel az érkeresztmetszet ilyenkor még kisebb, mint küls kompresszió nélkül, a véráramlás turbulens jelleg lesz. Az emiatt keletkezett jellegzetes "kopogó" hang (Korotkov-hang), változó intenzitással, mindaddig hallható, amíg a küls nyomás a diastolés érték alá nem csökken és az a. brachialisban a véráramlás laminárissá nem válik. A lamináris áramlást hangjelenség nem kíséri. A gyakorlatban a vérnyomás systolés értékét a kopogó hang megjelenésekor, a diastolés értéket pedig ezen hang megsz nésekor olvassuk le. Az eredményt tört formájában adjuk meg, ahol a számláló a systolés, a nevez a diastolés vérnyomás. Pl. RR = 120/80 jelentése: a Riva-Rocci módszer szerint mérve az artériás vérnyomás értéke systoléban 120, diastoléban 80 Hgmm. 1.1.3. Az artériás pulzus vizsgálata Kivitelezés: a gyakorlatban a legelterjedtebb eljárás a radialis pulzusának leírása, habár az a. tibialis posterior és az a. dorsalis pedis vizsgálatát is gyakran végzik a láb vérkerigésének megítélésére. A gyakorlat során jobb kezünk középs három ujját helyezzük a vizsgálni kívánt artériára. Ne tapintsuk a pulzust hüvelykujjunkkal, mert esetleg az azt ellátó saját artériánk pulzálását fogjuk észlelni! A radiális pulzus vizsgálatánál a következ kvalitásokat (sajátosságokat) ítéljük meg: 1. Frekvencia vagy pulzusszám (percenkénti szívciklusok száma). A pulzusszám egy átlagos populációban 70/perc körüli érték, habár fiziológiás körülmények között is jelent s eltérések tapasztalhatók. A fiziológiástól magasabb (pl. 100/perc körüli) érték -7-

esetében szapora (frekvens) pulzusról, vagy tachycardiáról beszélünk, míg alacsonyabb pulzusszám esetén a pulzust ritka (rarus) jelz vel illetjük (bradycardia). 2. Ritmicitás: a szívm ködés ritmusos jellege alapján szabályos (ritmusos, reguláris) vagy szabálytalan (aritmiás, irreguláris) pulzusról beszélünk. Figyeljük meg a pulzus légzéssel kapcsolatos, különböz személyek esetén különböz mértékben kifejezett változásait (légzési aritmia). 3. A pulzushullám kialakulásának sebessége szerint a pulzus közepesen gyors, gyors (celer) vagy lassú (tardus) lehet. 4. A pulzushullám amplitúdója alapján közepes amplitúdójú, magas (altus) vagy alacsony (parvus) pulzusról beszélhetünk. 5. A pulzus elnyomhatóságát úgy vizsgáljuk, hogy középs ujjunkkal nyomást gyakorolunk az artériára és megfigyeljük, milyen er t kell kifejteni ahhoz, hogy a disztálisan elhelyezked ujj már ne érezze a pulzust. A pulzus lehet közepesen elnyomható, könnyen elnyomható avagy puha (mollis), illetve nehezen elnyomható avagy kemény (durus). Az értékb l az intravascularis nyomásra (vérnyomás) illetve az érfal állapotára lehet következtetni. 6. Amennyiben az el z ekben leírt paraméterek állandónak és egyformának bizonyultak, akkor a pulzus aequalis (azonos). Amennyiben eltéréseket tapasztalunk, akkor a pulzus inaequalis (eltér ) voltát diagnosztizálhatjuk. 1.1.4. Szívhangok vizsgálata Azon területeket, ahol az egyes szívhangok a legjobban hallhatók (punctum maximumok) az 1.2. ábrán tüntettük fel:

-8-

1.2. ábra Az egyes billenty k által keltett hangjelenségek punctum maximumai A: aortabillenty k, P: a. pulmonalis semilunaris billenty i, B: bicuspidalis billenty , T: tricuspidalis billenty , M: medioclavicularis vonal. Aortabillenty k: a sternum mellett jobb oldalon, a 2. bordaközben. A. pulmonalis billenty i: a sternum mellett bal oldalon, ugyancsak a 2. bordaközben. Bicuspidalis (mitralis) billenty : a szívcsúcson; bal oldalon a medioclavicularis vonaltól két ujjnyira mediálisan, az 5. bordaközben. Tricuspidalis billenty : a sternum mellett jobb oldalon, a 4-5. bordaközben. Szívzörejek (patológiás szívangok) észlelésekor meg kell határozni a zörej és a szívhang egymáshoz való viszonyát, a zörej intenzitását, id tartamát és vezet désének irányát, valamint a zörej punctum maximumát. Kivitelezés : a szívhangok a mellkasfalon eszköz nélkül, füllel is hallhatók. Régebben használt eszköz a sztetoszkóp; ma szinte kizárólag fonendoszkóppal történik a vizsgálat. A két szívhangot kis gyakorlattal elkülöníthetjük: az I. (systolés) hang hosszabb, mélyebb; a II. (diastolés) szívhang rövidebb, magasabb és élesebb. Amennyiben a fiziológiás szívhangok mellett zörejeket is hallunk, a zörej és a szívhangok egymáshoz való viszonyát is leírjuk (presystolés, systolés, prediastolés, diastolés zörej). Jellemezzük a zörej er sségét, id tartamát, vezet désének irányát és megadjuk a punctum maximumát is.

-9-

1.2. A légzési szervrendszer m ködésének vizsgálata A gyakorlat célja a legfontosabb légzési paraméterek és az anyagcsre meghatározása, Meghatározzuk emellet a különböz légzési paraméterek változását fizikai munkavégzést követ en, valamint szimulált asthma bronchiale esetében is. 1.2.1. A légzési paraméterek meghatározása A gyakorlat keretében meghatározandó légzési paramétereket két csoportba, a statikus és a dinamikus légzési paraméterek csoportjába oszthatjuk. A statikus paraméterek a légzési térfogatokat és kapacitásokat jellemzik (pl. légzési térfogat, belégzési kapacitás), melyek a különböz tüd kompartmentek nagyságát, valamint a mellkas és a légz izmok mechnikai sajátságait írják le. A statikus paraméterek ugyanakkor nem adnak felvilágosítást a légúti ellenállásról, mely a dinamikus paraméterek segítségével vizsgálható. Ezen utóbbi paraméterek emellett leírják a légutakban található légáramlás belégzés és kilégzés alatti jellemz it is (pl. er ltetett belégzési és kilégzési térfogat, csúcsáramlás). A légzési paramétereket spirométerrel határozzuk meg. A spirometria olyan eljárás, melynek segítségével a tüd és a mellkasfal mozgatásában szerep játszó különféle er k hatékonysága írható le. A kapott értékek kvantitatív információt adhatnak a légúti elzáródás mértékér l, valamint meghatározhatják a belélegezhet leveg mennyiségét. Kivitelezés: a méréseket a VOLUTEST VO-23 típusú, számítógépes légzésvizsgáló rendszerrel (spirométerrel) végezzük. A vizsgált személy a csaptartó karon lév , és el zetesen gondosan sterilizált szájcsutorával ellátott szájcsapon keresztül csatlakozik a spirométerhez. A vizsgált személy orrát orrcsiptet zárja el, mely megakadályozza az orron keresztüli légvételeket. A térfogatváltozásokat a térfogatmér nagy nyugalmi és dinamikus érzékenységgel méri, és kijelz karja folyamatosan megjeleníti. A vizsgálat során keletkez szén-dioxid megkötését a nátronmész granulátumot tartalmazó abszorber végzi. A spirométer szell ztetése vagy a számítógép által vezérelve automatikusan, vagy manuálisan történhet. Az oxigén egy dekompresszor (gáznyomás reduktor), valamint a számítógép által vezérelt mágnesszelepen keresztül érkezik a spirométerbe. A készülék üzembehelyezésével és bekapcsolásával kapcsolatos tudnivalókat a készülék mellett elhelyezett ismertet tartalmazza. A mérés megkezdése el tt ellen rizzük, hogy az oxigénadagoló szelepek kell mértékben nyitva legyenek. A vizsgált személy csatlakoztatása a készülékhez zárt pácienscsap mellett történik. Ilyenkor a vizsgált személy a küls légtérb l lélegzik. Helyezzük fel az orrcsipeszt és kapcsoljuk be a regisztrálót. Állítsuk a pácienscsapot nyitott állásba (így a vizsgált személy a készülék légteréb l lélegzik) és indítsuk el a mérést. Néhány nyugodt légzést követ en a képerny n megjelenik a spirogram mellett a légzési frekvencia és a légzési térfogat értéke. - 10 -

A statikus tüd térfogatok vizsgálatánál (1.3. ábra) a mérésindítás után el ször néhány nyugodt légzést végeztetünk a vizsgált személlyel. Néhány nyugodt légzést követ en a képerny n megjelenik a spirogram mellett a légzési frekvencia és a légzési térfogat értéke. Ezután megkérjük a vizsgált személyt, hogy végezzen forszírozott (er ltetett) kilégzést, tartsa lélegzetét ebben a kilélegzett állapotban legalább 3 másodpercig, majd végezzen maximális intenzitású és sebesség er ltetett belégzést. A dinamikus tüd térfogatok vizsgálatánál a vizsgált személy el ször er ltetett belégzést végez, benntartja a leveg t legalább 3 másodpercig, majd er ltetett kilégzéssel fejezi be a feladatot. Fontos megjegyezni, hogy az utóbbi esetben nemcsak a be- és kilélegzett leveg mennyisége, hanem a létrehozott légáramlás sebessége is fontos tényez . A nyugalmi légzési paraméterek meghatározása után végeztessünk kisfokú fizikai munkát a vizsgált személlyel, majd ismételten végezzünk el a spirometriás méréseket. er ltetett belégzés

er ltetett kilégzés

statikus

dinamikus 1.3. ábra A légzési paraméterek mérési protokolljai

- 11 -

1.2.2. Kóros légzési paraméterek bemutatása A spirometriás rendszer olyan elváltozások imitálását is lehet vé teszi, mint az asthma bronchiale. Ebben az esetben a betegségre jellemz jelent s mértékben megnövekedett légúti ellenállást sz kít tubusok alkalmazásával modellezhetjük. 1.2.3. Az O2-fogyasztás mérése, anyagcsere-meghatározás Kivitelezés: Az oxigénfogyasztás meghatározására a spirométert használjuk. Ahhoz, hogy megbízható adatokat kapjunk, a vizsgált személynek legalább 2 percen keresztül kell folyamatosan lélegeznie a spirométer zárt teréb l. Az anyagcsere meghatározásához az 1 perc alatt fogyott oxigén mennyiségét (literben) megszorozzuk 60-nal, majd az oxigén h egyenértékével (20 kJ), így megkapjuk a vizsgált egyén által egy óra alatt termelt energia mennyiségét. A kapott értéket ezután a testfelszínre normalizáljuk, majd az alábbi nomogram segítségével határozható meg (1.4. ábra). Fektessünk vonalzót a testmagasságnak és a testsúlynak megfelel pontokon keresztül, és olvassuk le a testfelszín értékét a vonalzó és a középs vonal metszéspontján.

- 12 -

1.4. ábra A testfelszín meghatározására szolgáló nomogram (height = testmagasság, body weight = testsúly, surface area = testfelszín)

- 13 -

1.3. A szénhidrát anyagcsere m ködésének vizsgálata A gyakorlat célja a helyes vércukormérés elsajátítása, a vércukor szint változásának tanulmányozása és az ezt kialakító fiziológiás tényez k vizsgálata. Elméleti alapok: A gyakorlat keretében vizsgálandó vércukor értéknek a meghatározása és tanulmányozása a gyógyszerészek hivatásában kiemelt fontossággal bír. Nemcsak azért, mert 1 éve bevezetésre került és sikeresen m ködik Magyarországon a gyógyszerészi diabétesz gondozás, hanem azért is, mert a cukorbetegség napjaink népbetegségévé vált. Jelenleg fél millió regisztrált cukorbeteg van hazánkban, de a becslések szerint további 500 000 beteget még nem diagnosztizáltak. A cukorbetegségnek kezdetben nincsenek tünetei, a magas vércukor szintet megszokja a szervezet, és nem okoz panaszt, viszont a szöv dmények annál súlyosabbak és a szervek károsodása már nem visszafordítható pl.: retinopathia, microangiopathia, macroangiopathia, hypertonia stb. A

szénhidrátanyagcsere-zavarok

csoportosítása

során

a

következ

kategóriákat különböztetjük meg a WHO osztályozása alapján (mmol/l): Normális

IFG

IGT

Diabetes mellitus

Éhomi vércukor

<5,6

6,1-6,9

-

>7,0

2 órás plazma glükóz (OGTT)

<7,8

-

7,8-11,0

>11,1

IFG (impaired fasting glycemia): Emelkedett éhomi vércukorszint, amely a normálisnál magasabb, de még nem diabéteszes tartományú éhomi vércukorszinttel (és a terhelésnél normális 2 órás értékkel) járó állapotot jelöl. IGT (impaired glucose tolerance): A csökkent glükóz toleranciájú állapot felismerése csak orális glükóz terheléses vizsgálattal (OGTT) lehetséges, amely 1 gramm / ttkg 2,5 dl vízben feloldott glükóz elfogyasztását jelenti. Standard körülmények között történ végzése szükséges, értékeléséhez mindig két adatot használnak, az éhomi és a 2 órás vércukorszintet. Az OGTT jelezhet normális glükóztoleranciát és diabetes mellitust is.

- 14 -

Diabetes mellitus: A cukorbetegségnek két fajtáját különböztetjük meg az 1-es ill. a 2-es típusú cukorbetegséget. Az 1-es típusú diabetes mellitus az inzulint termel béta-sejtek destrukciója folytán abszolút inzulinhiányhoz vezet (inzulinkezelésre a diabetes bármely formájában szükség lehet, azaz az inzulinadás szükségessége független a diabetes típusától): - immunmediált forma (az esetek túlnyomó többségében) - idiopathiás forma (a betegség kialakulásának az oka ismeretlen) A 2-es típusú diabetes mellitus önmagában is heterogén kórkép. Ide tartoznak azok a formák, amelyekben az inzulinrezisztencia az els dleges patogenetikai eltérés, s ehhez másodlagosan társul az inzulintermelés elégtelensége, máskor azonban az inzulintermelés károsodása az els dleges, s ezt kíséri az inzulinhatás csökkenése, az inzulinrezisztencia. Az inzulintermelés a fentiekb l adódóan hosszú id n át megtartott maradhat. Az OGTT elvégzése javallott glükóztolerancia felmérése esetén. Ellenjavallt, ha a diabetes mellitus már ismert. Tilos részt vennie a glükóz tolerancia tesztben, annak a hallgatónak, akinek manifeszt diabétesz mellitusa van! A gyakorlat során az 1 gramm/ ttkg helyett csak 40 gramm cukor oldatot kell elfogyasztania a két önként jelentkez

hallgatónak. A kevesebb mennyiségre azért van szükség, mert latens

diabétesz esetén veszélyt jelenthet a nagyobb szénhidrát bevitel! 40 gramm cukor bevitele viszont nem jár jelent s kockázattal, még cukorbeteg esetében sem.

A vércukor meghatározása: Kivitelezés: A vércukor meghatározását ACCU-CHEK vércukormér

készülékkel

végezzük. A forgalomban lév készülékek két f típusát különböztetjük meg: az egyik fajta a kapilláris elektroforézis elvén m ködik, míg a másik típus a spektrofotometria elvét követi. A gyakorlat keretein belül az utóbbival ismerkedünk meg. Az eljárás lényege, hogy a tesztcsíkra cseppentett vérmintában lév

szabad glükóz kémiai

színreakcióba lép a tesztcsíkon lév reagenssel. A színváltozás mértékét a készülék érzékeli. Minél több cukor van a vérben, annál sötétebbre színez dik a teszt csík. Minden doboz tesztcsíkhoz tartozik egy chipkártya, amely információt tartalmaz a tesztcsíkokról, illetve annak kalibrációjáról. A készülék használata el tt ellen rizzük, hogy az adott tesztcsíkhoz tartozó chipkártya van e behelyezve a készülékbe. A

- 15 -

tesztcsík behelyezésekor a készülék bekapcsol, a kiírt szám azonos a chipkártya számával, amelynek meg kell egyeznie a tesztcsík dobozán látható számmal! A mérések megkezdése el tt a vércukormér készülék hitelességét a rendelkezésre álló kalibráló folyadékokkal ellen rizzük. Két kalibráló oldat áll a rendelkezésünkre, az egyik egy magas vércukor értéknek, a másik egy alacsonyabb vércukor értéknek felel meg. Ezt követ en minden hallgató megméri saját magának a vércukorszintjét, amelynek a kivitelezése a következ : Alapos kézmosás után, szárazra törölt újbegyet az egyszer használatos lándzsával megsz rjük! Az így nyert vérmintát a tesztcsíkra cseppentjük, úgy hogy a készülékb l kihúzzuk a tesztcsíkot, és a vérmintához emeljük, nem pedig a készülékben

lév

tesztcsíkra

cseppentjük

a

vért!

Erre

a

készülék

kontaminálódásának és a fert zés veszély elkerülése miatt van szükség. A lándzsa, az elhasznált tesztcsík fert zésveszélyes hulladéknak min sül, ezért ezeket a veszélyes hulladékgy jt be helyezzük! A nedves, izzadt újbegyb l vett vér könnyen felhígul, és hamis értékhez vezethet! A testápolók és a kézkrémek is rontják a mérés eredményének a hitelességét! Két

önként

jelentkez

egészséges

hallgató

kontroll

vércukor

értékének

meghatározása után terheléses glükóz-tesztet készítünk (orális glükóz tolerancia teszt, OGTT). Az egyik hallgató nyugalomban marad, míg a másik tanulóval a cukor oldat elfogyasztása után, a 15. perct l kezdve fizikai munkát végeztetünk (szobabiciklin történ kerékpározás, 50 Watt teljesítménnyel, 25 percen keresztül). A gyakorlat során a 0., 10., 15., 20., 25., 30., 35., 40. percben megmérjük a két hallgató vércukor szintjét.

- 16 -

1.3.1 A szénhidrát anyagcsere m ködésének vizsgálata (A feladatlap) 1. Végezze el az ACCU-CHEK vércukormér készülék kalibrálását a rendelkezésre álló kétféle kalibráló folyadékkal! (A mérés elkezdése el tt ellen rizze, hogy a használni kívánt tesztcsíkhoz tartozó chipkártya került e behelyezésre a készülékbe!) 1. érték:……………….

2. érték:………………….

2. Határozza meg saját vércukor értékét az egyszer használatos tesztcsík ill. az egyszer használatos lándzsa segítségével! Éhomi vércukor érték (min. 8 óra után):……………………mmol/l Étkezés után ……….. órával mért vércukor érték: …………..mmol/l 3. Határozza meg két hallgató társának kontroll, valamint 40 g glucosum anhydricum elfogyasztása utáni vércukor értékeit úgy, hogy az egyik hallgató nyugalomban marad, míg a másik tanulóval a cukor oldat elfogyasztása után, a 15. perct l kezdve fizikai munkát végeztetünk (lépcs járás 10 percig)! Nyugalomban lév hallgató értékei (mmol/l):

Fizikai munkát végz hallgató értékei (mmol/l):

Kontroll érték: 10. percben mért érték: 15. percben mért érték: 20. percben mért érték: 25. percben mért érték:

4. Ábrázolja az id függvényében a vércukor koncentrációjának a változását mindkét hallgató esetében!

- 17 -

10

vércukor (mmol/l)

8

6

4

2

0 0

10

20

Idõ (perc)

30

5. Ismertesse a kapott eredmények okát! Foglalja össze az észlelteket, vonja le a következtetéseket!

6. Milyen módon szívódik fel a glükóz a belekb l?

7. Mely tényez k játszanak szerepet az egészséges vércukor kialakításában?

- 18 -

8. Hogyan befolyásolja a vércukor koncentrációját a fizikai munkavégzés?

9. Jellemezze a hypoglikaemia és a hyperglikaemia lehetséges okait!

_________________________ aláírás

- 19 -

2. ÁLLATKÍSÉRLETEK Az izolált szerveken, szöveteken végzett vizsgálatok lehet séget adnak arra, hogy a fiziológiás körülményeket leginkább megközelít feltételek mellett demonstráljunk egy-egy élettani jelenséget. A feltételek ismert és ellen rzött megváltoztatása esetén a környezeti paraméterek hatását vagy bizonyos farmakológiai változásokat vizsgálhatunk. A gyakorlatok során használt m szerek ismerete nemcsak a konkrét eszközök használatát teszi lehet vé, hanem általában is b víti m szerismeretünket, fejleszti a m szerek, berendezések használatának készségét. A gyakorlatok minél precízebb kivitelezése a mindennapos orvosi munkában elengedhetetlen manualitás megszerzését segíti. 2.0.1. Kísérleti feltételek Eml s állatból nyert, túlél , izolált preparátumok m köd képessége csak abban az esetben marad meg, ha biztosítjuk a megfelel ionösszetételt és ozmotikus nyomást, az állandó h mérsékletet, a kielégít oxigénellátást és a glükózutánpótlást. Szervfürd ként a gyakorlatokon Tyrode-oldatot használunk, melyet folyamatosan O2nel buborékoltatunk át. A Tyrode-oldat alkalmas arra a célra is, hogy benne különböz anyagokat feloldjunk, hogy azokat a kísérleti állat vérpályájába juttassuk, ill. a Tyrode-oldat megfelel mennyiségének beadásával a vérveszteséget pontosabban a kering elektrolit térfogatának csökkenése által okozott hatást némileg kompenzáljuk.

NaCl (mmol/l ) KCl (mmol/l ) CaCl2 (mmol/l ) MgCl2 (mmol/l ) NaH2PO4 (mmol/l ) Na2HPO4 (mmol/l ) Glükóz (mmol/l ) Tris-HCl puffer (mmol/l ) Az oldat ozmotikus koncentrációja (mozmol/l) pH

Ringer-oldat 115,0 2,5 1,8

Tyrode-oldat 144,0 5,5 2,5 1,2

0,85 2,15

250

8,3 5,0 300

7,0

7,4

2.1. táblázat A Ringer-oldat és Tyrode-oldat összetétele

- 20 -

2.0.2. Általánosan használt m szerek és eljárások 2.0.2.1. MINISTIM elektromos ingerl készülék A készülék elektromos négyszögimpulzusokat állít el . Az el lapon lév kezel szervek segítségével lehet ezen impulzusok különböz paramétereit beállítani (2.1. ábra).

2.1. ábra A MINISTIM készülék kezel szervei (fent), az ingerl négyszögimpulzusok jellemz paraméterei (alul). A: amplitude (amplitúdó); W: width (impulzusszélesség); f: frekvencia; T: trigger impulzus; D: delay (késleltetés).

Az alkalmazott négyszögimpulzus nagyságát (azaz az ingerl feszültséget) az AMPLITUDE feliratú lineáris potenciométerrel állíthatjuk be. A potenciométer nullától tízig van skálázva, és a maximális (10-es) értéknek megfelel feszültség (impulzusamplitúdó) az alatta lev kapcsoló állásának megfelel en 10 V vagy 25 V. - 21 -

A potenciométeren beállított amplitúdójú négyszögimpulzusok a készülék kimenetén (output) jelennek meg. Ezek az impulzusok unipolárisak. Negatív feszültség négyszögimpulzusok a negatív és a föld csatlakozó között jelennek meg (ez esetben a pozitív és a föld csatlakozókat rövidre kell zárni). A gyakorlatok során extracelluláris ingerlést végzünk, melyhez negatív impulzusokat célszer használni. A készülék bekapcsolása el tt mindig állítsuk az AMPLITUDE tolókapcsolót 10 V-ra és a finomszabályozót közel nulla állásba, majd a feszültséget fokozatosan növelve keressük meg az ingerküszöböt! Így elkerülhetjük, hogy a feleslegesen er s ingerl áram károsítsa a preparátumot. A négyszögimpulzusok másik fontos paramétere az ún. impulzusszélesség, vagyis az impulzus id tartama. A kívánt értéket a WIDTH fokozatkapcsolóval állíthatjuk be a 0,1 ms - 500 ms tartományban. Az ingerl készülék a fenti paraméterekkel rendelkez impulzusokat egyes impulzusokként és sorozat-impulzusok formájában állíthatja el . Ha egyes impulzusokra van szükségünk, a STIM. RATE feliratú fokozatkapcsolót SINGLE állásba hozzuk. Ebben az esetben a SINGLE felirat alatt lév gomb megnyomásakor a készülék egyetlen impulzust bocsájt ki. A másik lehet ség impulzussorozatok el állítása. Ebben az esetben be kell állítani az impulzusok ismétl dési frekvenciáját is, ami a STIM. RATE felirat alatti fokozatkapcsolóval és finomszabályozóval együttesen történik. A fokozatkapcsoló 0,1; 1; és 10-es állásaiban a kimen impulzusok frekvenciája a finomszabályozóval beállított érték egytized-, egy- és tízszerese, pps-ben (pps: pulzus per secundum, ami azonos a Hz-cel) kifejezve. Gyors jelek (pl. akciós potenciál) oszcilloszkópon történ megjelenítésekor szükség lehet arra, hogy az oszcilloszkóp sugarát röviddel az akciós potenciál várható megjelenése el tt indítsuk el, vagyis a sugárfutást és a jelet szinkronizáljuk. Erre szolgál a SYNC. OUT. (szinkronizált) kimeneten megjelen , az ingerl impulzust adott id vel megel z triggerjel (indítójel). A triggerjel és az ingerl impulzus közötti id tartamot, vagyis a késleltetést a DELAY fokozatkapcsolóval állíthatjuk be a 0,1 ms - 500 ms tartományban.

2.0.3. Az izom mechanikus válaszának regisztrálása Az elektromos ingerlés illetve különböz kémiai ágensek hatását az izom feszülési állapotára feszülésmér vel, "transzducer"-rel mérjük. Az említett készülék egy érzékel b l és egy er sít b l áll. A laprugós érzékel kimenetén - az önkényesen definiált nullhelyzethez viszonyítva - az elmozdulással arányos jelet szolgáltat. A készülék geometriája és a rugóállandó úgy van megválasztva, hogy az érzékel karján mért elmozdulás elhanyagolható legyen az izom hosszához képest, így jó közelítéssel az izom hossza állandónak tekinthet , miközben a feszülése változik. Ez azt jelenti, hogy a transzducer kimenetén mérhet jel az izom feszülésével arányos. Ezt a regisztrálási módot izometrikus regisztrálásnak nevezzük. Az érzékel jelét egy állítható er sítés egység alakítja át a regisztráló - 22 -

számára alkalmas ( 1 V/fsd, fsd = full scale deflection = teljes skálának megfelel kitérés) nagyságúvá. Az er sítést két fokozatkapcsolóval (1*, 2*, 5*, 10*, 20* lépésekben egy további 1*-es vagy 10*-es szorzó segítségével) állíthatjuk be a kívánt értékre. Ügyeljünk a helyes beállításra! Túl nagy er sítés az írótoll "kiakadását", túl kicsi pedig a mechanikai válasz megítélhetetlenségét eredményezi. Hasonló módon vigyázzunk az er sít -transducer-rendszer referenciapontjának (alapfeszülés = alapjel = nullaszint) megfelel beállítására, ami fontos a mért jelek arányossága szempontjából. Az er sít által szolgáltatott kimen jelet regisztrálón ("lassú" mechanikai válasz vizsgálatakor) vagy oszcilloszkópon (gyors kontrakciós jelenségek) követhetjük. A regisztrálón illetve oszcilloszkópon észlelt jel nagysága - helyes beállítás esetén - arányos az izom feszülésével. Az adott beállításnak megfelel kitérés-feszülés arányossági tényez t minden mérés el tt - illetve esetenként közben is - meg kell határozni a méréssel azonos beállításban a megfelel kalibrációs súlyok segítségével. A kalibrációs görbe (feszülés-kitérés) helyesen beállított nullpont esetén közel egyenes, így elegend 4-5 pontban meghatározni, ha csak interpolálásra van szükség (a legmagasabb kalibrációs pont fölé egyetlen mérési pont sem esik). 2.0.3.1. A mechanikai válasz mérésének menete: 1.: Az izom végéhez rögzített fonalat a transzducer érzékel karjához rögzítjük. 2.: A transzducer-állvány állítócsavarjával az izom megfelel alapfeszülését - vagyis az izom kimetszés el tti nyugalmi hosszának megfelel izomhosszúságot - beállítjuk. 3.: Az izom ezen feszülési állapota lesz a nyugalmi állapot. Ekkor a transzducer nullpontját az er sít n beállítjuk a megfelel nullázó potenciométerrel, úgy, hogy egyik "imbalance" LED se világítson. A nullpont ezen beállítása után, a beállító potenciométerrel végzett minden további "utánállítás" torzítást eredményez. 4.: Elvégezzük a gyakorlat által el írt (kémiai) beavatkozást illetve elektromos ingerlést, a mér rendszer helyes beállítása céljából. Közben úgy állítjuk be a rendszer er sítését, hogy a kapott jel értékelhet legyen. 5.: Elvégezzük a fenti pontban leírt "kezelést", miközben a megfelel választ regisztráljuk. (Számítógép, tároló oszcilloszkóp illetve vonalíró.)

- 23 -

2.1. Kísérletek eml s simaizom-preparátumokon 2.1.1. Az uterusizomzat m ködésének vizsgálata 2.1.1.1. Elméleti alap A patkány uterus a zsigeri simaizmok egyik képvisel je. A simaizmokra vonatkozó elméleti ismeretek a tankönyvek megfelel fejezetei tárgyalják. A simaizom fiziológiás m ködésének fenntartásához fontos, hogy az egyes ionok az extracelluláris térben meghatározott koncentrációban legyenek jelen. Az extracelluláris kalcium szint csökkentése, vagy pl. a magnézium koncentráció növelése egyaránt gátolják az uterus spontán aktivitását. A gátlás mindkét esetben megszüntethet a kalcium szint emelésével. A bárium ion az uterus görcsös összehúzódását okozza. Ez az ion a simaizom felszíni membránján a kálium konduktanciák gátlása révén akadályozza a repolarizáció folyamatát. A papaverin az ópium alkaloidája, jelenleg is használt görcsoldó. Közvetlenül a simaizmon hat, gátolja a kalcium belépését a sejtekbe. Ugyanakkor gátolja a ciklikus nukleotidokat (cAMP, cGMP) hidrolizáló és inaktiváló foszfodieszterázokat is. A simaizmok jellegzetessége, hogy humorális hatásokra (neurotranszmitterek, endokrin, parakrin és autokrin anyagok) érzékenyebbek, mint más izomtípusok. Emellett az uterus izomzata hormonális hatásokra (oestrus, terhesség) ciklikus funkcionális változásokon megy át. Mind a humorális tényez kkel szembeni érzékenység, mind a hormonális áthangolódás alapvet komponenese a sejtmembrán receptorainak min sége, száma és érzékenysége; összességében a simaizomsejtek sejthártyáján keresztül létrejöv jelátviteli rendszerek m ködése. Ezt a receptorokhoz köt d agonista és antagonista anyagok hatása alapján vizsgálhatjuk. A méhizomzat aktivitását fokozó szereket uterotonicumoknak nevezzük. Ebbe a csoportba tartoznak a prosztaglandinok, az oxitocin és az acetil-kolin is. Az acetil-kolin hatása muszkarin-típusú receptorokon keresztül valósul meg, ezért atropinnal antagonizálható. A béta-receptorok agonistái (adrenalin) gátló hatást fejtenek ki a spontán aktivitásra (hiperpolarizáló hatásúak). Az alfa-receptorok és a H1 receptorok agonistái (phenilephrin, hisztasmin) stimuláló hatásuak. A stimuláló hatás az intracelluláris kalcium szint emelkedésével függ össze. Az adrenerg agonisták hatásai a béta-receptorokra ható Viskennel ill. az alfa-blokkoló Regitinnel kivédhet (kompetitív antagonisták). Az említett neurotranszmitter-hatások a gyakorlatokon jól demonstrálhatók; az uterus m ködésében betöltött fiziológiás szerepük tulajdonképpen másodlagos, ún. farmakológiai hatás: nincs közvetlen összefüggésben az uterusnak mint szervnek a funkciójával.

- 24 -

2.1.1.2. A preparátum elkészítése A patkány uterus preparálás f bb lépései a következ k: a preparáláshoz T-alakban szélesen megnyitjuk a hasüreget, majd a beleket félretolva megkeressük a bevérzett ovariumot. Ett l az ureter nyílása irányában helyezkedik el az Y-alakú uterus egyik szarva hashártya-kett zettel a hátsó hasfalhoz rögzítve. A hashártya mentén ejtett metszéssel felszabadítjuk az uterusszarvat, majd a corpus uteri el tt átvágva szabaddá tesszük. A vizeny s csövet a hashártya-kett zet tapadása mentén felvágjuk. A preparátum el készítve kerül a gyakorlatra. Mindkét végére fonalat rögzítünk, és a Magnus-edényben lév szervfürd be helyezve transzducerhez csatlakoztatjuk. A preparátumot felfüggesztéskor csak olyan mértékben kell megfeszíteni, hogy a folyadékcsere mechanikai artefaktumot ne okozzon! A preparátum spontán, ritmikus tevékenységet mutat, kb. percenként egy összehúzódás várható. A termosztáttal összekapcsolt dupla falú Magnus-edény biztosítja a megfelel h mérsékletet (37 oC) és a benne lév szervfürd folyamatos oxigenálására is lehet séget nyújt. 2.1.1.3. Neurotranszmitterek és antagonistáik hatása 2.1.1.3.1. Az adrenalin hatása Regisztrálja néhány percig a patkányuterus spontán m ködését, majd adjunk 50 µl Tonogént a szervfürd ben lév Tyrode-oldathoz. Regisztráljuk a hatás kialakulását (kb 10 perc), majd oldatcsere nélkül adjunk béta-receptor antagonistát: 50 µl pindololt (Visken injekció) a szervfürd be. 20 perc további regisztrálás után cseréljük le az oldatot normál Tyrode oldatra és mutassuk meg, hogy a fennti szerek hatása reverzibilis. 2.1.1.3.2. Az acetil-kolin hatása Adjunk a Tyrode-oldathoz 50 µl-t a 10 µg/ml koncentrációjú acetil-kolin oldatból. Követjük a hatás kialakulását, majd oldatcsere nélkül 50 µl atropint adunk a szervfürd höz (Atropinum sulfuricum injekció, 1 mg/ml). Folytassuk a regisztrálást az atropin hatásának kifejl déséig majd többször cseréljük le az oldatot szermentes Tyrode oldatra! 2.1.1.3.3. A phenylephrin hatása Adjunk a Tyrode-oldathoz 40 µl phenylephrint a 10 mM-os törzsoldatból, és legalább öt percig regisztráljuk a hatást. Oldatcsere nélkül adjunk szintén alfa-receptor blokkoló phentolamint (Regitin injekció). A receptor blokkoló hatásának kifejl déséig folytassuk a regisztrálást, majd mindkét szert mossuk ki normál Tyrode-oldattal. A regisztrátum tükrözze a hatások reverzióját is. - 25 -

2.1.1.4. Uterotonicumok hatásainak vizsgálata 2.1.1.4.1. A hisztamin hatása Cseppentsünk 40 µl hisztmin oldatot a 10 mM-os törzsoldatból a spontán tevékenységet mutató myometrium szervfürd jébe. Regisztráljuk a kialakuló hatást és annak megsz nését! Oldatcsere nélkül, ismet adjunk 40 µl hisztamint a preparátumhoz! Hasonlítsuk össze az els és a második hisztamin kezelés során kifejl dött kontrakciók id tartamát! 2.1.1.4.2. Az oxytocin hatása Adjunk 50 µl oxitocin oldatot (Oxytocin injekció 5 I.U./1 ml) a szerfürd be. Regisztráljuk az oxitocin hatásának kialakulását, majd oldatcsere nélkül adjunk 20 µl papaverin oldatot (Papaverinum hydrochloricum injekció 8 mg/ml) és folytassuk a regisztrálást.

2.1.2. A simaizomm ködés vizsgálata izolált patkánybélen 2.1.2.1. Elméleti alap A bélfalban lév simaizomsejtek az ingerületi folyamatot és az azt kísér mechanikai választ spontán generálják. Az izolált béldarab a körkörös és a hosszanti izomelemeket, valamint a plexus submucosus és a plexus myentericus idegelemeit is tartalmazza, így m ködése során mind a miogén eredet mozgások (szegmentáció), mind a neurogén kontroll alatt álló perisztaltikus hullámok megfigyelhet k. A miogén aktivitás alapja az ún. “lassú hullám tevékenység”, melynek kapcsán a membránpotenciál perces id skálán ritmikusan változik. A depolarizáció akciós potenciál sorozatokat generál, az akciós potenciálok pedig kontrakciókat váltanak ki. Az izom nyújtása depolarizációt eredményez, ami az akciós potenciálok megjelenésének valószín ségét és a frekvenciát fokozza. A vegetatív idegek és az entericus idegelemek neurotranszmitterei (pl. az acetil-kolin és a noradrenalin), valamint egyéb biológiailag aktív anyagok (pl.az adrenalin és a hisztamin) a spontán aktivitást módosítják, a bélmozgásokat serkentik vagy gátolják. A paraszimpatikus transzmitter (acetil-kolin) hatására a simaizomsejtek depolarizálódnak, a spontán mozgások kifejezettebbé válnak, az alaptónus fokozódása ill. tartós összehúzódás figyelhet meg. A prosztigmin (Stigmosan, neosztigmin) kvaterner N-t tartalmazó szintetikus vegyület, amely a fizosztigminhez hasonlóan köt dik a kolinészteráz molekulához és reverzibilisen gátolja annak - 26 -

m ködését. Paraszimpatomimetikus hatása legkifejezettebben a bél és a hólyagfal simaizomzatán érvényesül. Az acetilkolin simaizmokra kifejtett hatása muszkarin típusú kolinerg receptorokon keresztül valósul meg, így az atropin kompetitív módon felfüggeszti az acetil-kolin hatását. Az antagonizmus a már kifejl dött acetil-kolin-hatás stádiumában is érvényesül. Az adrenalin és a noradrenalin hiperpolarizáló hatása révén reverzibilisen gátolja az ingerképzést, csökkenti az alaptónust és gátolja a mechanikai aktivitást. Az adrenalin hatása a ß-adrenerg receptorokon keresztül valósul meg (a ß-adrenerg receptorok kompetitív antagonistája, a Visken gátolja m ködését), míg a noradrenalin az -adrenerg receptorokon keresztül hat (az -adrenerg receptorok kompetitív antagonistája a Regitin). A hisztamin a simaizomsejtek felszínén található H1-típusú receptorokon keresztül nagyfokú és tartós összehúzódást vált ki. A H1-receptorok kompetitív antagonistái (antihisztaminok, pl. a Suprastin) a hatást kivédik. 2.1.2.2. A preparátum elkészítése A preparátum elkészítése a gyakorlatot megel z en történik, a preparátum el készítve kerül a gyakorlatra. Az izolált vékonybél preparátumot patkányból nyerjük. A tarkóütés után, véreztetéssel megölt állat hasüregét feltárva a jejunumból vagy az ileumból kb. 3-4 cm-es darabokat izolálunk. A bél lumenéb l a béltartalmat 32 °C-os Tyrode-oldattal, többszöri átfecskendezéssel eltávolítjuk. Felhasználásig az izolált béldarabokat 32 °C-os, oxigenált Tyrode-oldatban tartjuk, így azok m köd képességüket órákon keresztül megtartják. A felhasználni kívánt preparátum két végébe sebészi varrót vel fonalat öltünk oly módon, hogy a bél lumene átjárható maradjon. A szervedényben történ rögzítéshez a béldarab egyik végén kb. 2-3 cm-es dupla szálból hurkot készítünk, a másik végén pedig kb. 10-15 cm-es fonaldarabra lesz szükségünk. A dupla falú Magnus-edény küls részében 32 °C-os vizet cirkuláltatunk. Az edény belsejét a rezervoárból 32 °C-ra el melegített és oxigénnel átbuborékoltatott Tyrode-oldattal töltjük fel; az oxigenálást folyamatos buborékoltatással biztosítjuk. Behelyezzük a preparátumot, melynek egyik végét az el re elkészített hurok segítségével a Magnus-edény alján lév kampóhoz, másik végét a transzducer karjához rögzítjük. Regisztrálás közben az er sítést úgy válasszuk meg, hogy az összetett spontán mozgások és a várható alaptónus növekedések és csökkenések is jól vizsgálhatók legyenek.

- 27 -

3. SZÁMÍTÓGÉPES SZIMULÁCIÓK 3.0.1. Általános bevezetés a szimulációs programokhoz A szimulációs programok egy-egy élettani folyamat matematikai megközelítésével alkalmasak a vizsgált jelenség fontosabb sajátságainak tanulmányozására, a paraméterek közötti összefüggések feltárására és a tárgyalt törvényszer ségek gyakorlati felhasználására. Jelent ségük egyrészt az, hogy vizuálisan is bemutatják az egyes jelenségeket, másrészt, hogy használójuk a pontos matematikai törvények ismerete nélkül képes nem csak kvalitatív, de kvantitatív következtetések levonására is. Ahhoz, hogy egy szimulációs program a valóságot jobban tükröz eredményt produkáljon, igen sok tényez t kell figyelembe venni. Ezek a programok így olyan jelenségek tanulmányozására is alkalmassá válnak, melyek pillanatnyilag nem képezik részét a szorosan vett Élettani Gyakorlatok-nak. A programok minden részletének pontos leírása ezért meghaladja e jegyzet kereteit. A feladattól azonban még akkor sem kell "megrettenni", ha valaki történetesen el ször használ (esetleg lát) számítógépet. Az egyes szimulációs programokat ismertet részeket igyekeztünk úgy összeállítani, hogy tartalmazza az elvégzend feladathoz szükséges tudnivalókat. A program elméleti alapját képez matematikai összefüggésekb l csak a legszükségesebbek kaptak helyet és ahol lehetett, a képletek mellett azokat szöveges formában is közöltük. Végezetül pedig a kapott görbék kiértékeléséhez adunk néhány szempontot. Mindez azonban nem helyettesítheti a tevékeny gyakorlást, egy program csak próbálgatások során ismerhet meg. Mint minden program, melyet közcélú használatra készítettek, így ezek a szimulációk is mutatnak bizonyos hasonlóságot egymással. Található bennük egy információs rész, mely a program szerkezetére, a vizsgált jelenség elméleti hátterére vonatkozólag kínál útmutatást. Többségük demonstrációs részt is tartalmaz, amelyben el re beállított paraméterekkel szimulálható a vizsgált jelenség. A programok lehet séget adnak szabadon választott adatok bevitelére is, így egy-egy paraméter változtatásának hatása vizsgálható. A feladatlapok ezen programrészek használatára és az észleltek rögzítésére vonatkozóan pontos utasításokat tartalmaznak. Nagyon fontos, hogy a képerny n látható jelek lerajzolásakor minden olyan adatot tüntessünk fel, ami a tájékozódást szolgálja (pl. színkódok, szükség szerinti feliratozás, koordinátarendszerek beosztása és egységei, stb.). 3.0.2. A programok kezelése A számítógép bekapcsolása után a STUDENT paranccsal indítható el az adott terminált a gyakorlati teremben m ködõ hálózatra kapcsoló program. Mind a belépési névnek (LOG ON NAME), mind a jelszónak (PASSWORD) a STUDENT szót kell - 28 -

megadni. Ezután megjelenik a képernyõn a futtatható programok listája. A "munkanyelv" (angol vagy magyar) a tabulátor (TAB) billenty vel választható ki. A programok listájában a kurzor mozgató nyilakkal mozoghatunk. Az ENTER billenty leütésével indíthatjuk el a futtatni kívánt szimulációs programot. A programok futása közben továbblépni (vagy a szöveges részekben "lapozni") a képerny n megadott utasítás szerint, vagy ennek hiányában tetsz leges billenty megnyomásával lehet. Szabadon választott adatok bevitelekor ügyeljünk az útmutatóban megadott értékhatárokra és tizedesvessz helyett mindig tizedespontot használjunk! Az adat elfogadtatása az ENTER billenty vel történik. Téves adat beírásakor egyes programokban írott szöveg figyelmeztet a hibára, más esetekben a számítógép nem fogadja el a programban limitált értékekt l eltér adatbevitelt, amit egyszer en a hibás érték törlésével jelez. A helyes adat beviteléig a program nem lép tovább. Hibás adat bevitelekor az is el fordulhat, hogy a program nem megfelel en m ködik vagy megáll, ilyenkor forduljunk a gyakorlat vezet jéhez. Az egyes szimulációs programokból való kilépés az adott programnál a képerny n megjelen utasítás szerint történhet. Kilépés után újra megjelenik a programok jegyzéke, amelyb l újabb program választható. Tekintettel arra, hogy a számítógépek egy hálózat részei, az operációs rendszerb l végrehajtatott egyes parancsok a hálózat többi elemét is befolyásolják, így akaratlanul is gondot okozhatnak a rendszer m ködésében. Ezért nyomatékosan kérjük, még azokat is, akik értenek a számítógépekhez, hogy ne használják a gépeket másra, mint amire a gyakorlat vezet je beállította. 3.0.3. A ligand-receptor kapcsolat sajátságai, matematikai leírása A receptor egy ligand szelektív kötésére képes makromolekula. A receptornak lehet egy vagy több ligandköt aktív centruma. A ligand köt dése a specifikus aktív centrum(ok)hoz fajlagos élettani hatást eredményez. A receptor alloszterikus köt hellyel is rendelkezhet, a hozzá kapcsolódó ligand önmagában nem vált ki hatást, de a hatásos liganddal egyszerre köt dve fokozza vagy csökkenti annak hatását. A ligandok agonisták vagy antagonisták lehetnek. Az agonista egy olyan vegyület, amelyik ugyanahhoz a receptorhoz köt dik és ugyanolyan választ hoz létre, mint a receptor természetes (általában endogén) ligandja. Teljes (full) agonista az a vegyület, amellyel kiváltható a vizsgált biológiai objektum maximális válasza. Részleges (parciális) agonista az a vegyület, amelynek csekély a hatékonysága (ld. kés bb), és csak mérsékelt hatást vált ki akkor is, ha az összes elérhet receptorhoz köt dik. Az antagonista farmakológiai értelemben az a vegyület, amelyik ugyanahhoz a receptorhoz köt dik, mint az agonista, és csökkenti vagy gátolja annak hatását. A tiszta farmakológiai antagonista a receptor specifikus vagy alloszterikus köt helyéhez köt dve megakadályozza az agonista köt dését, de önmaga semmilyen hatást nem fejt ki a receptor m ködésére. Ez a fajta antagonizmus lehet reverzibilis vagy irreverzibilis. Reverzibilis antagonizmusról akkor beszélünk, ha az - 29 -

agonista koncentrációjának emelésével az antagonista a köt helyr l leszorítható. Irreverzibilis antagonizmus esetén az antagonista (pl. kovalens kötés kialakításával) olyan er sen köt dik a receptorhoz, hogy onnan az agonista koncentrációjának növelésével nem szorítható le. A reverzibilis antagonizmus egyik formája a kompetitív antagonizmus, amikor az agonista és az antagonista versenyez egymással a köt helyért. Azonos koncentrációk esetén az a molekula köt dik nagyobb mennyiségben a receptorhoz, amelyiknek nagyobb az affinitása (ld. kés bb). A vetélked partner koncentrációját növelve a másik leszorítható a receptorról. A nem kompetitív antagonistaként viselked ligand olyan molekularészlethez köt dik, amelyhez élettani körülmények között az agonista nem kapcsolódik. A ligand-receptor kapcsolat kialakulását meghatározza a vegyület molekuláris mérete, konformációja, konfigurációja és elektromos töltése. A hatás mértéke függ a ligand koncentrációjától, a köt dés mértékét l (amit a receptor affinitása határoz meg) ill. a receptorszámtól. A ligand-receptor kapcsolat jellemzésére az alábbi paraméterek használatosak: disszociációs állandó (Kd), félhatásos koncentráció (EC50), félhatásos gátló koncentráció (IC50), affinitás, hatáser sség, hatékonyság. Disszociációs állandó, félhatásos koncentráció és félhatásos gátló koncentráció Egyensúlyra vezet reakciók esetén a végtermék(ek)nek (AR) a kiindulási anyagokból (A=agonista és R=receptor) való kialakulásának és visszaalakulásának sebessége az id ben állandó,

[A] + [R]

k1

[AR]

k2

ahol k1 a kialakulás, k2 a visszaalakulás sebességi állandója. (A továbbiakban csak azt az egyszer esetet vizsgáljuk, amikor a receptor egyetlen agonistaköt hellyel rendelkezik.) A k2 és a k1 hányadosa adja a disszociációs állandót. Az EC50 azt a koncentrációt mutatja meg, amellyel a maximális hatás felét kiválthatjuk (félhatásos koncentráció). Az ED50 azt a dózist jelenti, amely a vizsgált egyedek 50 %-ában hoz létre választ, tehát a két fogalom nem felcserélend ! A félhatásos gátló koncentráció, IC50, az agonista által kiváltott hatás 50 %-át meggátló antagonista koncentrációt jelenti. Az affinitás megmutatja, hogy a receptor mennyire er sen köti a ligandot (ill. a ligand milyen er sen köt dik a receptorához). Az affinitás a Kd reciprokával azonos. A hatáser sség megadja a ligandnak azt az adagját, amely szükséges egy adott nagyságú hatás eléréséhez. Két azonos hatású ligand közül annak a hatáser ssége nagyobb, amelyikb l kisebb koncentráció szükséges az adott mérték hatás kiváltásához. A hatáser sség a Kd-t l ill. a hatékonyságtól függ. Minél kisebb a Kd, annál nagyobb a hatáser sség, mivel a ligand kevésbé disszociál le a receptorról. A hatékonyság megmutatja a maximálisan elérhet válasz nagyságát, dózistól függetlenül. A hatékonyság csak relatív egységekben fejezhet ki. Ezt a paramétert - 30 -

használhatjuk az agonisták összehasonlítására. Ha két ligand azonos koncentrációban hozza létre a maximális hatást (azaz hatáser sségük azonos), de a két maximális hatás nagysága eltér , akkkor az az agonista a hatékonyabb, amelyik a nagyobb maximális hatást hozta létre. Megállapodás szerint egy parciális agonista hatékonysága 1, ha a szövetre jellemz maximális válaszreakció 50 %-a kiváltható vele. Egy teljes agonista hatékonysága nagyobb, mint 1; egy tiszta kompetitív antagonistáé pedig 0. Dózis-hatás görbék elemzése A ligand-receptor kapcsolat kvantitatív jellemzésére dózis-hatás görbék szerkeszthet k (3.1. ábra). Ezek felvételekor a vizsgált szer koncentrációjának függvényében ábrázoljuk a kiváltott hatás mértékét a maximálisan kiváltható hatás %-ában kifejezve. Feltételezve, hogy a ligand által kiváltott hatás mértéke arányos a receptorok telítettségének mértékével, és a maximális hatás akkor érhet el, ha a receptorok 100 %-a telített, az EC50 azonos a Kd-vel. Ez az egyszer elmélet azonban nem minden farmakológiai hatás leírására alkalmas. 100

hatás (%)

80 60

hatás(%)=

50% 40 20

100 EC 1+ 50 [A]

EC50

0 10

-10

10-9

-7

-8

-6

10 10 10 agonista-koncentráció (M)

10

-5

10-4

3.1.ábra Agonista által kiváltott hatás az agonista koncentrációjának ([A]) függvényében A ligand-receptor kölcsönhatás továbbfejlesztett modellje értelmében a ligand biológiai hatása két egymástól független tényez b l ered: a ligand és a receptor egymás iránt mutatott affinitásából ill. a ligand ún. intrinzik aktivitásából. Ez utóbbi azt fejezi ki, hogy a ligand a receptorhoz köt dve milyen mértékben képes biológiai választ kiváltani, hiszen 1. a farmakológiai hatás nem szükségszer en áll egyenes arányban a receptorok telítettségével; 2. egy agonista maximális hatásának eléréséhez a receptorok egy hányadának elfoglalása is elegend lehet; 3. azonos mérték hatást kiváltó különböz ligandok eltér mértékben telíthetik a receptorokat.

- 31 -

Ennek értelmében az EC50 nem minden esetben egyenl a Kd-vel, hanem a receptor affinitásán túl egyéb faktoroktól is függ. 100

hatás (%)

80 60 A

B

C

40 20 0 10-10

10

-9

-8

-7

-6

10 10 10 agonista-koncentráció (M)

10-4

10-5

3.2.ábra Kompetitív antagonista hatása az agonista különböz dózisaival kiválható válaszra A: antagonista nélkül felvett dózis-hatás görbe, B és C :antagonista jelenlétében felvett dózis-hatás görbe. C esetén az antagonista koncentráció nagyobb, mint B esetében. Ordináta: az agonistával kiváltható maximális válasz %-ában fejezi ki a válasz nagyságát. 100

A

hatás (%)

80 60

B

40 C

20 0 10-10

10

-9

-8

-7

-6

10 10 10 agonista-koncentráció (M)

10-5

10-4

3.3. ábra Nem kompetitív antagonista hatása az agonista különböz dózisaival kiválható válasz nagyságára - 32 -

A: antagonista nélkül felvett dózis-hatás görbe, B és C: antagonista jelenlétében felvett dózis-hatás görbe. C esetén az antagonista koncentráció nagyobb, mint B esetében. Ordináta: az agonistával kiváltható maximális válasz %-ában fejezi ki a válasz nagyságát.

100

hatás (%)

80 60 50% 40 20

IC50

0 10-10

10

-9

-8

-7

-6

10 10 10 antagonista-koncentráció (M)

10-5

10-4

3.4. ábra Az agonistával kiváltható maximális válasz különböz nem kompetetív antagonista koncentrációk mellett

- 33 -

3.1. Idegrost akciós potenciáljának és ionáramainak számítógépes szimulációja 3.1.1 Az elméleti háttér és az alkalmazott modell A programot az Axon Instruments, Inc. (USA) munkatársai készítették 1989ben Hodgkin és Huxley (1952) mára már klasszikusnak számító eredményeinek felhasználásával. Bár az eredeti mérések tintahal óriásaxonon, feszültség-rögzítés (voltage clamp) technikával készültek, jelen szimuláció az eml sökre jellemz , kés bbi kutatások során nyert adatokat használja. A modell szerint a sejt ingerületi folyamatai alatt lejátszódó membránpotenciál-változásokat az ingerl áram és a diffuzíbilis ionok által szállított töltések hozzák létre: Cm * dV/dt = Is + Ii Cm

-

(3.1.1.)

az egységnyi membránfelületre vonatkoztatott kapacitás, dV/dt a membránpotenciál változási gyorsasága, Is az ingerl áram s r sége (intenzitása), Ii az árams r ség ionos komponense.

Az ionok által szállított membránáram (Ii) idegroston a következ komponensekre bontható: Na+-áram (INa), K+-áram (IK) és más ionok által szállított áram (IL). (Természetesen más ingerelhet szöveten más ionáramok is szerephez jutnak, lásd 3.2. fejezet.) Ii = INa + IK + IL

(3.1.2.)

Az egyes ionáramok pillanatnyi nagyságát és irányát az adott ion elektrokémiai gradiense, valamint a sejtmembrán adott ionra vonatkoztatott vezet képessége (G - konduktancia) határozza meg. Tekintettel arra, hogy az ingerületi folyamatot az intraés extracelluláris térben érdemleges ionkoncentráció-változások nem kísérik, az elektrokémiai gradiens módosulása a membránpotenciál változásával jellemezhet . Az ionok áramlási irányát meghatározó hajtóer k a pillanatnyi membránpotenciál (Vm) és az egyes ionok egyensúlyi potenciáljának (Eion) különbségéb l származnak. A membrán egységnyi felületének konduktanciája pedig az ioncsatornák számától, az egyes csatornák konduktanciájától, továbbá a nyitott és zárt csatornák arányától függ.

- 34 -

Egy tetsz leges ion áramát (Ix) Ohm törvénye alapján, a fentiek értelmében, a következ egyenlet írja le: Ix = Gx * (Vm - Ex)

(3.1.3.)

ahol

Ex az x ion egyensúlyi potenciálja, Gx a membrán x ionra vonatkoztatott konduktanciája, Vm a pillanatnyi membránpotenciál. A Hodgkin-Huxley modell szerint az ingerlékeny sejtek membránjában található Na+- és K+-csatornák feszültségfügg módon nyílnak és záródnak. Az ingerületi folyamatban szerepet nem játszó ionokhoz (ún. leak) konstans, feszültségés következésképp id független konduktancia (GL) rendelhet . A K+-konduktancia pillanatnyi értéke (GK), a maximális érték (GK,max) ismeretében a következ összefüggés alapján számolható: GK = GK,max *n4

(3.1.4.)

ahol n - dimenzió nélküli, membránpotenciál-függ paraméter, értéke 0-tól 1-ig terjed. A modellben n4 az aktivált K+-csatornák számával arányos, míg 1-n4 az aktiválatlan K+-csatornák mennyiségére jellemz . A negyedik hatvány értelmezésére Hodgkin és Huxley feltételezte, hogy egyetlen K+-csatorna megnyílásához egyszerre 4 "kapuzó" (gating) alegységnek kell aktivált állapotba kerülnie. A Na+-konduktancia jellemzésére a modell alkotói az aktiválatlan és aktivált állapotok mellett egy harmadik, inaktivált állapotot is feltételeztek. A Na+-konduktancia pillanatnyi értékét a maximális vezet képesség (GNa,max) ismeretében a következ egyenlettel határozhatjuk meg: GNa = GNa,max * m3 * h

(3.1.5.)

ahol m, h - 0 és 1 közötti értékkel jellemezhet , membránpotenciál-függ , dimenzió nélküli paraméterek (m3 az aktivált, 1-h az inaktivált Na+-csatornák számával arányos). A K+-csatorna m ködéséhez részben hasonlóan az az elképzelés született, miszerint a Na+-csatorna megnyílásához egyszerre három alegységnek kell aktivált állapotba kerülnie anélkül, hogy hozzájuk egy negyedik, inaktiváló alegység kapcsolódna.

- 35 -

3.1.2. A program szerkezete A szimulációs program az ingerületi folyamatok tanulmányozásának három módozatát nyújtja. Választási lehet séget az elindítás után megjelen menü értelemszer használata biztosít. Adatváltoztatásra a szimuláció bármely pontján van lehet ség a "Javítás" nev egység aktivizálásával, mely tájékoztatást nyújt a szimuláció adott szakaszában módosítható paraméterekr l és az adatváltoztatás módjáról egyaránt. 3.1.2.1. Csatornák A szimuláció ezen része egyetlen ioncsatorna m ködését modellezi, melynek során lehet ség nyílik a vizsgált csatorna nyitott vagy zárt állapotának, valamint a kapuzó alegységek aktivációjának követésére az id és az alkalmazott feszültség függvényében. 3.1.2.2. A feszültség-clamp A membránon átfolyó áramok (a már említett "leak" áram kivételével) feszültség- és id függést mutatnak, így az akciós potenciál alatti változásukból nehéz tulajdonságaikra pontos következtetést levonni (ilyenkor ugyanis a membránpotenciál is folyamatosan változik). E probléma megoldására született a feszültség-clamp eljárás, melynek lényege, hogy a nyugalmi membránpotenciálról indulva különböz , de id ben állandó, új értékre rögzítjük (clamp) a membránpotenciált és mérjük a kialakuló áramok id beli változását. 3.1.2.3. Az áram-clamp Az áram-clamp során el re definiált nagyságú áram injektálása történik a sejtbe, miközben követhet k a membránpotenciál változásai. A szimuláció ezen része az akciós potenciálok alatti jelenségek vizsgálatára készült. 3.1.3. Szempontok a görbék kiértékeléséhez 3.1.3.1. Csatornák A membrán konduktanciájának megváltozása sok csatorna statisztikus m ködésének együtteséb l alakul ki. Amennyiben ezen csatornák egymástól teljesen függetlenül nyílnak és záródnak egy csatorna sok megnyílása átlagosan ugyanazon tulajdonságokat mutatja majd, mint a sok csatorna együttese. A csatornák állapotát a modellben több aktiváló és, a Na+-csatorna esetén, egy inaktiváló kapu összerendezett müködése eredményezi. Ezen kapuk állapotát a makroszkópikus áramokból nehéz rekonstruálni, ezt hivatott segíteni a szimuláció els része.

- 36 -

Megnyílás hisztogramok Ha megszámoljuk, hogy hányszor nyílt meg a csatornánk a vizsgált id intervallumon belül és ábrázoljuk ennek eloszlását több ismétlés esetén (vagyis azt, hogy adott számú megnyílást hányszor láttunk az ismétlések során) ún. megnyílás hisztogramot kapunk. Ennek alakja jellegzetesen különbözik Na+- és K+-csatornák esetén azért, mert el bbiek inaktiválódása megakadályozza nagyszámú megnyílás kialakulását. Figyeljük meg, hogy bár a K+-csatornák is bezáródnak, statisztikusan, újranyílásuknak nincs "akadálya". Amennyiben a Na+csatorna inaktivációja nem következik be a vizsgált periódusban (ez elég ritkán, de el fordul!), viselkedése igen hasonló a K+-csatornáéhoz (megnyílik, záródik, újranyílik, stb.). Ha azonban a Na+-csatorna inaktivációs kapuja bezárul, újranyílásra az inaktiváció megszüntéig nincsen mód. 3.1.3.2. A feszültség-clamp Kinetikai analízis A szimulált membránt megfelel en depolarizálva a Na+-konduktancia rohamosan fokozódik, majd a csúcs elérése után alapértékre süllyed. A tartós depolarizáció a Na+-csatornákat inaktivált állapotban tartja. A K+-konduktancia ezzel szemben lassan fokozódik, és a maximum elérése után konstans marad, azaz nem inaktiválódik. Áram-feszültség diagram Növekv depolarizáló impulzusokkal vizsgálva a Na+-áramot találhatunk olyan membránpotenciál-értéket, amely mellett a GNa er sen aktivált, ennek ellenére nettó Na+-áram nem mérhet , mert elértük a Na-ionok egyensúlyi potenciálját (ENa, ld. 3.1.3. egyenlet). Ezt meghaladó depolarizációk esetén, az addigiakkal ellentétben, kifelé irányuló Na+-áramot kapunk (azt a potenciálértéket, amely mellett az áram iránya ellentétes el jelet kap, reverzál vagy ekvilibrium potenciálnak is nevezik). A K+-áram ett l eltér en növekv depolarizációkra növekszik annak ellenére, hogy GK már maximálisan aktivált. Ennek magyarázata, hogy az EK negatív a nyugalmi membránpotenciálhoz képest, így a hajtóer növekv depolarizációkkal lineárisan n . 3.1.3.3. Az áram-clamp Ingerküszöb meghatározása, akciós potenciál kiváltása Ha az ingerl impulzus intenzitása nem éri el az akciós potenciál kiváltásához szükséges küszöbértéket, csak lokális, elektrotónusos válasz alakul ki. Küszöb feletti ingerek tovaterjed akciós potenciált hoznak létre, melynek latenciaideje függ az alkalmazott impulzus amplitúdójától és id tartamától. A program segítségével jól követhet k az akciós potenciállal szinkron lezajló konduktanciaváltozások is, melyek közül a GNa aktiválódása (növekedése) a felszálló szár kialakításában, inaktiválódása (csökkenése) pedig a GK fokozódásával együtt a repolarizációban játszik alapvet szerepet. Mivel a K+-konduktancia a nyugalmi potenciált követ en is - 37 -

emelkedett szintet mutat, a további K+-kiáramlás részt vesz az utó-hiperpolarizáció kialakításában. Id beli szummáció A küszöb alatti amplitúdójú impulzusokkal kiváltott elektrotónusos változásnak nincs refrakter periódusa, így a megfelel id zítéssel egymást követ , önmagukban hatástalan ingerek szummálódva akciós potenciált váltanak ki. Akkomodáció Az akkomodáció a membránok azon tulajdonsága, miszerint kis intenzitású, lassan kialakuló és tartósan ható ingerre azok az ingerlékenység csökkenésével reagálnak. Magyarázata az, hogy a lassú depolarizáció során az inaktivált + Na -csatornák száma emelkedik, ugyanakkor olyan mérv K+-kiáramlás jön létre, mely a depolarizációs tendenciát visszafordítja, így a megfelel késleltetéssel adott, egyébként küszöb feletti tesztimpulzus is csak katelektrotónust vált ki. Refrakter periódusok Az akciós potenciál lezajlása során a membrán ingerlékenysége fázisosan változik. A felszálló szár alatt és a repolarizáció kezdetén újabb akciós potenciál nem váltható ki (maximális GNa, K-ionokra ható nagy elektrokémiai gradiens). Ez az abszolút refrakter periódus. A relatív refrakter periódus azt jelenti, hogy csak az eredeti küszöbingernél er sebb ingerek váltanak ki akciós potenciált. A repolarizáció kezdetén ennek az az oka, hogy a Na+-csatornáknak csak bizonyos hányada van aktiválható állapotban, ugyanakkor nagy a K+-kiáramlás is, ami a depolarizációs tendenciát rontja. A hatásos inger által kiváltott GNa-változás ilyenkor lassúbb és kisebb mérték , mint a normális ingerlékenységi periódusban, emiatt az akciós potenciál kialakulási sebessége és amplitúdója is csökkent. A szubnormális fázisban is csökkent az ingerelhet ség a hiperpolarizáció következtében. Az észleltek arra hívják fel a figyelmet, hogy az akciós potenciál amplitúdójára vonatkozó "minden vagy semmi" törvény csak a nyugalmi állapotban lév membránon értelmezhet , mert egyébb esetekben átmeneti akciós potenciál alakok jönnek létre. Repetitív akciós potenciálok Az idegrostokon az információ frekvenciakódban továbbítódik. A szimuláció alkalmas arra, hogy hosszantartó ingerléssel repetitív aktivitást váltsunk ki. Megfigyelhet , hogy a kialakuló frekvencia az inger amplitúdójának függvényében változik. Az els akciós potenciálhoz képest kialakult alakbeli differenciák a csökkent ingerlékenység fázisoknál leírtak alapján értelmezhet k. Repetitív aktivitás azonban nem csak folyamatos küls ingerléssel, hanem a GK csökkentésével is el idézhet . Ez a megfigyelés jól szemlélteti, hogy a nyugalmi K+-konduktanciának milyen fontos szerepe van a membránpotenciál stabilizálásában, továbbá rávilágít, hogy a küls ,

- 38 -

aktivitást el idéz ingerek nem feltétlenül a Na+-konduktancia fokozásán keresztül érvényesítik hatásaikat. Áramer sség-id tartam görbe felvétele Az akciós potenciál kiváltása szempontjából azok a depolarizáló ingerek hatásosak, melyek kell sebességgel kialakulva, kell intenzitást érnek el, és id tartamuk is meghalad egy küszöbértéket. Rövid ideig ható ingerek amplitúdójuktól függetlenül hatástalanok maradnak, ugyanakkor gyenge ingerek végtelen hosszú ideig alkalmazva sem váltanak ki tovaterjed ingerületi folyamatot. Azt a legkisebb ingerintenzitást, amely "végtelen" hosszú id alatt válik hatásossá, reobázisnak, a kétszeres reobázishoz tartozó id tartamot pedig kronaxiának nevezzük. A reobázisnál nagyobb ingerl áramok esetében az egyre növekv amplitúdó értékekhez egyre csökken id tartamok szükségeltetnek ahhoz, hogy a membrán az akciós potenciál kiváltásához szükséges szintre depolarizálódjon. Ezt a függvényt nevezik ingerintenzitás-id tartam görbének, amely jelen esetben áramer sségid tartam görbeként értelmezhet . Ionszubsztitúció Emelve vegy csökkentve egy ion intra- vagy extracelluláris koncentrációját, a Nernst-egyenlet értelmében, annak egyensúlyi potenciálja is változik. Tekintettel arra, hogy az egyenletben csak a koncentrációk hányadosa szerepel, a program is ezen érték nyugalmihoz viszonyított módosulását vizsgálja. Ez természetesen az adott ionra vonatkozó mindenkori hajtóer megváltozását jelenti (3.1.3. egyenlet). A Na-ionok koncentrációjának megváltoztatása így az akciós potenciál felszálló szárának meredekségét és maximális amplitúdóját befolyásolja. A nyugalmi membránpotenciálra, az alacsony nyugalmi GNa miatt, nincs számottev hatása. A nagy nyugalmi GK azonban a nyugalmi membránpotenciált igen érzékennyé teszi a [K+]-ban bekövetkez változások iránt, repetitív aktivitás vagy tartós de- illetve hiperpolarizáció alakulhat ki. A K-ionok koncentrációjában bekövetkez változások K+- áramon keresztüli direkt hatása az akciós potenciálnak els sorban a repolarizációs fázisában jelentkezik (a lassú K+-konduktancia aktiválódás miatt). A nyugalmi potenciál megváltozása miatt azonban, a Na+-csatorna inaktivációjának változásán keresztül, a felszálló szár meredekségét és amplitúdóját is befolyásolja.

- 39 -

3.2. A Starling-mechanizmus számítógépes szimulációja 3.2.1. Elméleti alapok A perctérfogat a szív teljesítményének legfontosabb paramétere: ez az a vérmennyiség, amely 1 perc alatt a kamrákból a nagyerekbe kerül. A perctérfogat az egy szívösszehúzódás által továbbított vérmennyiségnek (pulzustérfogat) és a percenkénti szívösszehúzódások számának (szívfrekvencia) a szorzata. A perctérfogat emelkedése, ill. csökkenése kétféle úton, ill. e két út kombinációja révén jöhet létre: változik a pulzustérfogat és/vagy változik a szívfrekvencia. Ha a két tényez azonos irányban változik, úgy szorzatuk, vagyis a perctérfogat is ugyanolyan irányban fog változni. A reguláció egyik lehet sége a szívizom intrinsic sajátságaival kapcsolatos. Ennek tanulmányozása legcélszer bben az ún. izolált szív-tüd készítményen történik, melyet els ként Starling alkalmazott kísérleteiben. A Starling-készítmény leírása a tankönyvben megtalálható. A szervezet megterhelésének körülményei közt (pl. izommunka, emócionális terhelés, oxigénhiány stb.) a szövetek fokozott anyagcsereigényét csak a nyugalminál nagyobb perctérfogat tudja fedezni. A perctérfogat emelkedésének egyik lehet sége a Starling-mechanizmus aktiválódása, amelynek révén a szív képes arra, hogy a pulzustérfogat fokozásával változatlan szívfrekvencia mellett emelje perctérfogatát. E mechanizmus beindítója a vég-diasztolés térfogat (VDT) emelkedése, ennek alapján a diasztolés rezerv (tartalék) kihasználásáról szokásos beszélni. A nyugvó, nemtrenírozott emberben az egy kamrára vonatkoztatott végdiasztolés térfogat kb. 140 ml; a systole kapcsán kiürül 80 ml, vagyis a vég-szisztolés térfogat (VST) 60 ml. Fokozott vénás beáramlás 250-300 ml-ig fokozhatja a végdiasztolés térfogatot, ugyanakkor kisebb mértékben fokozódik a vég-szisztolés térfogat, vagyis a pulzustérfogat nagyobb lesz. Ennek oka az, hogy a systolét megel z állapotban nagyobb mértékben megfeszített izomrostok nagyobb kontrakciós er t fejtenek ki. Hasonló mechanizmussal válaszol a szív a perifériás ellenállás, vagyis az artériás nyomás emelkedésére: változatlan vénás beáramlás mellett a vég-diasztolés és a vég-szisztolés térfogat egyenl mértékben fokozódik, vagyis a pulzustérfogat nem változik. Az izolált szív vagy az intakt állat, ill. ember denervált szíve csak ezzel a mechanizmussal képes fokozott feladatának eleget tenni, ami a perctérfogat kb. kétszeres fokozódását teszi lehet vé. Amíg a vénás beáramlás nem haladja meg a nyugalmi érték kb. kétszeresét (kb. 10 l/perc), addig a Starling-mechanizmus intrinsic alkalmazkodási lehet séget biztosít, ennél nagyobb mérték vénás beáramlást nem tud kompenzálni. A shock perifériás keringési elégtelenség, melynek alapja az, hogy aránytalanság támad az érpálya befogadóképessége és a vértérfogat között. Vezet tünete a progrediálódó vérnyomásesés, mely beavatkozás nélkül az egyén halálához vezet. Az artériás vérnyomást alapvet en a teljes perifériás ellenállás és a perctérfogat szabja meg. - 40 -

3.2.2. A szimulációs program humán adatok alapján demonstrálja a Starlingmechanizmus m ködését, konstans szívfrekvencia mellett számítja a szívm ködést jellemz paramétereket. A programban (bizonyos határok között) szabadon beállítható két paraméter: a vénás tel dés és a perifériás ellenállás. Ezen adatok alapján a program szívciklusonként - a kiindulási állapotot is figyelembevéve számítja a szívm ködés paramétereinek id beli változását: a kamrafal feszülését, a kiáramlási sebességet, a kamrai nyomást és a kamratérfogatot. 3.2.3. Szempontok a görbék kiértékeléséhez 3.2.3.1. A vénás beáramlás megváltoztatásának hatása Ha a Starling-féle kísérleti elrendezésben emeljük a vénás reservoirt, fokozódik a vénás tel dési nyomás, n a jobb szívfélbe percenként beáramló vérmennyiség (vénás beáramlás = vénás tel dés), és nagyobb lesz a diastole végén a szívben lev vérmennyiség (ún. vég-diasztolés térfogat, VDT). A szív változatlan frekvencia mellett is képes eleget tenni alapvet feladatának, vagyis a vénás oldalon beáramló vért az artériás oldalon továbbítja, így a perctérfogat a vénás beáramlással azonos mértékben változik. A perctérfogat változása ebben az esetben a pulzustérfogat változásából adódik. A vénás nyomás emelését követ néhány systole alatt még nem ürül ki a teljes felvett járulékos vérmennyiség. A vég-diasztolés térfogat n , de egyben fokozódik a vég-szisztolés térfogat (VST) is. Néhány szívciklus után létrejön az új egyensúlyi helyzet: a perctérfogat azonos lesz a percenként beáramló vérmennyiséggel. 3.2.3.2. A perifériás ellenállás megváltoztatásának hatása Ha a perifériás ellenállást bizonyos határ alá csökkentjük, a koszorús ereken átáramló vérmennyiség az alacsony artériás nyomás miatt nem lesz kielégít és a szív megáll. Ha fokozzuk a perifériás ellenállást és ezzel a szívet változatlan vénás beáramlás mellett terheljük, a szív bizonyos határig alkalmazkodni képes a megváltozott feltételekhez. Néhány cikluson keresztül a szív nem képes a felvett vérmennyiséget továbbítani, csökken a pulzustérfogat. Növekszik a vég-szisztolés és a vég-diasztolés térfogat, majd beáll az új egyensúlyi helyzet, és a pulzustérfogat, ill. a perctérfogat újra eléri az ellenállás fokozása el tti értéket. 3.2.3.3. A shock kialakulása A program lehet séget kínál arra is, hogy a vérkeringési shock néhány jellemz jét szimuláljuk. A perifériás ellenállás csökkentésével (artériás nyomás csökken) kiváltható a keringési elégtelenség. Kialakulásának id belisége és a vénás tel dés által módosított szituáció hatása is vizsgálható.

- 41 -

3.3. Sejtélettani folyamatok vizsgálata szimulációs programokkal 3.3.1. Elméleti alapok A programok segítségével különböz szereknek izolált preparátumokon kifejtett hatásait szimuláljuk. Elemezhetjük az adott sejttípuson megtalálható receptorok agonistáinak és antagonistáinak élettani hatásait és mód nyílik “ismeretlen szer” azonosítására is, amely az adott programban használt agonisták vagy antagonisták valamelyikéhez hasonló aktivitással rendelkezik. Ez a funkció a mindennapi kísérleti munkában gyakran el forduló helyzeteket utánozza. 3.3.1.1. Intestinalis-simaizom-m ködés humorális szabályozásának vizsgálata A program segítségével különböz szereknek tengerimalacból izolált ileumkacsra kifejtett hatását szimuláljuk. Tekintettel arra, hogy ez a típusú simaizom gyakorlatilag nem mutat spontán aktivitást, a különböz agonisták és antagonisták hatása könnyen megítélhet a szövetdarab hosszváltozásának mérése által. A kísérletek els részében az acetil-kolinnak a szimulált ileumkacs kontrakciós sajátságaira kifejtett hatását fogjuk vizsgálni. A hatás a muszkarin-típusú receptorok harmadik alcsoportjának (M3) stimulálása útján valósul meg. Az acetilkolinnak a receptorához történ köt dése - az IP3 útvonal aktiválásán keresztül - az intracelluláris Ca2+-koncentráció megnövekedését okozza, ami jelen esetben a simaizom összehúzódásának közvetlen kiváltó oka. Az acetil-kolin muszkarintipusú receptorokra kifejtett hatása atropin alkalmazásával gátolható, mivel az atropin képes ugyanazon receptorokhoz köt dni anélkül, hogy aktiválná azokat. A gyakorlat folyamán sor kerül egy másik acetil-kolin-receptor-antagonista, a hexamethonium hatásának tanulmányozására is. A hexamethonium a hatását egy másik receptor-alcsoporton fejti ki, amennyiben a nikotin-tipusú acetil-kolinreceptorok neuronális változatát képes gátolni. Ez a receptorféleség a postganglionaris vegetatív idegek sejttestjén található, függetlenül attól, hogy azok a sympathicus vagy a parasympathicus idegrendszerhez tartoznak. Ugyanilyen receptorok találhatók még a mellékvesevel chromaffin sejtjein is. A muszkarin- és a nikotin-tipusú receptorok egyetlen közös sajátossága, hogy mindkett t aktiválja az acetil-kolin; de sem a hatásmechanizmusuk, sem a farmakológiájuk nem mutatja még a legcsekélyebb hasonlatosságot sem. Azon szinapszisok m ködése, ahol a neurotranszmisszió acetil-kolin felszabadulása és hatása által valósul meg, hatékonyan befolyásolható olyan anyagokkal, amelyek az acetil-kolin lebontását végz enzim m ködését módosítják. A kérdéses enzim az acetil-kolin-eszteráz, ami egyike az emberi szervezet leggyorsabban m köd enzimjeinek. Ezen fehérje igen nagy jelent séggel bír, hiszen az acetil-kolin lebontásával megakadályozza, hogy az idegi aktivitást követ en az acetil-kolin még hosszú ideig a szinaptikus résben jelen legyen, ezzel kontrollálhatatlan szinaptikus izgalmat okozva. Figyelembe az enzim kiemelked jelent ségét, nem lehet meglep , hogy az acetil-kolin-eszteráz irreverzibilis gátlását okozó szerek igen gyakori komponensei a rovarirtó szereknek, s t egyes harci - 42 -

gázoknak is. Jelen kísérletben lehet ségünk lesz a fizosztigmin hatásának kipróbálására, ami reverzibilisen blokkolja az acetil-kolin-eszterázt, így lényegesen enyhébb hatású, mint az el bb említett ágensek, ami klinikai alkalmazását is lehet vé teszi. A klinikai gyakorlatban számos olyan gyógyszert alkalmaznak, ami többékevésbé specifikusan befolyásolja a simaizmok m ködését, így pl. a papaverinnek nevezett simaizomrelaxánst. A jelenleg elfogadott elmélet szerint a papaverin azáltal vált ki relaxációt, hogy gátolja a foszfodieszterázokat, illetve az extracelluláris Ca2+ionok sejtbe történ belépését. Gyakorlati jelent sége van annak is, hogy a hízósejtek által felszabadított hisztamin hatékonyan fokozza az intestinális simaizomzat motilitását a célsejtek sejtfelszíni membránjában található H1-receptorok stimulálása révén. Ezen receptorok szintén az IP3 útvonalhoz kapcsolódva fejtik ki hatásukat. A különböz agonisták és antagonisták alkalmazása mellett olyan egyszer ráhatások is képesek módosítani a simaizomzat kontraktilis sajátosságait, mint például az extracelluláris K+-koncentráció megnövelése, mely megváltoztatja a nyugalmi membránpotenciált. 3.3.1.2. Endothelsejtek szerepének vizsgálata A program segítségével különböz szereknek izolált érgy r re kifejtett hatását szimuláljuk. Vizsgálhatjuk intakt endotheliummal rendelkez artériás illetve vénás érszakasz, valamint endotheliumától megfosztott artériás érszakasz reakcióit. Lehet ség van továbbá endotoxin el kezelés hatását is tesztelni. Az endotoxinkezelés nitrogénmonoxid-szintetáz aktivitást indukál az érfal simaizomsejtjeiben, amelyek eredetileg nem rendelkeznek ezzel a képességgel. Az alkalmazott szerek mind a simaizom-, mind az endothelsejtek membránjában található receptorokat aktiválják. A válaszreakció, vagyis az érgy r feszülésének változása, a két szignalizációs útvonal aktiválásának eredményét tükrözi. A gyakorlaton a noradrenalinnak és az acetil-kolinnak mint neurotranszmitternek a hatását vizsgáljuk intakt endotheliummal rendelkez ill. endotheliumától megfosztott érgy r n. A NO közvetít szerepét indirekte, a nitrogénmonoxid-szintetáz gátlásán keresztül vizsgálhatjuk. A nem-adrenerg, nemkolinerg vazodilatátor idegi mechanizmusok tanulmányozására az egyik lehetséges transzmitter, a P-anyag simaizmokra kifejtett hatásait elemezzük. 3.3.1.3. “Ismeretlen” farmakon azonosításának lépései A fenti programok egyik el nye, hogy lehet séget adnak ún. “ismeretlen” farmakon hatásának vizsgálatára és hatás alapján történ beazonosítására. Ezzel azt a valós helyzetet szimulálhatjuk, amikor egy adott ligand hatását teszteljük és a hatásmechanizmusra vonatkozó információkat szeretnénk nyerni. A kísérletek megkezdése el tt világosan meg kell fogalmazni a kérdést, amire választ szeretnénk kapni. A kérdés akkor jó, ha nem túl általános és hozzá rendelhet egy olyan kísérleti protokoll, ami egyértelm választ eredményezhet. - 43 -

El z ismereteink alapján meg kell fogalmaznunk a munkahipotézist, amit az eredmények ismeretében meger síthetünk vagy elvethetünk. Az “ismeretlen” szer valamely ismert agonista vagy antagonista hatásával min ségileg megegyez választ vált ki. Sikeres azonosítás esetén a véleményünket is ennek megfelel en összegezhetjük (pl. acetil-kolin-szer anyagot vizsgáltunk). Nézzük az azonosítás menetét! Az “ismeretlen” farmakonnal probáljunk meg valamilyen választ kiváltani. Kiinduláskor használjunk alacsony (pl. 1 mol/l) koncentrációt. Amennyiben erre nem kapunk választ, emeljük a koncentrációt a hatásos dózis eléréséig. Ha ezt megtaláltuk, próbáljunk dózis-hatás görbét konstruálni. Határozzuk meg az EC50 értékét, mert erre szükségünk lesz a szer hatékonyságának jellemzésénél. Állítsunk fel munkahipotéziseket arra vonatkozóan, hogy milyen szerr l lehet szó és az milyen receptoron keresztül fejtheti ki hatását. Próbáljuk meg a receptor azonosítását. A feltételezett receptorok ismert agonistáinak vagy antagonistáinak alkalmazásával döntsünk a lehetséges alternatívák között. Amennyiben egyik ismert szer sem hatásos, módosítsuk munkahipotézisünket és gondoljunk pl. feszültségfügg ioncsatornák aktiválásán keresztül kifejtett hatásra és vizsgáljuk meg ezen csatornák kompetitív gátlószereit a vizsgált szerrel kombinálva stb. Amennyiben már van elképzelésünk arra vonatkozóan, hogy milyen ismert hatású ligand analógjával van dolgunk, vizsgáljuk meg az ismert ligand dózis-hatás görbéjét, hogy a két ligand EC50-ét összehasonlítva véleményt mondhassunk a “ismeretlen” farmakon hatáser sségér l ill. hatékonyságáról. 3.3.2. A szimulációs programok használata A megfelel szimulációs program kiválasztása után olvassuk el az általános információkat, válasszuk a színes képerny t (1), majd adjuk meg a megjelenítés módját (S). A mértékegység megválasztásakor kövessük a feladatlap utasításait. A kísérleti preparátum kiválasztása után (ahol ez szükséges) az alkalmazható agonisták és antagonisták listáját találjuk. Ha preparátumunkra már túl sok szert adtunk és a kísérlet id tartama is túl hosszú, a preparátum reakciókészsége romlik, s t további kísérletezésre alkalmatlanná válik. Ilyenkor a kísérletet friss preparátummal kell folytatni a “Discard the preparation” (“a preparátum eldobása”) opciót kell választásával. Ekkor vagy folytathatjuk a vizsgálatokat egy új preparátumon (ebben az esetben azonos marad a program által felkínált “ismeretlen” farmakon), vagy kiléphetünk a programból és újraindításkor más “ismeretlen” szert kapunk. 3.3.2.1. Intestinalis-simaizom-m ködés humorális szabályozásának vizsgálata Az agonistákat (pl. acetil-kolin, hisztamin) a szövethez adva azok kifejtik hatásukat. Valamennyi alkalmazást követ en az agonisták automatikusan kimosásra kerülnek, ennek következtében a szövet visszanyeri eredeti tökéletesen ernyedt állapotát (amit a rövid alapvonal jelez két behatás között), és a bélkacs készen áll a kérdéses agonista következ koncentrációjának alkalmazására. - 44 -

Amennyiben antagonistákat (pl. atropin) adunk a kísérleti rendszerhez, azok az extracelluláris oldatban maradnak egészen addig, amíg a “Wash-out” (kimosás) opció kiválasztásra nem kerül. Természetesen az antagonista jelenléte során alkalmazva az agonistákat, a kétféle szer kombinált hatásának vizsgálatára nyílik mód. 3.3.2.2. Endothelsejtek szerepének vizsgálata Az agonisták a szövethez adva mindaddig hatnak, amíg a “Wash-out” utasítással el nem távolítjuk azokat. Az antagonisták a “Replace Krebs” opció választásával moshatók ki. A preparátumok alapfeszüléssel nem rendelkeznek, így a relaxáló anyagok hatását csak úgy vizsgálhatjuk, ha el zetesen valamely agonistával összehúzódást váltunk ki, melynek mértéke csökken a relaxáns hatására.

- 45 -

3.4 A harántcsíkolt izom m ködésének vizsgálata A jelen gyakorlat a harántcsíkolt izom fiziológiás m ködésének néhány részletét mutatja be. Az elvégzend kísérletek célja, hogy el segítsék a következ jelenségek megértését: A. Hogyan váltja ki az elektromos ingerlés a harántcsíkolt izom összehúzódását? B. Miért mutat szoros összefüggést az alkalmazott stimulus intenzitása és a kontrakciós er ? C. Milyen összefüggés tapasztalható az izomrostok kezdeti hossza és az általuk produkált er nagysága között? D. Mi a „C” pontban jelzett kapcsolat oka? Azon túl, hogy a gyakorlat egy igen barátságos környezetben, különösebb meger ltetés nélkül biztosítja a fent jelzett problémák megértését, a jelenségek hátterében meghúzódó molekuláris mechanizmusok magyarázatával is szolgál. Azon hallgatók számára, akik számára az angol nyelv szimuláció megértése nem vagy csak nehézkesen megy, elkészítettük a szimuláció során megjelen szövegek magyar fordítását. Els lépésként válassza ki a f menüben a “Stimulus-Dependent Force Generation” (Ingerlés-függ er kifejtés) a “Skeletal Muscle Function” (Vázizomfunkció) menüpont alatt. A megjelen kép a kiválasztott gyakorlat céljait demonstrálja, ahol a piros színnel jelzett szavakra kattintva a kérdéses fogalom vagy jelenség magyarázata jelenik meg egy új ablakban (a hiperlinkek a gyakorlat teljes szakaszában megjelennek és alkalmazhatók). A megjelen új ablakokat a szokásos módon, azaz a jobb fels sarokban elhelyezked „X”-re kattintva lehet bezárni. A következ részben a kiválasztott gyakorlat hátterében álló elméleti ismeretek összefoglalása található. Az elméleti áttekintés során néhány tesztkérdés is megjelenik, amik (és a rájuk adott helyes válaszok) a gyakorlat könnyebb megértését célozzák. Az elméleti áttekintés végeztével elkezdhet a virtuális gyakorlat. Megjegyzésre érdemes, hogy a gyakorlatokhoz rendelhet elméleti ismeretek bármikor áttekinthet k az „Aim” (Cél) fülecskére kattintva. A kísérleti berendezés megjelenése után tanácsos áttanulmányozni a “WETLAB” részt, ami arról nyújt áttekintést, hogy a valóságban hogyan történne a kísérleti állat el készítése a gyakorlatra. A preparálás egyes fázisait demonstráló filmek a piros színnel jelzett kulcsszavakra történ kattintással indíthatók. A videodemonstráció végeztével a virtuális mér rendszer az analóg-digitális konverter (ADK) “Power” feliratú gombjára kattintva kapcsolható be. (A kísérletek minden fázisában érdemes figyelmet szentelni a képerny alján megjelen instrukcióknak.) Az ADK bekapcsolását követ en az egyes kábeleket az instrukcióknak megfelel en kell csatlakoztatni. (A pirosat a pozitív pólushoz, a kéket a negatív pólushoz, a feketét az 1-es számmal jelzett csatlakozóhoz. A csatlakoztatáshoz a megfelel dugóra kell kattintani, az egérgombot lenyomva tartva a banándugót a kívánt dugalj közelébe

- 46 -

vinni, majd a gombot felengedni. A m velet végén a dugó automatikusan a megfelel dugaljhoz csatlakozik.) A m szerek el készítése után kezd dhet a kísérlet. Az instrukcióknak megfelel en az alkalmazott elektromos impulzus nagyságát 1 V-ra kell állítani (a virtuális számítógép monitorán látható vezérl panelen elhelyezked felfelé mutató háromszögre kattintva), majd a “START” feliratú gombra kattintani. Az alkalmazott impulzus hatására az izom összehúzódik, és az általa keltett er (vagy feszülés) rögzítésre kerül, aminek id belisége a virtuális monitoron azonnal megtekinthet . Az izom által létrehozott mechanikai er nagysága a monitoron látható id -tenzió összefüggés csúcsára kattintva határozható meg. Az így meghatározott adatok a “DATA” (adatok) mez ben jelennek meg, és azok közvetlenül átvezethet k a kísérleti jegyz könyvbe a “write/open journal” (jegyz könyv írása/megnyitása) gombra kattintva (a gomb az “ERASE” (törlés) és a “START” gomboktól jobbra található). A “write/open journal” gomb megnyomására egy új ablak jelenik meg, ami az alkalmazott stimulus intenzitása és a létrehozott izomfeszülés nagysága közötti számszer összefüggést, és azok grafikus megjelenítését tartalmazza. Ez az ablak a jobb fels sarokban látható „X”-re kattintva eltüntethet , bár a további feladatok az ablak jelenlétében is könnyedén elvégezhet k. A “FINISH” (befejezés) gomb megnyomása semmiképpen sem tanácsos, mert az az ablakot véglegesen bezárja, és az abban megjelenített adatok elvesznek. A gyakorlat további részében az alkalmazott stimulus nagyságát 0 és 1,6 V között kell változtatni, 0,1 V-os lépésekben; és a fentiekben részletezett lépéseket minden egyes stimulus esetén meg kell ismételni. A stimulusok hatására a képerny n megjelen görbék az “ERASE” gombra kattintva bármikor eltüntethet k. A folyamat végén a rendelkezésre álló táblázat minden sora tartalmazza a megfelel adatpárokat, továbbá grafikus formában is látható a stimulus er ssége és az izomfeszülés között fennálló kapcsolat. A táblázat kitöltése után megnyomható a “FINISH” feliratú gomb, aminek nyomán egy jegyzettömb t nik el , ami jelen kísérletre vonatkozó néhány kérdést tartalmaz. A kérdéseket átolvasva a válaszokat a jegyzettömb üresen hagyott részeibe lehet gépelni. Ha kész, a “Print Lab Results” (Kísérleti eredmények nyomtatása) gombra kattintva kinyomtatható a gyakorlat elvégzését igazoló dokumentum. Az els részfeladat elvégzése után a f menüb l a második pont “LengthTension Relationship” (Hossz-feszülés összefüggés) választandó. Az “Aim” rész nagyjából ugyanúgy m ködik, mint az el z esetben, azonban ezúttal tartalmaz néhány animációt is, amik áttekintése föltétlenül javasolt. Az animációk az ablak alján található “Play” (lejátszás) jel gombra kattintva indíthatók. Az animáció bármikor megállítható és újraindítható. A bevezet részek végeztével a kísérleti berendezés az el z ekkel megegyez módon készítend el . Mivel a jelen kísérletben a hossz-feszülés összefüggés tanulmányozására kerül majd sor, ahol az izom kezdeti hosszát változtatni kell, javasolt a “Zoom” (nagyítás) feliratú gomb használata, ami lehet vé teszi a kezdeti izomhossz és az el feszítés precíz beállítását. Az alkalmazott ingerlés nagyságának - 47 -

1,5 V-ot célszer választani, majd a stimulus a “START” feliratú gombra kattintva alkalmazható. Az izom hosszát 26,0 és 30,0 mm között szükséges változtatni 0,5 mm-es lépésekben. A stimulus hatására kialakuló izomösszehúzódás nagysága az el z ekben részletezett módon mérhet , és az így nyert adatok a “write/open journal” gomb megnyomásával vezethet k be a kísérleti jegyz könyvbe. A kísérlet végén a kérdések áttekintése és az azokra adott válaszok begépelése történik. A negyedik kérdéssel összefüggésben megjelen animáció igen hasznos, és a benne található látványos grafika komoly segítséget nyújthat az izom hossza és az általa produkált feszülés között fennálló összefüggés hátterében álló molekuláris mechanizmusok megértéséhez. A gyakorlat ezen pontjának végeztével a jegyzettömb kinyomtatandó, majd célszer a f menübe menni. A gyakorlat akkor tekinthet befejezettnek, ha: A. Az elméleti háttér (“AIMS”) mindkét részfeladat el tt áttekintésre került, B. A “WETLAB” legalább egyszer teljes hosszában lefuttatásra került, C. Mindkét feladat jegyz könyvét kinyomtatta, azok tartalmazzák a nevét és a gyakorlat elvégzésének id pontját, továbbá: a. A jegyz könyvek minden adatpárt, grafikus összefüggést és a táblázatot tartalmaznak, b. A feltett kérdésekre adott válaszok helytállóak.

- 48 -

A harántcsíkolt izom m ködésének vizsgálata – A szimuláció magyar fordítása A feladat célja Egy motoneuronon végighaladó akciós potenciál az általa beidegzett izomrostok összehúzódását okozza. Az agy részben a motoneuronok szelektív akiválása révén szabályozza az összehúzódást produkáló izomrostok számát, így végs soron az izomfeszülés (er kifejtés) nagyságát. A jelen kísérletben békából izolált m. gastrocnemius által létrehozott izomösszehúzódást tanulmányozhat. Az izomkontrakciót közvetlen ingerlés, azaz rövid elektromos impulzusok alkalmazásával váltja ki. Az izomösszehúzódást transzdúcer detektálja, az er kifejtés mértékét izomfeszüléssé alakítva (grammokban kifejezve). A szimuláció az aktivációs küszöb, a recruitment és a maximális válasz jelenségeit demonstrálja. A tudáspróba indításához ide kattintson!

Az izomrost Nucleus: Mag I band: I-csík A band: A-csík Z disc: Z-lemez Mitochondria: Mitokondriumok Myofibrils: Myofibrillumok Sarcoplasm: Sarcoplasma Transverse tubule: T-tubulus Sarcoplasmic reticulum: Sarcoplasmaticus reticulum Openings into transverse tubules:

A T-tubulusokba vezet rések

A gyakorlat célja Vajon ingerelhet k-e a motoros egységek az ingerl stimulus er sségének változtatásával? Egy vázizom beidegzésér l akár több száz gerinvel i motoneuron is gondoskodhat.

MAFI

- 49 -

translation ©2004

A gerincvel i motoneuronok 1: Sensoros készülék a b rben (receptor) 2: Sensoros neuron (érz ideg) 3: Interneuron 4: Motoneuron 5: Effector szerv (harántcsíkolt izom) Dorsal root ganglion: Hátsó gyöki ganglion Dorsal root: Hásó gyök Ventral root: Mells gyök Spinal nerve: Gerincvel i ideg Spinal cord: Gerincvel

Kérdés A gerincvel i idegek A sejttestjeik a ventralis szarvban, axonjaik a ventralis gyökökben találhatók B sejttestjeik a dorsalis szarvban, axonjaik a ventralis gyökökben találhatók C sejttestjeik a dorsalis szarvban, axonjaik a dorsalis gyökökben találhatók D sejttestjeik a ventralis szarvban, axonjaik a dorsalis gyökökben találhatók

A gyakorlat célja Vajon ingerelhet k-e a motoros egységek az ingerl stimulus er sségének változtatásával? Egy vázizom beidegzésér l akár több száz gerinvel i motoneuron is gondoskodhat. Ezen idegsejtek sejttestjei a ventralis szarvban helyezkednek el, axonjaik a ventralis gyökön keresztül hagyják el a gerincvel t.

Kérdés A harántcsíkolt izmok egyedi izomsejtek százaiból épülnek fel. Mi az izomsejtek neve? A sarcomera B rostok C myofibrillumok D inak

- 50 -

A gyakorlat célja Vajon ingerelhet k-e a motoros egységek az ingerl stimulus er sségének változtatásával? Egy vázizom beidegzésér l akár több száz gerinvel i motoneuron is gondoskodhat. Ezen idegsejtek sejttestjei a ventralis szarvban helyezkednek el, axonjaik a ventralis gyökön keresztül hagyják el a gerincvel t. A harántcsíkolt izmokat többmagvú sejtek százai, az ún. izomrostok alkotják.

Kérdés Mit hoz létre a motoros egységen végighaladó egyetlen akciós potenciál? A Egyetlen akciós potenciált vált ki a motoneuron által beidegzett izomrosotokon, aminek következtében egy izomösszehúzódássorozat alakul ki. B Akciós potenciál sorozatot hoz létre a motoneuron által beidegzett izomrosotokon, aminek következtében egy

izomösszehúzódás-sorozat alakul ki. C Egyetlen akciós potenciált hoz létre a motoneuron által beidegzett izomrosotokon, aminek következtében egyetlen, rövid ideig tartó izomösszehúzódás alakul ki.

A gyakorlat célja Vajon ingerelhet k-e a motoros egységek az ingerl stimulus er sségének változtatásával? Egy vázizom beidegzésér l akár több száz gerinvel i motoneuron is gondoskodhat. Ezen idegsejtek sejttestjei a ventralis szarvban helyezkednek el, axonjaik a ventralis gyökön keresztül hagyják el a gerincvel t. A harántcsíkolt izmokat többmagvú sejtek százai, az ún. izomrostok alkotják. Egy izomrost egyetlen motoneuronnal áll szinaptikus kapcsolatban; ennélfogva ezen szinapszis aktivitása jelenti az izomrost aktiválódásának kizárólagos lehet ségét. A motoneuronon végighaladó akciós potenciál egyetlen akciós potenciál tüzelését okozza a vele kapcsolatban álló izomrostban, aminek következtében egy rövid ideig tartó izomösszehúzódás, az ún. rángás jön létre. Valószín leg tapasztalt már ilyen rángást, amikor az ujjai vagy a szemhéja spontán, akaratlanul bekövetkez , gyakran ritmusos mozgását észlelte.

- 51 -

Kérdés Egy motoneuron axonja elágazik, hogy számos különböz izomrosttal teremtsen kapcsolatot. Mi a motoneuron és az általa beidegzett izomrostok összefoglaló neve? Ide írja a választ!

A gyakorlat célja Vajon ingerelhet k-e a motoros egységek az ingerl stimulus er sségének változtatásával? Egy vázizom beidegzésér l akár több száz gerinvel i motoneuron is gondoskodhat. Ezen idegsejtek sejttestjei a ventralis szarvban helyezkednek el, axonjaik a ventralis gyökön keresztül hagyják el a gerincvel t. A harántcsíkolt izmokat többmagvú sejtek százai, az ún. izomrostok alkotják. Egy izomrost egyetlen motoneuronnal áll szinaptikus kapcsolatban; ennélfogva ezen szinapszis aktivitása jelenti az izomrost aktiválódásának kizárólagos lehet ségét. A motoneuronon végighaladó akciós potenciál egyetlen akciós potenciál tüzelését okozza a vele kapcsolatban álló izomrostban, aminek következtében egy rövid ideig tartó izomösszehúzódás, az ún. rángás jön létre. Valószín leg tapasztalt már ilyen rángást, amikor az ujjai vagy a szemhéja spontán, akaratlanul bekövetkez , gyakran ritmusos mozgását észlelte. Egy motoneuron számos izomrosttal létesít szinaptikus kapcsolatot. A motoneuron és az általa beidegzett izomrostok összessége a motoros egység (motor unit) nevet viseli. A központi idegrendszer részben az aktiválódó motoros neuronok számának szabályozása által képes meghatározni az izomfeszülés mértékét. A folyamat az aktiválódó motoros egységek számának, így végs soron az összehúzódásban résztvev izomrostok mennyiségének szabályozását jelenti. Ez a recruitmentnek nevezett jelenség, amit a jelen kísérlet rövid, változó er sség elektromos impulzusok alkalmazásával fog szimulálni. A gyakorlat során ugyancsak demonstrálhatóvá válik az ingerküszöb és a maximális válasz fogalma. Az itt látható információ az „Aim” fülecskére kattintva hozzáférhet .

A motoros egység Skeletal muscle fibers: Harántcsíkolt izomrostok Muscle fiber nucleus: Az izomrost sejtmagja Neuromuscular junctions: Neuromuscularis junctiok Motor nerve fiber: Motoros idegrost

- 52 -

Bizonyára át kívánja tekinteni a Wet Lab részt, ami azt demonstrálja, hogy a valóságban hogyan történik a preparátum készítése.

Acquisiton Unit) f kapcsolójára!

Vajon ingerelhet k-e a motoros egységek az ingerl stimulus er sségének változtatásával? A kísérlet során az izom ingerlése céljából alkalmazott stimulusok nagyságát változtatja majd, és az ingerelt izom által létrehozott feszülés mértékét fogja mérni. A kísérlet elkezdéséhez kattintson a analóg-digitális konverter (Data

A WET LAB szövege 1. A transzdúcert, a femurrögzít t és az ingerl elektródákat egy állványhoz rögzítjük. 2. A transzdúcerb l induló kábelt az analógdigitális konverterhez csatlakoztatjuk. Az analóg-digtális konverterb l származó jelet egy számítógép monitorán jelenítjük meg, erre alkalmas számítógépes program alkalmazásával. A preparálás 1. 2. 3. 4. 5.

Decapitáljuk a békát, majd gerincvelejét elroncsoljuk. Bemetszést ejtünk a b rön, majd lenyúzzuk azt a hátsó végtagokról. Az Achilles ínt átvágjuk, majd az inat és a m. gastrocnemiust lefejtjük a lábszárról. Feltárjuk a femurt és átvágjuk azt. A preparátumot a femurrögzít höz er sítjük, csatlakoztatjuk a transzdúcer karjához, majd a stimuláló elektródákat az izom közelében fixáljuk. 6. Úgy választjuk meg az izom állványon elfoglalt magasságát, hogy az izomösszehúzódás a transzdúcer karjának feszülését eredményezze. A transzdúcer karjának feszülését a képerny n megjelen vonal kitérése jelzi.

A válasz amplitúdójának mérése Kattintson az egérrel (tengelyek: tenzió és id )

- 53 -

Az analóg-digitális konverter Az analóg-digitális konverter (ADK) digitalizája a jeleket, majd továbbküldi azokat a beérkez számítógépnek. A beérkez jelek megjelenítése a számítógép képerny jén egy számítógépes program feladata. Az így kialakuló kép jelent s mértékben hasonlít az oszcilloszkóp képerny jén látható képhez. Számos ADK rendelkezik kimen csatlakozási lehet ségekkel is, aminek révén a készülék elektromos impulzusok generálására is alkalmazható. Mivel mind az ingerlés, mind a jelrögzítés módját meghatározó paramétereket számítógépes program szabályozza, az ADK m ködését kontrolláló vezérl szervek tradíció szerint a számítógép képerny jén állnak rendelkezésre.

Kérdések 1. Kis amplitúdójú elektromos stimulusok nem okoztak izomösszehúzódást. Miért? 2. Az alkalmazott stimulus amplitúdójának növelésének hatására az izomösszehúzódás er ssége növekedett. Magyarázza meg a jelenséget az ingerküszöb és a recruitment alapján! 3. Nagy amplitúdójú elektromos impulzusok maximális választ produkáltak, azaz az inger intenzitásának növelésével csupán kis mérték változás volt megfigyelhet az izomösszehúzódás amplitúdójában. Magyarázza meg a jelenséget!

A gyakorlat célja Egy izom összehúzódása általában annak megrövidülésével jár. Relaxáció során - az antagonista izmok összehúzódásának következtében - a kérdéses izom megnyúlik. Az izom hosszának változása azért lehetséges, mert a vastag és a vékony filamentumok elcsúsznak egymáson, ami a sarcomera hosszának változását eredményezi. A vastag és a vékony filamentumok az izom kontraktilis apparátusának részét képezik, és az izom által létrehozható feszülés mértéke a két fajta filamentum között kialakuló keresztkötések számától függ. Ebb l következ en lehetségesnek t nik az izom által létrehozott feszülés mértékének befolyásolása az izom hosszának változtatása által. A jelen kísérletben ezt a hipotézist fogja ellen rizni béka m. gastrocnemius hosszának változtatásával, és a hossz módosítása után el idézett egyszer rángások által keltett feszülés nagyságának mérésével. A tudáspróba indításához ide kattintson!

- 54 -

A gyakorlat célja Vajon függ-e az izomfeszülés mértéke az izom kezdeti hosszától? Az izomrost akciós potenciálja a szinaptikus régió fel l (motoros véglemez) terjed a transversalis tubulusok mélyébe.

Kérdés Honnan szabadít fel kalciumionokat a transversalis(T-) tubulusokba hatoló akciós potenciál? A a kalmodulinból B a troponinból C a sarcoplasmaticus reticulumból D a sarcomerákból

A gyakorlat célja Vajon függ-e az izomfeszülés mértéke az izom kezdeti hosszától? Az izomrost akciós potenciálja a szinaptikus régió fel l (motoros véglemez) terjed a transversalis tubulusok mélyébe, majd a sarcoplasmaticus reticulumból kalciumionokat szabadít fel a cytoplasmába.

Kérdés Mihez köt dnek a sarcoplasmaticus reticulumból felszabaduló kalciumionok? A a myosinhoz B az actinhoz C a troponinhoz D a tropomomyosinhoz

- 55 -

A gyakorlat célja Vajon függ-e az izomfeszülés mértéke az izom kezdeti hosszától? Az izomrost akciós potenciálja a szinaptikus régió fel l (motoros véglemez) terjed a transversalis tubulusok mélyébe, majd a sarcoplasmaticus reticulumból kalciumionokat szabadít fel a cytoplasmába. A felszabadult kalciumionok a troponinhoz kapcsolódnak.

Kérdés 2+ A Ca a troponinhiz kapcsolódik, megváltozik a konformációja, így

aminek

A felfedi a myosin fején elhelyezked actinköt helyeket. B felfedi az actinon elhelyezked helyeket

myosinköt -

C lehet vé teszi még több Ca2+ kiáramlását a sarcoplasmaticus reticulumból.

A gyakorlat célja Vajon függ-e az izomfeszülés mértéke az izom kezdeti hosszától? Az izomrost akciós potenciálja a szinaptikus régió fel l (motoros véglemez) terjed a transversalis tubulusok mélyébe, majd a sarcoplasmaticus reticulumból kalcium ionokat szabadít fel a cytoplasmába. A felszabadult kalciumionok a troponinhoz kapcsolódnak, felfedve a troponin molekulán található myosinköt -helyeket. Tekintse meg az animációt! Ezen a ponton a myosin több cikluson keresztül ATP-t bont, így folyamatosan képes kötések (kereszthidak) kialakítására az actin molekulákkal, így el idézve a vastag és a vékony filamentumok közötti elcsúszást. Tekintse meg az animációt! A keresztkötések kialakítása és megszüntetése okozza az izom feszülését, ami a mozgás kialakulásának el feltétele. Az akciós potenciál megsz ntével a Ca2+ visszavételre kerül a sarcoplasmaticus reticulumba és a mozgás leáll.

Myosin Tail: Heads:

- 56 -

Farok Fejek

Animáció Akciós potenciál és izomösszehúzódás A sarcoplasmában elhelyezked myofibrillum egy sarcomerje A neuromuscularis junctio aktiválódásaként keletkez akciós potenciál végighalad a harántcsíkolt izom sarcolemmáján. A T-tubulust elérve, az akciós potenciál az T-tubulus membránja mentén az izomsejt belsejébe terjed, így közel kerül a sarcoplasmaticus reticulum végéhez. A T-tubulus membránjának depolarizációja a sarcoplasmaticus reticulumban elhelyezked Ca2+csatornák megnyílását okozza, ami a sarcoplasmaticus reticulum Ca2+-permeábilitásának növekedésével jár. Ezt követ en a Ca-ionok a sarcoplasmaticus reticulumból a sarcoplasmába diffundálnak. A hosszú, filamentosus szerkezet tropomyosin molekulák az actinszál két oldalán helyezkednek el, elfedve az actinmolekula azon pontjait, ahova a myosin feje kapcsolódni képes. A globuláris szerkezet troponin a tropomyosinhoz kapcsolódik. A Ca-ion troponinhoz való kapcsolódása a troponin konformációjának megváltozását okozza, aminek következményeként a tropomyosin is elmozdul. A tropomyosin elmozdulása felfedi az actinon elhelyezked myosinköt -helyeket, ami lehet vé teszi a myosinfejek actinhoz való köt dését, azaz a keresztkötések kialakulását. A keresztkötések fontos szerepet játszanak az izomösszehúzódás folyamatában.

A vastag filamentum Myosin head:

Vékony filamentum

- 57 -

myosinfej

Animáció A sarcomer megrövidülése Az elernyedt izomban az actinés a myosinfilamentumok egymás mellett helyezkednek el, így a H-zónák és az I-csíkok maximális hosszúságúak. Összehúzódás során az actin és a myosin kölcsönhatásba kerül; az actinmolekulák a myosin fibrillumok közepe felé csúsznak el. A folyamat eredményeképp a sarcomera megrövidül. A teljesen összehúzódott izomban az actinmolekulák végei átfedésbe kerülnek; a H-zóna elt nik, az I-csíkok pedig igen keskennyé válnak.

Kérdés Ha feltételezzük, hogy az izomfeszülés mértéke függ a kialakult kereszthidak számától, akkor a keresztkötések számának csökkenése következtében az izomfeszülés mértéke: A: n B: nem változik C: csökken

A gyakorlat célja Vajon függ-e az izomfeszülés mértéke az izom kezdeti hosszától? Az izomrost akciós potenciálja a szinaptikus régió fel l (motoros véglemez) terjed a transversalis tubulusok mélyébe, majd a sarcoplasmaticus reticulumból kalciumionokat szabadít fel a cytoplasmába. A felszabadult kalciumionok a troponinhoz kapcsolódnak, felfedve a troponin molekulán található myosinköt -helyeket. Tekintse meg az animációt! Ezen a ponton a myosin több cikluson keresztül ATP-t bont, így folyamatosan képes kötések (kereszthidak) kialakítására az actin molekulákkal, így el idézve a vastag és a vékony filamentumok közötti elcsúszást. Tekintse meg az animációt! A keresztkötések kialakítása és megszüntetése okozza az izom feszülését, ami a mozgás kialakulásának el feltétele. Az akciós potenciál megsz ntével a Ca2+ visszavételre kerül a sarcoplasmaticus reticulumba és a mozgás leáll. Amennyiben a vastag és a vékony filamentunok között kialakuló keresztkötések száma csökken, akkor vélhet en a kialakuló izomfeszülés mértéke is csökken. A jelen kísérlet ezt a feltételezést vizsgálja, egy változó hosszúságúra állított izom által létrehozott feszülés nagyságának mérése révén. Feltételezzük, hogy az izom megnyújtása a sarcomer hosszának növekedését okozza, ami csökkenti a vastag és a vékony filamentumok közötti átfedés mértékét. Az itt látható információ az „Aim” fülecskére kattintva hozzáférhet .

- 58 -

Kérdések A kísérlet kezdete el tt az izmot nagy frekvenciával stimulálták, hogy a vastag és a vékony filamentunok között fennálló átfedés a lehet legnagyobb mérték legyen. 1. Mi történik az izomrostok hosszával, amikor a kísérlet során az izomrostot megnyújtjuk? 2. Mit gondol, mi történik a sarcomerák hosszával az izom nyújtása során, ha feltételezzük, hogy izomrostok számos, egymás után elhelyezked (azaz sorbarendezett) sarcomerából épülnek fel? 3. Mi történik a vastag és a vékony filamentumok közötti átfedés mértékével a sarcomerák nyújtása során? 4. Ha az izom által kifejtett er (vagy feszülés) mértéke függ a vékony és a vastag filamentumok között kialakuló kereszthidak számától, akkor vajon függ-e az izomfeszülés mértéke a sarcomera hosszától? Tekintse meg az animációt! 5. Miért függ az izomfeszülés nagysága az izom hosszától? 6. Megfelelnek-e a kísérlet során nyert eredményei a fenti hipotézisnek? 7. Mit gondol, mennyi a béka m. gastrocnemius nyugalmi hossza?

Animáció Harántcsíkolt izom hossz-feszülés összefüggése

Press when flashing!: Ha villog, nyomja meg! Voltage: Feszültség Force: Er Length-tension relation: Hossz-feszülés összefüggés Variation in isometric tetanic tension: Az isometriás tetanus alatt feszülés változása Percent of maximum isometric tetanic tension Az isometriás tetanus alatt kialakuló feszülés maximális értékének százaléka Percent of muscle length: Az izom hosszúságának százaléka Curve fit: A görbe illesztése - 59 -

kialakuló

A gyakorlat célja Az izomrost egy akciós potencálja egyetlen összehúzódást, azaz rángást hoz létre. Több lehetséges módja van annak, hogy az izomösszehúzódás által létrehozott er nagysága meghaladja a rángás alatt tapasztalhatót. Ebben a kísérletben kett s impulzusokat fog alkalmazni békából izolált m. gastrocnemius ingerlésére, és az impulzusok között eltelt id változtatásának hatását fogja tanulmányozni az izom által létrehozott feszülés mértékére. A kísérletek során megfigyelheti a szummáció és a tetanus jelenségét. A tudáspróba indításához ide kattintson!

A gyakorlat célja Vajon lehetséges-e az izomfeszülés mértékének fokozása kett s impulzusok alkalmazásával? Egy adott vázizmot spinalis motoneuronok százai láthatnak el beidegzéssel.

Kérdés Eml sök vázizmainak legtöbbjében: A Egy izomrosttal számos motoneuron teremt kapcsolatot, ugyanakkor egy motoneuron számos izomrost beidegzéséért felel s B Egy izomrosttal egyetlen motoneuron teremt kapcsolatot, ugyanakkor egy motoneuron számos izomrost beidegzéséért felel s C Egy izomrosttal számos motoneuron teremt kapcsolatot, ugyanakkor egy motoneuron egyetlen izomrost beidegzéséért felel s D Egy izomrosttal egyetlen motoneuron teremt kapcsolatot, és egy motoneuron egyetlen izomrost beidegzéséért felel s

- 60 -

A gyakorlat célja Vajon lehetséges-e az izomfeszülés mértékének fokozása kett s impulzusok alkalmazásával? Egy adott vázizmot spinalis motoneuronok százai láthatnak el beidegzéssel. Egy izomrost csupán egy motoneuron fel l kap szinaptikus bemenetet, és ez a motoneuron jelenti a kérdéses izomrost ingerlésének kizárólagos módját. Ezzel szemben egy motoneuron számos izomrost beidegzéséért felel s, ennélfogva a motoneuronon végighaladó akciós potenciál valamennyi általa beidegzett izomrostban akciós potenciál kialakulását, végs soron rángás megjelenését okozza. Az izomösszehúzódás ezen formája egy igen gyors rángás, ami az izomrost által létrehozható feszülés csupán töredékét jelenti.

Kérdés A harántcsíkolt izomrost akciós potenciálja az intracelluláris Ca2+-koncentráció növekedését eredményezi, mert: A: Feszültségfügg Ca2+-csatornákat nyit meg az izomrost sejtfelszíni membránjában, így az extracelluláris térb l Ca2+ áramlik a cytoplasmába. B: Közvetlenül átterjed a sarcoplasmaticus reticulum membránjára, ahonnan Ca2+ jut a cytoplasmába C: A T-tubulusok mentén az izom mélyébe terjedve feszültségvezérelt receptorokat aktivál, ami végs soron a sarcoplasmaticus reticulum membránjában elhelyezked Ca2+-permábilis csatornák megnyílását eredményezi. D: közvetlenül stimulálja a sarcomerákat.

A gyakorlat célja Vajon lehetséges-e az izomfeszülés mértékének fokozása kett s impulzusok alkalmazásával? Egy adott vázizmot spinalis motoneuronok százai láhatnak el beidegzéssel. Egy izomrost csupán egy motoneuron fel l kap szinaptikus bemenetet, és ez a motoneuron jelenti a kérdéses izomrost ingerlésének kizárólagos módját. Ezzel szemben egy motoneuron számos izomrost beidegzéséért felel s, ennélfogva a motoneuronon végighaladó akciós potenciál valamennyi általa beidegzett izomrostban akciós potenciál kialakulását, végs soron rángás megjelenését okozza. Az izomösszehúzódás ezen formája egy igen gyors rángás, ami az izomrost által létrehozható feszülés csupán töredékét jelenti. Az izomrost akciós potenciálja a neuromuscularis junctio környezetéb l kiindulva végighalad a sarcolemmán, és beterjed a T-tubulusokba. A folyamat eredményeként aktiválódnak a dihidropiridin(DHP) receptorok, ami következményesen megnyitja a közelben elhelyezked sarcoplasmaticus reticulum (SR) memránjában elhelyezked Ca2+-csatornákat. A Ca-ionok a sarcoplasmába jutva el idézik az izomösszehúzódást.

- 61 -

Kérdés Amikor egy akciós potencál megnöveli az intracelluláris Ca2+-koncentrációt: A Az intracelluláris Ca2+-koncentráció csak egy rövid ideig emelkedik, ennélfogva a vastag és a vékony filamentumoknak nincs idejük arra, hogy teljes mértékben összecsússzanak.

csúszni.

B Az intracelluláris Ca2+-koncentráció tartósan megemelkedik, így a vastag és a vékony filamentunok teljes mértékben össze tudnak 2+

C Egyik sem igaz, mivel a filamentumok egymáshoz képesti elmozdulása és az intracelluláris Ca koncentráció között nincs összefüggés.

A gyakorlat célja Vajon lehetséges-e az izomfeszülés mértékének fokozása kett s impulzusok alkalmazásával? Egy adott vázizmot spinalis motoneuronok százai láthatnak el beidegzéssel. Egy izomrost csupán egy motoneuron fel l kap szinaptikus bemenetet, és ez a motoneuron jelenti a kérdéses izomrost ingerlésének kizárólagos módját. Ezzel szemben egy motoneuron számos izomrost beidegzéséért felel s, ennélfogva a motoneuronon végighaladó akciós potenciál valamennyi általa beidegzett izomrostban akciós potenciál kialakulását, végs soron rángás megjelenését okozza. Az izomösszehúzódás ezen formája egy igen gyors rángás, ami az izomrost által létrehozható feszülés csupán töredékét jelenti. Az izomrost akciós potenciálja a neuromuscularis junctio környezetéb l kiindulva végighalad a sarcolemmán, és beterjed a T-tubulusokba. A folyamat eredményeként aktiválódnak a dihidropiridin(DHP) receptorok, ami következményesen megnyitja a közelben elhelyezked sarcoplasmaticus reticulum (SR) memránjában elhelyezked Ca2+-csatornákat. A Ca-ionok a sarcoplasmába jutva el idézik az izomösszehúzódást. Mivel egy egyszer rángás során nem érhet el maximális er kifejtés, az agynak más módot kell találnia a létrehozott izomösszehúzódás erejének növelése céljából. Talán ha a megnövekedett intracelluláris Ca2+-koncentráció hosszabb id n át fenntartható, akkor a filamentunoknak lesz idejük teljes mértékben elcsúszni egymáson, és maximális feszülést létrehozni. A jelen kísérlet ezt a lehet séget fogja tanulmányozni. A feladat során az izmot kett s impulzusokkal ingereli majd, és az egyes ingerek között eltelt id tartamot fogja változtatni. Az itt látható információ az „Aim” fülecskére kattintva hozzáférhet .

- 62 -

Válaszoljon az alábbi hat kérdésre! 1. Mi volt az a leghosszabb id intervallum, ami szummációt alakított ki? 2. Mely id intervallum mellet jött létre el ször inkomplett tetanus? 3. Az inkomplett tetanus jelensége alatt az izom által létrehozott feszülés mértéke nagyobb volt, mint az egyszer rángás során tapasztalható izomösszehúzódás mértéke. Mi ennek a megfigyelésnek az üzenete a tetanus során kialakuló intracelluláris Ca2+-koncentráció vonatkozásában? 4. Milyen következtetést vonhat le a sarcoplasmaticus reticulum és a cytoplasma között megvalósuló Ca2+-mozgással kapcsolatosan az inkomplett tetanus kialakulásához szükséges id intervallum alapján? 5. Mi volt az a leghosszabb id intervallum, ami komplett tetanust hozott létre? 6. Mi annak az oka, hogy a komplett tetanust követ izomrelaxáció során az elernyedés lassabban következik be, mint az egyszer rángás után?

- 63 -