Kako dolazi do kontrakcije glatkih mišića. Svojstva glatkih mišića

Opće ideje o strukturi različitih mišića

Mnoge ćelije imaju ograničenu sposobnost pretvaranja hemijske energije u mehaničku silu i kretanje, ali samo u mišićnim vlaknima ovaj proces je zauzeo centralno mesto. Glavna funkcija ovih specijalizovanih ćelija je stvaranje sile i kretanja, koje telo koristi za regulaciju unutrašnjeg okruženja i kretanje u spoljašnjem prostoru.

Na osnovu strukture, kontraktilnih svojstava i regulacionih mehanizama razlikuju se tri tipa mišićnog tkiva:

1) skeletni mišići;

2) glatki mišići;

3) srčani mišić (miokard).

Skeletni mišići, kao što im ime govori, obično su pričvršćeni za kosti skeleta; zahvaljujući kontrakcijama ovih mišića, položaj skeleta u prostoru se održava i dolazi do njegovih pokreta. Kontrakcije nastaju pod uticajem impulsa iz nervnih ćelija i obično su proizvoljne.

Slika 4-1A prikazuje vlakna skeletnih mišića (gornja ploča), srčane mišićne ćelije (srednja ploča) i glatke mišićne ćelije (donja ploča). Zove se ćelija skeletnih mišića mišićno vlakno. Tokom embrionalnog razvoja, svako mišićno vlakno nastaje fuzijom mnogih nediferenciranih mononuklearnih ćelija. (mioblasti) u jednu cilindričnu višenuklearnu ćeliju. Diferencijacija skeletni mišić završeno otprilike u vrijeme rođenja. U periodu od djetinjstva do odrasle dobi, veličine diferenciranih mišićnih vlakana nastavljaju rasti, ali se nova vlakna ne formiraju iz mioblasta. Kod odrasle osobe, promjer mišićnih vlakana doseže 10-100 mikrona, dužina je do 20 cm.

Ako su skeletna mišićna vlakna oštećena u postnatalnom periodu, ne mogu se zamijeniti diobom preostalih vlakana, već nastaju nova vlakna iz nediferenciranih stanica, tzv. satelitske ćelije, nalazi se pored mišićnih vlakana i prolazi kroz diferencijaciju slično embrionalnim mioblastima. Mogućnosti za formiranje novih vlakana u skeletnom mišiću su značajne, međutim, nakon teškog oštećenja, ono nije potpuno obnovljeno. Važna uloga u kompenzaciji

izgubljeno mišićno tkivo igra povećanje intaktnih mišićnih vlakana.

Na slici sl. 4-1 A, D prikazuje i srčani mišić (miokard) koji osigurava rad srca.

Slojevi glatke mišiće nalaze se u zidovima šupljih unutrašnjih organa i tubularnih formacija: želudac, crijeva, mjehur, maternica, krvni sudovi, bronhi. Kao rezultat kontrakcija glatkih mišića, sadržaj šupljih organa se gura, protok tekućine u žilama i kanalima se reguliše promjenom njihovog promjera. Mali snopovi glatkih mišićnih ćelija takođe se nalaze u koži oko folikula dlake i u šarenici. Kontrakcije glatkih mišića kontroliraju autonomni nervni sistem, hormoni, autokrini/parakrini faktori, drugi lokalni hemijski signali. Neki glatki mišići se spontano kontrahuju čak i u odsustvu signala. Za razliku od skeletnih mišića, glatki mišići nisu voljni.

Uprkos značajnim razlikama između ova tri tipa mišića, oni imaju sličan mehanizam za stvaranje sile. Prvo će se uzeti u obzir skeletni mišići, a zatim glatki mišići. Srčani mišić karakterizira kombinacija niza svojstava prve dvije vrste mišića.

Najznačajnija karakteristika skeletnih i srčanih mišićnih vlakana kada se proučavaju svjetlosnim mikroskopom je izmjenjivanje svijetlih i tamnih pruga poprečno na dugu os vlakna. Zbog ove osobine, oba tipa mišića klasifikovana su kao prugasti mišići (Sl. 4-1A, gornji i srednji panel). Ovaj obrazac nema u glatkim mišićima (slika 4-1A, donji panel).

IN skeletni mišić debeli i tanki filamenti formiraju periodični uzorak duž svake miofibrile. Element ovog uzorka koji se redovno ponavlja je poznat kao sarcomere(od grčkog sarco - mišić, mere - mali) (uvećani fragment na sl. 4-1 B). Svaki sarkomer uključuje trijada:

1) cisterna sarkoplazmatskog retikuluma;

2) poprečni tubul;

3) drugu cisternu sarkoplazmatskog retikuluma (sl. 4-1 B).

Slika 4-1B prikazuje strukturu glatkih mišića, koja se razlikuje od skeletnih mišića.

Kombinovana slika 4-1D prikazuje sinhrono snimanje akcionih potencijala, kao i mehanogram skeletnog mišića i srčanog mišića.

Rice. 4-1. Organizacija vlakana i filamenata u skeletnim i glatkim mišićima

Tipovi mišića

Postoje tri vrste mišića: skeletni, glatki i miokardni. Skeletni mišići su pričvršćeni za kosti za podršku i kretanje. Glatki mišići okružuju šuplje i cjevaste organe. Srčani mišić (miokard) obezbeđuje rad srca.

Skeletni mišići

1. Skeletni mišići se sastoje od cilindričnih mišićnih vlakana (ćelija); svaki kraj mišića povezan je tetivama s kostima.

2. Skeletna mišićna vlakna karakterizira periodična izmjena svijetlih i tamnih traka, što odražava prostornu organizaciju debelih i tankih filamenata u miofibrilima.

3. Tanki filamenti koji sadrže aktin su pričvršćeni na oba ruba sarkomera za Z-trake; slobodni krajevi tankih filamenata djelomično se preklapaju sa debelim filamentima koji sadrže miozin u A-traci centralnog dijela sarkomera.

4. Tokom aktivnog skraćivanja skeletnog mišićnog vlakna, tanki filamenti se povlače prema centru sarkomera kao rezultat kretanja miozinskih poprečnih mostova koji se vezuju za aktin:

Dvije globularne glave svakog poprečnog mosta sadrže mjesto za vezivanje aktina, kao i enzim za cijepanje ATP-a;

Svaki radni ciklus poprečnog mosta sastoji se od četiri faze. Tokom kontrakcije, poprečni mostovi čine ponovljene cikluse, od kojih svaki obezbeđuje vrlo mali napredak tankih filamenata;

ATP obavlja tri funkcije tokom mišićne kontrakcije.

5. U mišiću u mirovanju, vezivanje poprečnih mostova za aktin blokirano je molekulima tropomiozina u kontaktu sa podjedinicama aktina tankog filamenta.

6. Redukcija se pokreće kao rezultat povećanja citoplazmatske koncentracije Ca 2+. Kada se ioni Ca 2+ vežu za troponin, njegova konformacija se mijenja, zbog čega se tropomiozin pomiče, otvarajući pristup vezivnim mjestima na molekulima aktina; poprečni mostovi su povezani sa tankim filamentima:

Povećanje citoplazmatske koncentracije Ca 2+ izaziva akcioni potencijal

plazma membrana. Akcijski potencijal se proteže duboko u vlakno duž transverzalnih tubula do sarkoplazmatskog retikuluma i uzrokuje oslobađanje Ca 2+ iz retikuluma;

Opuštanje mišićnog vlakna nakon kontrakcije nastaje kao rezultat aktivnog obrnutog transporta Ca 2+ iz citoplazme u sarkoplazmatski retikulum.

7. Završeci motornog aksona formiraju neuromišićne veze sa mišićnim vlaknima motorne jedinice odgovarajućeg motornog neurona. Svako mišićno vlakno je inervirano granom samo jednog motornog neurona:

ACh koji se oslobađa iz motornih nervnih završetaka po prijemu akcionog potencijala motornog neurona vezuje se za receptore motorne završne ploče mišićne membrane; jonski kanali se otvaraju, propuštajući Na + i K +, zbog čega se krajnja ploča depolarizira;

Jedan akcioni potencijal motornog neurona dovoljan je da izazove akcioni potencijal u skeletnom mišićnom vlaknu.

8. Postoji određeni niz procesa koji dovode do kontrakcije skeletnog mišićnog vlakna.

9. Koncept "redukcije" odnosi se na uključivanje radnog ciklusa poprečnih mostova. Da li se dužina mišića u ovom slučaju mijenja ovisi o djelovanju vanjskih sila na njega.

10. Kada se aktivira mišićno vlakno, moguće su tri vrste kontrakcija:

Izometrijska kontrakcija, kada mišić stvara napetost, ali se njegova dužina ne mijenja;

Izotonična kontrakcija, kada se mišić skraćuje, pomičući opterećenje;

Produžujuća kontrakcija je kada vanjsko opterećenje uzrokuje da se mišić produži tokom kontraktilne aktivnosti.

11. Povećanje frekvencije akcionih potencijala mišićnog vlakna praćeno je povećanjem mehaničke reakcije (napetost ili skraćivanje) sve dok se ne postigne maksimalni nivo tetaničke napetosti.

12. Maksimalna izometrijska tetanička napetost se razvija u slučaju optimalne dužine sarkomera L o. Kada se vlakno rastegne više od svoje optimalne dužine ili se dužina vlakna smanji na manje od L0, napon koji generira opada.

13. Brzina skraćivanja mišićnih vlakana opada sa povećanjem opterećenja. Maksimalna brzina odgovara nultom opterećenju.

14. ATP se formira u mišićnim vlaknima na sljedeće načine: transfer fosfata sa kreatin fosfata na ADP; oksidativna fosforilacija ADP u mitohondrijima; supstratna fosforilacija ADP-a tokom glikolize.

15.U početku vježbe Mišićni glikogen je glavni izvor energije. Tokom dužeg vježbanja, energija se generira uglavnom glukozom i masnim kiselinama koje dolaze iz krvi; dok nastavljate fizička aktivnost povećava se uloga masnih kiselina. Kada intenzitet fizičkog rada pređe ~70% maksimuma, sve značajniji dio formiranog ATP-a počinje da se obezbjeđuje glikolizom.

16. Umor mišića uzrokovan je brojnim faktorima, uključujući promjene u kiselosti unutarćelijske sredine, smanjenje zaliha glikogena, kršenje elektromehaničke sprege, ali ne i smanjenje ATP-a.

17. Postoje tri tipa skeletnih mišićnih vlakana u zavisnosti od maksimalnog skraćivanja i dominantnog načina stvaranja ATP-a: sporo oksidativno, brzo oksidativno i brzo glikolitičko:

Razno maksimalna brzina skraćivanje brzih i sporih vlakana je zbog razlika u miozin ATPazi: brza i spora vlakna odgovaraju visokoj i niskoj aktivnosti ATPaze;

Brza glikolitička vlakna imaju u prosjeku veći prečnik od oksidativnih, te stoga razvijaju značajniju napetost, ali se brže zamaraju.

18.Sve mišićna vlakna iste motorne jedinice pripadaju istom tipu; većina mišića sadrži sve tri vrste motoričkih jedinica.

19. Poznate su karakteristike tri vrste skeletnih mišićnih vlakana.

20. Napetost cijelog mišića ovisi o količini napetosti koju razvija svako vlakno, te o broju aktivnih vlakana u mišiću.

21. Mišići koji rade suptilnih pokreta, sastoje se od motornih jedinica sa malim brojem vlakana, dok veliki mišići, koji osiguravaju održavanje držanja tijela, sastoje se od mnogo većih motoričkih jedinica.

22. Brze glikolitičke motorne jedinice sadrže vlakna većeg prečnika i pored toga njihove motorne jedinice imaju veći broj vlakana.

23. Do povećanja mišićne napetosti dolazi prvenstveno povećanjem broja aktivnih motoričkih jedinica, tj. njihovu uključenost. Na početku kontrakcije prvo se regrutuju spore oksidativne motorne jedinice, zatim brze oksidativne motorne jedinice i na kraju, već pri vrlo intenzivnoj kontrakciji, brze glikolitičke jedinice.

24. Uključivanje motoričkih jedinica je praćeno povećanjem brzine kojom mišić pomiče teret.

25. Snaga i umor mišića mogu se promijeniti kroz trening:

Dugotrajno vježbanje niskog intenziteta povećava sposobnost mišićnih vlakana da proizvode ATP kroz oksidativni (aerobni) put. To je zbog povećanja broja mitohondrija i krvnih žila u mišićima. Kao rezultat, povećava se izdržljivost mišića;

Kratkotrajna vježba visokog intenziteta povećava promjer vlakana zbog povećane sinteze aktina i miozina. Kao rezultat, povećava se snaga mišića.

26. Pokreti u zglobovima se izvode pomoću dvije antagonističke grupe mišića: fleksora i ekstenzora.

27. Mišići, zajedno sa kostima, su sistemi poluga; da bi ud izdržao opterećenje, izometrijska napetost mišića mora znatno premašiti masu ovog opterećenja, ali je brzina kretanja ruke poluge mnogo veća od brzine skraćivanja mišića.

Glatki mišići

1. Glatki mišići se mogu klasificirati u dvije velike grupe: jedinstveni glatki mišići i višejedinični glatki mišići.

2. Glatka mišićna vlakna - ćelije u obliku vretena bez poprečne pruge, sa jednim jezgrom, sposobne za diobu. Sadrže aktinske i miozinske filamente i kontrahiraju se putem mehanizma klizne niti.

3. Povećanje koncentracije Ca 2+ u citoplazmi dovodi do vezivanja Ca 2+ sa kalmodulinom. Ca 2+-kalmodulinski kompleks se zatim vezuje za kinazu lakog lanca miozina, aktivirajući ovaj enzim za fosforilaciju miozina. Tek nakon fosforilacije

miozin glatkih mišića može se vezati za aktin i izvoditi ciklične pokrete poprečnih mostova.

4. Miozin glatkih mišića hidrolizuje ATP relativno malom brzinom, tako da se glatki mišići skraćuju mnogo sporije od prugastih. Međutim, napon po jedinici površine presjek za glatke mišiće je isto kao i za prugasto-prugaste mišiće.

5.Ca 2+ joni, koji iniciraju kontrakciju glatkih mišića, dolaze iz dva izvora: sarkoplazmatskog retikuluma i ekstracelularnog okruženja. Kao rezultat otvaranja kalcijumskih kanala plazma membrane i sarkoplazmatskog retikuluma, što je posredovano različitim faktorima, Ca 2+ ulazi u citoplazmu.

6. Većina stimulativnih faktora povećava citoplazmatsku koncentraciju Ca 2+ nedovoljno da aktivira sve poprečne mostove ćelije. Zato faktori koji povećavaju koncentraciju Ca 2+ u citoplazmi mogu povećati napetost glatkih mišića.

7. Postoje određene vrste nadražaja koji uzrokuju kontrakciju glatkih mišića zbog otvaranja kalcijumskih kanala u plazma membrani i sarkoplazmatskom retikulumu.

8. U plazma membrani većine glatkih mišićnih ćelija (ali ne svih), kada je depolarizovana, mogu se generisati akcioni potencijali. Uzlazna faza akcionog potencijala glatkih mišića nastaje zbog ulaska Ca 2+ u ćeliju kroz otvorene kalcijumske kanale.

9. U nekim glatkim mišićima akcioni potencijali se generišu spontano, u odsustvu spoljašnjih nadražaja. To je zbog činjenice da se potencijali pejsmejkera periodično pojavljuju u plazma membrani, depolarizirajući membranu do graničnog nivoa.

10. Glatke mišićne ćelije nemaju specijalizovane završne ploče. Neka glatka mišićna vlakna su izložena dejstvu neurotransmitera koji se oslobađaju od varikoznih zadebljanja jedne grane živca, a na svako vlakno mogu uticati neurotransmiteri iz više od jednog neurona. Djelovanje neurotransmitera na kontrakcije glatkih mišića može biti ekscitatorno ili inhibitorno.

srčani mišić

1. Akcioni potencijali sa brzim odgovorom se snimaju iz atrijalnih i ventrikularnih vlakana miokarda i iz specijalizovanih vlakana ventrikularnog provodnog sistema (Purkinjeova vlakna). Akcijski potencijal karakterizira velika amplituda, strm uspon i relativno duga visoravan.

2. Akcioni potencijali sporog odgovora se bilježe u ćelijama SA i AV čvora i u abnormalnim kardiomiocitima koji su djelimično depolarizovani. Akcijski potencijal karakterizira manje negativan potencijal mirovanja, manja amplituda, manje strm porast i kraći plato od akcijskog potencijala brzog odgovora. Povećanje nastaje aktivacijom Ca 2+ kanala.

3. Akcijske potencijale karakteriše efektivni refraktorni period (faza apsolutne refraktornosti).

4. Automatizacija je tipična za neke ćelije SA- i AV-čvorova i za ćelije provodnog sistema ventrikula. Znak automatizma je spora depolarizacija membrane tokom faze 4 (spora dijastolna depolarizacija).

5. Normalno, SA čvor pokreće impuls koji uzrokuje kontrakciju srca. Ovaj impuls se širi od SA čvora kroz atrijalno tkivo i na kraju stiže do AV čvora. Nakon kašnjenja u AV čvoru, srčani impuls se širi kroz komore.

6. Povećanje dužine vlakana miokarda, kao što se dešava kod povećanog ventrikularnog punjenja (predopterećenja) tokom dijastole, uzrokuje jaču kontrakciju ventrikula. Odnos između dužine vlakna i sile kontrakcije poznat je kao Frank-Starlingov omjer ili kao Frank-Starlingov zakon srca.

7. Uprkos činjenici da se miokard sastoji od pojedinačnih ćelija koje su međusobno odvojene membranama, kardiomiociti koji čine ventrikule se kontrahuju gotovo unisono, poput atrijalnih kardiomiocita. Miokard funkcionira kao sincicij s odgovorom sve ili ništa na uzbuđenje. Provođenje ekscitacije od ćelije do ćelije vrši se preko visokopropusnih kontakata - praznine, koji povezuju citosole susjednih stanica.

Rice. 4-2. Opće ideje o strukturi različitih mišića (vidi tabelu)

8. Kada su pobuđeni, naponski kontrolisani kalcijumski kanali se otvaraju i ekstracelularni Ca 2+ ulazi u ćeliju. Priliv Ca 2+ potiče oslobađanje Ca 2+ iz sarkoplazmatskog retikuluma. Povećana koncentracija intracelularnog Ca 2+ uzrokuje kontrakciju miofilamenata. Opuštanje je praćeno vraćanjem koncentracije intracelularnog Ca 2+ na nivo u mirovanju aktivnim pumpanjem Ca 2+ natrag u sarkoplazmatski retikulum i zamjenom Ca 2+ za ekstracelularni Na+ kroz sarkolemu.

9. Brzina i snaga kontrakcija zavise od unutarćelijske koncentracije slobodnih jona

kalcijum. Sila i brzina su obrnuto proporcionalne jedna drugoj, tako da kada nema opterećenja, brzina je maksimalna. Tokom izovolumične kontrakcije, kada nema vanjskog skraćivanja, ukupno opterećenje je maksimalno, a brzina je nula.

10. Kada se komore kontrahiraju, istezanje mišićnih vlakana krvlju tokom njenog punjenja služi kao predopterećenje. Postopterećenje je aortni pritisak preko kojeg lijeva komora izbacuje krv.

11. Kontraktilnost odražava rad srca pri datim vrijednostima predopterećenja i postopterećenja.

* Broj znakova plus (+) označava relativnu veličinu sarkoplazmatskog retikuluma u datom tipu mišića.

Fiziologija skeletnih mišića

koncept skeletni, ili prugasti mišić odnosi se na grupu mišićnih vlakana povezanih vezivnim tkivom (sl. 4-3 A). Mišići su obično vezani za kosti snopovima kolagenih vlakana. tetive, nalazi se na oba kraja mišića. U nekim mišićima, pojedinačna vlakna imaju istu dužinu kao i cijeli mišić, ali u većini slučajeva vlakna su kraća i često nagnuta prema uzdužnoj osi mišića. Ima veoma dugih tetiva, pričvršćene su za kost, udaljene od kraja mišića. Na primjer, neki od mišića koji pokreću prste nalaze se u podlaktici; pomerajući prste, osećamo kako se kreću mišići šake. Ovi mišići su povezani sa prstima preko dugih tetiva.

Kada se proučava svjetlosnim mikroskopom, glavna karakteristika vlakana skeletnih mišića bila je izmjena svijetlih i tamnih pruga poprečno na dugu os vlakna. Stoga su skeletni mišići dobili ime prugasta.

Poprečna ispruganost skeletnih mišićnih vlakana nastaje zbog posebne distribucije u njihovoj citoplazmi brojnih debelih i tankih "niti" (filamenata) koje se spajaju u cilindrične snopove prečnika 1-2 mikrona - miofibrili(Sl. 4-3 B). Mišićno vlakno je gotovo ispunjeno miofibrilima, protežu se cijelom dužinom i na oba kraja su spojeni s tetivama.

Debeli i tanki filamenti formiraju periodični uzorak duž svake miofibrile. Debeli filamenti sastoji se gotovo u potpunosti od kontraktilnog proteina miozin. Tanki filamenti(njihova debljina je oko polovine prečnika debelog filamenta) sadrže kontraktilni protein aktin, kao i dva druga proteina - troponin

i sviranje tropomiozina važnu ulogu u regulaciji kontrakcije (vidi dolje).

Debeli filamenti su koncentrisani u sredini svakog sarkomera gdje leže paralelno jedan s drugim; ova regija izgleda kao široka tamna (anizotropna) traka tzv A-traka. Obje polovine sarkomera sadrže niz tankih filamenata. Jedan kraj svakog od njih je pričvršćen za tzv Z-ploča(ili Z-linija, ili Z-band) - mreža isprepletenih proteinskih molekula - a drugi kraj se preklapa s debelim filamentima. Sarkomer je ograničen sa dva uzastopna Z-traka. Tako su tanki filamenti dva susjedna sarkomera usidreni na dvije strane svakog Z-pojasa.

Lagani (izotropni) pojas - tzv I-band- nalazi se između rubova A-traka dva susjedna sarkomera i sastoji se od onih dijelova tankih filamenata koji se ne preklapaju s debelim filamentima. Z-pojas prepolovi I-pojasni.

Unutar A-pojasa svakog sarkomera razlikuju se još dvije trake. U sredini A-pojasa vidljiva je uska svjetlosna traka - H-zona. Odgovara razmaku između suprotnih krajeva dva seta tankih filamenata svakog sarkomera, tj. uključuje samo središnje dijelove debelih filamenata. U sredini H-zone nalazi se vrlo tanak mrak M-linija. To je mreža proteina koja povezuje centralne dijelove debelih filamenata. Osim toga, titin proteinski filamenti idu od Z-traka do M-linije, povezani istovremeno sa proteinima M-linije i sa debelim filamentima. M-linija i titin filamenti održavaju urednu organizaciju debelih filamenata u sredini svakog sarkomera. Dakle, debeli i tanki filamenti nisu slobodne, labave unutarćelijske strukture.

Rice. 4-3. Struktura skeletnih mišića.

A - organizacija cilindričnih vlakana u skeletnim mišićima vezanih za kosti tetivama. B - strukturna organizacija filamenata u skeletnom mišićnom vlaknu, stvarajući uzorak poprečnih traka. Prikazane su brojne miofibrile u jednom mišićnom vlaknu, kao i organizacija debelih i tankih filamenata u sarkomeru.

molekul aktina

To je globularni protein koji se sastoji od jednog polipeptida koji se polimerizuje sa drugim molekulima aktina i formira dva lanca koji se omotavaju jedan oko drugog (slika 4-4 A). Takva dvostruka spirala je okosnica tankog filamenta. Svaki molekul aktina ima mjesto za vezivanje miozina. U mišićnim vlaknima u mirovanju, interakciju između aktina i miozina sprječavaju dva proteina - troponin I tropomiozin(Sl. 4-4 B).

Tropomiozin je molekul u obliku štapa od dva polipeptida omotana jedan oko drugog; molekul po dužini odgovara oko sedam aktinskih monomera. Lanci molekula tropomiozina od kraja do kraja nalaze se duž cijelog tankog filamenta. Molekuli tropomiozina djelomično pokrivaju područja, ometajući kontakt miozina s aktinom. U ovoj poziciji blokiranja, molekul tropomiozina drži troponin.

Troponin je heterotrimerni protein. Sastoji se od troponina T (odgovornog za vezivanje za jedan molekul tropomiozina), troponina C (veže Ca 2+ jon) i troponina I (veže aktin i inhibira kontrakciju). Svaki molekul tropomiozina povezan je s jednim heterotrimernim molekulom troponina koji regulira pristup vezivnim mjestima miozina na sedam aktinskih monomera u blizini molekule tropomiozina.

Myosin

Ovo je jedno ime za veliku porodicu proteina koji imaju određene razlike u ćelijama različitih tkiva. Miozin je prisutan kod svih eukariota. Prije oko 60 godina bile su poznate dvije vrste miozina, koje se danas zovu miozin I i miozin II. Miozin II je bio prvi od otkrivenih miozina i on je taj koji učestvuje u kontrakciji mišića. Kasnije su otkriveni miozin I i miozin V (sl. 4-4 C). Nedavno se pokazalo da miozin II učestvuje u kontrakciji mišića, dok su miozin I i miozin V uključeni u rad submembranskog (kortikalnog) citoskeleta. Do sada je identifikovano više od 10 klasa miozina. Slika 4-4D prikazuje dvije varijante strukture miozina, koji se sastoji od glave, vrata i repa. Molekul miozina se sastoji od dva velika polipeptida (teški lanci) i četiri manja (laki lanci). Ovi polipeptidi čine molekul s dvije globularne "glave" koje sadrže obje vrste lanaca i dugačkim štapom ("repom") od dva isprepletena teška lanca. Rep svake molekule miozina nalazi se duž ose debelog filamenta, a sa strana vire dvije globularne glave, inače se nazivaju prelaze mostove. Svaka globularna glava ima dva mjesta vezivanja: za aktin i za ATP. Vezna mjesta za ATP također imaju svojstva enzima ATPaze, koji hidrolizira vezanu molekulu ATP-a.

Slika 4-4 E prikazuje pakovanje molekula miozina. Isturene glave miozina su poprečni mostovi.

Rice. 4-4. Struktura aktina i miozina

U mirovanju u mišićnom vlaknu, koncentracija slobodnog, jonizovanog Ca 2+ u citoplazmi oko debelih i tankih filamenata je vrlo niska, oko 10 -7 mol/l. U ovoj koncentraciji ioni Ca 2+ zauzimaju vrlo mali broj veznih mjesta na molekulima troponina (troponin C), tako da tropomiozin blokira vezivanje poprečnih mostova za aktin. Nakon akcionog potencijala, koncentracija Ca 2+ jona u citoplazmi naglo raste i oni se vezuju za troponin, eliminišući blokirajući efekat tropomiozina i započinju ciklus križnog mosta. Izvor ulaska Ca 2+ u citoplazmu je sarkoplazmatski retikulum mišićno vlakno.

Sarkoplazmatski retikulum mišić je homologan endoplazmatskom retikulumu drugih ćelija. Nalazi se oko svake miofibrile kao "pocijepani rukav", čiji su segmenti okruženi A- i I-trakama. Završni dijelovi svakog segmenta se šire u obliku tzv bočne vrećice(terminalni rezervoari) međusobno povezani nizom tanjih cijevi. U bočnim vrećama se taloži Ca 2+, koji se oslobađa nakon ekscitacije plazma membrane (sl. 4-5 A).

Poseban sistem je poprečne tubule (T-tubule), koji prelaze mišićno vlakno na granici staze A-I, prolaze između lateralnih vrećica dva susjedna sarkomera i izlaze na površinu vlakna, čineći jedinstvenu cjelinu sa plazma membranom. Lumen T-tubula je ispunjen ekstracelularnom tečnošću koja okružuje mišićno vlakno (sl. 4-5 B). Membrana T-tubula, kao i plazma membrana, sposobna je provoditi akcioni potencijal. Nakon što je nastao u

plazma membrane (sl. 4-5 C), akcioni potencijal se brzo širi duž površine vlakna i duž membrane T-tubula duboko u ćeliju. Po dolasku do regije T-tubula uz bočne vrećice, akcioni potencijal aktivira naponski zavisne proteine ​​"kapija" membrane T-tubula, fizički ili kemijski spojene s kalcijumskim kanalima membrane lateralne vrećice. Dakle, depolarizacija membrane T-tubula, uzrokovana akcionim potencijalom, dovodi do otvaranja kalcijumskih kanala u membrani lateralnih vrećica koje sadrže visoke koncentracije Ca 2+, a ioni Ca 2+ se oslobađaju u citoplazmu. Povećanje citoplazmatskog nivoa Ca 2+ obično je dovoljno da aktivira sve poprečne mostove mišićnog vlakna.

Proces kontrakcije se nastavlja sve dok se joni Ca 2+ vezuju za troponin, tj. sve dok se njihova koncentracija u citoplazmi ne vrati na nisku početnu vrijednost. Membrana sarkoplazmatskog retikuluma sadrži Ca-ATPazu, integralni protein koji aktivno prenosi Ca 2+ iz citoplazme nazad u šupljinu sarkoplazmatičnog retikuluma. Kao što je upravo pomenuto, Ca 2+ se oslobađa iz retikuluma kao rezultat propagacije akcionog potencijala duž T-tubula; potrebno je mnogo više vremena da se Ca 2+ vrati u retikulum nego da izađe. Zbog toga se povećana koncentracija Ca 2+ u citoplazmi zadržava neko vrijeme, a kontrakcija mišićnog vlakna se nastavlja nakon završetka akcionog potencijala.

Sažmite. Do kontrakcije dolazi zbog oslobađanja Ca 2+ jona pohranjenih u sarkoplazmatskom retikulumu. Kada Ca 2+ uđe natrag u retikulum, kontrakcija se završava i počinje opuštanje.

Rice. 4-5. Sarkoplazmatski retikulum i njegova uloga u mehanizmu mišićne kontrakcije.

A - dijagram organizacije sarkoplazmatskog retikuluma, transverzalnih tubula i miofibrila. B - dijagram anatomske strukture transverzalnih tubula i sarkoplazmatskog retikuluma u pojedinačnom skeletnom mišićnom vlaknu. B - uloga sarkoplazmatskog retikuluma u mehanizmu kontrakcije skeletnih mišića

To je slijed procesa kojim akcioni potencijal plazma membrane mišićnog vlakna dovodi do pokretanja mišićne kontrakcije ili takozvanog ciklusa križnog mosta, što će biti prikazano u nastavku.

Plazma membrana skeletnih mišića je električki ekscitabilna i sposobna je generirati propagirajući akcioni potencijal kroz mehanizam sličan onom u nervnim stanicama. Akcijski potencijal u skeletnom mišićnom vlaknu traje 1-2 ms i završava prije nego se pojave bilo kakvi znaci mehaničke aktivnosti (Slika 4-6A). Mehanička aktivnost koja je započela može trajati više od 100 ms. Električna aktivnost plazma membrane ne djeluje direktno utiče na kontraktilne proteine, ali izaziva povećanje citoplazmatske koncentracije Ca 2+ jona, koji nastavljaju da aktiviraju kontraktilni aparat i nakon završetka električnog procesa.

Kontrakcija mišića

U fiziologiji mišića, termin "kontrakcija" ne treba nužno shvatiti kao "skraćivanje". Prije svega, razmatra se činjenica aktivacije poprečnih mostova - područja stvaranja sile u mišićnom vlaknu. Nakon kontrakcije, mehanizam koji pokreće razvoj sile se isključuje.

Sila kojom mišić, kada se steže, djeluje na predmet naziva se mišićna voltaža (tenzija); sila predmeta (obično njegove mase) na mišić je Sile mišićne napetosti i opterećenja međusobno se suprotstavljaju. Hoće li sila koju stvara mišićno vlakno uzrokovati njegovo skraćivanje ovisi o relativnim veličinama naprezanja i

opterećenja. Da bi se mišićno vlakno skratilo i tako pomjerilo opterećenje, njegova napetost mora biti veća od protivničkog opterećenja.

izometrijski(dužina mišića je konstantna). Takva kontrakcija nastaje kada mišić drži teret u konstantnom položaju ili razvije silu u odnosu na opterećenje čija je masa veća od napetosti mišića. Ako se mišić skrati, a opterećenje na njemu ostane konstantno, naziva se kontrakcija izotoničan

Model kliznog navoja

Kada se vlakno skrati, svaki poprečni most pričvršćen za tanku nit pravi zaokret poput rotacije vesla čamca. Rotacijski pokreti mnogih transverzalnih mostova povlače tanke filamente od oba ruba A-pojasa do njegove sredine, a sarkomer se skraćuje (Sl. 4-6 B). Jedan "hod" poprečnog mosta stvara vrlo malo pomjeranja tankog filamenta u odnosu na deblji. Međutim, tijekom cijelog perioda aktivnog stanja (ekscitacije) mišićnog vlakna, svaki poprečni most više puta ponavlja svoje rotacijsko kretanje, osiguravajući značajno pomicanje miofilamenata. Detaljan molekularni mehanizam ovog fenomena će biti razmotren u nastavku.

Tokom stvaranja sile koja skraćuje mišićno vlakno, debeli i tanki filamenti svakog sarkomera koji se preklapaju, povučeni pokretima poprečnih mostova, pomiču se jedan u odnosu na drugi. Dužina debelih i tankih filamenata se ne mijenja sa skraćivanjem sarkomera (sl. 4-6 C). Ovaj mehanizam mišićne kontrakcije je poznat kao model kliznog navoja.

Rice. 4-6. Fenomen elektromehaničke sprege.

A - omjer između vremenskog toka akcionog potencijala u mišićnom vlaknu i rezultirajuće kontrakcije mišićnog vlakna s njegovim naknadnim opuštanjem. B - poprečni mostovi debelih filamenata, koji se vezuju za aktin tankih filamenata, prolaze kroz konformacijsku promjenu, zbog čega se tanki filamenti povlače do sredine sarkomera. (Samo dva od približno 200 poprečnih mostova svakog debelog filamenta prikazana su na dijagramu.) B - model kliznih navoja. Klizanje debelih i tankih filamenata koji se međusobno preklapaju dovodi do skraćivanja miofibrila bez promjene dužine filamenata. I-disk i H-zona su smanjeni

Specifični proteini skeletnih mišića

Kao što je navedeno, debeli i tanki filamenti formiraju periodični uzorak duž svake miofibrile. Element koji se redovno ponavlja je sarkomer. Debeli filamenti se gotovo u potpunosti sastoje od kontraktilnog proteina miozina. Tanki filamenti sadrže kontraktilni protein aktin, troponin i tropomiozin. Debeli filamenti su koncentrisani u sredini svakog sarkomera, gde leže paralelno jedan s drugim. Ovo područje ima izgled široke tamne trake koja se naziva A-band (sl. 4-7 A). Obje polovine sarkomera sadrže niz tankih filamenata. Jedan kraj svakog od njih je vezan za takozvani Z-band (ili Z-linija) - mrežu isprepletenih proteinskih molekula. Drugi kraj je preklopljen debelim filamentima. Sarkomer je ograničen sa dva uzastopna Z-traka. Tako su tanki filamenti dva susjedna sarkomera usidreni na dvije strane svakog Z-pojasa. Lagani pojas - I-band, nalazi se između rubova A-pojasa dvaju susjednih sarkomera i sastoji se od onih dijelova tankih filamenata koji se ne preklapaju s debelim filamentima. Z-pojas prepolovi I-pojasni.

Dva kraja svakog debelog filamenta molekule miozina orijentirana su u suprotnim smjerovima tako da su krajevi njihovih repova usmjereni prema centru filamenta (Slika 4-7 B). Zbog toga se tokom veslačkih pokreta poprečni mostovi tanke

filamenti lijeve i desne polovice sarkomera su potisnuti u njegovu sredinu, kao rezultat toga, sarkomer se skraćuje. To jest, tokom stvaranja sile koja skraćuje mišićno vlakno, debeli i tanki filamenti svakog sarkomera koji se preklapaju se pomiču jedan u odnosu na drugi, povučeni pokretima poprečnih mostova. Dužina debelih i tankih filamenata se ne mijenja sa skraćivanjem sarkomera

(Sl. 4-7 B).

Poznato je da se unutar A-pojasa svakog sarkomera razlikuju još dvije trake. U središtu A-pojasa vidljiva je uska svjetlosna traka - H-zona. Odgovara razmaku između suprotnih krajeva dva seta tankih filamenata svakog sarkomera, tj. uključuje samo središnje dijelove debelih filamenata. U sredini H-zone je vrlo tanka tamna M-linija. To je mreža proteina koja povezuje centralne dijelove debelih filamenata. Na sl. 4-7B pokazuju trenutno poznate dodatne proteine. Proteinski filamenti idu od Z-traka do M-linije titina, povezana istovremeno sa proteinima M-linije i sa debelim filamentima. M-linija I titinski filamenti održavati uređenu organizaciju debelih filamenata u sredini svakog sarkomera. Dakle, debeli i tanki filamenti nisu slobodne, labave unutarćelijske strukture. Osim toga, na sl. 4-7V prikazano capz protein, određivanje stabilizacije aktinskih filamenata. Također prikazano tropomodulin. Na slici je takođe prikazan džinovski protein - nebulin.

Rice. 4-7. Struktura skeletnog mišića je normalna (A), na pozadini opuštanja (B) i kontrakcije (C). Dodatni proteini pronađeni u skeletnim mišićima (D)

Molekul aktina i miozina

Tanak filament(Slika 4-8 A) sastoji se od aktina, tropomiozina i troponina. Osnova tankog filamenta je dvostruko upleteni lanac α-helikalnog polimera molekule aktina. Drugim riječima, to su dva lanca uvrnuta jedan u odnosu na drugi. Takva dvostruka spirala je okosnica tankog filamenta. Svaki spiralni zavoj jednog filamenta, ili F-aktina, sastoji se od 13 pojedinačnih monomera u obliku globula i dug je približno 70 nm. Svaki pojedinačni molekul aktina ima vezujuće mjesto za miozin. F-aktin je povezan s dva važna regulatorna proteina koji vežu aktin, tropomiozinom i troponinom. Ovi proteini u mišićnim vlaknima u mirovanju sprečavaju interakciju između aktina i miozina. Ukratko, molekule tropomiozina djelomično pokrivaju mjesta vezivanja svakog pojedinačnog molekula aktina, ometajući kontakt miozina s aktinom. U ovom stanju blokiranja veznih mjesta svakog pojedinačnog molekula aktina, molekula tropomiozina zadržava troponin. Pogledajmo bliže tropomiozin i troponin.

Tropomiozin je dugačak molekul koji se sastoji od dva polipeptida omotana jedan oko drugog. Molekul tropomiozina po dužini odgovara oko sedam aktinskih monomera. Lanci molekula tropomiozina od kraja do kraja nalaze se duž cijelog tankog filamenta. Molekuli tropomiozina djelomično pokrivaju područja vezivanje svakog molekula aktina, blokira kontakt između miozina i aktina. U ovoj poziciji blokiranja, molekul tropomiozina drži troponin.

Troponin je heterotrimerni protein. Sastoji se od troponina T, koji je odgovoran za vezivanje za jednu molekulu tropomiozina, troponina C, koji veže ion Ca 2+, i troponina I, koji veže aktin i inhibira kontrakciju. Svaki molekul tropomiozina

Povezan je sa jednom heterotrimernom molekulom troponina koja reguliše pristup vezivnim mestima miozina na sedam aktinskih monomera u blizini molekule tropomiozina.

Molekula miozina(Sl. 4-8 B) - jedno ime za veliku porodicu proteina koji imaju određene razlike u ćelijama različitih tkiva. Uključen u kontrakciju mišića miozin II, prvi od svih miozina koji se otvara. Generalno, molekul miozina II sastoji se od dva velika polipeptida (tzv. teška lanca) i četiri manja (tzv. laka lanca). Myosin II dva teška lanca formiraju molekul koji sadrži dva globularna "glave"(po jedan za svaki polipeptid) i, shodno tome, dva neupletena "vratova". U nekoj literaturi, vrat teškog lanca se prevodi kao "ruka molekula miozina". Zatim, dva velika polipeptida, tj. dva teška lanca počinju da se uvijaju jedan u odnosu na drugi. Njihovo početno područje vrtloga naziva se "zglobna regija teških lanaca". Nakon toga slijedi duga šipka od dva isprepletena teška lanca, tzv "rep". Rep svake molekule miozina nalazi se duž ose debelog filamenta, a dvije globularne glave, zajedno s vratovima i šarkom, koje strše sa strane, inače se nazivaju "preko mostova". Miozin II ima dva laka lanca na svakoj globularnoj glavi. Jedan je takozvani laki regulatorni lanac, drugi je laki glavni lanac. Lagana kičma je uključena u stabilizaciju miozinske glave. Lagani regulatorni lanac reguliše aktivnost enzima miozin ATPaze, koji hidrolizira vezanu molekulu ATP-a. Djelovanje svjetlosnog regulatornog lanca miozina je da promijeni regulaciju putem fosforilacije pomoću Ca 2+-zavisnih ili Ca 2+-nezavisnih kinaza.

Interakcija tankog filamenta i jednog para glava miozina debelog filamenta prikazana je na Sl. 4-8 V.

Rice. 4-8. Molekularna organizacija tankih i debelih filamenata.

A je tanak filament. B - molekul miozina. B - interakcija tankog i debelog filamenta

Interakcija aktina i miozina

Razmotrimo pitanje šta dozvoljava poprečne mostove, tj. globularne glave (zajedno sa vratovima i zglobnom regijom), vežu se za aktin i počinju da prave određeni pokret. U najkraćem mogućem vremenu, kontrakcija mišića se zasniva na ciklusu u kojem se glave miozina II vezuju za mjesta vezanja aktina. Ovi poprečni mostovi stvaraju zakrivljenost koja odgovara kretanju molekula, nakon čega se glave miozina odvajaju od aktina. Za ove cikluse uzima se energija hidrolize ATP-a. Mišići imaju mehanizme za regulaciju ciklusa poprečnog mosta. Povećanje u pokreće nastavak formiranja poprečnih mostova. Kada je uzbuđen, dolazi do povećanja sa nivoa mirovanja (10 -7 M i manje) na više od 10 -5 M.

Za početak, akcioni potencijal u skeletnom mišićnom vlaknu traje 1-2 ms i završava prije nego se pojave bilo kakvi znakovi mehaničke aktivnosti. Mehanička aktivnost koja je započela može trajati više od 100 ms. Električna aktivnost plazma membrane ne direktno utiče na kontraktilne proteine, ali izaziva povećanje citoplazmatske koncentracije Ca 2+ jona, koji nastavljaju da aktiviraju kontraktilni aparat i nakon završetka električnog procesa. Odnosno, kontrakcija je posljedica oslobađanja Ca 2+ jona pohranjenih u sarkoplazmatskom retikulumu. Kada Ca 2+

vraća se u retikulum, kontrakcija se završava i počinje opuštanje. Izvor energije za pumpu kalcijuma je ATP: ovo je jedna od tri glavne funkcije ATP-a u kontrakciji mišića.

Dakle, smanjenje je pokrenuto kao rezultat povećanja u . Heterotrimerni molekul troponina sadrži ključni regulator osetljiv na Ca 2+, troponin C. Svaki molekul troponina C u skeletnim mišićima ima dva mesta visokog afiniteta vezanja Ca 2+ koja su uključena u vezivanje troponina C za tanki filament. Vezivanje Ca 2+ na ovim mjestima visokog afiniteta je konstantno i ne mijenja se tokom mišićne aktivnosti. Svaka molekula troponina C skeletnih mišića također ima dva dodatna mjesta niskog afiniteta za vezivanje Ca 2+. Interakcija Ca 2+ s njima izaziva konformacijske promjene u kompleksu troponina, što dovodi do dva efekta. Prvi efekat je da se C-terminus inhibitornog troponina I udaljava od mesta vezivanja aktin-miozina (lociranog na aktinu), čime se pomera molekul tropomiozina takođe od mesta vezivanja aktin-miozina (lociranog na aktinu). Drugi efekat je preko troponina T, a sastoji se u guranju tropomiozina sa mesta vezivanja aktina za miozin u takozvani žleb aktina. To uzrokuje otvaranje mjesta za vezivanje miozina na aktinu, a glava miozina može stupiti u interakciju s aktinom, stvarajući ciklus poprečnih mostova.

Rice. 4-9. Principi interakcije aktina i miozina u skeletnim i srčanim mišićima

Redukcioni mehanizam

Niz događaja od vezivanja poprečnog mosta za tanki filament do trenutka kada je sistem spreman da ponovi proces naziva se radna sekvenca. ciklus poprečnog mosta. Svaki ciklus se sastoji od četiri glavne faze. Faza 1 - glava miozina je čvrsto vezana za molekul aktina i formira aktomiozinski kompleks. ATP je neophodan za odvajanje glave miozina u citosolu, a njegov pristup miozinu je označen strelicom na dijagramu. Faza 2 - ako se miozinska glava veže za ATP, tada se afinitet miozinske glave za aktin smanjuje. Zbog smanjenja afiniteta, glava miozina se odvaja od molekule aktina. Kada se eliminiše efekat ATP-a na miozinsku glavu, ciklus se nastavlja dalje. U mišićima se to događa isključivo zbog razgradnje ATP-a na ADP + R i kao rezultat rada enzima miozin ATPaze. Ovaj korak zavisi od prisustva Mg 2+. Faza 3 - ako su na glavi miozina nakon cijepanja ATP-a na ADP i P i povezani i ADP i P i. U ovom slučaju, glava miozina se ispravlja. Afinitet za formiranje aktomiozinskog kompleksa ponovo se povećava, a glava miozina može ponovo spojiti molekul aktina slabom vezom. Faza 4 - početak slabe veze brzo prelazi u jaču vezu sa glavom miozina napunjenom ADP-om. Prelazak u ovo stanje je zapravo faza stvaranja sile. Ovaj proces se objašnjava rotacijom miozinske glave, zbog čega rotacija miozina pomera aktinski filament za korak.

ATP igra dvije različite uloge u ciklusu cross-bridge:

1)hidroliza ATP opskrbljuje energiju za kretanje poprečnog mosta;

2)vezivanje(ali ne i hidroliza) ATP sa miozinom je praćen odvajanjem miozina od aktina i stvara mogućnost ponavljanja ciklusa unakrsnih mostova.

Hemijski i fizički fenomeni tokom četiri faze ciklusa poprečnog mosta mogu se predstaviti različito. Molekula ATP-a vezana za miozin se cijepa kako bi oslobodila kemijsku energiju i formirala visokoenergetsku poprečnu konformaciju miozina; proizvodi ATP-ADP hidrolize i neorganski fosfat (Pi) ostaju vezani za ovaj oblik miozina (M*).

Energija aktivne konformacije miozina može se uporediti sa potencijalnom energijom istegnute opruge.

vezivanje aktina.

Kada se visokoenergetski oblik miozina veže za aktin, pokreće se oslobađanje napregnute konformacije visokoenergetskog poprečnog mosta; kao rezultat, poprečni most povezan sa aktinom vrši svoje rotaciono kretanje i istovremeno gubi ADP i P i .

Pokret preko mosta.

Proces sukcesivnog primanja i oslobađanja energije miozinom može se uporediti sa radom mišolovke. U njemu se energija pohranjuje kada se opruga istegne (u mišiću - tokom hidrolize ATP-a), a oslobađa kada se opruga oslobodi (u mišiću - kada se miozin veže za aktin).

Tokom kretanja poprečnog mosta, miozin je veoma snažno vezan za aktin; tek nakon prekida ove veze može ponovo primiti energiju i ponoviti ciklus. Veza između aktina i miozina se prekida kada se novi ATP molekul veže za miozin.

Disocijacija poprečnog mosta od aktina.

Razdvajanje aktina i miozina koje osigurava ATP je primjer alosterične regulacije proteinske aktivnosti. Vezivanje ATP-a na jedno mjesto miozina smanjuje afinitet njegove molekule za aktin povezan s drugim mjestom. Stoga, ATP djeluje kao modulator koji reguliše vezivanje aktina za miozin. Imajte na umu da se u ovoj fazi ATP ne cijepa; ne služi kao izvor energije, već samo kao modulirajući molekul koji osigurava alosterijsku modulaciju miozinske glave i na taj način slabi vezivanje miozina za aktin.

Rice. 4-10. mehanizam smanjenja. Prikazan je radni ciklus poprečnih mostova - miozinskih glava (zajedno sa vratnom i zglobnom regijom).

Panel (A) prikazuje proces kao zatvoreni ciklus od četiri faze. Panel (B) prikazuje proces kao uzastopni koraci detaljnije

Pojedinačna kontrakcija mišića

Ako mišić razvije napetost, ali se ne skrati (niti produži), naziva se kontrakcija izometrijski(dužina mišića je konstantna). Takva kontrakcija nastaje kada mišić drži teret u konstantnom položaju, ili razvija silu u odnosu na opterećenje, čija je masa veća od napetosti mišića. Ako se mišić skrati, a opterećenje na njemu ostane konstantno, naziva se kontrakcija izotoničan(napetost mišića je konstantna).

Mehanički odgovor jednog mišićnog vlakna na jedan akcioni potencijal naziva se pojedinačna kontrakcija(trzanje). Glavne karakteristike singla izometrijska kontrakcija prikazano na sl. 4-11 A. Početak mišićne napetosti je odgođen za nekoliko milisekundi u odnosu na akcioni potencijal. Tokom ovoga latentni period proći kroz sve faze elektromehaničkog uparivanja. Interval od početka razvoja napona do trenutka njegovog maksimuma je vrijeme smanjenja. Različit je za različite vrste vlakana skeletnih mišića. Vrijeme kontrakcije brzih vlakana ne prelazi 10 ms, dok za sporija nije manje od 100 ms. Trajanje kontrakcije je određeno koliko dugo citoplazmatska koncentracija Ca 2+ ostaje povišena, osiguravajući nastavak ciklične aktivnosti poprečnih mostova. Vrijeme kontrakcije je zbog aktivnosti Ca-ATPaze sarkoplazmatskog retikuluma, koja je veća u brzim vlaknima nego u sporim.

Karakteristike izotonične kontrakcije zavise i od mase podignutog tereta (sl. 4-11 B), odnosno kod većeg tereta:

1) latentni period je duži;

2) brzina skraćivanja (količina skraćivanja mišića u jedinici vremena), trajanje kontrakcije i količina skraćivanja mišića su manji.

Poređenje pojedinačnih kontrakcija istog mišićnog vlakna u različitim načinima njegove aktivnosti pokazuje (sl. 4-11 C) da je latentni period duži za izotonične kontrakcije nego za izometrijsku, dok je trajanje mehaničkog procesa kraće u slučaju izotonične kontrakcije (tj. pri skraćivanju) nego izometrijske (tj. pri stvaranju sile).

Razmotrimo detaljnije slijed pojava tokom izotonične pojedinačne kontrakcije. Kada je mišićno vlakno uzbuđeno, poprečni mostovi počinju razvijati snagu, ali skraćivanje ne počinje sve dok napetost mišića ne premaši opterećenje vlakna. Dakle, skraćivanju prethodi tačka izometrijska kontrakcija, tokom kojih napon raste. Što je opterećenje veće, duže će biti potrebno da se napon izjednači sa opterećenjem i počinje skraćivanje. Ako se opterećenje poveća, tada ga na kraju mišićno vlakno neće moći podići, brzina i stupanj skraćivanja će biti jednaki nuli, a kontrakcija će postati potpuno izometrijska.

Imajte na umu da se sila kojom mišić djeluje na predmet tijekom njegove kontrakcije naziva se mišićna voltaža (tenzija). Sila objekta (obično njegove mase) na mišić je Krivulja mišićne kontrakcije u domaćoj literaturi dugo se naziva "mehanogram", tj. snimanje mehaničke aktivnosti mišića. U svjetskoj literaturi se obično koriste pojmovi napetost u mirovanju (sila) opisati silu kojom mišić u mirovanju djeluje na predmet (u mN), i aktivna napetost (sila) da opiše silu kojom mišić djeluje na predmet kada se kontrahira.

Sile mišićne napetosti i opterećenja međusobno se suprotstavljaju. Hoće li sila koju stvara mišićno vlakno uzrokovati njegovo skraćivanje ovisi o relativnim veličinama stresa i opterećenja. Da bi se mišićno vlakno skratilo i tako prenijelo opterećenje, njegova napetost mora biti veća od protivničkog opterećenja.

Rice. 4-11. Pojedinačna kontrakcija mišića.

A - pojedinačna izometrijska kontrakcija skeletnog mišićnog vlakna nakon jednog akcionog potencijala. B - pojedinačne izotonične kontrakcije pri različitim opterećenjima. Veličina, brzina i trajanje skraćivanja opadaju sa povećanjem opterećenja, dok se vremenski interval od stimulusa do početka skraćivanja povećava sa povećanjem opterećenja. B - pojedinačna izotonična kontrakcija skeletnog mišićnog vlakna nakon jednog akcionog potencijala

Vrste mišićne kontrakcije

Budući da je trajanje jednog akcionog potencijala u vlaknu skeletnog mišića 1-2 ms, a jedna kontrakcija može trajati 100 ms, trenutak inicijacije drugog akcionog potencijala može pasti u period mehaničke aktivnosti. Slika 4-12 A-B prikazuje izometrijske kontrakcije mišićnog vlakna kao odgovor na tri uzastopna stimulusa. Izometrijska kontrakcija kao odgovor na prvi stimulus S 1 trajala je 150 ms (sl. 4-12 A). Drugi stimulus S2, dat 200 ms nakon S1, kada se mišićno vlakno već potpuno opustilo, izazvao je drugu kontrakciju identičnu prvoj, a treći stimulus S3 sa istim intervalom izazvao je treću identičnu kontrakciju. Na slici 4-12B, S 1 -S 2 interval je ostao na 200 ms, a treći stimulus je dat 60 ms nakon S 2 , kada je mehanički odgovor na S 2 počeo da opada, ali se još nije završio. Stimulus S 3 izazvao je kontraktilni odgovor, čiji je maksimalni napon premašio odgovor na S 2 . Na slici 4-12B, S 2 -S 3 interval je smanjen na 10 ms, a maksimalni mehanički odgovor se još više povećao, pri čemu je odgovor na S 3 spojeni nastavak odgovora na S 2 .

Povećanje mišićne napetosti sa uzastopnim akcionim potencijalima koje se javlja prije kraja faze mehaničke aktivnosti naziva se sumiranje. Kada se pojedinačne kontrakcije spoje tokom ritmičke stimulacije, tetanus(tetanična kontrakcija). Na niskim frekvencijama stimulusa, mehanički odgovor može biti valovit, jer se vlakno djelomično opušta između stimulusa; Ovo nazubljeni tetanus. Ako se frekvencija stimulacije poveća, dobija se glatki tetanus, bez oscilacija (Sl. 4-12 D).

Kako se frekvencija akcionih potencijala povećava, veličina napona se povećava kao rezultat sumiranja sve dok glatki tetanus ne dostigne maksimum, nakon čega se napon neće povećavati s daljnjim povećanjem frekvencije stimulacije.

Da bismo objasnili uzroke zbrajanja, potrebno je razmotriti koji se procesi odvijaju u mišićnim vlaknima. Ali prvo morate dobiti informacije o elastičnim svojstvima mišića. Mišić sadrži pasivne elastične elemente (odsječke debelih i tankih filamenata, kao i tetive) povezane u seriju sa kontraktilnim elementima (generiranje sile). Sekvencijalno

elastični elementi djeluju kao opruge kroz koje se aktivna sila stvorena poprečnim mostovima prenosi na opterećenje. Vremenski tok napona pri izometrijska kontrakcija uključuje period potrebno za istezanje uzastopnih elastičnih elemenata.

Napetost mišićnog vlakna u određenom trenutku zavisi od sljedećih faktora:

1) broj poprečnih mostova vezanih za aktin i lociranih u 2. fazi ciklusa poprečnog mosta u svakom sarkomeru;

2) sila koju stvara svaki poprečni most;

3) trajanje aktivnog stanja poprečnih mostova.

Jedan akcioni potencijal uzrokuje oslobađanje dovoljno Ca 2+ u mišićnom vlaknu da zasiti troponin, tako da su sva mjesta vezivanja miozina na tankim filamentima u početku dostupna. Međutim, vezanje visokoenergetskog oblika poprečnih mostova za ova područja (1. faza ciklusa poprečnog mosta) traje neko vrijeme, a osim toga, kao što je gore navedeno, potrebno je vrijeme za rastezanje uzastopnih elastičnih elemenata. Kao rezultat toga, uprkos početnoj dostupnosti svih mjesta vezivanja tokom jedne kontrakcije, maksimalna napetost se ne razvija odmah. Još jedna okolnost: gotovo odmah nakon oslobađanja Ca 2+ jona počinje njihov reverzni transfer u sarkoplazmatski retikulum, tako da koncentracija Ca 2+ u citoplazmi postepeno opada u odnosu na prethodnu visoku razinu i, posljedično, ima manje i manje mjesta vezivanja miozina na aktinskim filamentima koja mogu stupiti u interakciju sa poprečnim mostovima.

Situacija je drugačija tokom tetanične kontrakcije. Svaki sljedeći akcijski potencijal uzrokuje oslobađanje Ca 2+ iz sarkoplazmatskog retikuluma prije reverznog prijenosa svih iona Ca 2+ u citoplazmu nakon što prethodni akcijski potencijal završi. Zbog toga se održivo održava povećana koncentracija Ca 2+ u citoplazmi i stoga se broj dostupnih mjesta za vezivanje miozina na aktinskim filamentima ne smanjuje. Kao rezultat toga, broj mjesta dostupnih za vezivanje ostaje na maksimalnom nivou, ciklična aktivnost poprečnih mostova osigurava dovoljno istezanje uzastopnih elastičnih elemenata i prijenos maksimalnog naprezanja na krajeve mišićnog vlakna.

Rice. 4-12. Odnos između frekvencije i napona.

A-B - zbir kontrakcija kao rezultat smanjenja vremenskih intervala između podražaja S 2 i S 3 . D - izometrijske kontrakcije izazvane nizom stimulusa sa frekvencijom od 10/s (nazubljeni tetanus) i 100/s (fuzioni tetanus); za poređenje, prikazana je jedna kontrakcija

Odnos između opterećenja i brzine skraćivanja

Brzina skraćivanja mišićnog vlakna opada sa povećanjem opterećenja (sl. 4-13 A). Brzina skraćivanja je maksimalna bez opterećenja i jednaka je nuli kada opterećenje odgovara sili maksimalnog izometrijskog naprezanja. Ako opterećenje postane veće od maksimalnog izometrijskog naprezanja, doći će do njega izduženje mišićna vlakna brzinom koja se povećava s povećanjem opterećenja; pod veoma velikim opterećenjem, vlakno će puknuti.

Brzina skraćivanja određena je učestalošću ponavljanja radnih ciklusa svakog poprečnog mosta i, konačno, učestalošću cijepanja molekula ATP-a, budući da se u svakom ciklusu poprečnog mosta dijeli jedan molekul ATP-a. Ako se poveća opterećenje na poprečnom mostu, manja je vjerovatnoća da će molekuli ATP-a biti hidrolizirani (iz više razloga) i, posljedično, brzina skraćivanja se smanjuje.

Odnos između dužine mišića i napetosti

Pasivno Elastična svojstva opuštenog mišića uglavnom su posljedica posebnosti organizacije proteina titina, čiji je molekul na jednom kraju pričvršćen za Z-traku, a na drugom za debeli filament i djeluje poput opruge. . Kako se mišić rasteže, pasivna napetost opuštenog vlakna raste, ali ne zbog aktivnih pokreta poprečnih mostova, već zbog istezanja titinskih filamenata. Ako se rastegnuto vlakno oslobodi, njegova dužina će se vratiti u stanje ravnoteže, baš kao što se traka gume skraćuje u sličnoj situaciji. Istezanje dovodi ne samo do pasivne napetosti mišićnog vlakna, već i do promjene njegove aktivne napetosti tijekom kontrakcije. Stoga, sila koja se stvara tokom kontrakcije zavisi od početne dužine mišićnog vlakna. To je ilustrovano eksperimentom, kada se mišićno vlakno isteže, a na svakoj dužini se bilježi količina aktivne napetosti kao odgovor na podražaje (Slika 4-13 B). Dužina na kojoj vlakno stvara najveći aktivni izometrijski napon naziva se optimalna dužina,

Sa dužinom mišićnog vlakna jednakom 60% L o , vlakno ne stvara napetost kao odgovor

za podsticaj. Kako se vlakno rasteže od ovog početnog nivoa, aktivni izometrijski napon raste na svakoj dužini do maksimuma na dužini L o . Tokom daljeg izduživanja vlakna dolazi do njegovog naprezanja pada. Na dužini od 175% ili više od L o , vlakno ne reagira na iritaciju.

Kada su skeletni mišići opušteni, dužina većine njihovih vlakana približava se L o i stoga je optimalna za stvaranje sile. Dužina opuštenih vlakana se mijenja pod opterećenjem ili kao rezultat istezanja zbog kontrakcije drugih mišića, ali je pasivna promjena dužine opuštenih vlakana ograničena jer su mišići pričvršćeni za kosti. Pasivna promjena dužine rijetko prelazi 30% i često je mnogo manja. U ovom rasponu vrijednosti početne dužine, aktivna napetost mišića nikada ne postaje niža od polovine napetosti razvijene na L o (sl. 4-13 B).

Odnos između početne dužine vlakna i njegove sposobnosti da razvije aktivni napon tokom kontrakcije može se objasniti u smislu modela kliznog filamenta. Kada se opušteno mišićno vlakno istegne, tanki filamenti se izvlače iz snopova debelih filamenata, tako da se površina preklapanja smanjuje. Ako se vlakno rastegne do 1,75 L o, filamenti se više ne preklapaju. Poprečni mostovi se ne mogu vezati za aktin i ne razvija se napetost. Sa manjim rastezanjem (postepenom promjenom dužine od 1,75 L o do L o), površina preklapanja filamenta se povećava, a naprezanje razvijeno tijekom stimulacije raste u direktnoj proporciji s povećanjem broja poprečnih mostova u području ​preklapanje. Najveća površina preklapanja javlja se na dužini L o ; onda se može pričvrstiti na tanke filamente najveći broj poprečne mostove, a generirani napon je maksimalan.

Ako je dužina vlakna manja od L o , razvijeni napon se smanjuje zbog niza okolnosti. Prvo, snopovi tankih filamenata sa suprotnih krajeva sarkomera počinju da se preklapaju, ometajući pričvršćivanje poprečnih mostova i razvoj sile. Drugo, iz razloga koji još nisu jasni, sa smanjenjem dužine vlakana, afinitet troponina za Ca 2+ opada i, posljedično, smanjuje se broj dostupnih mjesta za vezivanje za poprečne mostove na tankim filamentima.

Rice. 4-13. Dva glavna omjera: opterećenje - brzina skraćivanja mišića, dužina - napetost mišića.

A - brzina skraćivanja i produžavanja skeletnih mišićnih vlakana u zavisnosti od opterećenja. Imajte na umu da je sila koja djeluje na poprečne mostove za vrijeme produženja kontrakcije veća od maksimalne izometrijske napetosti. B - promjene aktivne izometrijske tetaničke napetosti ovisno o dužini mišićnog vlakna. Plavo područje odgovara fiziološkom rasponu dužine vlakana u mišićima vezanim za kost

Funkcionalna uloga ATP-a u procesu kontrakcije skeletnih mišića

1. Kao rezultat hidrolize ATP-a uzrokovane miozinom, poprečni mostovi dobijaju energiju za razvoj vučne sile.

2. Vezivanje ATP-a za miozin je praćeno odvajanjem poprečnih mostova vezanih za aktin.

3. Hidroliza ATP-a pod dejstvom Ca-ATPaze sarkoplazmatskog retikuluma snabdeva energijom za aktivni transport Ca 2+ u lateralne kesice sarkoplazmatskog retikuluma, što dovodi do smanjenja citoplazmatskog Ca 2+ na početni nivo. U skladu s tim, kontrakcija je završena, a mišićno vlakno se opušta.

U skeletnim mišićima, tokom njihovog prijelaza iz stanja mirovanja u kontraktilnu aktivnost - 20 puta (ili čak nekoliko stotina puta) brzina cijepanja ATP-a naglo raste istovremeno. Mala količina ATP-a u skeletnim mišićima dovoljna je za samo nekoliko pojedinačnih kontrakcija. Da bi se održala trajna kontrakcija, molekuli ATP-a moraju se formirati tokom metabolizma istom brzinom kojom se razgrađuju tokom kontrakcije.

Postoje tri načina na koji se ATP stvara tokom kontrakcije mišićnih vlakana (Slika 4-14):

1) ADP fosforilacija prenošenjem fosfatne grupe iz kreatin fosfat;

2) oksidativna fosforilacija ADP u mitohondrijama;

3) ADP fosforilacija tokom glikolize u citoplazmi.

Zbog fosforilacije ADP kreatin fosfatom, na samom početku kontrakcije osigurava se vrlo brzo stvaranje ATP-a:

Tokom perioda odmora, koncentracija kreatin fosfata u mišićnom vlaknu raste na nivo približno pet puta veći od sadržaja ATP-a. Na početku kontrakcije, kada koncentracija ATP-a počinje da opada, a koncentracija ADP-a počinje da raste zbog razgradnje ATP-a delovanjem miozin ATPaze, reakcija se pomera ka stvaranju ATP-a zbog kreatin fosfata. U ovom slučaju, prijelaz energije se događa tako velikom brzinom da je na početku kontrakcije

koncentracija ATP-a u mišićnom vlaknu se malo mijenja, dok koncentracija kreatin fosfata brzo opada.

Iako se ATP formira iz kreatin fosfata vrlo brzo, kroz jednu enzimsku reakciju, količina ATP-a je ograničena početnom koncentracijom kreatin fosfata u ćeliji. Da bi kontrakcija mišića trajala duže od nekoliko sekundi, moraju biti uključena druga dva izvora stvaranja ATP-a. Nakon početka kontrakcije koju obezbjeđuje upotreba kreatin fosfata, aktiviraju se sporiji, multienzimski putevi oksidativne fosforilacije i glikolize, zbog čega se brzina stvaranja ATP-a povećava do nivoa koji odgovara brzini cijepanja ATP-a.

Sa umjerenim mišićna aktivnost ATP nastaje uglavnom oksidativnom fosforilacijom, a tokom prvih 5-10 minuta glikogen služi kao glavni resurs za to. U narednih ~30 min, izvori energije koji se isporučuju krvi postaju dominantni, a glukoza i masne kiseline učestvuju približno podjednako. U kasnijim fazama kontrakcije prevladava iskorištavanje masnih kiselina, a glukoza se manje troši.

Ako je intenzitet mišićnog rada takav da stopa razgradnje ATP-a prelazi 70% njegovog maksimalnog nivoa, doprinos glikolize stvaranju ATP-a značajno se povećava. Glukoza za ovaj proces dolazi iz dva izvora: iz krvi ili iz zaliha glikogena u mišićnim vlaknima. Kako se aktivnost mišića povećava, povećava se udio ATP-a koji se osigurava anaerobnim procesom, glikolizom; shodno tome nastaje više mliječne kiseline.

Na kraju rada mišića, rezerve energetski bogatih spojeva (kreatin fosfat i glikogen) u mišićima se smanjuju. Za obnavljanje rezervi oba spoja potrebna je energija, pa mišić, već u mirovanju, još neko vrijeme nastavlja intenzivno trošiti kisik. Zbog povećane potrošnje kiseonika u periodu nakon mišićnog rada nastaje tzv dug za kiseonik; a intenzivno stvaranje ATP-a oksidativnom fosforilacijom ima za cilj obnavljanje energetskih resursa u obliku kreatin fosfata i glikogena.

Rice. 4-14. Energetski metabolizam skeletnih mišića.

Tri resursa za stvaranje ATP-a tokom mišićne kontrakcije: 1 - kreatin fosfat; 2 - oksidativna fosforilacija; 3 - glikoliza

Vrste skeletnih mišićnih vlakana

Vlakna skeletnih mišića nisu ista po svojim mehaničkim i metaboličkim karakteristikama. Vrste vlakana razlikuju se na osnovu sljedećih karakteristika:

1) zavisno od maksimalne brzine skraćivanja - vlakna su brza i spora;

2) u zavisnosti od glavnog puta za stvaranje ATP-a - oksidativna i glikolitička vlakna.

Brza i spora mišićna vlakna sadrže izoenzime miozina koji razgrađuju ATP različitim maksimalnim brzinama, što odgovara različitoj maksimalnoj brzini ciklusa rada poprečnog mosta i, posljedično, različitoj maksimalnoj brzini skraćivanja vlakana. Karakteristična je visoka ATPazna aktivnost miozina brza vlakna, niža aktivnost ATPaze - spora vlakna. Iako je radni ciklus oko 4 puta brži u brzim vlaknima nego u sporim vlaknima, oba tipa poprečnih mostova stvaraju istu silu.

Drugi pristup klasifikaciji skeletnih mišićnih vlakana zasniva se na razlikama u enzimskim mehanizmima sinteze ATP-a. Neka vlakna imaju mnogo mitohondrija i stoga pružaju visok nivo oksidativne fosforilacije; Ovo oksidativna vlakna. Količina ATP-a koja se u njima formira ovisi o opskrbi mišića krvlju iz koje ulaze molekule kisika i energetski bogatim spojevima. Vlakna ovog tipa su okružena brojnim kapilarama. Osim toga, sadrže protein koji vezuje kisik - mioglobin, koji povećava brzinu difuzije kiseonika, a obavlja i funkciju kratkotrajnog depoa kiseonika u mišićnom tkivu. Zbog značajnog sadržaja mioglobina, oksidativna vlakna su obojena tamnocrvenom bojom; često se nazivaju crvenih mišićnih vlakana.

IN glikolitička vlakna, naprotiv, ima malo mitohondrija, ali visok sadržaj enzima glikolize i velike rezerve glikogena. Ova vlakna su okružena relativno malim brojem kapilara, a u njihovom tkivu ima malo mioglobina, što odgovara ograničenoj upotrebi kiseonika. Zbog nedostatka

mioglobinska glikolitička vlakna izgledaju lagana i nazivaju se bijelih mišićnih vlakana.

Na osnovu dvije razmatrane karakteristike (brzina skraćivanja i vrsta metabolizma), mogu se razlikovati tri tipa vlakana skeletnih mišića.

1.Spora oksidativna vlakna(tip I) - niska aktivnost miozin ATPaze i visok oksidativni kapacitet (sl. 4-15 A).

2.Brza oksidativna vlakna(tip IIa) - visoka aktivnost miozin ATPaze i visok oksidativni kapacitet (sl. 4-15 B).

3.brza glikolitička vlakna(tip IIb) - visoka aktivnost miozin ATPaze i visok glikolitički kapacitet

(Sl. 4-15 B).

Napominjemo da četvrta teoretski moguća varijanta, spora glikolitička vlakna, nije pronađena.

Vlakna se razlikuju ne samo po svojim biohemijskim karakteristikama, već i po veličini: glikolitička vlakna imaju znatno veći prečnik od oksidativnih. Ovo utiče na veličinu napona koji razvijaju. Što se tiče broja debelih i tankih filamenata po jedinici površine poprečnog presjeka, on je približno isti za sve vrste vlakana skeletnih mišića. Dakle, što je veći prečnik vlakna, to je veći broj paralelnih debelih i tankih filamenata koji su uključeni u stvaranje sile i veća je maksimalna napetost mišićnog vlakna. Iz toga proizilazi da glikolitičko vlakno, koje ima veći prečnik, razvija u prosjeku značajniju napetost u odnosu na napetost oksidativnog vlakna.

Osim toga, tri razmatrana tipa mišićnih vlakana karakterizira različita otpornost na umor. Brza glikolitička vlakna se nakon toga zamaraju kratko vrijeme, dok su spora oksidativna vlakna vrlo otporna, što im omogućava da održavaju kontraktilnu aktivnost dugo vremena na gotovo konstantnom nivou napetosti. Brza oksidativna vlakna zauzimaju srednje mjesto u svojoj sposobnosti da se odupru razvoju umora.

Karakteristike tri tipa skeletnih mišićnih vlakana sumirane su u tabeli 1. 4-1.

Rice. 4-15. Vrste skeletnih mišićnih vlakana. Brzina razvoja zamora u vlaknima tri vrste.

Svaka vertikalna linija odgovara kontraktilnom odgovoru na kratki tetanični stimulus. Nedostaju kontraktilni odgovori između 9. i 60. minuta

Tabela 4-1.Karakteristike tri vrste skeletnih mišićnih vlakana

Napetost mišića

Sila kojom mišić djeluje na predmet tokom njegove kontrakcije naziva se mišićna sila. voltaža (tenzija); sila predmeta (obično njegove mase) na mišić je Ako se mišiću daje pozadinsko opterećenje, kao što se obično radi tokom mjerenja, onda se ovo pozadinsko opterećenje naziva preload - preload ili prestretch.Često je napisano ruskim pravopisom - "prelod". Sile mišićne napetosti i opterećenja međusobno se suprotstavljaju. Hoće li sila koju stvara mišićno vlakno uzrokovati njegovo skraćivanje ovisi o relativnim veličinama stresa i opterećenja. Da bi se mišićno vlakno skratilo i tako pomjerilo opterećenje, njegova napetost mora biti veća od protivničkog opterećenja.

Ako mišić razvije napetost, ali se ne skrati (niti produži), naziva se kontrakcija izometrijski(dužina mišića je konstantna) (sl. 4-16 A). Takva kontrakcija nastaje kada mišić drži teret u konstantnom položaju ili razvije silu u odnosu na opterećenje čija je masa veća od napetosti mišića. Ako se mišić skrati, a opterećenje na njemu ostane konstantno, naziva se kontrakcija izotoničan(napetost mišića je konstantna) (sl. 4-16 B).

Treća vrsta redukcije je produžena kontrakcija (ekscentrična kontrakcija), kada je opterećenje koje djeluje na mišić veće od napetosti koju razvijaju poprečni mostovi. U takvoj situaciji opterećenje rasteže mišić, unatoč suprotstavljenoj sili koju stvaraju pokreti poprečnih mostova. Ekscentrična kontrakcija nastaje ako se predmet koji podržava mišić pomakne prema dolje (primjeri: osoba sjedne iz stojećeg položaja ili hoda dolje

stepenice). Treba naglasiti da u takvim uvjetima produljenje mišićnih vlakana nije aktivan proces koji provode kontraktilni proteini, već rezultat vanjske sile koja djeluje na mišić. U nedostatku vanjske sile koja izdužuje mišiće, vlakna će, kada su stimulirana, samo skratiti, ali ne produžavajte. Sve tri vrste kontrakcija (izometrijska, izotonična i ekscentrična) su prirodni događaji svakodnevnih aktivnosti.

Sa svakom vrstom kontrakcije, poprečni mostovi ritmično ponavljaju ciklus koji se sastoji od četiri faze. U 2. fazi izotonične kontrakcije, poprečni mostovi povezani s aktinom se rotiraju, uzrokujući skraćivanje sarkomera. To se događa drugačije tokom izometrijske kontrakcije: zbog opterećenja koje djeluje na mišić, poprečni mostovi povezani s aktinom ne mogu pomicati tanke filamente, već im prenose silu - izometrijsku napetost. Tokom 2. faze ekscentrične kontrakcije, poprečni mostovi doživljavaju opterećenje koje ih vuče nazad prema Z-laminusu, dok ostaju vezani za aktin i razvijaju silu. Faze 1, 3 i 4 su iste za sve tri vrste kontrakcija. Dakle, sa svakom vrstom kontrakcije, kontraktilni proteini prolaze kroz iste hemijske promene. Konačni rezultat (skraćivanje, bez promjene dužine ili produženja) određen je količinom opterećenja na mišiću.

Slika 4-16B prikazuje odnos "dužina-napetost" tokom izometrijske kontrakcije, a na Sl. 4-16 D, samo "aktivni" fragment ove zavisnosti, tj. razlika između "pasivne" krive i opće krive. Ispod su prikazane (sl. 4-16 D) karakteristične krive koje odražavaju odnos opterećenja i brzine.

Rice. 4-16. Izometrijska i izotonična kontrakcija.

A - eksperimentalni lijek za proučavanje mišićnih kontrakcija u izometrijskim uvjetima. B - eksperimentalni lijek za proučavanje mišićnih kontrakcija u izotoničnim uvjetima. B - pasivna kriva koja pokazuje napetost mišića (tenzija), koji se mjeri na različitim dužinama mišića prije kontrakcije. Kumulativna kriva koja pokazuje napetost mišića (tenzija), koji se meri na različitim dužinama mišića tokom kontrakcije. G - aktivna napetost mišića (aktivna napetost) je razlika između totalnog i pasivnog napetost mišića na ploči (C). E - tri plave krivulje pokazuju da je brzina skraćivanja mišića veća ako se mišić istegne masom

Mišićno-skeletni sistem

Mišić koji se steže prenosi snagu na kosti preko tetiva. Ako je sila dovoljna, onda kada se mišić skrati, kosti se pokreću. Prilikom kontrakcije mišić razvija samo vučnu silu, tako da se kosti za koje je pričvršćen, skraćujući se, povlače jedna prema drugoj. U ovom slučaju, to se može dogoditi savijanje udova u zglobu (fleksija) ili proširenje(ekstenzija) - ispravljanje ekstremiteta (sl. 4-17 A). Ovi suprotno usmjereni pokreti moraju uključivati ​​najmanje dva različita mišića - fleksor i ekstenzor. mišićne grupe koji pokreću zglob u suprotnim smjerovima nazivaju se antagonisti. Kao što je prikazano na sl. 4-17 A, sa kontrakcijom biceps mišića ramena (m. biceps) ruka se savija u lakatnog zgloba, dok kontrakcija mišića antagonista - triceps mišića ramena (m. triceps) uzrokuje istezanje ruke. Oba mišića stvaraju samo vučnu silu u odnosu na podlakticu tokom kontrakcije.

Grupe mišića antagonista neophodne su ne samo za fleksiju i ekstenziju, već i za pomicanje udova u stranu ili za rotaciju. Neki mišići, kada se kontrahiraju, mogu stvoriti dvije vrste pokreta, ovisno o kontraktilnoj aktivnosti drugih mišića koji djeluju na isti ekstremitet. Na primjer, prilikom smanjenja potkoljenični mišić(m. gastrocnemius) noga se savija u kolenu, na primer, dok hodate (sl. 4-17 B). Međutim, ako se gastrocnemius mišić kontrahira istovremeno s kvadriceps femoris mišićem (m. kvadriceps femoris) koji ispravlja nogu u potkolenici, zglob kolena se ne može savijati, pa je kretanje moguće samo u skočnom zglobu. Postoji produžetak stopala, tj. osoba se diže na vrhove prstiju - "stoji na prstima".

Mišići, kosti i zglobovi tijela su sistemi poluge. Princip rada poluge može se ilustrirati primjerom fleksije podlaktice (sl. 4-17B): biceps mišić vrši vučnu silu usmjerenu prema gore na područje podlaktice na udaljenosti od oko 5 cm od zgloba lakta. U primjeru koji se razmatra, ruka drži teret od 10 kg, tj. na udaljenosti od oko 35 cm od lakta djeluje sila od 10 kg prema dolje. Prema zakonima fizike, podlaktica je u stanju mehaničke ravnoteže (tj. ukupna sila koja djeluje na sistem je nula) kada je proizvod sile naniže (10 kg) i udaljenosti od mjesta njene primjene do lakat (35 cm) jednak je proizvodu izometrijske napetosti mišića (X) na udaljenosti od njega do lakta (5 cm). Dakle, 10x35=5xX; dakle X = 70 kg. Imajte na umu da je rad ovog sistema mehanički nepovoljan, jer je sila koju razvija mišić mnogo veća od mase tereta koji se drži (10 kg).

Međutim, mehanički nepovoljni uvjeti rada većine mehanizama mišićne poluge kompenziraju se povećanjem upravljivosti. Slika 4-17 pokazuje da skraćivanje mišića bicepsa za 1 cm odgovara pokretu ruke od 7 cm od brzine skraćivanja mišića. Sistem poluga igra ulogu pojačala, zahvaljujući kojem je relativno malo spori pokreti mišići bicepsa se pretvaraju u brže pokrete ruku. Dakle, lopta koju bacač baci na košarkaški tim putuje brzinom od 90-100 mph (oko 150-160 km/h), iako se mišići igrača skraćuju mnogo puta sporije.

Rice. 4-17. Mišići i kosti djeluju kao sistem poluge.

A - mišići antagonisti koji izvode fleksiju i ekstenziju podlaktice. B - kontrakcija gastrocnemius mišića dovodi do fleksije donjeg ekstremiteta kada je četveroglavi mišić natkoljenice opušten, ili do ekstenzije, kada se ovaj kontrahira, ne dozvoljavajući kolenskog zgloba bend. B - mehanička ravnoteža sila koje djeluju na podlakticu kada ruka drži teret od 10 kg. D - polužni sistem ruke djeluje kao pojačalo u odnosu na brzinu kontrakcije biceps mišića ramena, povećavajući brzinu kretanja ruke. Sistem je ujedno i pojačalo za opseg pokreta ruke (kada se mišić skrati za 1 cm, ruka se pomjera za 7 cm)

neuromuskularni spoj

Signal za pokretanje kontrakcije je akcioni potencijal plazma membrane skeletnog mišićnog vlakna. U skeletnim mišićima akcioni potencijali se mogu izazvati samo na jedan način – stimulacijom nervnih vlakana.

Vlakna skeletnih mišića inerviraju se aksonima nervnih ćelija tzv motoneuroni(ili somatski eferentni neuroni). Tijela ovih stanica nalaze se u moždanom stablu ili kičmenoj moždini. Aksoni motornih neurona prekriveni su mijelinskom ovojnicom, a njihov prečnik je veći od ostalih aksona, pa provode akcione potencijale sa velika brzina, pružajući signale iz CNS-a do vlakana skeletnih mišića sa samo minimalnim kašnjenjem.

Ulaskom u mišić, akson motornog neurona dijeli se na mnogo grana, od kojih svaka čini jednu vezu s mišićnim vlaknom. Jedan motorni neuron inervira mnoga mišićna vlakna, ali svako mišićno vlakno kontroliše grana samo jednog motornog neurona. Motorni neuron, zajedno s mišićnim vlaknima koje inervira, čini motorna jedinica. Mišićna vlakna jedne motoričke jedinice nalaze se u istom mišiću, ali ne u obliku kompaktne grupe, već su raštrkana po cijelom mišiću. Kada se akcioni potencijal javi u motornom neuronu, sva mišićna vlakna njegove motoričke jedinice primaju stimulans za kontrakciju.

Kada se akson približi površini mišićnog vlakna, završava se mijelinska ovojnica, a akson formira završni dio (nervni završetak) u obliku nekoliko kratkih procesa koji se nalaze u žljebovima na površini mišićnog vlakna. Područje plazma membrane mišićnog vlakna, koje se nalazi direktno ispod nervnog završetka, ima posebna svojstva i naziva se završna ploča motora. Struktura koja se sastoji od nervnog završetka i motorne završne ploče poznata je kao neuromuskularni spoj(neuromuskularna sinapsa).

Završeci aksona motornog neurona (motorni nervni završeci) sadrže vezikule ispunjene ACh. Akcijski potencijal koji dolazi iz motornog neurona depolarizira plazma membranu nervnog završetka, uslijed čega se otvaraju naponski kontrolirani Ca 2+ kanali, a Ca 2+ iz ekstracelularnog medija ulazi u nervni završetak. Ca 2+ joni se vezuju za proteine,

obezbeđujući fuziju membrane vezikula sa plazma membranom nervnog završetka, a ACh se oslobađa u sinaptički rascep koji odvaja nervni završetak i motornu završnu ploču. ACh molekuli difundiraju od nervnog završetka do završne ploče motora, gdje se vezuju za acetilkolinske receptore nikotinskog tipa, otvarajući ionske kanale propusne i za Na+ i za K+. Zbog razlike u transmembranskim elektrohemijskim gradijentima ovih jona, protok Na+ koji ulazi u mišićno vlakno veći je od izlaznog toka K+, zbog čega dolazi do lokalne depolarizacije završne ploče motora - potencijal krajnje ploče(PKP). PKP je sličan EPSP u interneuronskim sinapsama. Međutim, amplituda jednog EPP-a je znatno veća od EPSP-a jer na neuromuskularnom spoju oslobođeni neurotransmiter pogađa veću površinu gdje se vezuje za mnogo veći broj receptora i gdje se, posljedično, otvara mnogo više jonskih kanala. Iz tog razloga, amplituda jednog PKP-a je obično više nego dovoljna da se pojavi lokalna električna struja u području mišićne membrane plazme pored završne ploče, inicira akcioni potencijal. Akcioni potencijal se zatim širi duž površine mišićnog vlakna kroz isti mehanizam kao u membrani aksona. Većina neuromišićnih spojeva nalazi se u srednjem dijelu mišićnog vlakna, odakle se rezultirajući akcioni potencijal širi na oba kraja vlakna. U ljudskim skeletnim mišićima, inhibitorni potencijali se nikada ne pojavljuju. Sve neuromišićne veze su ekscitativne.

Zajedno sa ACh receptorima, završna ploča motora sadrži enzim acetikolinesteraza(ACC-esteraza), koja cijepa ACH. Kako se koncentracija slobodnog ACh smanjuje zbog njegovog cijepanja ACh-esterazom, smanjuje se količina ACh koja se može vezati za receptore. Kada više nema receptora vezanih za ACh, ionski kanali krajnje ploče se zatvaraju. Depolarizacija krajnje ploče je završena, membranski potencijal se vraća na nivo mirovanja, a završna ploča je ponovo u stanju da odgovori na oslobođeni ACh kada sledeći akcioni potencijal stigne na nervni završetak.

Rice. 4-18. Ekscitacija membrane mišićnih vlakana: neuromuskularni spoj

Elektromehanički interfejs

Rane studije izolovanog srca otkrile su da su optimalne koncentracije Na + , K + i Ca 2+ potrebne za kontrakciju srčanog mišića. Bez Na+, srce je neuzbudljivo, neće kucati, jer akcioni potencijal zavisi od vanćelijskih jona natrijuma. Naprotiv, potencijal membrane u mirovanju ne zavisi od transmembranskog gradijenta Na + jona. U normalnim uslovima, ekstracelularna koncentracija K+ je oko 4 mM. Smanjenje koncentracije ekstracelularnog K+ nema veliki uticaj na ekscitaciju i kontrakciju srčanog mišića. Međutim, povećanje koncentracije ekstracelularnog K+ na dovoljnu visoki nivoi uzrokuje depolarizaciju, gubitak ekscitabilnosti ćelija miokarda i srčani zastoj u dijastoli. Ca 2+ je takođe neophodan za srčane kontrakcije. Uklanjanje Ca 2+ iz ekstracelularne tečnosti dovodi do smanjenja snage srčanih kontrakcija i kasnijeg srčanog zastoja u dijastoli. Naprotiv, povećanje koncentracije ekstracelularnog Ca 2+ povećava srčane kontrakcije, a vrlo visoke koncentracije Ca 2+ dovode do srčanog zastoja u sistoli. Slobodni intracelularni Ca 2+ služi kao ion odgovoran za kontraktilnost miokarda.

Dva panela na slici prikazuju mehanizme elektromehaničkog spajanja u srcu, opisane u nastavku. Ekscitacija srčanog mišića počinje kada se talas ekscitacije brzo širi duž sarkoleme ćelija miokarda od ćelije do ćelije kroz praznine. Ekscitacija se također širi u ćelije kroz poprečne cijevi koje su invaginirane u srčana vlakna u Z-trakama. Električna stimulacija u području Z-trake ili primjena ioniziranog Ca 2+ u području Z-pojasa srčanih vlakana oslobođenih iz membrane (sa uklonjenim sarkolemama) uzrokuje lokalnu kontrakciju susjednih miofibrila. Tokom platoa akcionog potencijala povećava se permeabilnost sarkoleme za Ca 2+. Ca 2+ ulazi u ćeliju duž njenog elektrohemijskog gradijenta kroz kalcijumske kanale sarkoleme i njene invaginacije, tj. kroz membrane T-sistema.

Vjeruje se da se otvaranje kalcijumskih kanala događa kao rezultat fosforilacije proteina kanala cikličnom adenozin monofosfat zavisnom protein kinazom (cAMP-zavisna protein kinaza). Početni izvor ekstracelularnog Ca 2+ je intersticijska tečnost (10 -3 M Ca 2+). Neki

količina Ca 2+ također može biti povezana sa sarkolemom i sa glikokaliks, mukopolisaharid koji pokriva sarkolemu. Količina kalcija koja ulazi u ćeliju iz ekstracelularnog prostora nije dovoljna da izazove kontrakciju miofibrila. Unesen unutar kalcijuma ("pokreće ili okida" Ca 2+) pokreće oslobađanje Ca 2+ iz sarkoplazmatskog retikuluma (gdje postoji zaliha intracelularnog Ca 2+). Koncentracija slobodnog Ca 2+ u citoplazmi raste od nivoa mirovanja (nivo mirovanja) na oko 10 -7 M do nivoa od 10 -6 do 10 -5 M u vrijeme ekscitacije. Ca 2+ se zatim vezuje za protein troponin C. Kompleks kalcijum troponina stupa u interakciju sa tropomiozinom kako bi deblokirao aktivna mjesta između aktinskih i miozinskih filamenata. Ovo deblokiranje omogućava stvaranje cikličkih poprečnih veza između aktina i miozina i stoga omogućava kontrakciju miofibrila.

Mehanizmi koji povećavaju koncentraciju Ca 2+ u citosolu povećavaju razvijenu snagu srčanih kontrakcija (aktivna sila), a mehanizmi koji smanjuju koncentraciju Ca 2+ u citosolu smanjuju je. Na primjer, kateholamini povećavaju ulazak Ca 2+ u ćeliju fosforilacijom kanala kroz cAMP zavisnu protein kinazu. Uz to, kateholamini, kao i drugi agonisti, povećavaju snagu srčanih kontrakcija povećavajući osjetljivost kontraktilnog mehanizma na Ca 2+. Povećanje koncentracije ekstracelularnog Ca 2+ ili smanjenje gradijenta Na + kroz sarkolemu takođe dovodi do povećanja koncentracije Ca 2+ u citosolu.

Gradijent natrijuma može se smanjiti povećanjem intracelularne koncentracije Na + ili smanjenjem ekstracelularne koncentracije Na +. Srčani glikozidi povećavaju intracelularnu koncentraciju Na + "trovanjem" Na + /K + -ATPazom, što dovodi do nakupljanja Na + u ćelijama. Povećanje koncentracije Na + u citosolu mijenja smjer izmjenjivača Na + / Ca 2+ (Na + /Ca 2+ -izmjenjivač) suprotno, tako da se manje Ca 2+ uklanja iz ćelije. Smanjena koncentracija ekstracelularnog Na+ uzrokuje da manje Na+ uđe u ćeliju, pa se manje Na+ zamjenjuje sa Ca 2+.

Postignuto mehaničko naprezanje (tenzija) smanjuje se zbog smanjenja koncentracije ekstracelularnog Ca 2+, povećanja transmembranskog gradijenta Na + ili upotrebe blokatora Ca 2+ kanala koji sprečavaju Ca 2+ da uđe u ćelije miokarda.

Rice. 4-19. Elektromehanički interfejs u srcu

Fiziologija glatkih mišića

Glatko mišićno vlakno je fusiformna ćelija prečnika od 2 do 10 mikrona. Za razliku od višenuklearnih skeletnih mišićnih vlakana, koja se više ne mogu dijeliti nakon završetka diferencijacije, glatka mišićna vlakna imaju jedno jezgro i sposobna su za dijeljenje tijekom cijelog života organizma. Podjela počinje kao odgovor na različite parakrine signale, često na oštećenje tkiva.

Značajan niz faktora koji modificiraju kontraktilnu aktivnost glatkih mišića u različitim organima otežava klasifikaciju glatkih mišićnih vlakana. Međutim, postoji opći princip zasnovan na električnim karakteristikama plazma membrane. Prema ovom principu većina glatkih mišića može se klasificirati u jedan od dva tipa: unitarni glatki mišići(jednojedinični glatki mišići) sa vlaknima povezanim u jednu celinu (sl. 4-20 A), čije ćelije međusobno deluju raskrsnica, I višejedinični glatki mišići(glatki mišići sa više jedinica) sa individualnom inervacijom vlakana (sl. 4-20 B).

Unitarni glatki mišići

U mišićima ovog tipa aktivnost (električnu i mehaničku) provode različite ćelije sinhrono, tj. mišić u cjelini odgovara na podražaje. To je zbog činjenice da su mišićna vlakna međusobno povezana. gap junction(jap junctions), kroz koje se akcioni potencijal može širiti od jedne ćelije do susjednih ćelija pomoću lokalnih struja. Dakle, električna aktivnost koja je nastala u bilo kojoj ćeliji unitarnih glatkih mišića prenosi se na sva vlakna (sl. 4-20 A).

Neka vlakna jedinstvenih glatkih mišića imaju svojstva pejsmejkera. Oni spontano generišu akcione potencijale koji se provode kroz gap junction na vlakna koja nemaju takvu aktivnost. Većina jedinica glatkih mišića nije pejsmejker.

Na kontraktilnu aktivnost unitarnih glatkih mišića utiču električna aktivnost nerava, hormoni i lokalni faktori;

ovi uticaji su posredovani mehanizmima o kojima smo gore govorili u odnosu na aktivnost svih glatkih mišića. Priroda inervacije jedinstvenih glatkih mišića značajno varira u različitim organima. U mnogim slučajevima, nervni završeci su koncentrisani u onim delovima mišića gde se nalaze ćelije pejsmejkera. Aktivnost cijelog mišića može se regulirati promjenama u frekvenciji akcionih potencijala ćelija pejsmejkera.

Još jedna karakteristika jedinstvenih glatkih mišića je da se njihova vlakna često skupljaju kao odgovor na istezanje. Kontrakcije nastaju kada se zidovi mnogih šupljih organa (na primjer, maternice) istegnu, kada se poveća volumen njihovog unutrašnjeg sadržaja.

Primjeri unitarnih glatkih mišića: mišići zida gastrointestinalnog trakta, materica, tanki krvni sudovi.

Višejedinični glatki mišići

Postoji nekoliko multijediničnih glatkih mišićnih ćelija između ćelija. raskrsnica, svako vlakno djeluje nezavisno od svojih susjeda, a mišić se ponaša kao skup nezavisnih elemenata. Višejedinični glatki mišići obilno su snabdjeveni granama autonomnih nerava (sl. 4-20 B). Ukupni odgovor cijelog mišića ovisi o broju aktiviranih vlakana i učestalosti nervnih impulsa. Iako su dolazni nervni impulsi praćeni depolarizacijom i kontraktilnim odgovorima vlakana, akcioni potencijali se obično ne stvaraju u višejediničnim glatkim mišićima. Kontraktilna aktivnost višejediničnih glatkih mišića se povećava ili smanjuje kao rezultat cirkulirajućih hormona, ali višejedinični glatki mišići se ne kontrahiraju kada se istegnu. Primjeri višejediničnih glatkih mišića: mišići u zidovima bronhija i velikih arterija, itd.

Treba naglasiti da većina glatkih mišića nema svojstva isključivo unitarnih ili višejediničnih glatkih mišića. Zapravo, postoji kontinuum varijacija glatkih mišića sa različitim kombinacijama svojstava oba tipa; unitarni glatki mišić i višejedinični glatki mišić su dva ekstrema.

Rice. 4-20. Struktura glatkih mišića

Potencijali glatkih mišića

Neke vrste glatkih mišićnih vlakana stvaraju akcione potencijale spontano, u odsustvu bilo kakvog neurogenog ili hormonskog uticaja. Potencijal mirovanja plazma membrane takvih vlakana ne održava se na konstantnom nivou, već se podvrgava postepenoj depolarizaciji dok ne dostigne granični nivo i stvori akcioni potencijal. Nakon repolarizacije membrane ponovo počinje njena depolarizacija (Sl. 4-21), tako da se javlja niz akcionih potencijala koji izazivaju toničnu kontraktilnu aktivnost. Spontani potencijalni pomaci koji depolariziraju membranu do praga se nazivaju potencijali pejsmejkera.(Kao što je prikazano u drugim poglavljima, neka vlakna srčanog mišića i neke vrste neurona CNS-a također imaju potencijale pejsmejkera i mogu spontano generirati akcione potencijale u odsustvu vanjskih podražaja.)

Zanimljivo je da u glatkim mišićima sposobnim da generišu akcione potencijale, joni Ca 2+ nego Na+ služe kao nosioci pozitivnih naelektrisanja u ćeliju tokom faze porasta akcionog potencijala; kada je membrana depolarizovana, otvaraju se naponski vođeni kalcijumski kanali, a akcioni potencijali u glatkim mišićima su kalcijumove prirode, a ne natrijuma.

Za razliku od prugastih mišića, u glatkim mišićima koncentracija citoplazme

kation Ca 2+ može se povećati (ili smanjiti) kao rezultat postepeno depolarizacija (ili hiperpolarizacija) pomake u membranskom potencijalu, koje povećavaju (ili smanjuju) broj otvorenih kalcijumskih kanala u plazma membrani.

Kakvu ulogu ima ekstracelularni Ca 2+ u elektromehaničkom spajanju? Postoje dvije vrste kalcijumskih kanala u plazma membrani glatkih mišićnih ćelija – zavisni od napona i kontrolirani kemijskim medijatorima. Pošto je koncentracija Ca 2+ u ekstracelularnoj tečnosti 10.000 puta veća nego u citoplazmi, otvaranje kalcijumskih kanala plazma membrane prati ulazak Ca 2+ u ćeliju. Zbog male veličine vlakana, ioni Ca 2+ koji su ušli brzo difuzijom dospiju do unutarćelijskih mjesta vezivanja.

Druga razlika je u tome što u skeletnim mišićima jedan akcioni potencijal oslobađa dovoljno Ca 2+ da uključi sve poprečne mostove vlakana, u glatkim mišićima samo se dio poprečnih mostova aktivira kao odgovor na većinu podražaja. Zbog toga glatka mišićna vlakna stvaraju napetost postepeno, kako se mijenja koncentracija Ca 2+ u citoplazmi. Što je veći porast koncentracije Ca 2+, to je veći broj aktiviranih poprečnih mostova i veći je generisani napon.

Rice. 4-21. Električni potencijali glatkih mišića

Izvori ulaska kalcijuma u citoplazmu

Povećanje koncentracije Ca 2+ u citoplazmi, zbog čega se pokreće kontrakcija glatkih mišića, obezbjeđuje se iz dva izvora: (1) sarkoplazmatskog retikuluma i (2) ekstracelularnog okruženja, iz kojeg Ca 2+ ulazi u ćeliju kroz kalcijumskih kanala plazma membrane. Relativni doprinos ova dva izvora Ca 2+ varira za različite glatke mišiće. Neki od njih više ovise o ekstracelularnoj koncentraciji Ca 2+, drugi - o Ca 2+ deponovanom u sarkoplazmatskom retikulumu.

Sarkoplazemski retikulum glatkih mišića

Što se tiče sarkoplazmatskog retikuluma, on je manje razvijen u glatkim mišićima nego u skeletnim mišićima i nema specifičnu organizaciju koja bi korelirala sa lokacijom debelih i tankih filamenata (sl. 4-22 A). Osim toga, glatkim mišićima nedostaju T-tubule povezane sa plazma membranom. Budući da je promjer glatkih mišićnih vlakana mali, a kontrakcija se razvija sporo, ne postoji funkcionalna potreba za brzim širenjem ekscitatornog signala duboko u vlakno. Istovremeno, uočavaju se posebne strukture između dijelova plazma membrane i sarkoplazmatskog retikuluma,

analogno specijalizovanim kontaktima između membrana T-tubula i bočnih vrećica u prugastim vlaknima. Ove strukture posreduju u interfejsu između akcionog potencijala plazma membrane i oslobađanja Ca 2+ iz sarkoplazmatskog retikuluma. Sekundarni glasnici koje oslobađa plazma membrana ili se formiraju u citoplazmi kao odgovor na vezivanje ekstracelularnih hemijskih medijatora za receptore plazma membrane uključeni su u iniciranje oslobađanja Ca 2+ iz regiona sarkoplazmatskog retikuluma koji se nalazi u centru vlakna ( Slika 4-22 B).

U nekim glatkim mišićima koncentracija Ca 2+ je dovoljna da održi aktivnost poprečnog mosta na određenom niskom nivou čak i u odsustvu vanjskih podražaja. Takav fenomen se zove tonus glatkih mišića. Intenzitet tona menjaju faktori koji utiču na citoplazmatsku koncentraciju Ca 2+.

Uklanjanje Ca 2+ iz citoplazme, neophodnog da bi se vlakno opustilo, odvija se aktivnim transportom Ca 2+ natrag u sarkoplazmatski retikulum, kao i kroz plazma membranu u ekstracelularnu sredinu. Brzina uklanjanja Ca 2+ u glatkim mišićima je mnogo manja nego u skeletnim mišićima. Otuda različito trajanje jedne kontrakcije - nekoliko sekundi za glatke mišiće i djelić sekunde za skeletne.

Mehanizmi metabolizma kalcijuma predstavljeni su u

pirinač. 4-22 G.

Rice. 4-22. Sarkoplazemski retikulum glatkih mišića.

A - struktura sarkoplazmatskog retikuluma. B - izvori unosa kalcijuma preko jonskih kanala. B - izvori unosa kalcijuma preko pumpi i izmenjivača

Kontrakcije glatkih mišića

Postoje dvije vrste filamenata u citoplazmi glatkih mišićnih vlakana: debeli koji sadrže miozin i tanki koji sadrže aktin. Tanki filamenti su vezani ili za plazma membranu ili za citoplazmatske strukture - tzv. gusta tijela(funkcionalni analozi Z-traka prugastih vlakana). U relaksiranim glatkim mišićnim vlaknima, filamenti oba tipa su orijentisani pod kosim uglom u odnosu na dugu os ćelije. Tokom skraćivanja vlakana, dijelovi plazma membrane koji se nalaze između tačaka vezivanja aktina nabubre. Debeli i tanki filamenti nisu organizirani u miofibrile kao u prugasto-prugastim mišićima i ne formiraju sarkomere koji se redovno ponavljaju, tako da nema prugasta. Međutim, kontrakcija glatkih mišića nastaje kroz mehanizam kliznih filamenata.

Koncentracija miozina u glatkim mišićima je samo oko jedne trećine one u poprečnoprugastim mišićima, dok aktin može biti dvostruko veći. Uprkos ovim razlikama, maksimalni stres po jedinici površine poprečnog presjeka koju razvijaju glatki i skeletni mišići je sličan.

Odnos između izometrijske napetosti i dužine za glatka mišićna vlakna je kvantitativno isti kao i za skeletna mišićna vlakna. Pri optimalnoj dužini vlakna razvija se maksimalno naprezanje, a kada se dužina pomakne u oba smjera od svoje optimalne vrijednosti, napon se smanjuje. Međutim, glatki mišići, u poređenju sa skeletnim mišićima, mogu razviti napetost u više širok raspon vrijednosti dužine. Ovo je važno adaptivno svojstvo, s obzirom da je većina glatkih mišića dio zidova šupljih organa, s čijom promjenom volumena se mijenja i dužina mišićnih vlakana. Čak i sa relativno velikim povećanje obima, kao, na primjer, prilikom punjenja mjehura, glatka mišićna vlakna u njegovim zidovima zadržavaju u određenoj mjeri sposobnost razvoja napetosti; kod prugastih vlakana takvo rastezanje može dovesti do odvajanja debelih i tankih filamenata izvan zone njihovog preklapanja.

Kao i kod prugastih mišića, kontraktilna aktivnost u glatkim mišićnim vlaknima regulirana je promjenama u citoplazmatskoj koncentraciji Ca 2+ jona. Međutim, ove dvije vrste mišića značajno se razlikuju po mehanizmu utjecaja Ca 2+ na aktivnost transverzalnih mostova i promjene koncentracije Ca 2+ kao odgovor na stimulaciju.

Rice. 4-23. U glatkim mišićima, debeli i tanki filamenti su orijentisani pod uglom u odnosu na osi vlakana i pričvršćeni su za plazma membranu ili za gusta tela u citoplazmi. Kada se mišićne ćelije aktiviraju, debeli i tanki filamenti klize jedan na drugi tako da se ćelije skraćuju i zgušnjavaju.

Aktiviranje poprečnih mostova

U tankim filamentima glatkih mišića ne postoji Ca 2+-vezujući protein troponin C, koji posreduje u okidačkoj ulozi Ca 2+ u odnosu na aktivnost poprečnih mostova u skeletnim mišićima i u miokardu. Umjesto toga, ciklus poprečnog mosta u glatkim mišićima kontroliše Ca 2+-regulisani enzim fosforilirajućeg miozina. Samo fosforilirani oblik miozina u glatkim mišićima može se vezati za aktin i osigurati cikluse poprečnog mosta.

Razmotrite detaljno proces kontrakcije glatkih mišića. Povećanje nivoa Ca 2+ u citoplazmi pokreće spori lanac događaja koji, s jedne strane, dovode do oslobađanja aktivnog mjesta vezivanja za miozin na aktinu i, s druge strane, do povećanja aktivnost miozin ATPaze, a bez tog povećanja aktivnosti miozin ATPaze u glatkim mišićima, kontrakcija ne može započeti.

Prva faza procesa aktivacije miozinske glave je vezivanje 4 Ca 2+ jona sa calmodulin(CaM), koji je u tom smislu vrlo sličan troponinu C prugasto-prugastog mišića. Nadalje, Ca 2+ -CaM kompleks aktivira enzim tzv kinaza lakog lanca miozina(MLCM) (kinaza lakog lanca miozina, MLCK). MLCK sadrži ATP-vezujuću domenu i aktivno mjesto koje osigurava prijenos fosfata od ATP-a do proteina akceptora. Prema ovom mehanizmu, MLCK, zauzvrat, fosforilira lanac regulacije svjetlosti povezan s glavom molekula miozina II. Fosforilacija lakog lanca mijenja konformaciju glave miozina II, koja je dovoljno promijenjena povećanjem njegove ATPazne aktivnosti kako bi se omogućila interakcija s aktinom. To jest, sistem radi kao molekularni motor (sl. 4-23 A).

Slika 4-23B prikazuje dvije nezavisne kaskade koje vode do kontrakcije glatkih mišića. Kaskada (1) uključuje mehanizam za oslobađanje od blokiranja aktivnog centra aktina, s kojim se miozin mora vezati. Kaskada (2) uključuje mehanizam aktivacije miozinske glave. Rezultat ove dvije kaskade je formiranje aktomiozinskog kompleksa.

Razmotrimo prvu kaskadu oslobađanja od blokiranja aktinskog aktivnog centra. Dva proteina, kaldesmon i kalpomin, blokiraju vezivanje aktina za miozin. Oba su Ca 2+ -CaM vezujući proteini i oba vezuju aktin. Sa jedne strane, Ca 2+ se vezuje za CaM, a kompleks Ca 2+-CaM deluje na dva načina na kalponin. Prvi efekat je da se kompleks Ca 2+ -CaM vezuje za kalponin. Drugi efekat je da Ca 2+ -CaM kompleks aktivira Ca 2+ -CaM zavisnu protein kinazu, koja fosforiliše kalponin. Oba efekta smanjuju inhibiciju ATPaze kalponinom

aktivnost miozina. Caldesmon također inhibira ATPazu aktivnost miozina glatkih mišića. S druge strane, Ca 2+ se vezuje za CaM, a kompleks Ca 2+-CaM se preko P i vezuje za kaldesmon, koji pomiče ovaj drugi sa mesta vezivanja aktin-miozina. Otvara se vezni centar na aktinu.

Razmotrimo drugu kaskadu, koja je predstavljena na panelu A. Prva faza procesa aktivacije miozinske glave sastoji se od vezivanja četiri Ca 2+ jona za CaM. Formirani Ca 2+ -CaM kompleks aktivira MLCK. MLCK fosforiliše regulatorni laki lanac povezan sa glavom molekula miozina II. Fosforilacija lakog lanca mijenja konformaciju glave miozina II, koja je dovoljno promijenjena povećanjem njegove ATPazne aktivnosti kako bi se omogućila interakcija s aktinom.

Kao rezultat, formira se aktomiozinski kompleks.

Izoformu miozin ATPaze glatkih mišića karakterizira vrlo niska maksimalna aktivnost, oko 10-100 puta niža od aktivnosti miozin ATPaze skeletnih mišića. Budući da brzina cikličkih pomicanja poprečnih mostova i, shodno tome, brzina skraćivanja ovisi o brzini hidrolize ATP-a, glatki mišići se kontrahiraju mnogo sporije od skeletnih mišića. Osim toga, glatki mišići se ne zamaraju tokom duže aktivnosti.

Da bi se glatki mišići opustili nakon kontrakcije, neophodna je defosforilacija miozina, jer defosforilirani miozin ne može biti vezan za aktin. Ovaj proces katalizira fosfataza lakog lanca miozina, koja je aktivna tokom cijelog vremena mirovanja i kontrakcije glatkih mišića. Sa povećanjem koncentracije Ca 2+ u citoplazmi, brzina fosforilacije miozina aktivnom kinazom postaje veća od brzine njegove defosforilacije fosfatazom, a količina fosforiliranog miozina u ćeliji se povećava, što osigurava razvoj napetosti. Kada se koncentracija Ca 2+ u citoplazmi smanji, stopa defosforilacije postaje veća od brzine fosforilacije, količina fosforiliranog miozina opada, a glatki mišići se opuštaju.

Prilikom spremanja napredni nivo citoplazmatski Ca 2+, brzina hidrolize ATP-a miozinom unakrsnog mosta se smanjuje, uprkos postojanoj izometrijskoj napetosti. Ako je fosforilirani poprečni most vezan za aktin defosforiliran, on će biti u stanju trajne krute napetosti, ostajući nepokretan. Kada se takvi defosforilirani poprečni mostovi vežu za ATP, oni se od aktina odvajaju mnogo sporije. Na taj način je osigurana sposobnost glatkih mišića da održavaju napetost dugo vremena uz nisku potrošnju ATP-a.

Kao i kod skeletnih mišića, okidač stimulans za većinu kontrakcija glatkih mišića je povećanje količine intracelularnih jona kalcija. Kod različitih tipova glatkih mišića, ovo povećanje može biti uzrokovano nervnom stimulacijom, hormonskom stimulacijom, istezanjem vlakana ili čak promjenom hemijskog sastava okoline koja okružuje vlakno.

Međutim, u glatkim mišićima nedostaje troponin(regulatorni protein koji se aktivira kalcijumom). Kontrakcija glatkih mišića aktivira se potpuno drugačijim mehanizmom, opisanim u nastavku.

Veza kalcijevih jona sa kalmodulinom. Aktivacija miozin kinaze i fosforilacija miozinske glave.

Umesto troponinaćelije glatkih mišića sadrže velike količine drugog regulatornog proteina koji se zove kalmodulin. Iako je ovaj protein sličan troponinu, razlikuje se po načinu na koji se kontrakcija pokreće. Kalmodulin to čini tako što aktivira miozinske poprečne mostove. Aktivacija i redukcija se izvode u sljedećem redoslijedu.

1. Kalcijumovi joni se vezuju za kalmodulin.
2. Kalmodulin-kalcijum kompleks se vezuje za fosforilirajući enzim miozin kinazu i aktivira ga.
3. Jedan od lakih lanaca svake miozinske glave, nazvan regulatorni lanac, fosforiliran je djelovanjem miozin kinaze. Kada ovaj lanac nije fosforiliran, nema cikličkog vezivanja i odvajanja miozinske glave u odnosu na aktinski filament. Ali kada je regulatorni lanac fosforiliran, glava stječe sposobnost da se ponovo veže za aktinski filament i provede cijeli ciklički proces periodičnih "potezanja" koji su u osnovi kontrakcije, kao u skeletnim mišićima.

Prestanak kontrakcije. Uloga miozinfosfataze. Kada koncentracija kalcijevih jona padne ispod kritične razine, gore navedeni procesi se automatski razvijaju u suprotnom smjeru, osim fosforilacije miozinske glave. Za obrnuti razvoj ovog stanja potreban je još jedan enzim, miozinfosfataza, koji je lokaliziran u tekućinama glatke mišićne ćelije i cijepa fosfatazu iz regulatornog lakog lanca. Nakon toga, ciklična aktivnost, a time i kontrakcija, prestaje.
Dakle, vrijeme neophodna za opuštanje mišića, u velikoj mjeri je određena količinom aktivne miozinfosfataze u ćeliji.

Mogući mehanizam za regulaciju mehanizma "zasun".. Zbog važnosti mehanizma “zasun” u funkciji glatkih mišića, pokušava se objasniti ovaj fenomen, jer omogućava dugotrajno održavanje tonusa glatkih mišića u mnogim organima bez značajnih troškova energije. Među mnogim predloženim mehanizmima predstavljamo jedan od najjednostavnijih.

Kada se snažno aktivira i miozin kinaza, i miozinfosfataze, učestalost ciklusa miozinskih glava i brzina kontrakcija su visoki. Zatim, kako se aktivacija enzima smanjuje, učestalost ciklusa se smanjuje, ali u isto vrijeme, deaktivacija ovih enzima omogućava da glave miozina ostanu vezane za aktinske filamente sve duži dio ciklusa. Stoga, broj glava vezanih za aktinski filament u bilo kojem trenutku ostaje velik.

Od broja glave vezane za aktin određuje statičku snagu kontrakcije, napetost se održava ili "puca". Međutim, troši se malo energije, jer nema cijepanja ATP-a na ADP, osim u onim rijetkim slučajevima kada se neka glava odvoji.

Strukturno, glatki mišići se razlikuju od prugasto-prugastih skeletnih mišića i srčanih mišića. Sastoji se od ćelija u obliku vretena, dužine od 10 do 500 mikrona, širine 5-10 mikrona, koje sadrže jedno jezgro. Stanice glatkih mišića leže u obliku paralelno orijentiranih snopova, razmak između njih je ispunjen kolagenim i elastičnim vlaknima, fibroblastima, hranidbenim putevima. Membrane susednih ćelija formiraju neksuse koji obezbeđuju električnu komunikaciju između ćelija i služe za prenos ekscitacije od ćelije do ćelije. Osim toga, plazma membrana glatke mišićne ćelije ima posebne invaginacije - caveole, zbog kojih se površina membrane povećava za 70%. Izvana je plazma membrana prekrivena bazalnom membranom. Kompleks bazalne i plazma membrane naziva se sarkolema. Glatkim mišićima nedostaju sarkomeri. Kontraktilni aparat se zasniva na protofibrilima miozina i aktina. Postoji mnogo više aktinskih protofibrila u SMC nego u prugasto-prugastim mišićnim vlaknima. Odnos aktin/miozin = 5:1.

Debeli i tanki miofilamenti su rasuti po sarkoplazmi glatkog miocita i nemaju tako vitku organizaciju kao u prugasto-prugastim skeletnim mišićima. U ovom slučaju, tanki filamenti su pričvršćeni za gusta tijela. Neka od ovih tijela nalaze se na unutrašnjoj površini sarkoleme, ali većina ih je u sarkoplazmi. Gusta tijela se sastoje od alfa-aktinina, proteina koji se nalazi u strukturi Z-membrane prugastih mišićnih vlakana. Neka od gustih tijela koja se nalaze na unutrašnjoj površini membrane su u kontaktu sa gustim tijelima susjedne ćelije. Tako se sila koju stvara jedna ćelija može prenijeti na drugu. Debeli miofilamenti glatkih mišića sadrže miozin, dok tanki miofilamenti sadrže aktin i tropomiozin. Istovremeno, troponin nije pronađen u sastavu tankih miofilamenata.

Glatki mišići se nalaze u zidovima krvnih sudova, koži i unutrašnje organe.

Glatki mišići igraju važnu ulogu u regulaciji

lumen disajnih puteva,

vaskularni tonus,

motorička aktivnost gastrointestinalnog trakta,

materice itd.

Klasifikacija glatkih mišića:

Multiunitarni, oni su dio cilijarnog mišića, mišića šarenice oka, mišića koji podiže kosu.

Unitarno (visceralno), nalazi se u svim unutrašnjim organima, kanalima probavnih žlijezda, krvnim i limfnim žilama, koži.

Višejedinični glatki mišići.

sastoji se od zasebnih ćelija glatkih mišića, od kojih se svaka nalazi nezavisno jedna od druge;

ima visoku gustinu inervacije;

poput prugastih mišićnih vlakana, izvana su prekriveni supstancom koja liči na bazalnu membranu, koja uključuje izolirajuće stanice jedna od druge, kolagena i glikoproteinska vlakna;

svaka mišićna stanica može se kontrahirati zasebno i njena aktivnost je regulirana nervnim impulsima;

Unitarni glatki mišići (visceralni).

je sloj ili snop, a sarkoleme pojedinačnih miocita imaju više dodirnih tačaka. Ovo omogućava da se ekscitacija širi iz jedne ćelije u drugu.

membrane susjednih stanica formiraju višestruke čvrsti kontakti(jap spojevi), kroz koje se joni mogu slobodno kretati iz jedne ćelije u drugu

akcioni potencijal koji nastaje na membrani glatke mišićne ćelije i jonske struje mogu se širiti duž mišićnog vlakna, omogućavajući istovremenu kontrakciju velikog broja pojedinačnih ćelija. Ova vrsta interakcije je poznata kao funkcionalni sincicij

Važna karakteristika glatkih mišićnih ćelija je njihova sposobnost da samouzbuđenje (automatsko), odnosno u stanju su da generišu akcioni potencijal bez izlaganja spoljašnjem stimulansu.

Ne postoji konstantan membranski potencijal mirovanja u glatkim mišićima, on se stalno pomera i u proseku iznosi -50 mV. Drift se javlja spontano, bez ikakvog uticaja, a kada potencijal membrane mirovanja dostigne kritični nivo, nastaje akcioni potencijal koji izaziva kontrakciju mišića. Trajanje akcionog potencijala dostiže nekoliko sekundi, tako da kontrakcija može trajati i nekoliko sekundi. Rezultirajuća ekscitacija se zatim širi kroz neksus na susjedna područja, uzrokujući njihovu kontrakciju.

Spontana (nezavisna) aktivnost povezana je sa istezanjem glatkih mišićnih ćelija, a kada se istežu, javlja se akcioni potencijal. Učestalost pojave akcionih potencijala zavisi od stepena istezanja vlakna. Na primjer, peristaltičke kontrakcije crijeva se pojačavaju rastezanjem njegovih zidova himusom.

Unitarni mišići se uglavnom kontrahuju pod uticajem nervnih impulsa, ali su ponekad moguće i spontane kontrakcije. Jedan nervni impuls nije u stanju da izazove odgovor. Za njen nastanak potrebno je sumirati nekoliko impulsa.

Za sve glatke mišiće, tokom generisanja ekscitacije, karakteristična je aktivacija kalcijumskih kanala, pa su u glatkim mišićima svi procesi sporiji nego u skeletnim.

Brzina provođenja ekscitacije duž nervnih vlakana do glatkih mišića je 3-5 cm u sekundi.

Jedan od važnih nadražaja koji pokreće kontrakciju glatkih mišića je njihovo istezanje. Dovoljno istezanje glatkih mišića obično je praćeno pojavom akcionih potencijala. Dakle, pojavu akcionih potencijala tokom istezanja glatkih mišića potiču dva faktora:

sporo talasne oscilacije membranskog potencijala;

depolarizacija uzrokovana istezanjem glatkih mišića.

Ovo svojstvo glatkih mišića omogućava mu da se automatski kontrahira kada se istegne. Na primjer, prilikom preljeva tankog crijeva dolazi do peristaltičkog talasa koji promoviše sadržaj.

Kontrakcija glatkih mišića.

Glatki mišići, poput prugastih mišića, sadrže poprečno premošteni miozin koji hidrolizira ATP i stupa u interakciju s aktinom da izazove kontrakciju. Za razliku od prugastih mišića, tanki filamenti glatkih mišića sadrže samo aktin i tropomiozin i ne sadrže troponin; regulacija kontraktilne aktivnosti u glatkim mišićima nastaje zbog vezivanja Ca ++ za kalmodulin, koji aktivira miozin kinazu, koja fosforilira regulacijski lanac miozina. Ovo rezultira hidrolizom ATP-a i započinje ciklus poprečnog mosta. U glatkim mišićima, kretanje aktomiozinskih mostova je sporiji proces. Razgradnja molekula ATP-a i oslobađanje energije potrebne da se osigura kretanje aktomiozinskih mostova ne događa se tako brzo kao u prugasto-prugastom mišićnom tkivu.

Efikasnost potrošnje energije u glatkim mišićima izuzetno je važna za ukupnu potrošnju energije organizma, jer su krvni sudovi, tanko crevo, bešika, žučna kesa i drugi unutrašnji organi stalno u dobrom stanju.

Tokom kontrakcije, glatki mišić je u stanju da skrati do 2/3 svoje prvobitne dužine (skeletni mišić 1/4 do 1/3 svoje dužine). To omogućava šupljim organima da obavljaju svoju funkciju mijenjajući svoj lumen u značajnoj mjeri.

Bitan svojstva glatkih mišića je njegova velika plastičnost, odnosno sposobnost održavanja dužine zadate istezanjem bez promjene naprezanja. Razlika između skeletnih mišića, koji imaju malo plastičnosti, i glatkih mišića, sa dobro izraženom plastičnošću, lako se otkrivaju ako se prvo polagano istegnu, a zatim ukloni vlačno opterećenje. odmah se skraćuje nakon uklanjanja opterećenja. Nasuprot tome, glatki mišić nakon skidanja opterećenja ostaje istegnut sve dok pod utjecajem neke vrste iritacije ne dođe do njegove aktivne kontrakcije.

Svojstvo plastičnosti je vrlo važno za normalnu aktivnost glatkih mišića zidova šupljih organa, kao što je mokraćna bešika: zbog plastičnosti glatkih mišića zidova mokraćne bešike, pritisak unutar nje se relativno malo menja sa različiti stepen punjenja.

Razdražljivost i uzbuđenje

Glatki mišići manje uzbudljivi od skeletnih: njihovi pragovi iritacije su viši, a hronaksija je duža. Akcijski potencijali većine glatkih mišićnih vlakana imaju malu amplitudu (oko 60 mV umjesto 120 mV u skeletnim mišićnim vlaknima) i dugo trajanje - do 1-3 sekunde. On pirinač. 151 pokazuje akcioni potencijal jednog vlakna mišića maternice.

Refraktorni period traje čitav period akcionog potencijala, odnosno 1-3 sekunde. Brzina provođenja pobude varira u različitim vlaknima od nekoliko milimetara do nekoliko centimetara u sekundi.

Postoji veliki broj različitih vrsta glatkih mišića u tijelu životinja i ljudi. Većina šupljih organa u tijelu obložena je glatkim mišićima koji imaju osjetljivu strukturu. Pojedinačna vlakna takvih mišića vrlo su blizu jedno drugom i čini se da morfološki čine jednu cjelinu.

Međutim, elektronske mikroskopske studije su pokazale da ne postoji membranski i protoplazmatski kontinuitet između pojedinačnih vlakana mišićnog sincicija: ona su međusobno odvojena tankim (200-500 Å) prorezima. Koncept "sincicijalne strukture" je trenutno više fiziološki nego morfološki.

syncytium- ovo je funkcionalna formacija koja osigurava da akcioni potencijali i spori valovi depolarizacije mogu slobodno propagirati iz jednog vlakna u drugo. Nervni završeci nalaze se samo na malom broju sincicijskih vlakana. Međutim, zbog nesmetanog širenja ekscitacije s jednog vlakna na drugo, može doći do uključivanja cijelog mišića u reakciju ako nervni impuls stigne na mali broj mišićnih vlakana.

Kontrakcija glatkih mišića

Uz veliku snagu jedne iritacije, može doći do kontrakcije glatkih mišića. Latentni period jedne kontrakcije ovog mišića je mnogo duži od perioda skeletnog mišića, dostižući, na primjer, u crijevnim mišićima zeca 0,25-1 sekundu. Trajanje same kontrakcije je također veliko ( pirinač. 152): u želucu zeca dostiže 5 sekundi, a u stomaku žabe - 1 minut ili više. Opuštanje je posebno sporo nakon kontrakcije. Talas kontrakcije širi se kroz glatke mišiće također vrlo sporo, putuje samo oko 3 cm u sekundi. Ali ova sporost kontraktilne aktivnosti glatkih mišića kombinovana je sa njihovom velikom snagom. Dakle, mišići želuca ptica mogu podići 1 kg po 1 cm2 svog poprečnog presjeka.

Tonus glatkih mišića

Zbog sporosti kontrakcije, glatki mišić, čak i uz rijetke ritmičke podražaje (za žablji želudac je dovoljno 10-12 podražaja u minuti), lako prelazi u dugotrajno stanje uporne kontrakcije, koje podsjeća na tetanus skeletnih mišića . Međutim, potrošnja energije tokom tako uporne kontrakcije glatkih mišića je vrlo mala, što ovu kontrakciju razlikuje od tetanusa prugasto-prugastog mišića.

Razlozi zbog kojih se glatki mišići skupljaju i opuštaju mnogo sporije od skeletnih mišića još nisu u potpunosti razjašnjeni. Poznato je da se miofibrile glatkih mišića, kao i one skeletnih mišića, sastoje od miozina i aktina. Međutim, glatki mišići nemaju prugaste linije, nemaju Z membranu i mnogo su bogatiji sarkoplazmom. Očigledno, ove karakteristike strukture glatkih mišićnih valova određuju spori tempo kontraktilnog procesa. Ovo odgovara relativno niskom nivou metabolizma glatkih mišića.

Automatizacija glatkih mišića

Karakteristična karakteristika glatkih mišića, koja ih razlikuje od skeletnih mišića, je sposobnost spontane automatske aktivnosti. Spontane kontrakcije se mogu uočiti pri proučavanju glatkih mišića želuca, crijeva, žučne kese, uretera i niza drugih glatkih mišića.

Automatizacija glatkih mišića je miogenog porijekla. Ona je svojstvena samim mišićnim vlaknima i regulirana je nervnim elementima koji se nalaze u zidovima glatkih mišićnih organa. Miogena priroda automatizma dokazana je eksperimentima na trakama mišića crijevnog zida, oslobođenih pažljivim seciranjem iz susjednih nervnih pleksusa. Takve trake, smještene u toplu Ringer-Locke otopinu, koja je zasićena kisikom, sposobne su za automatske kontrakcije. Naknadni histološki pregled otkrio je odsustvo nervnih ćelija u ovim mišićnim trakama.

U glatkim mišićnim vlaknima razlikuju se sledeće spontane oscilacije membranskog potencijala: 1) spori talasi depolarizacije sa trajanjem ciklusa od nekoliko minuta i amplitudom od oko 20 mV; 2) male brze fluktuacije potencijala koje prethode nastanku akcionih potencijala; 3) akcioni potencijali.

Glatki mišići reagiraju na sve vanjske utjecaje promjenom frekvencije spontanog ritma, što rezultira kontrakcijom i opuštanjem mišića. Efekat iritacije glatkih mišića creva zavisi od odnosa između učestalosti stimulacije i prirodne frekvencije spontanog ritma: sa niskim tonom - sa retkim spontanim akcionim potencijalima - primenjena iritacija pojačava tonus; sa visokim tonom , relaksacija se javlja kao odgovor na iritaciju, jer pretjerano povećanje impulsa dovodi do toga da svaki sljedeći impuls pada u refraktornu fazu od prethodnog.

Glatke mišićne ćelije (SMC) kao dio glatkih mišića formiraju mišićni zid šupljih i tubularnih organa, kontrolirajući njihovu pokretljivost i veličinu lumena. Kontraktilna aktivnost SMC je regulirana motornom vegetativnom inervacijom i mnogim humoralnim faktorima. U MMC-u nema poprečne pruge, jer miofilamenti - tanke (aktinske) i debele (miozin) niti - ne formiraju miofibrile karakteristične za prugasto mišićno tkivo. Šiljati krajevi SMC-a su uglavljeni između susjednih ćelija i formiraju se mišićni snopovi, koji zauzvrat formiraju slojeva glatkih mišića. Postoje i pojedinačni SMC (na primjer, u subendotelnom sloju krvnih žila).

kontraktilni aparat. Stabilni aktinski filamenti su orijentisani pretežno duž uzdužne ose SMC i pričvršćeni su za gusta tela. Sklapanje debelih (miozinskih) filamenata i interakcija aktinskih i miozinskih filamenata aktiviraju Ca 2+ jone koji dolaze iz depoa kalcijuma - sarkoplazmatskog retikuluma. Neophodne komponente kontraktilnog aparata - calmodulin(Ca 2+ -vezujući protein), kinaza I miozin fosfataze lakog lanca tip glatkih mišića.

Osobine nervnih uticaja. Karakteristika inervacije skeletnih mišića je prisustvo tzv motorne jedinice. Motorna jedinica (motorička jedinica) uključuje jedan motorni neuron zajedno sa grupom inerviranih mišićnih vlakana (od 10 do 2000). Motorni neuroni čine jezgra ili dio jezgara kranijalnih živaca ili se nalaze u prednjim rogovima kičmene moždine.

3) funkcionisanje motoričkih jedinica.

a) Od neurona motoričke jedinice do inerviranih mišićnih vlakana, impuls stiže istovremeno.

b) Obično različiti neuroni koji čine nervne centre ne šalju impulse na periferiju istovremeno, a rezultirajuća asinhronija u radu motoričkih jedinica osigurava jedinstvenu prirodu kontrakcije mišića.

Potencijal mirovanja skeletnih mišića je 60 - 90mV i određen je gradijentom koncentracije, uglavnom K+ jona koji teže da napuste ćeliju. K - Na - zavisna ATP-aza, koristeći energiju ATP-a, obezbeđuje konstantno ubrizgavanje K+ u ćeliju i uklanjanje Na+.

Akcioni potencijal mišićnih vlakana je 110 - 120 mV, trajanje njegovih faza je 1 - 3 ms (u mišićima udova i trupa). Vrijednost potencijala u tragovima varira unutar 15 mV, trajanje je oko 4 ms. Oblik akcionog potencijala je vrhunac.

5) Bioelektrični fenomeni i funkcionalno stanje.

Funkcionalno stanje mišići, čiji je kriterij ekscitabilnost, mijenjaju se:

a) tokom razvoja akcionog potencijala;

b) kada se polarizacija membrane promijeni.

2.2 Glatki mišići.

1) Funkcije glatkih mišića:

a) regulišu veličinu lumena šupljih organa, bronha, krvnih sudova;

b) pomerati sadržaj uz pomoć talasa kontrakcije i promene tonusa sfinktera.

2) elektrofiziološke pojave.

potencijal odmora glatkih mišićnih vlakana koja nemaju automatizaciju je 60 - 70 mV, sa automatizacijom - kreće se od 30 do 70 mV. Niža vrijednost potencijala mirovanja u odnosu na prugasto-prugasti mišić objašnjava se činjenicom da je membrana glatkih mišićnih vlakana propusnija za jone natrija.

akcioni potencijal. Kada su uzbuđeni u glatkim mišićima, mogu se stvoriti dvije vrste akcionog potencijala:

a) vrhunac;

b) plato.

Trajanje akcionih potencijala sličnih vrhuncu je 5-80 ms, a potencijala sličnih platou 90-500 ms.

Jonski mehanizam akcionog potencijala glatkih mišića razlikuje se od onog kod poprečnoprugastih mišića. Depolarizacija membrane glatkih mišićnih vlakana povezana je sa aktivacijom sporih, električno ekscitabilnih natrijum-propusnih kalcijumskih kanala. Kalcijumski kanali su spori, odnosno imaju dugi latentni period aktivacije i inaktivacije.

3) funkcionalne jedinice.

Funkcionalna jedinica glatkog mišićnog tkiva je snop vlakana prečnika od najmanje 100 mikrona. Ćelije snopa povezane su čvrstim spojevima ili međućelijskim mostovima. Ove okolnosti dovode do činjenice da se aktivnost dijela glatkog mišićnog tkiva sastoji od aktivnosti funkcionalnih jedinica.

4) Karakteristike širenja ekscitacije.

Ekscitacija se širi na dva načina:

a) lokalnim strujama, kao u nervnom vlaknu i vlaknima prugasto-prugastog mišića;

b) kroz nekruze do susjednih mišićnih vlakana (kao u srčanom mišiću), budući da postoji funkcionalna syncytium.

5) Vrste kontraktilne aktivnosti povezane s funkcioniranjem kanala.

tonične kontrakcije. Manifestira se u obliku bazalnog tonusa i njegovih promjena. To je najizraženije u sfinkterima. Obezbeđeno uključivanjem hemosenzitivnih kanala za jone Ca ++ , Na + .

Ritmičke (fazične) kontrakcije. Manifestira se u obliku periodične aktivnosti. Kontrakcija faze se pokreće akcionim potencijalom i uključivanjem brzih naponsko vođenih Ca++ i Na+ kanala, nakon čega slijedi uključivanje sporih naponsko vođenih kanala.

U uvjetima prirodne aktivnosti obično se opaža kombinacija toničnih i faznih komponenti, što je zbog uključivanja gornje tri vrste kanala. Inhibicija mišićne aktivnosti nastaje zbog smanjenja nivoa jonizovanog kalcijuma u ćeliji.

6) Automatizacija glatkih mišića i njena regulacija.

Glatke mišiće karakterizira automatizam ili spontana aktivnost, čiji su uzrok ritmičke fluktuacije membranskog potencijala. Tako se u gastrointestinalnom traktu razlikuje nekoliko mjesta koja obavljaju funkcije pejsmejkera - pejsmejkera (u želucu, u duodenumu, ileumu). Periodično širenje i sužavanje lumena mikrožila povezano je s pejsmejkerskom aktivnošću glatkih mišića vaskularnog zida.

Funkcionisanje pejsmejkera.

Spontana aktivnost zavisi od fluktuacija koncentracije Ca ++ i cAMP u miocitima pejsmejkera. Faze događaja:

a) povećanje slobodnog kalcijuma u miocitu dovodi do stvaranja akcionog potencijala;

b) adenilat ciklaza se aktivira i koncentracija cAMP u ćeliji raste i kalcij se vezuje za unutarćelijske depoe ili se uklanja iz ćelije;

Dakle, koncentracija cAMP je kalcijev oscilator ili faktor za postavljanje ritma, kao rezultat toga, uočava se jedan ili drugi nivo tonične napetosti (kontrakcije) i sporih pokreta. U većini slučajeva, ali ne uvijek, to je povezano s promjenom aktivnosti metasimpatičkog nervnog sistema.

Regulatorni uticaj na pejsmejker je regulacija brzine promjene koncentracije cAMP-a, a time i rada mehanizma kalcijuma.

1) Ovo se izvodi zbog djelovanja BAS-a na metasimpatički sistem ili direktno na pejsmejker ćelije.

2) Utjecaj biološki aktivnih supstanci i aktivnost metasimpatičkog sistema nadopunjuju se radom dva dijela ANS-a, maksimalna aktivnost glatkih mišića ili njeno smanjenje se uočava pri učestalosti dolaznih impulsa do 12 u sekundi:

a) obično parasimpatički nervni sistem deluje ekscitativno na glatke mišiće, ali opušta glatke mišiće krvnih sudova;

b) simpatički nervni sistem obično inhibira aktivnost glatkih mišića, ali pobuđuje glatke mišiće krvnih sudova;

3) Mehanizam kontrakcije i opuštanja mišića (zbog poznavanja problematike analizira se na primjeru skeletnih mišića).