ФИЗИОЛОГИЯ ГЛАДКИХ МЫШЦ проф. Борисова Р. П.

ФИЗИОЛОГИЯ ГЛАДКИХ МЫШЦ проф. Борисова Р. П. 2010

Физиолого- фармакологические аспекты деятельности ГМК • Гипертоническая болезнь, спазмы Причина • Астма связана с • Различные патологией дискинезии ГМК • Привычные выкидыши • Лимфедема

ЛИМФЕДЕМА

Три типа мышц Скелетная Сердечная Гладкая

Мышечная ткань В организме человека в среднем приходится на долю: - скелетных мышц – 40 -50% массы тела - сердечной мышцы – менее 1 % - гладких мышц – 8 -9%

В каких органах имеется гладкомышечная ткань?

Стенки большинства кровеносных сосудов содержат гладкомышечную ткань Крупные сосуды содержат три слоя гладкомышечных клеток

Фрагмент микроциркуляторного русла

Основные функции гладких мышц • Поддерживать тонус, то есть длительное напряжение ГМК слоя. Создавать тем самым давление в сосудистой системе, матке, пищеварительной системе и др. – Тонус циркулярных мышечных пучков на выходе из полого органа (сфинктер) регулирует процессы депонирования и эвакуации содержимого. • Развивать фазные сокращения, то есть сокращения с последующим расслаблением. Продвигать лимфу, перемешивать и продвигать пищу.

Стенка пищеварительного канала построена преимущественно из гладкомышечной ткани

Мышечные слои в привратнике желудка Внутренний циркулярный слой Наружный продольный слой

Особенности гладких мышц • Малые размеры клеток: длина 50 -400 мкм. • Клетки веретенообразные, одноядерные. • Нет поперечной исчерченности. • Управляются автономной нервной системой, гормонами, биологически активными веществами, метаболитами.

Свойства и особенности ГМК • Возбудимость – полимодальная • Автоматия • Проводимость – через нексусы • Сократимость –при ОБЯЗАТЕЛЬНОМ участии внеклеточного Са** • Пластичность

Возбудимость ГМК • Возбудимость ГМК полимодальная: клетка отвечает сокращением на электрические, химические, механические сигналы. Например, моторику кишки можно стимулировать грубой пищей, специями, электростимулятором. • Это обусловлено наличием соответственно электрочувствительных= потенциал- зависимых • хемочувствительных = рецептор- управляемых, • механочувствительных ионных каналов.

Рецепторы: • Сенсорные - клетки или части клеток, воспринимающие адекватный стимул и передающие ПД по элементам сенсорной системы. Например, колбочки и палочки – клетки, начало зрительной сенсорной системы. • Мембранные – молекулы, расположенные на мембране клетки, воспринимающие адекватный стимул и изменяющие проницаемость мембраны или внутриклеточные процессы.

Каналы и насосы ГМК Neurotransmitter Ca Channels K Channel or Hormone Receptor- Na Operated PIP 2 G PLC GDP GTP DAG Ca 1, 4, 5 IP 3 Ca K PKC Ca CM SR Ca. CM Ca MLCK (Inactive) (Active) • Потенциал-зависимые Ca 2+ каналы MLC- P • Рецептор-управляемые Са 2+ каналы • Активированное вторичными посредниками (мессенждерами) выделение Ca 2+ из СПР

Автоматия • Способность самовозбуждаться, т. е. • самостоятельно, без воздействия стимула, генерировать ПД и сокращаться. • Обусловлена наличием особых каналов (в основном для Са**), способных ритмически самостоятельно открываться, затем – инактивироваться.

Автоматия • Степень автоматии измеряется количеством импульсов в секунду. • ГМК, имеющая наиболее высокий собственный ритм, навязывает его соседним ГМК и становится пейсмекером. • Пейсмекер синхронизирует активность многих ГМК и обеспечивает фазные ритмические сокращения. • Активность отдельных ГМК асинхронна и реализуется в виде тонуса.

Автоматия. Возникновение ПД в пейсмекерной клетке

Распространение ПД в висцеральных гладких мышцах Потенциал Пейсмекерная действия клетка Нексусы

Плотные контакты между ГМК – нексусы. Обеспечивают проводимость, (коннексоны) проведение ПД на соседние ГМК.

Характеристика разных типов мышц Скелет Свойство Сердечная Гладкая ная Исчерченнос ть Да Нет Ядра в клетке Много Одно Контакты между клетками (вставочные Нет Есть диски или нексусы)

Медленные волны изменения мембранного потенциала

Потенциалы действия ГМК Пиковый Медленная ПД Серия ПД волна КУД Мембранный потенциал (m. V) Сила мышечного сокращения Время

Платообразный потенциал действия • Начало как у обычного ПД. • Очень медленная реполяризация клеточной мембраны. • Выявлен в мышцах, требующих достаточно длительного сокращения: мочеточник, матка, лимфатические сосуды.

Сократимость. Миограммы скелетной Быстрая скелетная и гладкой мышц Медленная скелетная Сила Гладкая 1 2 Потенциал секунды действия

Особенности сократимости гладких мышц • Скорость сокращения гладких мышц и скорость расщепления АТФ в 100 -1000 раз меньше, чем в скелетных • Гладкие мышцы способны к длительному сокращению без утомления с небольшой затратой энергии • Сила сокращения соизмерима с силой сокращения скелетных мышц. • Пластичность

Характеристика сократимости разных типов мышц Свойство Скелетная Сердечная Гладкая Скорость Быстрая Средняя Медленная сокращений Рефрактерный Короткий Длинный ? период Спонтанный, но Автономная Контроль Соматичес модулируется НС, гормоны, сокращений кие нервы автономными метаболиты, нервами натяжение Произвольный Да Нет контроль

Особенности иннервации ГМК 1. Иннервируются автономной нервной системой: симпатический (НА) и парасимпатический (АХ) отделы. 2. Классических синапсов нет. 3. Имеются варикозные расширения, через мембрану которых в интерстициальное пространство выходит медиатор. 4. Диффузионное расстояние для медиатора в тысячи раз больше по сравнению с синаптической щелью нервно-мышечного синапса.

Типы гладкомышечной ткани (в зависимости от характера иннервации) • Мультиунитарная • Унитарная (висцеральная)

Мультиунитарная гладкая мышца • Состоит из дискретных ГМК. • Каждая ГМК получает индивидуальную иннервацию. • Высокая степень контроля сокращений нервной системой. • Примеры: цилиарная мышца глаза, мышца радужки, пилоэректор.

Висцеральная (унитарная) гладкая мышца • Большой конгломерат ГМК, собранных в пучки и слои. • ГМК контактируют друг с другом во многих местах (нексусы). • Иннервация нервными сплетениями слоя ГМК «в целом» . Нет синапсов. Большое расстояние до ГМК. Требуется больше медиатора, поэтому эффективна только серия стимулов.

Висцеральная (унитарная) гладкая мышца • Нервные волокна обычно иннервируют только внешний слой ГМК. Далее возбуждение передается по нексусам. • Представляет собой функциональный синцитий • Обладает спонтанной активностью, т. е. автоматией.

Висцеральная (унитарная) гладкая мышца Варикозы в автономном нерве Нексусы

Симпатическая иннервация гладкомышечных органов Торако- люмбальный отдел. Нервы выходят между Th 1 и L 2

Парасимпатическая иннервация гладкомышечных органов Краниосакраль- ный отдел. Нервы выходят из головного мозга и крестцового отдела спинного мозга.

Медиаторы ВНС (постганглионарного нейрона) • Симпатическая - норадреналин (НА), действует на адренорецепторы ГМК. Модулировать – адреноблокаторами и адреномиметиками. • Парасимпатическая – ацетилхолин (АХ). Модулировать холиноблокаторами и холиномиметиками.

Особенности молекулярных механизмов, лежащих в основе сокращений гладких мышц

Ориентация сократительных белков Расслабленная ГМК Сокращенная ГМК

Отсутствие упорядоченного расположения сократительных белков – актина и миозина. Отсутствие поперечной исчерченночти. Плотное тельце прикрепляет актин к цитоскелету

Пути активации сократительного аппарата ГМК • Электро-механическое сопряжение (активация сократительных белков через изменения МП, в т. ч. растяжением) • Фармако-механическое сопряжение (активация сократительных белков без изменения величины МП, посредством воздействия сигнальных молекул на рецепторы мембраны). • Каждый из механизмов увеличивает вход внеклеточного Са**. • Содержание внутриклеточного Са** увеличивается и, тем самым, обеспечивается его взаимодействие с белком - регулятором.

Саркоплазматический ретикулум в ГМК слабо выражен. Поэтому сокращение реализуется в результате входа внеклеточного Са**

Электромеханическое сопряжение Медленные волны МП КУД Мембранный потенциал (m. V) Расслабленная ГМК

Электромеханическое сопряжение Потенциал действия Мембранный потенциал (m. V) Если медленная волна достигает КУД, то генерируется ПД и ГМК сокращается.

Фармако-механическое сопряжение в ГМК В организме человека выявлено более 80 различных сигнальных молекул. Они взаимодействуют с соответствующими мембранными рецепторами и изменяют состояние ГМК.

Источники Ca 2+ для сокращения гладких мышц Ca Channels K Channel Neurotransmitter Receptor- Na or Hormone Operated PIP 2 G PLC GDP GTP DAG Ca 1, 4, 5 IP 3 Ca K PKC Ca CM SR Ca. CM Ca MLCK (Inactive) (Active) • Потенциал-зависимые Ca 2+ каналы MLC- P • Рецептор-управляемые Са 2+ каналы • Активированное вторичными посредниками (мессенждерами) выделение Ca 2+ из СПР

Механизм сокращения гладких мышц Ca 2+ Кальмодулин Ca-кальмодулин Неактивная активная киназа легких цепей миозина неактивный Фосфорилирован- миозин ный миозин ATP

Механизм расслабления ГМК • Удаление Ca++ : – Ca++ насосом в СПР – Na+ /Ca++ антипорт в интерстиций – Ca++ насосом в inactive интерстиций • Инактивируется active кальмодулин. MLCK active • Инактивируется киназа ЛЦМ. MLCK inactive • Миозинфосфатаза удаляет фосфат с ЛЦМ, тем самым инактивирует его. P • Актин и миозин не могут взаимодействовать и ГМК расслабляется

Способы активации ГМК и физиологические подходы к фармакокоррекции • Миогенная автоматия: блокада СА** каналов. • Нейрогенная, медиаторы НА и АХ: адреноблокаторы и адреномиметики, холиноблокаторы и холиномиметики. • Гуморальная: блокада или стимуляция мембранных рецепторов, воспринимающих данный химический стимул. • И другие …

Различные типы мембранных рецепторов

G-протеин - связанные рецепторы • Наиболее распространенный тип рецептора • Стимулы: гормоны, нейромедиаторы, одоранты, свет и т. д. • Когда рецептор активизирован раздражителем, он действует через посредника - G-протеин • G-протеин регулирует фермент или ионный канал

G - протеины могут взаимодействовать с: • аденилатциклазой – продукция циклического АМФ (ц. AMФ) • гуанилатциклазой – продукция циклического ГМФ (ц. ГМФ) • фосфолипазой C – продукция инозитол-трифосфата (IP 3) и диацилглицерола (DAG) • различными ионными каналами

Новый способ лечения астмы ингибитором PDE 4 Ariflo Adenyl cyclase PDE 4 ATP Cyclic AMP 5'-AMP Ингибирование Противовоспалитель Расслабление фиброза, ный эффект CD 8+ T cells гладкой мышцы восстановление Macrophages эпителия Neutrophils