ЛЕКЦИЯ НА ТЕМУ ФИЗИОЛОГИЯ МЫШЦ И СИНАПТИЧЕСКОЙ ПЕРЕДАЧИ

ЛЕКЦИЯ НА ТЕМУ: «ФИЗИОЛОГИЯ МЫШЦ И СИНАПТИЧЕСКОЙ ПЕРЕДАЧИ. СОВРЕМЕННЫЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О МЕХАНИЗМЕ МЫШЕЧНОГО СОКРАЩЕНИЯ»

МЫШЕЧНОЕ СОКРАЩЕНИЕ Мышечное сокращение является жизненно важной функцией организма, связанной с оборонительными, дыхательными, пищевыми, половыми, выделительными и другими физиологическими процессами. Все виды произвольных движений – ходьба, мимика, движения глазных яблок, глотание, дыхание и т. п. осуществляются за счет скелетных мышц. Непроизвольные движения (кроме сокращения сердца) – перистальтика желудка и кишечника, изменение тонуса кровеносных сосудов, поддержание тонуса мочевого пузыря – обусловлены сокращением гладких мышц. Работа сердца обеспечивается сокращением сердечной мускулатуры.

СВОЙСТВА МЫШЦ 1)возбудимость – способность отвечать на раздражения возникновением ПД; 2)проводимость – способность к проведению ПД вдоль мышечного волокна; 3)сократимость – способность изменять длину и напряжение при возбуждении; 4)растяжимость; 5)эластичность

ФУНКЦИИ СКЕЛЕТНЫХ МЫШЦ Передвижение тела в пространстве; Перемещение частей тела друг относительно друга; Поддержание позы; Передвижение крови и лимфы; Выработка тепла; Участие в акте вдоха и выдоха; Двигательная активность; Депонирование воды и солей; Защита внутренних органов

ФУНКЦИИ ГЛАДКИХ МЫЩЦ Обеспечивают функцию полых органов, стенки которых они образуют; Осуществляют изгнание содержимого из мочевого пузыря, кишки и т. д. ; Обеспечивают сфинктерную функцию (создают условия для хранения содержимого полого органа в этом органе); Играют роль в системе кровообращения и лимфообращения; Могут влиять на функцию связочного аппарата и при своем сокращении менять состояние данной связочной структуры.

ПРИНЦИПЫ УПРАВЛЕНИЯ МЫШЕЧНОЙ АКТИВНОСТЬЮ Скелетная мышца Мышечное волокно Мотонейрон ( ствол мозга, спинной мозг) аксон Воздействия от коры Большого мозга воздействия от среднего, продолговатого мозга Мышцы вовлекаются в движение

ПРИНЦИПЫ УПРАВЛЕНИЯ МЫШЕЧНОЙ АКТИВНОСТЬЮ ГЛАДКИЕ МЫШЦЫ нейроны ВНС и вегетативных ганглиев Симпатические парасимпатические Железы внутренней секреции метасимпатические адреналина Адренергические синапсы холинергические синапсы окситоцина

УЛЬТРАСТРУКТУРА СКЕЛЕТНЫХ МЫШЦ

МИКРОСТРУКТУРА АКТИНОВОГО ФИЛАМЕНТА

МИКРОСТРУКТУРА МИОЗИНОВОГО ФИЛАМЕНТА

ТЕОРИЯ СКОЛЬЖЕНИЯ НИТЕЙ В основе сокращения мышц (саркомеров) лежит взаимное перемещение двух систем нитей, образованных актином и миозином. Сами актиновые и миозиновые нити своей длины не изменяют. АТФ гидролизуется в активном центре, расположенном в головках миозина. Гидролиз сопровождается изменением ориентации головок миозина и перемещением нитей актина к середине саркомера. Функция сокращения обеспечивается специальными Са – связывающими белками (тропонин и тропомиозин).

МОЛЕКУЛЯРНЫЙ МЕХАНИЗМ МЫШЕЧНОГО СОКРАЩЕНИЯ

СОКРАЩЕНИЕ - РАССЛАБЛЕНИЕ Поступление ПД по нервному волокну к мионевральному синапсу Синаптическая активация мышечного волокна Возникновение ПД, проведение его вдоль клеточной мембраны и вглубь волокна по Ттрубочкам Освобождение ионов кальция из боковых цистерн саркоплазматического ретикулума, диффузия его к миофибриллам Конформация ТТК Контакт поперечных мостиков миозина с актином Освобождение энергии АТФ Скольжение актиновых и миозиновых нитей, выражающееся в укорочении миофибриллы Активация кальциевого насоса

СНИЖЕНИЕ КОНЦЕНТРАЦИИ СВОБОДНЫХ ИОНОВ КАЛЬЦИЯ В САРКОПЛАЗМЕ РАССЛАБЛЕНИЕ МИОФИБРИЛЛ

ОПТИМУМ И ПЕССИМУМ ЧАСТОТЫ Амплитуда тетанического сокращения зависит от частоты импульсов, раздражающих мышцу. Оптимумом частоты называют такую частоту раздражающих импульсов, при которой каждый последующий импульс совпадает с фазой повышенной возбудимости (рис. 4, A) и соответственно вызывает тетанус наибольшей амплитуды. Пессимумом частоты называют более высокую частоту раздражения, при которой каждый последующий импульс тока попадает в фазу рефрактерности (рис. 4, A), в результате чего амплитуда тетануса значительно уменьшается.

РАБОТА СКЕЛЕТНОЙ МЫШЦЫ Сила сокращения скелетной мышцы определяется 2 факторами: • числом ДЕ, участвующих в сокращении; • частотой сокращения мышечных волокон. Работа скелетной мышцы совершается за счет согласованного изменения тонуса (напряжения) и длины мышцы во время сокращения.

ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МЫШЦ Входят в состав опорно-двигательного аппарата; Имеют быструю кратковременную деполяризацию и короткий период абсолютной рефрактерности; Не обладают способностью к дифференцировке и делению; Иннервируются соматической нервной системой; Сокращаются под влиянием импульсов, передаваемых по двигательным нервам от мотонейронов спинного мозга; Способны к быстрым фазическим сокращениям; Не имеют пластического тонуса; Осуществляют произвольные мышечные движения, сопровождаемые значительными энергетическими затратами; Обладают слабо выраженной чувствительностью к химическим веществам; В незначительной степени управляемы лекарственными средствами Формируют оболочки внутренних органов и сосудов; Имеют медленную деполяризацию и длительный период абсолютной рефрактерности; Обладают способностью к дифференцировке, делению, регенерации при повреждении; Иннервируются ВНС , а также имеют автономный базовый аппарат иннервации; Сокращаются под влиянием импульсов, передаваемых по вегетативным нервам, а также возникающих в самих мышках; Способны к длительным тоническим сокращениям; Имеют пластический тонус; Осуществляют непроизвольные мышечные сокращения, сопровождаемые незначительными энергетическими потерями; Обладают высокой чувствительностью к химическим, фармакологическим, эндогенным и экзогенным биологически активным веществам; В значительной степени управляемы лекарственными веществами.

СТРОЕНИЕ ГЛАДКОЙ МЫШЦЫ

МЕХАНИЗМ СОПРЯЖЕНИЯ ВОЗБУЖДЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ. Механизм сокращения аналогичен таковому в скелетной мышце, но скорость скольжения филламентов и скорость гидролиза АТФ в 100– 1000 раз ниже, чем в скелетной мускулатуре. При возбуждении клетки Cа++ поступает в цитоплазму миоцита не только из саркоплазматичекого ретикулума, но и из межклеточного пространства. Ионы Cа++ при участии белка кальмодулина активируют фермент (киназу миозина), который переносит фосфатную группу с АТФ на миозин. Головки фосфорилированного миозина приобретают способность присоединяться к актиновым филламентам. Сокращение и расслабление гладких мышц. Скорость удаления ионов Са++ из саркоплазмы значительно меньше, чем в скелетной мышце, вследствие чего расслабление происходит очень медленно. Гладкие мышцы совершают длительные тонические сокращения и медленные ритмические движения. Вследствие невысокой интенсивности гидролиза АТФ гладкие мышцы оптимально приспособлены для длительного сокращения, не приводящего к утомлению и большим энергозатратам.

СОКРАЩЕНИЕ ГЛАДКОМЫШЕЧНОЙ КЛЕТКИ Сокращение гладкомышечной клетки возникает в ответ на развитие в ней ПД, который увеличивает вход ионов кальция через мембрану клетки и их освобождение из внутриклеточных депо. Ионы кальция вместе с кальцийсвязывающим белком кальмодулином активируют фермент (киназу легких цепей миозина), который переносит фосфатную группу с АИФ на миозин, вызывая взаимодействие актина и миозина, т. е. сокращение мышцы. Расслабление происходит, если концентрация ионов кальция ниже 8 -10 моль/л. Но в связи со слабым развитием саркоплазматического ретикулума расслабление происходит медленнее, чем у поперечнополосатых мышц.

СИНАПС Синапс (от греч. sinapsis — соединение, связь) — специализированный контакт между нервными клетками или нервными клетками и другими возбудимыми образованиями, обеспечивающий передачу возбуждения с сохранением его информационной значимости. Изучениесинапса началось в конце прошлого века, после того как испанский морфолог С. Рамон-и-Кахаль установил, что структурно-функциональной единицей нервной системы являются нервные клетки. Понятие «синапс» ввел в 1897 г. английский физиолог Ч. Шеррингтон, обозначив так соединение аксона одной нервной клетки с телом другой.

КЛАССИФИКАЦИЯ СИНАПСОВ По локализации: *Центральные (головной и спинной мозг) : Аксо-аксональные Аксодендритические Аксо-соматические Дендро-соматические и др. *периферические 2. По развитию в онтогенезе: *стабильные (дуги безусловного рефлекса) *динамичные, проявляющиеся в процессе онтогенеза; 3. По механизму передачи синапса: *электрические *химические *смешанные 4. По конечному физиологическому эффекту: *тормозные *возбуждающие 5. Химические можно классифицировать А)по форме контакта: терминальные(колбообразное соединение) и преходящие (варикозное расширение аксона) Б) по природе медиатора: холинергические, адренергические, ГАМК-ергические и т. д. 1.

УЛЬТРАСТРУКТУРА СИНАПСА Уникальной структурой постсинаптической мембраны являются клеточные рецепторы — сложные белковые молекулы, способные к конформации, т. е. изменяющие пространственную ориентацию при взаимодействии с соответствующими им химическими веществами — лигандами. Участки такого взаимодействия называются центрами связывания.

СВОЙСТВА СИНАПСОВ Синапсы функционально ассиметричны и работают по принципу физиологического клапана, осуществляя одностороннее проведение возбуждения; Наличие синаптической задержки; Низкая лабильность; В синапсах происходит трансформация ритма возбуждения; Синаптическое облегчение, депрессия, десенситизация; Утомление (временное падение функциональных возможностей) Проводимость химических синапсов сильно изменяется под влиянием лекарств и ядов, БАВ; Характерно явление отрицательной обратной связи; Пластичность синапса

ЭТАПЫ И МЕХАНИЗМЫ СИНАПТИЧЕСКОЙ ПЕРЕДАЧИ Передача возбуждения в химическом синапсе — сложный физиологический процесс, протекающий в несколько стадий. Он включает: Синтез медиатора; Секреция медиатора; Взаимодействие медиатора с рецепторами постсинаптической мембраны; инактивирование медиатора.

СИНТЕЗ МЕДИАТОРА Медиаторы ( «посредники» ) обеспечивают одностороннюю передачу возбуждения — от нервного волокна к эффекторной клетке рабочего органа или к другому нейрону. Медиатор находится в пузырьках пресинаптического утолщения, куда он может поступать либо из центральной области нейрона с помощью аксонального транспорта, либо за счет обратного захвата медиатора из синаптической щели. Он может также синтезироваться в синаптических терминалях из продуктов его расщепления.

СЕКРЕЦИЯ МЕДИАТОРА Высвобождение медиатора из синаптических пузырьков имеет квантовый характер. В состоянии покоя оно незначительно, так как в отсутствие деполяризации пресинаптического окончания происходит только случайное столкновение синаптических пузырьков с пресинаптической мембраной. Скорость спонтанной секреции зависит от уровня поляризации пресинаптической мембраны и количества ионов кальция внутри нервного окончания. В результате экзоцитоза в синаптическую щель попадает лишь небольшое количество медиатора, причем спонтанно и беспорядочно. В ответ на кванты медиатора на постсинаптической мембране возникают миниатюрные постсинаптические потенциалы (МПП), причем апериодически, беспорядочно, их величина @, 5 м. В) значительно меньше порога возбуждения постсинаптической мембраны, и нужно 200— 300 таких МПП, чтобы возникло распространяющееся возбуждение

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ МЕДИАТОРА С РЕЦЕПТОРАМИ ПОСТСИНАПТИЧЕСКОЙ МЕМБРАНЫ. ВОЗБУЖДАЮЩИЕ СИНАПСЫ Структурными элементами мембранного рецептора являются два белковых функциональных центра связывания молекул медиатора и пронизывающий мембрану ионоселективный канал. Связь между рецептором и ионоселективным каналом заключается в том, что при изменении (конформации) первого осуществляется «запуск» работы второго. Вследствие конформационных процессов в области белковых ионоселективных каналов изменяется их проницаемость для различных ионов. При увеличении проницаемости натриевых каналов усиливается поступление этих ионов в клетку с последующей деполяризацией химически возбудимых участков мембраны и возникновением возбуждающих постсинаптических потенциалов (ВПСП), величина которых пропорциональна количеству выделившегося медиатора. Из множества ВПСП вследствие их суммации возникает распространяющееся возбуждение в соседнем электровозбудимом участке мембраны (потенциал действия). Такие синапсы называют возбуждающими.

ТОРМОЗНЫЕ СИНАПСЫ Если повышается проницаемость калиевых каналов и каналов для хлора, наблюдается избыточный выход калия из клетки с одновременной диффузией в нее хлора, что приводит к гиперполяризации мембраны, снижению ее возбудимости и развитию тормозных постсинаптических потенциалов. (ТПСП). Передача нервных импульсов затрудняется или совсем прекращается. Такие синапсы называют тормозными.

КЛАССИФИКАЦИЯ РЕЦЕПТОРОВ ПОСТСИНАПТИЧЕСКОЙ МЕМБРАНЫ Рецепторы, взаимодействующие с ацетилхолином, называются холинорецепторами. В функциональном отношении они разделяются на две группы — мускарино-(М)- и никотино-(Н)чувствительные. В синапсах скелетных мышц и в вегетативных ганглиях присутствуют только Нхолинорецепторы, тогда как в сердце и в гладких мышцах внутренних органов — преимущественно М-холинорецепторы. Рецепторы, взаимодействующие с норадреналином, называются адренорецепторами. В функциональном отношении они делятся на α- и βадренорецепторы. В постсинаптической мембране неисчерченных мышечных клеток внутренних органов и кровеносных сосудов часто соседствуют оба вида адренорецепторов. Действие норадреналина в ряде случаев является деполяризующим, если он взаимодействует с адренорецепторами, или тормозным — при взаимодействии с α-адренорецепторами. Результатом взаимодействия норадреналина с αадренорецепторами является, например, сокращение мышечной оболочки стенок кровеносных сосудов (артериол) или кишечника, а с β 2 -адренорецепторами — их расслабление.

ИНАКТИВИРОВАНИЕ МЕДИАТОРА Инактивирование (полная потеря активности) медиатора необходимо для реполяризации постсинаптической мембраны и восстановления исходного уровня мембранного потенциала. Наиболее важным путем инактивирования является ферментативный гидролиз медиатора с помощью ингибиторов. Для ацетилхолина ингибитором является холинэстераза; для норадреналина и адреналина — моноаминоксидаза (МАО) и катехолоксиметилтрансфераза (КОМТ). Продукты ферментативного гидролиза медиатора поступают в тканевую жидкость и в кровь и циркулируют в ней как его предшественники. В результате инактивирования медиатора возбуждение прекращается и возникает снова только при поступлении следующей, достаточной для развития ВПСП, порции. Возбуждение постсинаптической мембраны носит, таким образом, импульсный, дискретный, т. е. квантовый, характер. Другой путь удаления медиатора из синаптической щели — «обратный захват» пресинаптическими окончаниями (пиноцитоз) молекул медиатора из синаптической щели и обратный (ретроградный) аксонный транспорт, особенно выраженный для катехоламинов. Ретроградно, со скоростью 200— 300 мм/сут, от окончаний аксона к перикариону перемещаются крупные везикулы с «обломками» медиаторов и веществ, подлежащих перевариванию в лизосомах.

ЭФАПС Эфапс – щелевидное образование с ионными мостиками-каналами между двумя контактирующими клетками. Петли тока, в частности, при наличии ПД почти беспрепятственно перескакивают через щелевидный контакт и возбуждают вторую клетку. Они обеспечивают очень быструю передачу возбуждения. С помощью этих синапсов нельзя обеспечить одностороннее проведение, т. к. Большая их часть обладает двусторонней проводимостью.

ЭФАПС

СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ