Тема лекции: «ФИЗИОЛОГИЯ МЫШЦ» ДОЦЕНТ

Тема лекции: «ФИЗИОЛОГИЯ МЫШЦ» ДОЦЕНТ ЧАСТОЕДОВА ИРИНА АЛЕКСАНДРОВНА

ПЛАН ЛЕКЦИИ: 1)Общая характеристика скелетных мышц 2)Современная теория мышечного сокращения и расслабления 3)Химические и тепловые процессы при сокращении мышц 4)Физиологические особенности поперечно-полосатых мышц 5)Гладкие мышцы

Виды мышц 1. Скелетные У человека более 600 скелетных мышц (около 40% массы тела). Структурно- функциональная единица скелетной мышцы — скелетное мышечное волокно (МВ). 2. Гладкие (миоциты, ГМК) 3. Сердечная мышца (кардиомиоциты)

Общая характеристика скелетных мышц Мышцы человека в позе боксера (подготовка к удару) •

Термин «мышца» относится к группе мышечных волокон, связанных соединительной тканью

Структура скелетных мышц

Строение мышечного волокна p Саркомер – сократительная единица миофибрилл (участок миофибриллы между соседними Z-линиями) p Миофибриллы – сократительный аппарат миоцитов, состоят из протофибрилл: - Актиновые нити (тонкие филаменты) – имеют миозинсвязывающие участки - Миозиновые нити (толстые филаменты): легкий меромиозин, тяжелый меромиозин, шейка, головка (содержит АТФазу)

Строение мышечного волокна

Строение мышечного волокна p Регуляторные белки: тропонин и тропомиозин (лежат вдоль актиновой спирали) -Тропонин имеет высокое сродство к Са 2+ - Тропонин присоединен к актину и тропомиозину так, что тропомиозин блокирует миозинсвязывающие участки актиновой нити. -Присоединение Са 2+ к тропонину прекращает блокаду образования актомиозиновых мостиков

Строение мышечного волокна p Сакроплазматический ретикулум: в его цистернах содержится Са 2+ , имеются специфические Са 2+ каналы p Т-трубочки – мембрана, покрывающая мышечное волокно имеет углубления, по мембране распостраняется ПД

Современная теория мышечного сокращения и расслабления

Сокращение миофибрилл (теория скольжения нитей Х. Хаксли и А. Хаксли, 1954) Электромеханическое сопряжение: p Распространение ПД по сарколемме в Т- трубочки, активация Са 2+ -каналов p Выброс Са 2+ из цистерн и увеличение его концентрации в саркоплазме до 10 -6 p Связывание Са 2+ с тропонином и открытие миозинсвязывающих участков актиновых нитей

Выход Са 2+ из сакроплазматического ретикулума

Сокращение миофибрилл (теория скольжения нитей Х. Хаксли и А. Хаксли, 1954) Скольжение нитей (сокращение саркомера): Последовательность событий, начиная от связывания поперечного мостика с актином и до момента, когда система готова к повторению процесса называется рабочим циклом поперечных мостиков p При максимальном сокращении необходимо около 50 циклов образования и разъединения актомиозиновых мостиков

Сокращение миофибрилл (теория скольжения нитей Х. Хаксли и А. Хаксли, 1954)

Сокращение миофибрилл (теория скольжения нитей Х. Хаксли и А. Хаксли, 1954) Каждый цикл состоит из 4 стадий: 1) Прикрепление поперечного мостика к актиновому филаменту (образование актомиозиновых мостиков увеличивает АТФазную активность головок миозиновых нитей и освобождение энергии АТФ) 2) Гребковое движение (деформация актомиозиновых мостиков в шарнирных участках, что вызывает смещение актиновой нити вдоль миозиновой на 1 % длины) 3) Отсоединение поперечных мостиков 4) Получение энергии (при присоединении АТФ к головке миозина и ее гидролизе) - головка присоединяется в новом месте

МЕХАНИЗМ МЫШЕЧНОГО СОКРАЩЕНИЯ

Расслабление миофибрилл p Для расслабления миоцита необходимы два главных условия: - Наличие достаточного уровня АТФ - Низкая концентрация Са 2+ - ниже до 10 -7 (создается активацией Са 2+-насоса, перемещение Са 2+- в цистерны саркоплазматического ретикулума, снижение концентрации Са 2+- в сакроплазме, восстановление блокады тропомиозином миозинсвязывающих участков актиновых нитей)

Химические и тепловые процессы при сокращении мышц

Функциональная роль АТФ в процессе сокращения На одно рабочее движение 1 мостика тратится 1 молекула АТФ. p При гидролизе АТФ поперечные мостики получают энергию для развития тянущего усилия p Связывание АТФ с миозином сопровождается отсоединением поперечных мостиков, прикрепленных к актину (повторение цикла) p Гидролиз АТФ под действием Са 2+-АТФазы саркоплазматического ретикулума поставляет энергию для транспорта Са 2+ в цистерны ретикулума – расслабление мышцы

Энергетика мышечного сокращения Расход энергии: - На процесс сокращения 70 %, на процесс расслабления 15 %, на работу насоса 5 %, на синтез 10 % Образование энергии: 1. Анаэробные путь ресинтеза АТФ А. фосфагенная, или креатинфосфатная система – 5 с работы Б. Лактацидная система – 1 -2 мин работы 2. Аэробный путь ресинтеза АТФ, или окислительное фосфорилирование – длительная активность

Образование энергии

Кислородная задолженность p 1 моль АТФ – 48 к. Дж энергии Для его ресинтеза требуется 3 моля О 2 В условиях срочной мышечной работы запасов О 2 для ресинтеза недостаточно, происходит мобилизация энергии анаэробного распада креатинфосфата и гликогена, а в организме накапливается много недоокисленных продуктов (кислородная задолженность)

Кислородная задолженность Кислородная задолженность погашается после работы за счет автоматической мобилизации дыхания и кровообращения. Если работа продолжается, то возникает утомление.

Утомление скелетных мышц

Утомление скелетных мышц Гуморально-локалистические теории: p 1) Теория истощения Шиффа (1868): утомление является следствием истощения энергетических запасов в мышце. p 2) Теория отравления Пфлюгера (1872): утомление обусловлено накоплением в мышце продуктов обмена, в частности молочной кислоты. p 3) Теория удушения Ферворна (1901): утомление объясняется недостатком кислорода в мышце.

Утомление скелетных мышц Центрально-нервные теории: p 1) утомление как результат торможения в центральной нервной системе (Васильев Л. Л. , Виноградов М. И. , 1966). p 2) утомление – результат дисбаланса во взаимодействии коры больших полушарий и центров вегетативной нервной системы (Левицкий В. А. , 1926). p 3) утомление как нарушение координации процессов, обеспечивающих деятельной состояние в первую очередь в центральной нервной системе. p 4) утомление возникает в связи с ослаблением адаптационно-трофического влияния симпатической нервной системы на соматическую (Кекчеев К. Х, 1927)

Факторы, влияющие на развитие утомления при экстремальных нагрузках (по А. Коробкову, 1975)

Тепловые процессы в мышцах p Тонус покоя (18 % энергии дополнительно к основному обмену) p Терморегуляционный тонус (мышечная дрожь) p Произвольное сокращение мышц (до 4000 ккал /сут)

Физиологические особенности поперечно-полосатых мышц

Основные физиологические и физические свойства скелетных мышц p Физические свойства: -напряжение (тонус) -пластичность -эластичность p Физиологические свойства: -возбудимость -проводимость -сократимость -лабильность

Типы мышечных сокращений p Одиночное сокращение (в ответ на одиночный стимул) p Суммированное сокращение (тетанус): -полная суммация (гладкий тетанус) – при высокой частоте импульсов -неполная суммация (зубчатый тетанус)

Одиночное сокращение и его фазы 1 - латентный период, 2 - фаза сокращения, 3 - фаза расслабления

Суммированное сокращение (тетанус)

Режимы сокращения мышц p Изометрический - изменяется тонус, не меняется длина p Изотонический - изменяется длина, не меняется тонус p Ауксотонический (смешанный)- изменяется тонус и длина

Сила и работа мышц Факторы, определяющие силу сокращения мышцы: p Соотношение медленных и быстрых ДЕ p Число активных ДЕ, синхронность их работы p Режим работы (одиночное или суммированное сокращение) p Величина физиологического сечения мышцы p Зона перекрытия актиновых и миозиновых нитей (наибольшая сила при длине мышцы в состоянии покоя)

Показатели деятельности мышц p Сила мышц. Максимальная сила мышц - это величина максимального напряжения, которое может развить мышца. p Измерение мышечной силы. Основным методом определения силы мышц является динамометрия.

Показатели деятельности мышц p Работа мышц. А = F×S Работу мышц делят на динамическую и статическую. p Мощность мышцы-это работа, выполняемая в единицу времени Р = А * Т Вт

Двигательные единицы (ДЕ) p Двигательные единицы (ДЕ) – совокупность миоцитов, иннервируемых разветвлениями одного мотонейрона

Двигательные единицы (ДЕ)

Виды двигательных единиц (ДЕ) p Медленные (красные волокна) p Быстрые (белые волокна) p В мышце имеются, как правило все виды ДЕ, но в разных соотношениях

Сравнительная характеристика ДЕ показатель медленные ДЕ быстрые ДЕ количество небольшое миоцитов сила сокращения небольшая утомляемость низкая высокая работа длительная кратковременная маломощная большой мощности Тип аэробный анаэробный энергообеспечения Гладкий тетанус при небольшой при большой частоте (<16 Гц) частоте (>30 Гц)

Передача ПД с нерва на мышцу p Распространение ПД по нерву p Передача через синапс p ПД распространяется по мембране мышечного волокна и поперечным трубочкам p Высвобождение Са 2+

Гладкие мышцы

Особенности строения гладких мышц p. Одноядерные клетки, соединенные контактами (нексусами) p. Саркомеры отсутствуют p. Сократительный аппарат: актиновые нити прикреплены к плотным тельцам, миозиновые нити формируются только при сокращении.

Особенности функционирования гладких мышц p Величина МП равна -50 - 60 м. В, чаще платообразный ПД p Сокращение в ГМК: важную роль играет внеклеточный Са 2+ , который соединяется с белком кальмодулином – активируются протеинкиназы – фосфорилирование легкой цепи миозина – актин взаимодействует с миозином

Потенциалы действия в гладкой мышце А — ПД в гладкой мышце, вызванный внешним стимулом; Б — Повторные спайковые ПД, вызванные медленными ритмическими электрическими волнами, наблюдающимися в спонтанно сокращающейся гладкой мышце стенки кишечника; В — ПД с плато (ГМК миометрия)

Нервно-мышечная передача в ГМК А. В концевых частях аксона имеются многочисленные расширения — варикозности Б. Варикозные расширения, содержащие медиатор, который путем диффузии поступает к нескольким ГМК