Механизмът на мускулните контракции. Функции и свойства на скелетните мускули

Мускулната контракция е сложен процес, състоящ се от няколко етапа. Основните компоненти тук са миозин, актин, тропонин, тропомиозин и актиминозин, както и калциеви йони и съединения, които осигуряват мускулна енергия. Разгледайте видовете и механизмите на мускулното съкращение. Ще проучим от кои етапи се състоят и това е необходимо за цикличния процес.

мускули

Мускулите се комбинират в групи, които имат същия механизъм на свиване на мускулите. По същия знак те са разделени на 3 вида:

• назъбени мускули на тялото;
• назъбени мускули на атриума и сърдечните вентрикули;
• гладките мускули на органите, съдовете и кожата.

Напречните мускули навлизат в мускулно-скелетната система, която е част от нея, както и сухожилията, сухожилията и костите. Когато се осъществява механизмът на мускулните контракции, се изпълняват следните задачи и функции:

• тялото се движи;
• части от тялото се движат една спрямо друга;
• тялото се поддържа в пространството;
• генерира се топлина;
• Кората се активира чрез аференцииране от полетата на възприемчиви мускули.

От гладките мускули се състои от:

• двигателен апарат от вътрешни органи, който включва бронхиално дърво, белите дробове и храносмилателната тръба;
• лимфна и кръвоносна система;
• система на генито-пикочните органи.

Физиологични свойства

Подобно на всички гръбначни, човешкото тяло има три най-важни свойства на скелетните мускулни влакна:

• контрактилност - намаляване и промяна в напрежението при възбуждане;
• проводимост - движението на потенциала по цялото влакно;
• възбудимост - отговор на стимула чрез промяна на мембранния потенциал и йонната пропускливост.

Мускулите са развълнувани и започват да се свиват нервни импулси, от центровете. Но при изкуствени условия те използват електростимулация. мускул тогава може да се раздразни директно (директно дразнене) или чрез нерв, който инервира мускула (косвено дразнене).

Видове съкращения

Механизмът на мускулните контракции включва превръщането на химическата енергия в механична работа. Този процес може да бъде измерен чрез експериментиране с жаба: неговият гастрокнемичен мускул е натоварен с малко тегло и след това е раздразнен с леки електрически импулси. Контракцията, при която мускулът става по-кратък, се нарича изотоничен. При изометрично свиване няма скъсяване. Ширините не позволяват развитие мускулна сила съкратен. Друг ауксотоничен механизъм на мускулните контракции приема условията на интензивно натоварване, когато мускулите се съкращават минимално и силата се развива максимално.

Структура и инервация на скелетните мускули

При кръстосани скелетни мускули има много влакна, които са в съединителната тъкан и са прикрепени към сухожилията. При някои мускули влакната са успоредни на дългата ос, докато в други са скосени, прикрепени към централната сухожилия на сухожилието и към висящия тип.

Основната характеристика на влакното е саркоплазмата на масата на тънките нишки - миофибрили. Те включват светли и тъмни области, редуващи се един с друг, а съседните ивици са на едно и също ниво - на напречното сечение. Поради това се получава напречно обвиване през цялото мускулно влакно.

Саркомер е комплекс от тъмни и два светлинни диска и е ограничен от Z-образни линии. Саркомията е апарат за свиване на мускулите. Оказва се, че контрактилните мускулни влакна се състоят от:

• контрактилен апарат (система на миофибрила);
• трофичен апарат с митохондрии, Golgi комплекс и слаб ендоплазмения ретикулум;
• мембранен апарат;
• поддържащата апаратура;
• нервната апаратура.

Мускулното влакно е разделено на 5 части с неговите структури и функции и е неразделна част от мускулната тъкан.

инервация

Този процес в напречно нарязани мускулни влакна се осъществява чрез нервни влакна, а именно аксони на мотоневроните на гръбначния мозък и главния ствол. Един мотоневрон инервира няколко мускулни влакна. Комплексът с мотоневрон и инервирани мускулни влакна се нарича невромотор (NME), или моторно устройство (DE). Средният брой на влакната, които подхранват един мотоневрон, характеризира количеството на DE мускула и реципрочната стойност се нарича инертна плътност. Последният е голям в тези мускули, където движенията са малки и "тънки" (очи, пръсти, език). Неговата малка стойност, напротив, ще бъде в мускулите с "груби" движения (например багажника).

Иновацията може да бъде единична и множествена. В първия случай, той се реализира чрез компактни моторни окончания. Обикновено това е характерно за големите мотоневрони. Мускулните влакна (наричани в този случай физически или бързо) генерират PD (действие потенциали), които се разпространяват към тях.

Множествената инервация се появява, например, във външните очни мускули. Тук потенциалът за действие не се генерира, тъй като в мембраната няма електроеквидиращи натриеви канали. Те се деполяризират през влакното от синаптичните окончания. Това е необходимо, за да се активира механизмът на свиване на мускулите. Процесът тук не се случва толкова бързо, колкото в първия случай. Затова се нарича бавно.

Структура на миофибрилите

Изследванията на мускулните влакна се провеждат на базата на рентгенов дифракционен анализ, електронна микроскопия, както и хистохимични методи.

Изчислено е, че приблизително 2500 протофибрили, т.е. разширени полимеризирани протеинови молекули (актин и миозин) влизат във всеки миофибрил с диаметър 1 цт. Актон протофибрилите са два пъти по-тънки от миозина. В покой, тези мускули се намират така, че актинните нишки да проникнат в пролуките между миозиновите протофибрили и върховете им.

Тесната ярка ивица на диска А е без актининови нишки. Мембрана Z ги държи заедно.

На миозиновите филаменти има напречни издатини с дължина до 20 nm, в главите на които има около 150 молекули миозин. Те се отдалечават биополярно и всяка глава свързва миозина с актиновата нишка. Когато има усилие на центровете на актините върху нишките на миозина, актиновата нишка се приближава до центъра на саркома. В края на краищата, миозиновите нишки достигат линия Z. След това заемат целия сарком, а между тях лежат актинични нишки. В този случай дължината на диска I се съкращава и в крайна сметка изчезва напълно, заедно с което Z-линията става по-дебел.

По този начин, според теорията на плъзгащите нишки, се обяснява дължината на мускулното влакно. Теорията, наречена зъбно колело, е разработена от Хъксли и Хенсън в средата на ХХ век.

Механизъм на мускулната контракция на влакното

Основното нещо на теория е, че нишките (миозин и актин) се съкращават. Тяхната дължина остава непроменена, дори когато мускулите са опънати. Но снопчета от тънки нишки, подхлъзване, излизат между дебели нишки, степента на тяхното припокриване намалява, така че свиването се случва.

Молекулярният механизъм на свиване на мускулите чрез плъзгащи актинови филаменти е както следва. Myosin главите свързват протофибрил с актин. Когато са наклонени, настъпва приплъзване, придвижвайки актинната нишка към центъра на саркомара. Благодарение на биполярната организация на миозиновите молекули от двете страни на нишките, се създават условия за актинните влакна да се плъзгат в различни посоки.

С мускулна релаксация, миозиновата глава се отклонява от актинните влакна. Благодарение на лекото плъзгане, спокойните мускули на опъването устояват много по-малко. Следователно те пасивно се разширяват.

Етапи на намаляване

Механизмът на свиване на мускулите може да бъде кратко разделен на следните етапи:

1. Мускулните влакна се стимулират, когато потенциалът на действие идва от мотоневрони от синапси.
2. Потенциалът на действие се създава върху мембраната на мускулните влакна и след това се разпространява в миофибрилите.
3. Извършва се електромеханично конюгиране, което е трансформацията на електрическия ПП в механично плъзгане. В това, калциеви йони задължително са включени.

Калциеви йони

За по-добро разбиране на процеса на активиране на влакната от калциеви йони, е удобно да се вземе предвид структурата на актинната нишка. Дължината му е от порядъка на 1 μm, дебелината е от 5 до 7 nm. Това е двойка усукани нишки, които приличат на мономер на актин. Приблизително на всеки 40 nm тук са сферичните молекули на тропинина, а между веригите - тропомиозин.

Когато калциевите йони отсъстват, т.е. миофибрилите се отпускат, дългите молекули на тропимиозина блокират прикрепването на актинните вериги и миозиновите мостове. Но с активирането на калциевите йони молекулите тропомиозин се спускат по-надълбоко и местата се отварят.

Тогава миозиновите мостове се прикрепят към атинските нишки, а АТР се разделят и се развива мускулната сила. Това е възможно благодарение на действието на калций върху тропонин. В този случай молекулата на последната се деформира, като тласка тропомиозин.

Когато мускулите са отпуснати, 1 грам влажно тегло съдържа повече от 1 μmol калций. Солите на калций са изолирани и са в специални магазини. В противен случай мускулите ще бъдат намалявани през цялото време.

Съхранението на калций се извършва по следния начин. В различните части на мембраната, мускулните клетки във влакното имат тръби, през които съединението е свързано с околната среда извън клетките. Това е система от напречни тубули. Перпендикулярна на него е система от надлъжни, в краищата на която - мехурчета (крайни цистерни), разположени в непосредствена близост до мембраните на напречната система. Заедно получаваме триада. В мехурчетата се съхранява калций.

Така че PD се разпространява в клетката и възниква електромеханично конюгиране. Вълнението прониква във влакното, преминава в надлъжната система, освобождава калций. По този начин се осъществява механизмът на свиване на мускулните влакна.

3 процеси с АТР

При взаимодействието на двете нишки в присъствието на калциеви йони АТФ играе важна роля. Когато механизмът на мускулната контракция на скелетната мускулатура се реализира, енергията на АТР се използва за:

• Работата на натриевата и калиевата помпа, която поддържа постоянна концентрация на йони;
• тези вещества от различни страни на мембраната;
• подхлъзващи нишки, съкращаване на миофибрилите;
• работата на калциевата помпа, действаща, за да се отпуснете.

АТР се намира в клетъчната мембрана, миозиновите филаменти и мембраните на ретикулума на саркоплазмата. Ензимът се разцепва и се използва от миозин.

Консумация на АТР

Известно е, че миозиновите глави взаимодействат с актин и съдържат елементи за разцепване на АТР. Последният се активира от актин и миозин в присъствието на магнезиеви йони. Следователно, разцепването на ензима възниква, когато миозиновата глава е прикрепена към актина. В този случай, колкото по-напречни са мостовете, толкова по-бързо ще бъде скоростта на разделяне.

Механизъм ATP

След завършване на движението AFT молекулата осигурява енергия за отделяне на миозина и актина, участващи в реакцията. Миозиновите глави са разделени, АТР е отцепен на фосфат и ADP. Накрая се свързва нова молекула на АТР и цикълът се възобновява. Това е механизмът на мускулна контракция и релаксация на молекулярно ниво.

Активността на напречните мостове ще продължи само докато протича хидролизата на АТР. Когато ензимът е блокиран, мостовете няма да се закрепят отново.

С началото на смъртта на тялото нивото на АТФ в клетките пада и мостовете остават стабилно прикрепени към актиновата нишка. Това е фазата на строгост.

Реанимация на АТР

Ресинтеза може да се осъществи по два начина.

Чрез ензимен трансфер от креатин фосфат на фосфатната група към ADP. Тъй като резервите в креатин фосфатната клетка са много по-големи от АТР, ресинтеза се реализира много бързо. В същото време, чрез окисляването на пирувинови и млечни киселини, резсинтезата ще бъде бавна.

ATP и CF могат да изчезнат напълно, ако ресинтезата се наруши от отрови. След това калциевата помпа ще спре да работи, в резултат на което мускулът ще се свие необратимо (т.е. ще настъпи контрактурата). По този начин механизмът на мускулното свиване се нарушава.

Физиологията на процеса

Обобщавайки гореизложеното, ние отбелязваме, че намаляването на мускулните влакна се състои в съкращаване на миофибрилите във всеки от саркомрите. Нишките миозин (дебел) и актин (тънки) са свързани с краищата в спокойно състояние. Но те започват плъзгащи се движения един към друг, когато механизмът на мускулната контракция се реализира. Физиологията (накратко) обяснява процеса, при който под въздействието на миозин се освобождава необходимата енергия за преобразуване на АТФ в ADP. В този случай активността на миозина ще се осъществи само с достатъчно съдържание на калциеви йони, акумулиращи се в саркоплазмичната мрежа.