Нервно-мышечная физиология

Размещено на http://www.allbest.ru/

Нервно-мышечная физиология

План

1. Особенности проведения возбуждения по миелинизированным и немиелинизированным нервным волокнам. Скорость проведения возбуждения по нервным и мышечным волокнам. Классификация нервных волокон по скорости проведения возбуждения. Законы проведения возбуждения по нервным волокнам

2. Виды мышечных волокон. Иннервация скелетной мышцы. Нейромоторная (двигательная) единица. Нейротрофический контроль свойств скелетной мышцы

3. Особенности проведения возбуждения в нервно-мышечном синапсе. Везикулярная гипотеза. Квантовая секреция медиатора. Механизм слияния синаптических везикул с пресинаптическои мембраной (роль пептидов нервного окончания и мембраны везикул). Спонтанная квантовая секреция

4. Механизм активации холинорецепторов постсинаптической мембраны. Функциональная роль холинэстеразы. Потенциал концевой пластинки. Факторы, определяющие его амплитуду. Миниатюрные потенциалы концевой пластинки

5. Пре- и постсинаптические механизмы действия физиологически активных веществ и фармакологических препаратов на нервно-мышечную передачу

6. Строение миофибриллы как функциональной единицы мышечного волокна. Механизм мышечного сокращения в поперечно-полосатой мышце. Теория "скольжения"

7. Роль ионов кальция в процессе мышечного сокращения. Источники кальция в скелетных мышцах. Электромеханическое сопряжение

8. Роль АТФ для деятельности мышц. Процесс мышечного расслабления. Механизмы удаления кальция из саркоплазмы. Трупное окоченение

9. Одиночное сокращение мышцы, суммация сокращений и тетанус. Виды тетанического сокращения. Особенности тетанусов в мышцах разного функционального профиля. Пессимальное торможение

10. Пути увеличения силы мышечных сокращений в эксперименте и в естественных условиях. Тоническое сокращение мышцы. Контрактура

11. Анализ причин развития утомления в организме, нервно-мышечном препарате и в отдельной мышце. Влияние катехоловых аминов на нервно-мышечную передачу при утомлении (феномен Орбели-Гинецинского)

12. Особенности возбудимости и проводимости в гладких мышцах. Автоматия гладких мышц, ее механизм

13. Иннервация гладких мышц. Передача возбуждения в синапсах. Котрансмиттеры. Мультиунитарные и моноунитарные мышцы

14. Механизм сокращения гладких мышц. Роль вторичных посредников. Фармако- и электромеханическое сопряжение

1. Особенности проведения возбуждения по миелинизированным и немиелинизированным нервным волокнам. Скорость проведения возбуждения по нервным и мышечным волокнам. Классификация нервных волокон по скорости проведения возбуждения. Законы проведения возбуждения по нервным волокнам

Немиелинизированные волокна. Проведение ПД по немиелинизированному нервному волокну происходит путем активации потенциалзависимых натриевых ионных каналов участка мембраны волокна, прилегающего к тому месту, где возник ПД. При этом между возбужденным и невозбужденным участками мембраны нервного волокна возникают локальные электрические токи, которые вызывают деполяризацию мембраны невозбужденного участка до критического уровня, и только после этого в мембране нервного волокна мгновенно открываются потенциалзависимые натриевые каналы. ПД генерируется в последующем участке нервного волокна. нервный миелинизированный мышечный

Миелинизированные волокна. ПД генерируется только в области перехвата Ранвье, т.е с той части мембраны, которая не покрыта шванновскими клетками. При нанесении точечного раздражения ПД генерируется в зоне перехвата Ранвье и возникают электрические токи, которые текут вдоль силовых линий от плюса к минусу потенциала на мембране. Одновременно в аксоплазме нервного волокна возникают продольные токи, которые направлены от места генерации ПД в обе стороны. Продольные токи вызывают открывание потенциалзависимых натриевых ионных каналов, следовательно, движение ионов натрия через мембрану и генерацию ПД в соседних перехватах Ранвье, минуя часть невного волокна, покрытого шванновскими клетками. Поскольку ПД передаются от одного перехвата Ранвье к другому, то механизм проведения ПД в миелинизированных нервных волокнах получил название сальтаторного. В миелинизированных нервных волокнах реполяризация мембраны после ПД происходит с очень высокой скоростью. В результате нервные волокна имеют высокую функциональную лабильность и способны проводить значительное число ПД в единицу времени. Скорость распространения ПД в зависимости от диаметра и типа миелинизированных волокон высока и варьирует от 6 до 120 м/с. В толстых миелинизированных нервных волокнах скорость проведения возбуждения пропорциональна диаметру волокна, а проводимость нервного волокна имеет обратную зависимость от его диаметра.

Отличие миелинизированных от немиелинизированных

В миелинизированных нервных волокнах

1 скорость проведения выше

2 меньше затраты энергии

3 повышается надежность передачи импульса

Скорость проведения возбуждения по скелетным мышцам составляет 3-5 м/с.

Классификация нервных волокон по Эрлангеру-Гассеру.

Тип А - под тип а альфа - двигательные нервные волокна и первичные афференты мышечных веретен, скорость проведения возбуждения 70-120 мс.

подтип а бета - кожные афференты прикосновения и давления, скорость 30-70 мс.

подтип а гамма- двигательные волокна мышечных веретен, скорость 15-30 мс.

подтип а дельта - кожные афференты температуры и боли, скорость 12-30 мс.

Весь А тип миелинизированный!

Тип Б - симпатические преганглионарные волокна, скорость 3-15 мс. Часть миелинизированы, часть нет.

Тип С - симпатические постганглионарные волокна, а также кожные афференты боли, со скоростью 0,5-3 мс.

Законы проведения возбуждения.

1. Закон анатомической и физиологической ценности нервного волокна. Анатомическая целостность - это сохранение структуры волокна, физиологическая целостность - нормальная работа ионных каналов и насосов.

2. Закон двухстороннего проведения возбуждения по нервному волокну. ПД распространяется как центробежно, так и центростремительно.

3. Закон изолированного проведения возбуждения. Каждое волокно проводит возбуждение независимо друг от друга, изолированно, так как оно окружено миелиновой оболочкой или шванновской клеткой, а также межклеточной жидкостью.

4. Закон без декрементного проведения возбуждения. Возбуждение проводится без затухания или без декремента, т.к. ПД в каждом перехвате генерируется заново с максимальной амплитудой.

2. Виды мышечных волокон. Иннервация скелетной мышцы. Нейромоторная (двигательная) единица. Нейротрофический контроль свойств скелетной мышцы

Медленные фазические волокна окислительного типа. Волокна этого типа характеризуются большим содержанием белка миоглобина, который способен связывать кислород. Красные мышцы. Они выполняют очень важную функцию поддержания позы человека и животных. Предельное утомление у волокон данного типа очень медленно. Восстановление функции после утомления происходит быстро. Нейромоторные единицы этих мышц состоят из большого числа мышечных волокон.

Быстрые фазические волокна окислительного типа. Мышцы, которые преимущественно состоят из волокон этого типа, выполняют быстрые сокращения без заметного утомления. Число волокон, входящих в состав нейромоторной единицы, в этих мышцах меньше, чем в предыдущей группе. Основное назначение мышечных волокон данного типа заключается в выполнении быстрых, энергичных движении.

Быстрые фазические волокна с гликолитическим типом окисления. Волокна данного типа характеризуются тем, что АТФ в них образуется за счет гликолиза. Мышцы, содержащие эти волокна, развивают быстрое и сильное сокращение, но сравнительно быстро утомляются. Миоглобин в данной группе мышечных волокон отсутствует, вследствие чего мышцы, состоящие из волокон этого типа, называют белыми.

Тонические волокна. Развитие сокращения происходит медленно, что обусловлено низкой активностью миозиновой АТФазы. Также медленно происходит и расслабление. Мышечные волокна данного типа эффективно работают в изометрическом режиме. Эти мышечные волокна не генерируют потенциал действия и не подчиняются закону "все или ничего".

Особенности иннервации скелетных мышц таковы, что при раздражении нервного волокна сокращается не единичное мышечное волокно, а их совокупность, иннервируемая одним мотонейроном и составляющая одну моторную единицу Моторные нейроны, иннервирующие поперечнополосатые мышцы, располагаются в передних рогах спинного мозга. Их большое клеточное тело и миелинизированный аксон большого диаметра предназначены для быстрого проведения импульса. Моторный аксон суживается в мышечной толще, а затем разветвляется и иннериирует мышечные волокна в пределах одной мышцы. Естественно, что мышечные волокна, составляющие одну и ту же моторную единицу, неплотно прилежат друг к другу. Это рассеивание волокон принято считать беспорядочным, хотя стадия развития, при которой это происходит, а также факторы, определяющие подобное распределение, остаются неизвестными. Группа мышечных волокон, иннервируемых одним аксоном, называется показателем иннервации (innervation ratio), однако этот критерий плохо поддается количественной оценке.

Под нейротрофическим контролем скелетной мышцы понимают такой тип влияния нервной системы на скелетную мускулатуру, который на уровне экспрессии генома определяет набор качественных фенотипических свойств мышечного волокна, характерных только для иннервируемой мышцы. Ученик Г.И. Полетаева, профессор Е.М. Волков, используя метод блокады аксоплазматического транспорта колхицином, установил, что работа активных ионных насосов, селективная ионная проводимость, распределение на поверхностной мембране потенциалчувствительных натриевых и ацетилхолинчувствительных ионных каналов и их функции находятся под нейротрофическим контролем двигательного отдела соматической нервной системы. Нейротрофический контроль данных свойств мышечной мембраны реализуется при участии аксонного транспорта. Нервная импульсация и секреция ацетилхолина в синапсе являются факторами, необходимыми для полного проявления этого контроля.

3. Особенности проведения возбуждения в нервно-мышечном синапсе. Везикулярная гипотеза. Квантовая секреция медиатора. Механизм слияния синаптических везикул с пресинаптическои мембраной (роль пептидов нервного окончания и мембраны везикул). Спонтанная квантовая секреция

НМС - это синапс между аксоном мотонейрона и мышечным волокном. Синапс состоит из пресинаптической мембраны, синаптической щели и постсинаптической мембраноы. Проведение возбуждения с нерва на мышцу: достижение нервным импульсом концевой веточки аксона - деполяризация и повышение проницаемости ее мембраны - выделение ацетилхолина в синаптическую щель - диффузия медиатора ацетилхолина к постсинаптической мембране - образование на ней комплекса с холинрецептором-увеличение ионной проницаемости постсинаптической мембраны - возникновение локального электрического потенциала (потенциала концевой пластинки) - развитие ПД мышечного волокна. Синаптическая передача возбуждения по сравнению с распространением потенциала действия имеет рад свойств:

1) наличие медиатора в пресинаптической части синапса;

2) относительная медиаторная специфичность синапса, т.е. каждый синапс имеет свой доминирующий медиатор;

3) возможность действия специфических блокирующих агентов на рецептирующие структуры постсинаптической мембраны;

4) зависимость длительности активной фазы действия медиатора в синапсе от свойств медиатора;

5) односторонность проведения возбуждения;

6) наличие хемочувствительных рецепторуправляемых каналов постсинаптической мембраны;

7) увеличение выделения квантов медиатора в синаптическую щель пропорционально частоте приходящих по аксону импульсов;

8) зависимость увеличения эффективности синаптической передачи от частоты использования синапса ("эффект тренировки";

9) утомляемость синапса, развивающаяся в результате длительного высокочастотного его стимулирования. В этом случае утомление может быть обусловлено истощением и несвоевременным синтезом медиатора в пресинаптической части синапса.

Везикулярная гипотеза. Использование метода электронной микроскопии для изучения ультраструктуры синапса позволило в 1954 году Де Робертсу и Беннету выявить в цитоплазме двигательного нервного окончания большое количество синаптических везикул диаметром около 50 нм. Поскольку везикулы имели одинаковые размеры и концентрировались у пресинаптической мембраны, было предположено, что квант медиатора находится в синаптической везикуле, а освобождение медиатора происходит путем выделения содержимого везикулы в синаптическую щель путем экзоцитоза. Так была сформулирована везикулярная гипотеза освобождения медиатора в синапсе. В дальнейшем синаптические везикулы были обнаружены во всех химических синапсах нервной системы.

К основным постулатам везикулярной гипотезы необходимо отнести следующие: 1) медиатор в нервном окончании концентрируется в синаптических везикулах, 2) везикулярный медиатор освобождается путем слияния мембраны везикулы с пресинаптической мембраной (экзоцитоз).

Квантовая гипотеза освобождения медиатора. Постсинаптические потенциалы, вызванные раздражением двигательного нерва (потенциалы концевой пластинки - ПКП), от раздражения к раздражению варьируют по амплитуде, причем эти колебания кратны амплитуде МПКП. Было предположено, что медиатор в синапсе освобождается в виде мультимолекулярных порций - квантов. В покое случайное освобождение из нервного окончания отдельных порций вызывает появление на постсинаптической мембране МПКП, а в ответ на раздражение происходит синхронное освобождение нескольких десятков или сот квантов и возникает ПКП. Электрофизиологическое определение показало, что квант медиатора состоит из 1000-10 000 молекул ацетилхолина.

Механизм экзоцитоза медиатора

Для экзоцитоза необходимы ионы кальция, которые входят в терминаль через кальциевые каналы и белки экзоцитоза. Среди них синаптотагмин, синаптобревин, располагаются на мембране синаптической везикулы; синтаксин, snap-белок, располагаются на пресинаптической мембране. Везикулы заполняются медиатором и до распространения ПД пристыковываются (докируются) в пресинаптической мембране в области активных зон с помощью белков экзоцитоза, синаптобревина, синтаксина и снэп. Пд проходит по пресинаптической мембране, в результате открываются потенциалзависымые кальциевые каналы и ионы кальция связываются синаптотагмином, что способствует слиянию мембраны везикулы с пресинаптической мембраны, после чего ацетилхолин диффундируют в синаптическую щель. Медиатор попадает в синаптическую щель, диффундируют к постсинаптической мембране, и связывается с nхолинорецепторами. N холинрецепторы - неселективные ионные каналы, через которые проходят ионы натрия внутрь клетки, ионы калия из клетки. В составе макромолекулы белка имеются сайты связывания для ацетилхолина, при взимодействии ах с n холинорецептором возникает деполяризация.

4. Механизм активации холинорецепторов постсинаптической мембраны. Функциональная роль холинэстеразы. Потенциал концевой пластинки. Факторы, определяющие его амплитуду. Миниатюрные потенциалы концевой пластинки

Нервно-мышечная передача возбуждения состоит из нескольких этапов.

ПД по аксону достигает области двигательного нервного окончания.

Деполяризация мембраны нервного окончания приводит к открытию потенциалозависимых Са 2+ каналов и входу Са 2+ в двигательное нервное окончание.

Повышение концентрации Са 2+ приводит к запуску экзоцитоза квантов ацетилхолина из синаптических пузырьков.

Ацетилхолин попадает в синаптическую щель, где путём диффузии достигает рецепторов на постсинаптической мембране. В нервно-мышечном синапсе в ответ на один ПД выделяется около 100-150 квантов ацетилхолина.

Активация н-холинорецепторов постсинаптической мембраны. При открытии каналов н?холинорецепторов возникает входящий Na-ток, что приводит к деполяризации постсинаптической мембраны. Появляется потенциал концевой пластинки, который при достижении критического уровня деполяризации вызывает ПД в мышечном волокне.

Ацетилхолинэстераза расщепляет ацетилхолин и действие выделившийся порции нейромедиатора на постсинаптическую мембрану прекращается.

Образование ПКП активация ионотропного н холинорецептора приводит к местной деполяризации - ПКП. Амплитуда ПКП меньше амплитуды ПД. Амплитуда ПКП составляет 20-30мв и зависит от количества высвободившегося в синаптическую щель медиатора. ПКП Локализован, способен к суммации. Главная задача ПКП - генерация ПД на мембране субсинаптической области. Ацетилхолин в синаптической щели находится около 1-2 мс, затем разрушается ацетилхолинэстеразой - это фермент, разрушается до холина и уксусной кислоты. Уксусная кислота диффундирует в межклеточную жидкость, холин вновь захватывается нервной терминалью, в которой происходит ресинтез при участии ферментов холинацетилтрасферазы и ацетилкоензима а. Затем ацетилхолин вновь запасается в везикуле механизмом вторичного активного транспорта с участием протонной помпы и ацетилхолин водородного обменника.

В мышечном волокне в состоянии покоя микроэлектрод регистрирует небольшие кратковременные сдвиги мембранного потенциала с нерегулярными интервалами. По временному ходу они близки к нормальным потенциалам концевой пластинки, но их амплитуда во много раз меньше, поэтому их называют миниатюрными потенциалами концевой пластинки. Считают, что причиной их возникновения является спонтанное высвобождение небольших количеств медиатора .

Ацетилхолинэстераза играет ключевую роль в процессах нейрогуморальной и синаптической передачи: в холинэргических синапсах катализирует гидролиз ацетилхолина, и, как следствие, прекращает влияние данного медиатора на холинорецептор, отвечающий за возбуждение нервного волокна. При ингибировании АХЭ освобождение рецепторов от ацетилхолина происходит очень медленно (только посредством диффузии), и передача нервных импульсов заблокирована на уровне (нейротрансмиттер <-> постсинаптическая мембрана).

5. Пре- и постсинаптические механизмы действия физиологически активных веществ и фармакологических препаратов на нервно-мышечную передачу

Блокирование нмс

1 уровень - пресинаптический - а) можно заблокировать ПД по мембране, блокаторами натриевых, калиевых каналов: тетродотоксин, сакситоксин, дендротоксин. Кальциевые каналы в пресинаптической мембране блокируются конотоксином. Гемихолиний угнетает поглощение холина и его ресинтез в терминале. Ботолотоксин и токсин столбняка угнетает высвобождение медиатора.

2 уровень - на уровне синаптической щели - можно заингибировать ацетилхолинэстетразу - физостигмин, простигмин, эзерин, галантомин,

3 уровень - на уровне постисинаптической можно заблокировать н холинорецепторы- тубопуравин, бунгаротоксин(необратимо блокирует), сукцининхолин и декаметоний, приводит к деактивации холин рецептора

6. Строение миофибриллы как функциональной единицы мышечного волокна. Механизм мышечного сокращения в поперечно-полосатой мышце. Теория "скольжения"

Миофибриллы - цилиндрические нити толщиной 1 - 2 мкм, идущие вдоль от одного конца мышечного волокна до другого. Изолированная миофибрилла способна сокращаться в присутствии АТФ, именно она и есть сократимый элемент мышечной клетки.

Сократимые единицы миофибрил легко различимы в световом микроскопе, именно они обусловливают полосатость скелетных мышц . Каждая из таких единиц - саркомеров - имеет длину около 2,5 мкм. На продольном срезе мышцы при большом увеличении в пределах каждого саркомера видны чередующиеся светлые и темные полосы. Темные полосы называются А-дисками, светлые - I-дисками. Плотная линия в центре I-диска, отделяющая один саркомер от другого, называется Z-диском .

Каждый саркомер состоит из множества параллельных белковых филаментов (нитей). Существуют филаменты двух типов - толстые, которые тянутся от одного края А-диска до другого, и тонкие, которые идут от Z-линии через I-диск и заходят в А-диск в промежутки между толстыми филаментами. На участке А-диска, содержащем перекрывающиеся тонкие и толстые филаменты, толстые филаменты расположены в виде регулярной гексагональной системы, причем каждый толстый филамент окружен тонкими, тоже расположенными регулярно. При мышечном сокращении каждый саркомер укорачивается пропорционально всей мышце. При уменьшении длины саркомера сжимается только I-диск, тогда как плотный А-диск не изменяет своих размеров. Взаимодействующие белки толстых и тонких филаментов были выделены и получили названия соответственно миозин и актин.

Кроме них, в миофибриллах имеется еще целый ряд вспомогательных белков. Предполагается, что белок альфа-актинин обеспечивает надлежащую упаковку филаментов в саркомере, адесмин связывает между собой соседние саркомеры.

Механизм мышечного сокращения. В области концевой пластинки двигательного нерва генерируется ПД, быстро распространяющийся по сарколемме и переходящий на продольные трубочки и цистерны (т-система). Возникает деполяризация мембраны цистерн и из них в сарколемму высвобождаются ионы кальция, следовательно, увеличивается внутриклеточная концентрация ионов кальция, они взаимодействуют с тропонином, освобождаются активные центры на актиновых филаментах. Миозиновая головка взаимодействуют с актином, она вращается и развивается эластическая тяга. Нити актина и миозина скользят относительно друг друга, уменьшаются размеры саркомера, развивается напряжение мышечного волокна. ПД прекращается и мембранный потенциал возвращается к исходному уровню, начинает работу кальциевый насос. Ионы кальция снова возвращаются в цистерны СР и их концентрация падает.

Согласно теории скольжения нитей, мышечное сокращение происходит благодаря скользящему движению актиновых и миозиновых филламентов друг относительно друга. Механизм скольжения нитей включает несколько последовательных событий.

* Головки миозина присоединяются к центрам связывания актинового филламента.

* Взаимодействие миозина с актином приводит к конформационным перестройкам молекулы миозина. Головки приобретают АТФазную активность и поворачиваются на 120 ° . За счет поворота головок нити актина и миозина передвигаются на "один шаг" друг относительно друга.

* Рассоединение актина и миозина и восстановление конформации головки происходит в результате присоединения к головке миозина молекулы АТФ и ее гидролиза в присутствии Са++ .

* Цикл "связывание - изменение конформации - рассоединение - восстановление конформации" происходит много раз, в результате чего актиновые и миозиновые филламенты смещаются друг относительно друга, Z -диски саркомеров сближаются и миофибрилла укорачивается.

7. Роль ионов кальция в процессе мышечного сокращения. Источники кальция в скелетных мышцах. Электромеханическое сопряжение

Присоединение Са 2+ к тропонину устраняет постоянно существующее препятствие для взаимодействия поперечных мостиков с актином. Из результатов экспериментов, сделан вывод, что ингибирование присоединения мостиков снимается при концентрации свободного Са 2+ свыше 10-7 М.

Сказанное выше объясняет роль Са 2+ в регуляции актин-миозинового взаимодействия в скелетных и сердечной мышце позвоночных животных. В В поперечнополосатых мышцах большинства беспозвоночных животных кальций инициирует сокращение, присоединяясь к легким полипептидным цепям миозина в головках поперечных мостиков. В гладких мышцах позвоночных животных и в немышечном актомиозине сокращение контролируется кальцийзависимым фосфорилированием миозиновой головки. Источники кальция - саркоплазматический ретикулум.

Электромеханическое сопряжение. Ионы кальция входят в клетку через потенциал-зависимый кальциевык каналы э-типа расположенные в кавеолах и вызывают активацию кальций-зависимых, кальций-освобождающих каналов мембраны саркоплазматического ретикулума

8. Роль АТФ для деятельности мышц. Процесс мышечного расслабления. Механизмы удаления кальция из саркоплазмы. Трупное окоченение

В процессе хемомеханического преобразования АТФ обеспечивает разъединение головки миозина и актинового филамента и энергетику для дальнейшего взаимодействия головки миозина с другим участком актинового филамента. АТФ является вторым важнейшим фактором, абсолютно необходимым для процесса расслабления. Некоторое время после смерти мышцы остаются мягкими вследствие прекращения тонического влияния мотонейронов. Затем концентрация АТФ снижается ниже критического уровня и возможность разъединения головки миозина с актиновым филаментом исчезает. Возникает явление трупного окоченения с выраженной ригидностью скелетных мышц.

При наступлении смерти дыхание организма прекращается, в связи с чем в организм перестаёт поступать кислород, участвующий в образовании АТФ. АТФ перестаёт гидролизоваться кальциевым насосом (Ca-АТФазой), и кальций перестаёт возвращаться в терминальные цистерны. В связи с этим ионы кальция диффундируют из областей высокой концентрации (терминальные цистерны и межклеточная жидкость) в области низкой концентрации (саркомеры), связываясь с тропонином, что обуславливает соединение актина и миозина.

В отличие от обычного мышечного сокращения, тело не способно завершить цикл (из-за отсутствия АТФ), разорвав взаимодействие актина и миозина, из-за чего формируется стойкая мышечная контрактура, прекращающаяся лишь на фоне ферментативного разложения мышечной ткани.

Механизм расслабления

Начинается с уменьшения концентрации ионов кальция в саркоплазме, за счет работы кальциевых насосов и натрий-кальциевого обменника, разрушение взаимодействия между кальцием и кальмодулином и активации фосфатазы миозина. Под влиянием фосфатазы головка миозина дефосфорилируется, это снижает атфазную активность миозина, мостики не образуется и мышца расслабляется. Имеется два белка - кальдесмон и кальпонин, который ингибирует атфазную активность миозина, приводя к нарушению взаимодействия актина и миозина.

Существует три механизма удаления ионов Са 2+ из саркоплазмы:

1) Са-насосы плазматической мембраны и саркоплазматического ретикулума. Удаляют Са 2+ во внеклеточную среду и цистерны саркоплазматического ретикулума. Составной их частью является Са-АТФ-аза, которая для осуществления активного транспорта ионов Са 2+ использует энергию АТФ;

2) Na-Ca-обменный механизм. Удаляет ионы Са 2+ во внеклеточную среду. Является разновидностью вторичного активного транспорта (антипорта). Использует энергию градиента концентраций ионов натрия по обе стороны плазматической мембраны, поэтому зависит от работы Na-K-насоса, создающего этот градиент;

3) Са-аккумулирующая функция митохондрий. Активируется только при значительном повышении содержания ионов Са 2+ в саркоплазме, что чаще всего бывает в условиях патологии. Удаление Са 2+ из саркоплазмы в матрикс митохондрий происходит за счет энергии, освобождающейся в процессе транспорта электронов по дыхательной цепи. Использование этой энергии на активный транспорт ионов Са 2+ в митохондрии является альтернативой окислительному фосфорилированию.

9. Одиночное сокращение мышцы, суммация сокращений и тетанус. Виды тетанического сокращения. Особенности тетанусов в мышцах разного функционального профиля. Пессимальное торможение

Одиночное мышечное сокращение возникает в ответ на одиночную стимуляцию

Различают периоды

1 латентный период - с момента начала стимуляции до момента укорочения мышцы. В этот период по мембране проходит ПД поэтому фаза рефрактерности, невозбудимости, приходится именно на этот период.

2 период укорочения - нити актина и миозина скользят относительно друг друга.

3 период расслабления

В физиологических условиях наши мышцы работают в режиме зубчатого тетануса.

Тетанус является следствием суммации сокращений. При увеличении частоты раздражения каждый последующий разряжающий сигнал попадает в период расслабления. В результате возникает неполная суммация, которая лежит в основе зубчатого тетануса. Так как большее количество ионов кальция скапливается в саркоплазме и не успевает выводиться, амплитуда зубчатого тетануса амплитуды омс (одиночного мышечного сокращения). Если еще больше увеличивать частоту раздражения, то каждое последующее раздражение приходится на период укорочения от предыдущего. В результате возникает полная суммация, которая лежит в основе гладкого тетануса.

Отпимум - максимальная амплитуда гладкого тетануса. Пессимум - возникает при увеличении частоты раздражения после оптимума, каждая последующая стимуляция попадает в фазу рефрактерности от предыдущей (при прямой стимуляции). В результате амплитуда сокращения уменьшается, мыщца расслабляется.

Пессимальное торможение - это вторичное торможение, которое развивается в возбуждающих синапсах в результате сильной деполяризации постсинаптической мембраны под действием множественной импульсации.

10. Пути увеличения силы мышечных сокращений в эксперименте и в естественных условиях. Тоническое сокращение мышцы. Контрактура

В естественных условиях одиночные сокращения скелетных мышц не встречаются. Происходит сложение, или суперпозиция, сокращений отдельных нейромоторных единиц. При этом сила сокращения может увеличиваться как за счет изменения числа двигательных единиц, участвующих в сокращении, так и за счет изменения частоты импульсации мотонейронов. В случае увеличения частоты импульсации будет наблюдаться суммация сокращений отдельных двигательных единиц.

Одной из причин увеличения силы сокращения в естественных условиях является частота импульсов, генерируемых мотонейронами. Второй причиной этого служат увеличение числа возбуждающихся мотонейронов и синхронизация частоты их возбуждения. Рост числа мотонейронов соответствует увеличению количества двигательных единиц, участвующих в сокращении, а возрастание степени синхронизации их возбуждения способствует увеличению амплитуды при суперпозиции максимального сокращения, развиваемого каждой двигательной единицей в отдельности.

Сила сокращения изолированной скелетной мышцы при прочих равных условиях зависит от исходной длины мышцы. Умеренное растяжение мышцы приводит к тому, что развиваемая ею сила возрастает по сравнению с силой, развиваемой нерастянутой мышцей. Происходит суммирование пассивного напряжения, обусловленного наличием эластических компонентов мышцы, и активного сокращения. Максимальная сила сокращения достигается при размере саркомера 2--2,2 мкм (рис. 2.26). Увеличение длины саркомера приводит к уменьшению силы сокращения, поскольку уменьшается область взаимного перекрытия актиновых и миозиновых нитей. При длине саркомера 2,9 мкм мышца может развивать силу, равную только 50% от максимально возможной.

В естественных условиях сила сокращения скелетных мышц при их растяжении, например при массаже, увеличивается вследствие работы гамма-эфферентов.

Тоническим сокращением называется медленно развивающееся слитное сокращение, способное длительно поддерживаться без значительных энергетических затрат и выражающееся в "неутомляемом" противодействии внешним силам, стремящимся растянуть мышечный орган. Тонические волокна реагируют на нервный импульс волной сокращения лишь локально (в месте раздражения).

Еще одна разновидность длительного сокращения мышц - контрактура. Она продолжается и при снятии раздражителя. Контрактура мышцы наступает при нарушении обмена веществ или изменении свойств сократительных белков мышечной ткани. Причинами контрактуры могут быть отравление некоторыми ядами и лекарственными средствами, нарушение обмена веществ, повышение температуры тела и другие факторы, приводящие к необратимым изменениям белков мышечной ткани.

11. Анализ причин развития утомления в организме, нервно-мышечном препарате и в отдельной мышце. Влияние катехоловых аминов на нервно-мышечную передачу при утомлении (феномен Орбели-Гинецинского)

Причины утомления:

1. В организме -

2. В мышце - в мышце во время сокращения накапливаются продукты обмена веществ (фосфорная кислота, молочная), которые угнетают действие работоспособности; постепенное истощение в мышце энергетических запасов(гликогена)

3. НМС - утомление происходит в первую очередь в нервно-мышечном синапсе

Феномен

При утомлении

Заключается в повышении работоспособности утомленной скелетной мышцы, которое возникает после активации симпатической нервной системы. Активация симпатической нс приводит к высвобождению медиатора норадреналина, мишенью для которого может являтся двигательное нервное окончание. Это приводит

1 к повышению высвобождения ах

2 к уменьшению чувствительности холинарецептора постсинаптической мембраны.

3 к увеличению кровоснабжения скелетной мышцы при активации симпатической нс.

12. Особенности возбудимости и проводимости в гладких мышцах. Автоматия гладких мышц, ее механизм

Особенности гмк

Свойства мышц

1 возбудимость гмк ниже чем поперечно-полосатой и для возникновения ПД требуется более интенсивное воздействие (ПД- результат входа ионов кальция)

2 проводимость выше, чем у скелетной мышцы благодаря наличию нексусов

3 сократимость более низкая скорость сокращения и более медленное расслабление, более низкое потребление атф, 2 источника кальция вне и внутриклеточный, низкие частоты вызывающие тетанус

4 пластичность - способность сохранять приданную форму и гм в результате могут быть расслаблены как и в укороченном так и в растянутом состоянии

5 автоматия - особенность гм. Способность самопроизвольно генерировать возбуждение. Особенно важное значение имеет для перистальтики гм жкт

Автоматия. ПД гладких мышечных клеток имеют авторитмический (пейсмекерный) характер, подобно потенциалам проводящей системы сердца. Пейсмекерные потенциалы регистрируются в различных участках гладкой мышцы. Это свидетельствует о том, что любые клетки висцеральных гладких мышц способны к самопроизвольной автоматической активности. Автоматия гладких мышц, т.е. способность к автоматической (спонтанной) деятельности, присуща многим внутренним органам и сосудам.

Автоматии клеток водителя ритма обусловлена: 1) низким уровнем трансмембранного потенциала, 2) наличием спонтанной деполяризации. В мембране этих клеток имеются специфичные-каналы, проводящие Na+ и в меньшей степени К+ После очередного возбуждения такой клетки ее мембрана реполяризуется (заряддостигает 40--60 мВ),-каналы открываются и входящий через них поток Na+ приводит к развитию ее постепенной деполяризации (а затем генерации потенциала действия с участием так называемых медленных Na+ Са + каналов). каналы открываются и при увеличении содержания цАМФ в клетках водителя ритма сердца. Спонтанной деполяризации способствует также постепенное увеличение проницаемости мембраны для Са 2+ Автономная нервная система регулирует частоту сердечных сокращений путем влияния на скорость диастолической деполяризации. Симпатические волокна выделяют норадреналин, он через p-адренорецепторы и систему веществ-посредников вызывает возрастание содержания в клетке цАМФ. Это приводит к увеличению числа открытыхканалов, возрастанию скорости диастолической деполяриции и ЧСС. Парасимпатические волокна через медиатор ацетилхолин и Мг-рецепторы сердца оказывают обратный эффект.

13. Иннервация гладких мышц. Передача возбуждения в синапсах. Котрансмиттеры. Мультиунитарные и моноунитарные мышцы

Висцеральная гладкая мышца имеет двойную иннервацию - симпатическую и парасимпатическую, функция которой заключается в изменении деятельности гладкой мышцы. Раздражение одного из вегетативных нервов обычно увеличивает активность гладкой мышцы, стимуляция другого - уменьшает. В некоторых органах, например кишечнике, стимуляция адренергических нервов уменьшает, а холинергических - увеличивает мышечную активность; в других, например, сосудах, норадреналин усиливает, а АХ снижает мышечный тонус. Строение нервных окончаний в гладкой мышце отличается от строения нервно-мышечного синапса скелетной мышцы. В гладкой мышце нет концевых пластинок и отдельных нервных окончаний. По всей длине разветвлений адренергических и холинергических нейронов имеются утолщения, называемые варикозами. Они содержат гранулы с медиатором, который выделяется из каждой варикозы нервных волокон. Таким образом, по ходу следования нервного волокна могут возбуждаться или тормозиться многие гладкие мышечные клетки. Клетки, лишенные непосредственных контактов с варикозами, активируются потенциалами действия, распространяющимися через нексусы на соседние клетки. Скорость проведения возбуждения в гладкой мышце невелика и составляет несколько сантиметров в секунду.

Нервно-мышечная передача. Возбуждающее влияние адренергических или холинергических нервов электрически проявляется в виде отдельных волн деполяризации. При повторной стимуляции эти потенциалы суммируются и по достижении пороговой величины возникает ПД.

Тормозящее влияние адренергических или холинергических нервов проявляется в виде отдельных волн гиперполяризации, называемых тормозными постсинаптическими потенциалами (ТПСП). При ритмической стимуляции ТПСП суммируются. Возбуждающие и тормозные постсинаптические потенциалы наблюдаются не только в мышечных клетках, контактирующих с варикозами, но и на некотором расстоянии от них. Это объясняется тем, что постсинаптические потенциалы передаются от клетки к клетке через нексусы или посредством диффузии медиатора из мест его выделения.

Комедиаторы - это сопутствующие синаптические посредники, характеризующиеся прежде всего совместной локализацией, совместным высвобождением и общей клеткой-мишенью. Под совместной локализацией понимается синтез и депонирование медиаторов в одном и том же нейроне, их происхождение в одних и тех же пресинаптических окончаниях, но не обязательно в одних и тех же пузырьках. Под совместным высвобождением понимается экзоцитоз двух (и более) медиаторов, в результате одной и той же активации пресинаптического окончания, под которым в данном случае подразумевается не одиночный пресинаптический потенциал действия, а разряд потенциалов действия с одной и той же частотой.

1 мультиунитарная гм - каждая ГМК имеет синаптический контакт с нервным волокном, причем этих контактов могут быть несколько. Кроме этого ГМК может иннервироваться не одним, а несколькими нейронами и если это симпатический и парасимпатический нейрон, то их эффект антагонистичен. Конечный эффект сокращения или расслабления гм будет зависеть от интенсивности стимуляции парасимпатической или симпатической нс. Аксон автономного нейрона на всем своем протяжении может образовывать синаптические контакты с ГМК, благодаря особым расширениям, называющиеся варикозами. Мембрана варикозов обладает всеми свойствами пресинаптической мембраны, варикозы близко подходят к постсинаптической мембране, которая в области синаптического контакта характеризуется высокой плотностью рецепторов. К этому типу относятся мышцы радужной оболочки глаза, цилиарной оболочки, мышцы бронхов крупных артерий пиламоторы. Каждая гмк независимо друг от друга и в значительной степени зависит от нервных импульсов.

2 моноунитарные гм - широко представлены нексусы -плотные контакты. Среди гм присутствуют особые пейсмейкерные клетки, отличающиеся высокой возбудимостью и спонтанной активностью. Обычно рядом с пейсмейкерными клетками находятся варикозы автономных нейронов, модулирующие активность пейсмейкерных клеток. Информация или активация от пейсмейкерной клетки очень мыстро распространяется на соседние гмк, связанные нексусами, образующие функциональный синситий (множество клеток работают как функциональное целое). Моноунитарные находятсяпод влиянием как нервных, так и местных гуморальных факторов. Этот тип в основном образует мышечную стенку внутренних органов. Иногда их называют висцеральными гм.

14. Механизм сокращения гладких мышц. Роль вторичных посредников. Фармако- и электромеханическое сопряжение

В гладкой мышце присутствуют 2 типа сопряжения между процессами возбуждения и сокращения- электромеханический тип и фармомеханисеский тип, возникающий при действии лигандов агонистов и антигонистов. При электромеханическом типе сопряжения обязательным условием является наличие ПД. При фармакомеханическом типе на мембране возникает либо медленная деполяризация, либо отсутствие деполяризации.

В гладкой мышце к активации сокращения приводит как вход неклеточного кальция, так и освобождение внутриклеточного кальция из депо, причем деполяризация имеет кальциевую природу.

Электромеханическое сопряжение

Ионы кальция входят в клетку через потенциал-зависимый кальциевык каналы э-типа расположенные в кавеолах и вызывают активацию кальций-зависимых, кальций-освобождающих каналов мембраны саркоплазматического ретикулума

Фармакомеханическое сопряжение

Агонист активирует рецептор, затем активируется альфа-субьединицей g-белка, которая активирует фосфолипазу С, расщепляющая фосфотидил, инозитол, b-фосфат мембраны(1 путь расщепляется до ацилглицерола, активирующий протеинкиназу с и управляющий активностью ионных каналов; 2 путь - образуется инозитолтрифосфат, диффундирует к спр и связывается с инозитолтрифосфатными рецепторами спр, которые являются кальций-освобождающими каналами, кальций выходит в саркоплазму и концентрация кальция увеличивается)

Для сокращения гладкая мышца использует три главных пути повышения концентрации ионов кальция

1 вход через потенциал-зависимые кальциевые канала а-типа

2 вход через рецептор-управляемые кальциевые каналы

3 освобождение из саркоплазматического ретикулума

Инициация циклообразования поперечных мыщц

Ионы кальция в саркоплазме гм взаимодействует с белком кальмодулином- аналог тропонина с. Этот комплекс кальций-кальмодулин активирует фермент киназу легких цепей миозина. Активированная киназа способствует фосфорилированию регуляторной легкой цепи головки миозина. В результате возникают конформационные изменения, повышающие атфазную активность головки миозина, что приводит к циклообразованию поперечных мостиков. В скелетной мышце атфазная активность головки миозина постоянно достаточно высокая, в гладкой мышце она значительно ниже и образование поперечных мостиков не может начаться до тех пор, пока киназа легких цепей миозина не повысит активность атфазы миозина.

В целом циклообразование поперечных мостиков в гладкой мышце аналогичен скелетной.

Размещено на Allbest.ru