Mehanizam kontrakcija mišića. Funkcije i svojstva skeletnih mišića

Kontrakcija mišića je složen proces, koji se sastoji od više faza. Glavne komponente ovdje su miozin, aktin, troponin, tropomozin i aktomizin, kao i kalcijevi ioni i spojevi koji daju energiju mišića. Razmotriti vrste i mehanizme kontrakcije mišića. Proučavat ćemo, od kojih se stadi sastoje i koja je neophodna za ciklički proces.

mišići

Mišići se kombiniraju u skupine koje dijele isti mehanizam kontrakcije mišića. Po istom znaku podijeljeni su u tri vrste:

• strijalizirani mišići tijela;
• strijati mišići atrija i srčanih ventrikula;
• glatke mišiće organa, posuda i kože.

Poprečni strijalni mišići ulaze u mišićno-koštani sustav, kao dio nje, kao i tetive, ligamenti i kosti. Kada se provodi mehanizam kontrakcija mišića, obavljaju se sljedeći zadaci i funkcije:

• tijelo se pomiče;
• dijelovi tijela se međusobno kretati;
• tijelo je podržano u svemiru;
• generira se toplina;
• Kora se aktivira aferentacijom iz receptivnih mišićnih polja.

Od glatkih mišića se sastoji od:

• motornih aparata unutarnjih organa, koji uključuje bronhijalno stablo, pluća i probavna cijev;
• limfni i krvožilni sustav;
• sustav genito-urinarnih organa.

Fiziološka svojstva

Kao i svi kralježnjaci, ljudsko tijelo ima tri najvažnija svojstva vlakana koštanog mišića:

• kontraktilnost - smanjenje i promjenu napona kod uzbudljivosti;
• vodljivost - gibanje potencijala duž cijelog vlakna;
• uzbudljivost - odgovor na poticaj promjenom membranskog potencijala i ionske propusnosti.

Mišići su uzbuđeni i počinju se ugovoriti živčani impulsi, ići iz centara. Ali u umjetnim uvjetima koriste elektrostimulaciju. mišić onda se može izravno nadražiti (izravna iritacija) ili kroz živac koji inervira mišiće (indirektna iritacija).

Vrste kratica

Mehanizam kontrakcija mišića uključuje transformaciju kemijske energije u mehanički rad. Taj se proces može mjeriti eksperimentiranjem s žabom: njegov gastrocnemius mišić je napunjen malom težinom, a potom razdražen svjetlosnim električnim impulsima. Kontrakcija, u kojoj se mišić postaje kraći, zove se izotoničan. S izometrijskom kontrakcijom nema skraćivanja. Tendoni ne dopuštaju razvoj snage mišića skraćen. Drugi auksotonski mehanizam kontrakcija mišića pretpostavlja uvjete intenzivnog opterećenja, kada se mišić skraćuje na minimalan način, a sila razvija maksimum.

Struktura i inervacija skeletnih mišića

U križnim skeletnim mišićima, postoji mnogo vlakana koja su u vezivnom tkivu i pričvršćena za tetive. U nekim mišićima, vlakna su paralelna s duljom osi, dok su u drugima kosljiva, pričvršćena na središnju tetivu tetive i na vrh.

Glavna značajka vlakana je sarkoplazma mase tankih niti - miofibrila. Oni uključuju svijetle i tamne površine koje se međusobno izmjenjuju, a susjedna strijalna vlakna nalaze se na istoj razini - na poprečnom presjeku. Zbog toga se dobiva poprečna veza preko cijelog mišićnog vlakna.

Sarkomer je kompleks tamnih i dvaju svjetlosnih diskova, a razgraničen je Z-oblikovanim linijama. Sarcomery je kontraktilni mišićni aparat. Ispada da kontraktilna mišićna vlakna čine:

• kontraktilni aparat (miofibrilni sustav);
• trofični aparat s mitohondrijima, Golgi kompleks i slab endoplazmatski retikulum;
• aparat za membranu;
• uređaj za podršku;
• živčani aparat.

Mišićna vlakna je podijeljena na 5 dijelova sa svojim strukturama i funkcijama i sastavni je dio mišićnog tkiva.

inervacija

Ovaj proces u poprečnom strijaliziranom mišićnom vlaknu ostvaruje se živčanim vlaknima, naime aksona motoneurona kralježnične moždine i prtljažnika. Jedan motoneuron inervira nekoliko mišićnih vlakana. Kompleks s motoneuronom i inerviranim mišićnim vlaknima naziva se neuromotor (NME), ili motorna jedinica (DE). Prosječan broj vlakana koji inervira jedan motoneuron karakterizira količinu DE mišića, a recipročna vrijednost naziva se gustoća inervacije. Potonji je velik u tim mišićima gdje su pokreti mali i "tanki" (oči, prsti, jezik). Njegova mala vrijednost će, naprotiv, biti u mišićima s "grubim" pokretima (na primjer, prtljažniku).

Inervacija može biti pojedinačna i višestruka. U prvom slučaju, ostvaruje se kompaktnim završetkom motora. Obično je to tipično za velike motoneurone. Mišićna vlakna (nazvana u ovom slučaju fizički ili brzo) stvaraju PD (akcijske potencijale) koji se prenose na njih.

Višestruko inerviranje javlja se, na primjer, u mišićima vanjskih očiju. Ovdje se akcijski potencijal ne generira, jer u membrani nema elektroaktibilnih natrijevih kanala. Oni su depolarizirani kroz vlakno iz sinaptičkih završetaka. To je potrebno kako bi se aktivirao mehanizam kontrakcije mišića. Proces se ovdje ne događa jednako brzo kao u prvom slučaju. Stoga se naziva spor.

Struktura miofibrila

Studije mišićnih vlakana sada se provode na temelju analize difrakcije rendgenskih zraka, elektronske mikroskopije, kao i histokemijskih metoda.

Izračunato je da približno 2500 protofibrila, tj. Produžene polimerizirane molekule proteina (aktin i miozin) ulaze u svaki miofibril s promjerom od 1 um. Actin protofibrili su dva puta tanji od miozina. U mirovanju, ti mišići se nalaze tako da aktin filamenti prodiru u praznine između miosinskih protofibrila sa svojim vrhovima.

Uska svijetla vrpca na disku A nema aktinskih niti. Membrana Z ih drži zajedno.

Na miozinskim vlaknima nalaze se poprečne izbočine do 20 nm, u glavi kojih je oko 150 molekula miozina. Odlaze biopolarno, a svaka glava povezuje miozin s aktinskim filamentom. Kada postoji napor aktinskih centara na vlaknima miozina, aktin filament približava se centru sarkomera. Na kraju, miosinski filamenti dospijevaju u Z liniju, a zatim zauzimaju cijeli sarkomer, a između njih se nalaze aktinski filamenti. U tom slučaju, duljina diska I skraćena je, a na kraju ona potpuno nestaje, zajedno s kojima Z-crta postaje deblja.

Dakle, prema teoriji kliznih niti, objašnjava se duljina mišićnog vlakna. Teorija, zvanog kotačić, razvila su Huxley i Hanson sredinom dvadesetog stoljeća.

Mehanizam mišićne kontrakcije vlakana

Najvažnije je u teoriji da se niti niti (miozin i aktin) ne skrati. Njihova duljina ostaje nepromijenjena čak i kada su mišići rastegnuti. Ali snopovi tankih vlakana, koji klize, izlaze iz debelih niti, stupanj njihovog preklapanja smanjuje, tako da dolazi do kontrakcije.

Molekularni mehanizam kontrakcije mišića klizanjem aktinskih vlakana je kako slijedi. Miješane glave povezuju protofibril s aktinom. Kada su skloni, dolazi do klizanja, pomicanje aktin filamenta prema središtu sarkomera. Zbog bipolarne organizacije miozinskih molekula na obje strane niti, stvaraju se uvjeti da se aktin filamenti slažu u različitim smjerovima.

Uz opuštanje mišića, miosinska glava polazi od aktinskih niti. Zbog lakog klizanja, opušteni mišići istezanja otporni su na manje. Stoga se pasivno produžuju.

Faze smanjenja

Mehanizam kontrakcije mišića može se kratko podijeliti u sljedeće faze:

1. Mišićna vlakna se stimuliraju kada akcijski potencijal dolazi od motoneurona iz sinapsi.
2. Akcijski potencijal nastaje na membrani mišićnih vlakana, a potom se širi na miofibre.
3. Izvršena je elektromehanička konjugacija, koja je transformacija električnog PD u mehaničko klizanje. U ovom slučaju, kalcijev ioni su nužno uključeni.

Kalcijevi ioni

Za bolje razumijevanje procesa aktivacije vlakana kalcijevim ionima, prikladno je uzeti u obzir strukturu aktin filamenta. Duljina je od 1 μm, debljina je od 5 do 7 nm. Ovo je par upletenih niti koje nalikuju aktinskom monomeru. Oko 40 nm ovdje su sferne molekule troponina, te između lanaca - tropomozin.

Kada nestanu kalcijevi ioni, tj. Mirofibrili se opuštaju, duge molekule tropomyozina blokiraju vezivanje aktinskih lanaca i miozinskih mostova. Ali s aktivacijom kalcijevih iona molekule tropomyozina spuštaju se dublje, a mjesta se otvaraju.

Zatim se miozin mostovi pričvršćuju na aktinske niti, a ATP se dijeli i razvija se mišićna čvrstoća. To je omogućeno djelovanjem kalcija na troponin. U tom slučaju molekula potonjeg je deformirana, gurajući tropomozin.

Kada se mišić opusti, 1 grama mokre mase sadrži više od 1 μmol kalcija. Soli kalcija su izolirane i nalaze se u posebnim trgovinama. Inače, mišići će se cijelo vrijeme smanjivati.

Skladištenje kalcija događa se kako slijedi. U različitim dijelovima membrane mišićne stanice unutar vlakana imaju epruvete kroz koje je spoj povezan s okolinom izvan stanica. Ovo je sustav poprečnih kanala. Okomito na njemu je sustav uzdužnih, na čijim krajevima - mjehurići (terminalni spremnici), koji se nalaze u neposrednoj blizini membrane poprečnog sustava. Zajedno dobivamo trijadu. U mjehurićima je pohranjen kalcij.

Dakle, PD se širi u ćeliju, a dolazi do elektromehaničke konjugacije. Uzbuna prodire u vlakno, prolazi u uzdužni sustav, oslobađa kalcij. Tako se ostvaruje mehanizam kontrakcije mišićnih vlakana.

3 procesa s ATP

U interakciji oba lanca u prisutnosti kalcijevih iona, ATP ima značajnu ulogu. Kada se ostvari mehanizam mišićne kontrakcije skeletnog mišića, energija ATP se koristi za:

• Rad natrijeve i kalijeve pumpe, koji održava konstantnu koncentraciju iona;
• ove tvari na različitim stranama membrane;
• skliznuti niti, skraćivanje miofibela;
• rad crvene pumpe, koji djeluje da se opusti.

ATP se nalazi u staničnoj membrani, miozinima i membranama retikuluma sarkoplazmatskog. Enzim se cijepa i koristi miozin.

Potrošnja ATP-a

Poznato je da glave miozina djeluju zajedno s aktinom i sadrže elemente za cijepanje ATP. Potonji se aktivira aktinom i miozinom u prisutnosti magnezij iona. Stoga, cijepanje enzima nastaje kada je glavica miozina vezana na aktin. U ovom slučaju, više poprečnih mostova, brže će stopa cijepanja biti.

ATP mehanizam

Nakon završetka kretanja, AFT molekula daje energiju za odvajanje miozina i aktina koji su uključeni u reakciju. Miješane glave su odvojene, ATP je cijepan fosfatom i ADP. Na kraju je povezana nova ATP molekula i ciklus se nastavlja. To je mehanizam kontrakcije mišića i opuštanja na molekularnoj razini.

Aktivnost poprečnih mostova nastavit će se samo dok se pojavi hidroliza ATP. Kada je enzim blokiran, mostovi se neće ponovno spojiti.

S pojavom smrti tijela, razina ATP-a u stanicama padne, a mostovi ostaju stabilno pričvršćeni na aktinski filament. Ovo je faza strogosti mortisa.

Oživljavanje ATP

Resinteza se može ostvariti na dva načina.

S enzimskim prijenosom iz kreatin fosfata fosfatne skupine na ADP. Budući da su rezerve kreatin fosfatne stanice znatno veće od ATP-a, resinteza se vrlo brzo ostvaruje. Istodobno, kroz oksidaciju piruvinske i mliječne kiseline, resinteza će biti spora.

ATP i CF mogu potpuno nestati ako je resinteza poremećena otrovima. Zatim će pumpa kalcija prestati raditi, zbog čega će se mišići nepovratno ugovoriti (tj. Doći će do kontrakcije). Dakle, mehanizam mišićne kontrakcije je prekinut.

Fiziologija procesa

Ukratko, napominjemo da smanjenje mišićnih vlakana sastoji se u skraćivanju miofibela u svakom od sarkomera. Teme miozina (debela) i aktina (tanke) povezane su krajevima u opuštenom stanju. No, oni počinju kliziti pokreti jedni prema drugima kada je mehanizam mišića kontrakcija je realizirana. Fiziologija (ukratko) objašnjava proces kada se, pod utjecajem miosina, oslobađa potrebna energija za pretvaranje ATP u ADP. U ovom slučaju, aktivnost miozina će se realizirati samo s dovoljnim sadržajem kalcijevih iona koji se akumuliraju u sarkoplazmičnoj mreži.