Синапс – это структурно функциональное образование, которое обеспечивает передачу возбуждения или торможения с нервного волокна на иннервируемую клетку.
Мионевральный (нервно-мышечный), образованн аксоном мотонейрона и мышечной клеткой;
Синапс состоит из трех основных компонентов:
1) Пресинаптическая мембрана является окончанием отростка нервной клетки. Внутри отростка в непосредственной близости от мембраны имеется скопление пузырьков (гранул), содержащих тот или иной медиатор. Пузырьки находятся в постоянном движении.
2) Постсинаптическая мембрана является частью клеточной мембраны иннервируемой ткани. Постсинаптическая мембрана в отличие от пресинаптической имеет белковые хеморецепторы к биологически активным (медиаторам, гормонам), лекарственным и токсическим веществам. Важная особенность рецепторов постсинаптической мембраны – их химическая специфичность, т.е. способность вступать в биохимическое взаимодействие только с определенным видом медиатора.
3) Синаптическая щель представляет собой пространство между пре- и постсинаптичекой мембранами, заполненное жидкостью, близкой по составу к плазме крови. Через нее медиатор медленно диффундирует от пресинаптической мембраны к постсинаптической.
Моторный аксон, подходя к мышце, теряет миелиновую оболочку и делится на терминальные веточки, каждая из которых подходит к отдельному мышечному веретену. Нервная клетка вместе с сарколеммой мышечного волокна образует структуру, которую называют нервно-мышечным синапсом. Оголенная часть нерва, обращенная к поверхности мышечного волокна, - это пресинаптическая мембрана; оголенная часть мышечного волокна - это пост-синаптическая мембрана; микропространство между этими мембранами - это синаптичес-кая щель. Поверхность мышечного волокна образует множественные контактные складки, на которых расположены N-холинореиепторы.
Определение рефлекса. Компоненты рефлекторной дуги.
Рефлекс – реакция организма на раздражение рецепторов, которая осуществляется с участием ЦНС. Структурной основой рефлекса является рефлекторная дуга.
Рефлекторная дуга (путь рефлекса) - это нейронный цепь от периферического рецептора через ЦНС к периферического эффектора (рабочего органа).
1) периферические рецепторы, к которым подходят окончания афферентного (чувствительного) нейрона;
2) афферентный (чувствительный, центростремительный) нейрон – воспринимает изменения внешней или внутренней среды организма. Совокупность рецепторов, раздражение которых вызывает рефлекс, называется рефлексогенной зоной;
3) вставочный (ассоциативный) нейрон, расположенный в спинном или головном мозге – обеспечивает связь с другими отделами ЦНС, переработку и передачу импульсов к эфферентному нейрону;
4) эфферентный (двигательный, центробежный) нейрон – вместе с другими нейронами перерабатывает информацию, сформировывает ответ в виде нервных импульсов;
5) эффектор (исполнитель) – рабочий орган.
Большинство рефлексов замыкается в головном и спинном мозге, и лишь небольшое количество их замыкается вне ЦНС – в вегетативных ганглиях. Вставочных нейронов может быть от одного до множества (в нервных центрах).
Самая простая рефлекторная дуга – моносинаптическая.. Она состоит из двух нейронов – афферентного и эфферентного. Таких рефлексов мало – как правило, это сухожильные рефлексы (например, спинальные миостатические – возникающие в ответ на растяжение мышцы). Чаще дуга рефлекса содержит не менее трех нейронов: афферентный, вставочный и эфферентный. Подобные дуги называют полисинаптическими.
Классификация рефлексов.
1. По способу образования:
1) безусловные – врожденные;
2) условные – приобретенные.
2. По компонентам синаптической дуги:
1) моносинаптические;
2) полисинаптические.
3. По уровню замыкания рефлекса:
1) спинальные;
2) бульбарные;
3) мезенцефальные;
4) таламические;
5) кортикальные и т. д.
4. По характеру рецепторов:
1) интероцептивные;
2) экстероцептивные;
3) проприоцептивные.
5. По биологическому значению:
1) половые;
2) оборонительные;
3) пищевые и др.
6. По участию соматических или вегетативных отделов ЦНС:
1) соматические;
2) вегетативные.
7. По конечному результату:
1) сердечные;
2) сосудистые;
3) слюноотделительные и т. д.
Нервно-мышечный синапс образован окончанием аксона моторного нейрона и мышечным волокном поперечно-полосатой мускулатуры.
Структурами, непосредственно образующими синапс, являются пресинаптическая мембрана аксонной терминали, синаптическая щель и постсинантическая мембрана, являющаяся частью плазматической мембраны (сарколеммы) постсинаптической мышечной клетки. Пресинаптической мембраной называют часть не покрытой миелином мембраны аксонной терминали, обращенной в синаптическую щель.
Пресинаптическая терминаль формируется тонкой веточкой аксона, которая, подходя к мышечному волокну, образует утолщение (пуговку, бляшку, бутон). В пресинаптической терминали находятся синаптические пузырьки (везикулы), содержащие запасы медиатора ацетилхолина. Везикул может быть до нескольких тысяч. Их диаметр около 40 им, и в каждой содержится несколько тысяч молекул медиатора. В отсутствие поступления нервных импульсов везикулы с помощью белка синапсина связаны с цитоскелетом и малоподвижны. В пресинаптической терминали имеются также митохондрии, обеспечивающие выработку АТФ, ацетил СоА, белки цитоскелета, микротрубочки и микронити, по которым в терминаль из тела нейрона перемещается фермент ацетилхолинтрансфсраза. При участии этого фермента из ацетил СоА и холина образуется ацетилхолин.
Рис. 1. Строение нервно-мышечного синапса
Отличает нервно-мышечный синапс от центрального синапса большая протяженность пресинаптической мембраны, что способствует экзоцитозу большего количества медиатора. Этого количества медиатора достаточно для того, чтобы один потенциал действия, пришедший по нервному волокну, вызвал возбуждение мышечного волокна. В пресинаптической мембране, уже не покрытой миелиновой оболочкой, содержатся потенциалзависимые кальциевые каналы, преимущественно локализованные вблизи мест расположения везикул с медиатором. Такая локализация кальциевых каналов позволяет, изменяя разность потенциалов на пресинаптической мембране (и тем самым состояние каналов), идеально контролировать зависящий от концентрации кальция процесс высвобождения медиатора.
Между пре- и постсинаптическими мембранами располагается синаптическая щель шириной 50-100 им. Она заполнена межклеточным веществом и содержит тяжи плотного вещества из мукополисахаридов, с которым связана ацетилхолинэстераза (АХЭ) — фермент, разрушающий выходящий в синаптическую щель ацетилхолин на холин и уксусную кислоту.
Постсинаптическую мембрану нервно-мышечного синапса называют также концевой пластинкой. На ней имеются многочисленные впячивания, которые увеличивают площадь этой мембраны и в ней может расположиться до 20 миллионов рецепторных белковых молекул к ацетилхолину. Их плотность достигает 10 000 на 1 нм 2 . Эти белки наряду с выполнением рецепторной функции формируют неселективные лигандзависимые каналы, через которые могут проходить ионы К+ и Na+. Рецепторы чувствительны также к никотину; их полное название — никотинчувствительные ацетилхолиновые рецепторы мышечного типа, или сокращенно н-ХР мт.
Когда нервный импульс, посланный моторным нейроном, распространяется по нервному волокну и достигает пресинаптической терминали, он вызывает деполяризацию ее мембраны.
Деполяризация приводит к открытию встроенных в мембрану потенциалзависимых кальциевых каналов, и ионы Са 2+ " из межклеточного пространства поступают внутрь пресинап- тичсской терминали. Ионы Са 2 перемещаются в терминаль по градиенту концентрации, так как снаружи аксонной терминали содержание кальция в 10 000 раз больше, чем внутри. Содержание кальция в цитоплазме терминали повышается, и это приводит к запуску ряда событий, необходимых для высвобождения ацетилхолина в синаптическую щель. Среди них отшнуровывание везикул от эндосом, приближение их к преси- наптической мембране, слияние с мембраной и экзоцитоз квантов ацетилхолина в синаптическую щель (рис. 2).
При поступлении к аксонной терминали одного ПД в синаптическую щель выбрасывается ацетилхолин из десятков синаптических пузырьков. Количество выделяемого АЦХ пропорционально величине и продолжительности деполяризации пресинаптической мембраны, которая в свою очередь определяется частотой и количеством поступивших по аксону нервных импульсов.
Молекулы ацетилхолина за время около 0,2 мс диффундируют к постсинаптической мембране и связываются с н-холинорецепторами, которые выполняют роль ворот в несслек- тивных лигандзависимых ионных каналах, проницаемых для ионов Na+ и К+. Ворота открываются, и через ионные каналы внутрь мышечного волокна начинают входить ионы Na+, а из волокна выходить ионы КЛ Поток входящих ионов Na+ больше, чем поток выходящих ионов К+, так как ионы Na+ идут не только но градиенту концентрации, но и но градиенту электрического поля (на внутренней стороне мембраны отрицательный заряд до — 90 мВ).
Рис. 2. Структура нервно-мышечного синапса в покое и при активации
Положительно заряженные ионы Na+, входящие в мышечное волокно, деполяризуют постсинаптическую мембрану, нейтрализуя часть отрицательных зарядов на ее внутренней стороне. Амплитуда деполяризации зависит от количества выделившегося АЦХ и, следовательно, от числа нервных импульсов, поступивших к мышечному волокну от иннервирующего его мотонейрона. Она может достигать 40-50 мВ, длиться около 1 мс и сменяется реполяризацией за счет выхода из постсинаптической клетки катионов К. Возникающая деполяризация не сопровождается перезарядкой постсинаптической мембраны и развитием на ней ПД.
Кратковременное (около 4 мс) уменьшение разности потенциалов (деполяризация) постсинаптической мембраны нервно-мышечного синапса называют потенциалом концевой пластанки (ПКП). По характеру влияния на постсинаптическую клетку он аналогичен ВПСП. Деполяризация постсинаптической мембраны приводит к возникновению локального кругового электрического тока между нею и сарколеммой, граничащей с синапсом. В сарколемме, прилежащей к синапсу, имеются потенциалзависимые селекгивные быстрые натриевые и медленные калиевые каналы. Под действием локальных токов сарколемма деполяризуется и, если уровень деполяризации достигает Е к , каналы открываются и на граничащем с синапсом участке сарколеммы возникает потенциал действия.
В естественных условиях при поступлении нервных импульсов и их успешном проведении через нервно-мышечный синапс, амплитуда возникающего ПКП всегда превышает пороговый уровень, необходимый для генерации ПД на сарколемме. Возникший ПД распространяется вдоль мышечного волокна по сарколемме и вглубь его по мембранам поперечных трубочек, пронизывающих волокно.
Почему же потенциал действия возникает на прилежащей к синапсу мембране, а не па постсинаптической мембране? Постсинаптическая мембрана не может генерировать ПД, так как на ней нет потенциалзави- симых натриевых каналов, которые обеспечивают быстрый вход ионов Na+ и перезарядку мембраны. Перезарядке противодействуют также выходящие из постсинаптической клетки ионы К+. В то же время вход натрия, движимый силами его концентрационного и электрического градиентов, опережает выход калия, который обусловлен действием только сил концентрационного градиента калия и осуществляется против сил электрического поля. Вход натрия в мышечное волокно, опережающий выход калия, создает условия для кратковременной деполяризации постсинаптической мембраны и последующей ее реполяризации, т.е. для возникновения ПКП.
Ионные каналы постсинаптической мембраны остаются открытыми, пока концентрация ацетилхолина в синаптической щели не понизится примерно до 10 нмолей. Снижение концентрации АЦХ в синаптической щели в нормальных условиях происходит под действием фермента ацетилхолинэстеразы (АХЭ). Значение АХЭ для нормальной работы нервно-мышечного синапса чрезвычайно велико. Для того чтобы идущие от мотонейронов друг за другом нервные импульсы могли оказывать на рецепторы постсинаптической мембраны активирующее действие, необходимо к моменту поступления очередного импульса удалить из синаптической щели предшествующую порцию медиатора главным образом путем разрушения.
Когда содержание медиатора понизится до уровня 10 нмолей, ацетилхолин диссоциирует из связи с рецептором, восстанавливается способность рецепторов связываться с новой порцией АЦХ и открывать лигандзависимые ионные каналы. Синапс становится готовым к передаче нового сигнала. В устранении молекул ацетилхолина из синаптической щели также имеют значение обратный захват продукта его расщепления (холина) пресинаптической мембраной в пресинаптическую терминаль, диффузия АЦХ в интерстициальнос пространство и далее в кровь. Время от момента прихода ПД к пресинаптической мембране до момента возникновения ПД на мембране мышечного волокна называют синаптической задержкой. В нервно-мышечном синапсе она составляет около 1 мс.
В состоянии покоя наблюдается спонтанное высвобождение (экзоцитоз) ацетилхолина в синаптическую щель. Объем экзоцитируемого медиатора составляет около 1 кванта в секунду, что эквивалентно количеству АЦХ, высвобождаемого из одной везикулы. Выход медиатора в этом объеме способен вызвать лишь малую (0,1-0,2 мВ) деполяризацию постсинап- тической мембраны (миниатюрный потенциал концевой пластинки), и его недостаточно для инициации сокращения мышцы. Однако считается, что спонтанный выход этого небольшого количества медиатора имеет важное значение для трофического влияния АЦХ на постсинаптичсскую мышечную клетку: стимуляции синтеза каналообразующих рецепторных белков, регуляции обменных процессов в клетке, поддержания ее тканевой специфичности.
Таким образом, в нервно-мышечном синапсе сигнал электрической природы (нервный импульс) преобразуется в химический сигнал — высвобождение нейромедиатора АЦХ, который через цепочку последовательных событий на постсинаптической мембране вновь обеспечивает возникновение электрического потенциала на мембране мышечного волокна в виде ПД. Этот потенциал является непосредственной причиной инициирования сокращения постсинаптической мышечной клетки.
Имеется много факторов, способных влиять на состояние синаптической передачи сигналов к скелетным мышцам. Это влияние можно наблюдать в условиях патологии, например при отравлении ботулиническим токсином С — одним из продуктов метаболизма анаэробного микроорганизмаClostridium botu inum , другими ядами растительного и животного происхождения. При попадании в организм ботулинического токсина он накапливается в аксонных терминалях нервно-мышечных синапсов и, обладая свойствами фермента цинкзависимой эндопептидазы, разрушает белки, участвующие в эк- зоцитозе ацетилхолина. Нейромышечная передача команд моторных нейронов к мышцам становится неэффективной или прекращается. Это может вести к развитию парезов, параличей скелетных мышц, нарушению глотания, дыхания и в случаях тяжелого отравления — к остановке дыхания.
С другой стороны, ряд веществ, способных влиять на различные этапы синаптической передачи, используется в качестве лекарственных. Так, если ботулинический токсин (ботокс) ввести в низких концентрациях в мышцу с повышенным тонусом, развившемся вследствие ее избыточной активации нервными импульсами, часто поступающими от мотонейронов, то дозированное снижение эффективности синаптической передачи может помочь снизить повышенный тонус, восстановить координацию движений. В настоящее время ботокс применяют для снижения степени тонического напряжения наружных глазных и других поперечно-полосатых мышц, например при косоглазии, кривошее, других спастических состояниях мышц.
Следующий способ воздействия на синаптическую передачу также связан с влиянием на количество ацетилхолина в синаптической щели через управление скоростью его расщепления под действием фермента АХЭ. Он реализуется с помощью применения веществ, ингибирующих ферментативную активность АХЭ. Ими являются вещества, обратимо ингибирующие активность АХЭ (лекарственные вещества эзерин, прозерин, галангамин, физостигмин и др.). Эти вещества, блокируя активность АХЭ, способствуют снижению скорости расщепления АЦХ и его накоплению в синаптической щели, пролонгированию и усилению действия АЦХ во всех холинергических, в том числе и нервно-мышечных, синапсах. Применение (в небольших дозах) блокаторов активности АХЭ обратимого действия позволяет облегчить передачу сигналов к мышце, повысить ее тонус и усилить сокращение. Их введение в организм в небольших дозах улучшает синаптическую передачу и оказывает лечебный эффекг при многих неврологических заболеваниях, в частности при миастении(myastenia gravis ).
Однако передозировка этих веществ или применение веществ, необратимо ингибирующих АХЭ — инсектицидов, боевых отравляющих веществ нервно-паралитического действия (соединения фосфорорганической природы — зарин, зоман), сопровождается накоплением в синапсе большого количества АЦХ. Это ведет к десенситизации н-холинорецепторов, развитию стойкой, продолжительной деполяризации постсинаптической мембраны, невозможности дальнейшей генерации ПД на мембране мышечного волокна, блокаде передачи сигналов к скелетным мышцам, их расслаблению, парезам, нарушению или остановке дыхания.
Ряд веществ может легко связываться с никотинчувствительными холинорецепторами и блокировать при этом открытие лигандзависимых ионных каналов. Это, например, такие вещества, как кураре, D-тубокурарин, и вещества, входящие в состав ядов — кобратоксин, а-бунгаротоксин. Примененние кураре и курареподобных веществ позволяет, заблокировав взаимодействие АЦХ с холинорецепторами постсинаптической мембраны, вызывать блокаду передачи сигнала от мотонейронов к мышечным волокнам, расслабление мышц во время хирургических операций (миорелаксация) или при повышении их тонического напряжения при спастичесих состояних.
При некоторых аутоиммунных заболеваниях, например приmyastenia gravis , в организме вырабатываются антитела к ацетилхолиновым рецепторам постсинаптической мембраны нервно-мышечных синапсов. Антитела могут блокировать рецепторы и разрушать их. В этих условиях даже при высвобождении достаточного количества АЦХ из нервного окончания амплитуда постсинаптичсского потенциала часто не достигает величины, необходимой для генерации ПД на мембране мышечного волокна. Вследствие длительного нарушения нервно-мышечной передачи развиваются слабость и повышенная утомляемость мышц. Введение больным миастенией ботокса или блокаторов АХЭ обратимого действия, улучшающих нервно-мышечную передачу, даже при сниженном количестве рецепторов приводит к повышению силы сокращения и работоспособности мышц.
Нервно-мышечный синапс, с помощью которого мотонейрон связан с мышечным волокном, имеет две основные части - нервную (пресинаптическую) и мышечную (постсинаптическую). Пресинаптическая часть состоит из концевой веточки аксона, погруженной в углубление на поверхности мышечного волокна. Нервное окончание содержит более миллиона пузырьков ацетилхолина (АХ), который выполняет роль медиатора в нервно-мышечной синаптической передаче возбуждения. Покрывающая концевую веточку поверхностная мембрана имеет специфические морфологические и физиологические особенности и потому называется
пресинаптической мембраной.
Мембрана, покрывающая мышечное волокно в области нервно-мышечного синапса, называется постсинаптической мембраной, или концевой пластинкой. Она образует многочисленные складки, уходящие в глубь мышечного волокна и увеличивающие ее поверхность. Постсинаптическая мембрана имеет особые, чувствительные к АХ холинорецепторные участки и содержит фермент ацетилхолинэстеразу (АХЭ), способный разрушать АХ.
Пре- и постсинаптические мембраны разделены узкой синаптической щелью, которая открывается в межклеточное пространство.
Процесс сокращения связан с возникновением потенциала действия мышечного волокна и его распространением не только по поверхностной мембране, но и по мембранам, выстилающим поперечные трубочки Т-системы.Распространение электрической волны внутрь волокна приводит, в свою очередь, к деполяризации мембран цистерн продольных трубочек саркоплазматического ретикулума. Эта деполяризация вызывает быстрый выход ионов кальция, находящихся в цистернах,в межфибрйллярное пространство. Свободные ионы кальция в межфибриллярном пространстве запускают процесс сокращения. Приведенная совокупность явлений, обусловливающих связь между возбуждением (потенциалом действия) и сокращением мышечных волокон, имеет разные названия: «электромеханическая связь», или «электромеханическое сопряжение» (ЭМС), связь «возбуждение - сокращение», «мембранно-миофибриллярная связь».
Освободившиеся из цистерн саркоплазматического ретикулума ионы кальция связываются с тропонином на тонком, актиновом, миофиламенте. В результате устраняется тормозящее влияние тропонина на взаимодействие головок миозина с актином. Головки молекул миозина движутся в направлении к актиновым молекулам и прикрепляются к ним. При этом косо расположенные поперечные мостики осуществляют продольную тягу, благодаря которой происходит скольжение тонких миофиламентов вдоль толстых (теория скольжения ). При этом тонкие, актиновые, миофиламенты «втягиваются» в промежутки между толстыми, миозиновыми, миофиламентами
31. Сокращение мышечного волокна.
Характер (режим) сокращений мышечных волокон определяется частотой импульсации мотонейронов.
В ответ на импульс, приходящий к мышечным волокнам от мотонейрона, возникает быстрая сократительная реакция этих волокон. Такой процесс называется одиночным сокращением. Сущность этого процесса заключается в активации сократительных элементов - миофибрилл, вызывающей подъем напряжения и последующее укорочение мышечного волокна. При изометрическом сокращении мышечные волокна укорачиваются за счет растяжения последовательных упругих элементов мышцы и сухожилий, передавая напряжение на регистрирующее устройство, а в условиях обычной деятельности мышцы - на костные рычаги. При изотоническом сокращении активация сократительных элементов приводит к подъему внутреннего напряжения, что вызывает укорочение мышцы. Таким образом, кривые изометрического или изотонического сокращений служат внешним проявлением активации сократительного аппарата - его активного состояния.
Более быстро сокращающиеся мышечные волокна имеют более короткий период активного состояния. Напряжение при одиночном сокращении обычно в несколько раз меньше, чем максимально возможное напряжение данных мышечных волокон.
Мышечные волокна работают в режиме одиночных сокращений при относительно низкой частоте импульсации мотонейронов. Частота импульсации мотонейронов, при которой их мышечные волокна работают в режиме одиночных сокращений, неодинакова у разных ДЕ. Чем медленнее ДЕ, тем реже частота импульсации мотонейрона, при которой его мышечные волокна работают в режиме одиночных сокращений.
Режим тетанического сокращения . Такой режим работы мышечных волокон возникает при относительно высокой частоте импульсации мотонейрона. В этих случаях интервалы между смежными импульсами мотонейрона короче, чем длительность одиночного сокращения иннервируемых им мышечных волокон. Если второй импульс от мотонейрона приходит до того, как закончился первый цикл сокращения, второй цикл накладывается на предыдущий и суммарный ответ мышечных волокон становится больше, чем при одиночном сокращении. Это превышение в силе изометрического напряжения зависит от интервалов между импульсами. При этом величина ответа на каждый последующий импульс меньше, чем на предыдущий. После нескольких первых импульсов последующие ответы мышечных волокон не изменяют достигнутого напряжения, но поддерживают его. Такой режим сокращения мышечных волокон называется полным, или гладким, тетанусом. Частота импульсации мотонейрона, при которой его мышечные волокна развивают полный тетанус, называется частотой слияния, или частотой полного, гладкого, тетануса. Частоту импульсации мотонейрона для полного тетануса называют максимальной. Увеличение частоты импульсации мотонейронов сверх максимальной не вызывает изменения в максимальном напряжении мышечных волокон. В некоторых пределах чем выше начальная частота импульсации мотонейрона, тем быстрее нарастает напряжение в мышечных волокнах.
Если внешняя нагрузка на мышцы меньше, чем ее напряжение, мышца укорачивается и вызывает движение. Это концентрический, или миометрический, тип сокращения. В экспериментальных условиях при электрическом раздражении изолированной мышцы ее укорочение происходит при постоянном напряжении, равном внешней нагрузке. Поэтому этот тип сокращения называют также изотоническим.
Если внешняя нагрузка на мышцы больше, чем ее напряжение, развиваемое во время сокращения, мышца растягивается. Это эксцентрический, или плиометрический, тип сокращения. Концентрический и эксцентрический типы сокращения, т. е. сокращения, при которых мышца изменяет длину, относятся к динамической форме сокращения.
Сокращение мышцы, при котором она развивает напряжение, но не изменяет своей длины, называется изометрическим. Это статическая форма сокращения. Она возникает в двух случаях: когда внешняя нагрузка равна напряжению, развиваемому мышцей при сокращении, либо когда внешняя нагрузка превышает напряжение мышцы, но отсутствуют условия для растяжения мышцы под влиянием этой внешней нагрузки.
При динамических формах сокращения производится внешняя работа: при концентрическом сокращении - положительная, при эксцентрическом - отрицательная. Величина работы в обоих случаях определяется как произведение внешней нагрузки (поднятого веса) на пройденное расстояние. При изометрическом сокращении «расстояние» равно нулю, и, согласно физическому закону, в этом случае мышца не производит никакой работы. Однако с физиологической точки зрения изометрическое сокращение требует расхода энергии и может быть очень утомительным. В этом случае работа может быть определена как произведение величины напряжения мышцы на время ее сокращения.Во время изометрического сокращения в тепло превращается вся выделяемая мышцей энергия, а при динамическом сокращении не менее 50% ее энергии.
Физиология нервов.
Центральная нервная система у человека состоит из нервных клеток, каждая из которых имеет один аксон и много дендритов. Нервные волокна делятся на: мякотные и безмякотные. Все они имеют шванновскую оболочку, а мякотные, кроме этого, покрыты еще миелиновой оболочкой между которой имеются перехваты Ранвье, в которых миелиновая оболочка отсутствует. Безмякотные волокна имееют малый диаметр, меньше 1,3 мкм, небольшую скорость распространения импульса до 2 м/сек, продолжительность ПД – 2 мсек. Мякотные возникли из безмякотных, диаметр до 25 мкм, скорость распространения возбуждения до 120 м/сек, продолжительность ПД – 0,4-0,5 мсек.
Распространение ПД по безмякотному волокну:
немецкий физиолог Герман предложил теорию «местных токов», согласно которой при распространении возбуждения на мембране нервного волокна между возбужденным и невозбужденным участком возникает местный ток, который является раздражителем для невозбужденного участка. Если его величина достаточна для возникновения ПД в соседнем участке, то ПД распространяется на этот участок.
Распространение местных токов в безмякотных нервных волокнах прямопропорционально сопротивлению мембраны и обратнопропорционально сопротивлению внутри- и внеклеточной среды. Расстояние на которое распространяются местные токи будет тем больше, чем больше амплитуда ПД и чем меньше пороговый потенциал.
В мякотных волокнах возбуждение возникает при нанесении раздражения в перехватах Ранвье (теория Тасаки) и распространяется по мембране волокна сальтаторно (скачкообразно) (рис.1).
Рисунок 1. Проведение возбуждения по миелиновому нервному волокну.
При этом может охватывать не только один, но и два перехвата Ранвье, что обеспечивает надежность, а также увеличивает скорость распространения возбуждения и экономически более выгодна, так как на 1 импульс в безмякотном волокне энергия расходуется в 20 раз больше, чем в мякотном. Таким образом, скорость и расстояние, на которое распространяется возбуждение в безмякотных волокнах пропорциональна диаметру, сопротивлению мембраны и амплитуде ПД; в мякотных прямопропорциональна длине межперехватных участков, а их длина тем больше, чем больше диаметр волокна. Скорость не зависит от силы раздражения.
Теория Германа была экспериментально подтверждена.
Гельмгольц – определил скорость распространения импульса у лягушки; Бабский – определил скорость распространения импульса у человека. Эрландер и Гассер классифицировали различные нервные волокна на три группы А, В и С:
Типы нервных волокон
А – миелинизированные, наибольшего диаметра, скорость 120-70 м в сек, длительность ПД – минимальная, делятся на подгруппы: альфа, бета, гамма, дельта. Пример – аксоны мотонейронов.
В – миелинизированные волокна, меньшего диаметра, скорость 3-18 м в сек, ПД более длителен. Пример – преганглионарные волокна симпатической нервной системы.
С – немиелизированные нервные волокна, скорость менее 2 м в сек, длительность ПД наибольшая. Пример - постганглионарные волокна парасимпатической нервной системы.
Законы проведение возбуждения по нервам.
I закон
анатомо-физиологический целостности нервного волокна
. Чтобы возбуждение распространялось по нервному волокну необходимо не только его морфологическая целостность, но и физиологическая непрерывность. Препараты для проводниковой анестезии нарушают физиологическую непрерывность тем, что инактивируют натриевую проницаемость в нервных волокнах.
II закон
изолированного проведения возбуждения по нервному волокну
. В смешанном нерве возбуждение с одного нервного волокна не передается на соседние, так как сопротивление межклеточной жидкости меньше чем сопротивление мембран соседних волокон. Этим обеспечив
ается точность проведения информации в нервных волокнах к иннервируемым структурам.
III закон
двухстороннее проведение возбуждения
. Распространение ПД по мембране нервного волокна возможно в обе стороны, так как строение мембраны на всем протяжении одинаково. В то же время возбуждение не может возвратиться в участок, где оно возникло, так как он находится в состоянии рефрактерности.
Парабиоз.
Н.Е. Введенский, исследуя прохождение импульса через отрезок нерва на который воздействую химические или наркотические вещества (альтераторы), наблюдал резкое снижение лабильности. Парабиоз характеризуется постепенным развитием, в котором можно выделить четыре фазы:
I Продромальная (не всегда проявляется, так как очень кратковременная) характеризуется: повышением возбудимости, повышением лабильности.
II Уравнительная – эффекты от сильных и слабых раздражителей уравновешиваются.
III Парадоксальная - на сильные, либо частые раздражения эффект бывает меньше, чем на слабые или редкие.
IV Тормозная – ни сильные, ни слабые раздражения не вызывают сокращения мышц. Через поражённый участок не проходят импульсы.
Если второй парой электродов подействовать на поражённый участок, то возбуждение будет, т.е. ткань ещё жива.
Если снять альтератор, то ткань возвращается к исходному состоянию в обратном порядке фаз IV, III, II, I.
Парабиоз – это стойкое не распространяющееся возбуждение.
Возникают потенциалы меньшие по своей амплитуде, а дальше абортивные потенциалы, не способные распространяться: уменьшаются процессы Na-евой проницаемости, и увеличиваются процессы Na-евой инактивации.
Нервно-мышечная передача.
Взаимодействие человека с внешней средой не возможно представить без его мышечной системы. Производимые движения скелетной мускулатурой необходимы как для выполнения простейших перемещений тела в пространстве, сложных манипуляций хирурга, стоматолога, выражения самых тонких чувств и мыслей с помощью речи, мимики, жестов. Работа сердца обеспечивает кровоснабжение всех органов, работа гладких мышц создает условия для нормального осуществления физиологических процессов, обеспечивающих гомеостаз, практически во всех системах: гастроинтестинальной, сердечно-сосудистой, выделительной, репродуктивной, дыхательной. Ведущая роль скелетной мускулатуры также в производстве тепла и поддержании температуры тела. Мышцы - это «машины», преобразующие химическую энергию в механическую (работу) и тепло. Масса мышц больше чем других органов, 40-50% от массы тела.
В естественных условиях (в нашем организме) возбуждение мышечного волокна (или нескольких мышечных волокон, составляющих мышцу) возникает в результате передачи возбуждения с нервного волокна на мембрану мышечного в местах контакта нерва и мышцы: нервно-мышечных синапсах.
Механизм нервно-мышечной передачи
Синапсы представляют собой коммуникационные структуры, которые формируются окончанием нервного волокна и прилегающей к нему мембраной мышечного волокна (пресинаптической нервной и постсинаптической мышечной мембранами) (рис.2). 
Рис.2. Мионевральный синапс.
Когда нервный импульс достигает окончания аксона, на деполяризованной пресинаптической мембране открываются потенциалзависимые Са2+ каналы. Вход Са2+ в аксональное расширение (пресинаптическую мембрану) способствует высвобождению химических нейромедиаторов, находящихся в виде везикул (пузырьков) из окончания аксона. Медиаторы (в нервно-мышечном синапсе это всегда ацетилхолин) синтезируются в соме нервной клетки и путем аксонального транспорта транспортируются к окончанию аксона, где и выполняют свою роль. Медиатор диффундирует через синаптическую щель и связывается со специфическими рецепторами на постсинаптической мембране. Так как медиатором в нервно-мышечном синапсе является ацетилхолин, то рецепторы постсинаптической мембраны называют холинорецепторами. В результате этого процесса на постсинаптической мембране открываются хемочувствительные Nа+-каналы, возникает деполяризация, величина которой различна, и зависит от количества выделенного медиатора. Чаще всего возникает локальный процесс, который называют потенциалом концевой пластинки (ПКП). При повышении частоты стимуляции нервного волокна, усиливается деполяризация пресинаптической мембраны, а, следовательно, возрастает количество выделяемого медиатора и число активированных хемочувствительных Nа+каналов на постсинаптической мембране. Таким образом, возникают ПКП, которые по амплитуде деполяризации суммируются до порогового уровня, после чего, на мембране мышечного волокна, окружающей синапс, возникает ПД, который обладает способностью к распространению вдоль мембраны мышечного волокна. Чувствительность постсинаптической мембраны регулируется активностью фермента – ацетилхолинэстеразы (АЦХ-Э), который гидролизует медиатор АЦХ на составные компоненты (ацетил и холин) и возвращает назад – в пресинаптическую бляшку для ресинтеза. Без удаления медиатора на постсинаптической мембране развивается длительная деполяризация, которая ведет к нарушению проведения возбуждения в синапсе – синаптической депрессии. Таким образом, синаптическая связь обеспечивает одностороннее проведение возбуждения с нерва на мышцу, однако на все эти процессы расходуется время (синаптичекая задержка), что приводит к низкой лабильности синапса по сравнению с нервным волокном.
Таким образом, нервно-мышечный синапс
является «выгодным» местом,
куда можно воздействовать фармакологическими препаратами, изменяя чувствительность рецептора, активность фермента. Эти явления будут часто встречаться в практике врача: например, при отравлении токсином ботулизма – блокируется высвобождение медиатора АЦХ (разглаживание морщин в косметической медицине), блокада холиноререпторов (курареподобными препаратами, бунгаротоксином) нарушает открытие Nа+ каналов на постсинаптической мембране. Фосфоорганические соединения (множество инсектицидов) нарушает эффективность АЦХ-Э и вызывает длительную деполяризацию постсинаптической мембраны. В клинике используют специфические блокаторы нервно-мышечного проведения: блокада холинорецепторов курареподобными препаратами, сукцинилхолином и другими конкурентными ингибиторами, вытесняющими АЦХ с холинорецептора. При заболевании миастении из-за дефицита холинорецепторов на постсинаптической мембране (из-за их аутолитического разрушения) возникает прогрессирующая мышечной слабость, вплоть до полной остановки мышечных сокращений (остановка дыхания). В этом случае используют блокаторы АЦХ-Э, что приводит к увеличению длительности связывания медиатора с меньшим количеством холинорецепторов и несколько увеличивает амплитуду деполяризации постсинаптической мембраны.
Физиология мышц.
Существует 3 типа мышечной ткани: поперечно-полосатая, сердечная, гладкая.
Скелетная
мышечная ткань образует большой объем соматической мускулатуры. Содержит хорошо выраженное упорядоченное строение сократительных белков в виде поперечной исчерченности. Связей между отдельными мышечными волокнами нет. Регуляция сокращений происходит сознательно.
Сердечная
мышца
содержит также поперечную исчерченность, но является функциональным синцитием. Благодаря наличию пейсмекерных клеток, обладает способностью генерировать спонтанные нервные импульсы, обеспечивающие сердечные сокращения.
В гладких
мышцах нет поперечной исчерченности, которая бы придавала определенные физические и физиологические свойства этой ткани. Так в отличие от скелетной, которой присуща высокая эластичность, в гладкой мышце больше выражено свойство пластичности, что обусловлено отсутствием четкой упорядоченности миофиламентов актина и миозина. В отличие от регулярной саркомерной структуры скелетных и сердечной мышц, тонкие филаменты гладких мышц присоединены к структурам в цитоплазме, называемым плотными тельцами
(прикрепительными бляшками сарколеммы), состоящими из белка десмина
. Гладкие мышцы бывают висцеральные (мультиунитарные) и полиэлементные (унитарные).
Висцеральные
содержат мостики- щелевые контакты с низким сопротивлением электрическому току – синцитий. Висцеральные мышцы встречаются в стенках полых органов (кишечник, матка, мочеточники, мочевой пузырь).
Полиэлементные
гладкие мышцы состоят из отдельных мышечных единиц без соединительных мостиков, поэтому для них характерны точные, четко дозированные сокращения, подобно скелетным. Однако, сокращения этих мышц нельзя контролировать, в отличие от скелетных (мышцы радужки глаза, цилиарного тела, семенных протоков, артерии). Благодаря своему строению (висцеральные)
обладают большой пластичностью, однако при определенной предельной степени растяжения способны деполяризоваться и сокращаться (саморегуляция). Пример, давление внутри стенок мочевого пузыря мало изменяется при относительно небольшом его растяжении, если растяжение возрастает резко – происходит сокращение мышц детрузора – эвакуация мочи даже в тех случаях, когда иннервация нарушена. Полиэлементные
гладкие мышцы имеют более мощную (плотную) иннервацию и слабое развитие межклеточных контактов (нексусов). Тонус этих мышц и его колебания имеют нейрогенную природу. Имеют парасимпатические и симпатические, а также метасимпатические волокна. Строение нервных окончаний в гладкой мышце отличается от строения нервно-мышечного синапса в скелетной мышцы. В гладкой мышце нет концевых пластинок и отдельных нервных окончаний. По всей длине разветвлений адренергических и холинергических нервных волокон имеются утолщения, называемые варикозами. Они содержат гранулы с медиатором, который выделяется из каждой варикозы. Клетки, лишенные непосредственных контактов с варикозами, активируются ПД, распространяющимися через нексусы на соседние клетки. По ходу следования нервного волокна мышечные клетки могут возбуждаться или тормозиться (стимуляция адренергических волокон уменьшает, а холинергических – увеличивает мышечную активность, в других, например в сосудах, норадреналин – усиливает, а ацетилхолин – уменьшает мышечный тонус. Ионная природа гладкой мышцы определяется особенностями каналов мембраны гладко-мышечной клетки. Основную роль в механизме генерации ПД играют ионы Са2+, но по этим каналам могут внутрь клетки двигаться и другие двухвалетные ионы Ва2+, Mg2+. Вход Са2+ в клетку необходим для поддержания тонуса мышц и развития сокращения, поэтому блокирование Са2+ каналов гладких мышц приводит к ограничению поступления этого иона в цитоплазму миоцитов внутренних органов и сосудов, что широко используется в практической медицине для коррекции моторной функции ЖКТ и тонуса сосудов.
Регуляция мышечных сокращений зависит от объема иннервации. Аксон спинно-мозгового (двигательного) мотонейрона ветвится на несколько терминалей (веточек), каждая из которых подходит к одному мышечному волокну. Поэтому в целостном организме, при возбуждении 1 нервного волокна сокращается группа мышц. Совокупность двигательного нейрона и мышечных волокон, которые он иннервирует называют двигательной единицей. Количество мышечных волокон, входящих в двигательную единицу, различно и зависит о функции, которую реализует каждая конкретная мышца в организме. В мышцах глаз, кисти руки, которые обеспечивают высокоточные, координированные движения, 1 двигательная единица содержит 3-5 мышечных волокон. Двигательные единицы мышц спины, бедра – состоят из нескольких сотен мышечных волокон, которые регулируются одним мотонейроном.
Вернемся к мембране мышечного волокна, на которой распространяется ПД, возникший в результате «успешного» проведения возбуждения через синапс. Продолжением мембраны мышечного волокна является саркотубулярная система, образующая поперечные инвагинации (впячивания) (Т-система поперечных трубочек). Система Т-трубочек выполняет несколько важных функций: является внутриклеточным депо ионов Са2+; сообщается с внеклеточной жидкостью и таким образом регулируется содержание Са2+ в ней; содержит потенциалчувствительные Nа+ каналы, которые дают возможность ПД распространяться как вдоль, так и вглубь мышечного волокна. Система Т-трубочек обеспечивает быстрое и согласованное возбуждение мышечной клетки, так как распространение деполяризации по Т-системе сопряжено с выходом Са2+ из цистерн саркоплазматического ретикулума, обеспечивает инициацию сокращения мышцы. Через Т-трубочки может происходить выделение продуктов обмена (например, молочной кислоты) из мышечной клетки в интерстиций (межклеточное пространство) и далее в кровь. Большой объем клетки скелетной мышцы невозможно было бы активировать быстро, если бы Са2+ поступал из внеклеточной среды. Накоплению Са2+ в саркоплазматическом ретикулуме способствует белок (кальсеквестрин), который непрочно связывает Са2+ в ретикулуме. Высвобождение Са2+ из саркоплазматического ретикулума в скелетных мышцах происходит благодаря взаимодействию Т трубочек и концевых цистерн (триада).
Ионы Са2+ попав в саркоплазму инициируют сокращение, связываясь с белком тропонином – блокатором актина в покое (рис.3).
Рисунок. 3. Механизм мышечного сокращения.
Тонкая нить актина состоит из 2 тяжей фибриллярного актина, на котором нанизаны отдельные глобулы мономера актина (как бусы). Актин содержит активные центры (сайты) связывания с миозином, которые в состоянии покоя заблокированы тропонином. Тропонии подавляет АТФ-азную активность миозина, что делает невозможным расщепление АТФ и мышечные волокна пребывают в расслабленном состоянии. Крупный сократительный белок – миозин, состоящий из 6 полипептидных цепей, уложенных попарно. 2 из них - тяжелые цепи миоглобина, обладающие свойством ферментов. Связанный с трононином Са2+ освобождает активные центры актина для контакта с миозином. В присутствии актина миозиновый фермент (глобулярная головка) разрушает АТФ и взаимодействует с тонкими нитями актина, создавая движущую силу сокращения – образуя поперечные мостики («гребки») и мышца укорачивается (сокращается). Таким образом, АТФ обеспечивает сокращение энергией, гидролизуясь на глобулярных головках миозина. Энергия (Э) которая высвобождается при гидролизе АТФ, превращается в силу сокращения за счет конформационных (пространственных) изменений в миозине (рабочий ход - образование поперечных гребковых мостиков) – это тепло активации, выделяющее при связывании актина и миозина. АДФ, связанная с миозином, уменьшает сродство поперечного мостика к активному центру актина, что инициирует следующую фазу – мышечное расслабление. За счет гидролиза АТФ выделяется Э (тепло укорочения), которая идет на:
1) работу Са-АТФ-азы, (активация насоса происходит за счет неорганического фосфата, образующегося при гидролизе АТФ),
2) за счет Э происходит откачивание против градиента концентрации Са2+ назад в саркоплазматический ретикулум (активный транспорт).
3) АТФ в мышечной клетке обеспечивает работу Na+-К-АТФ-азы, обеспечивающей удаление Na+ из клетки и восстановление потенциала покоя (а, следовательно, и возбудимости) мышечной клетки.
АТФ обеспечивает процессы, как сокращения, так и расслабления. Если Са2+ не будет транспортироваться назад в СПР, то расслабление не наступит, развивается ригидность мышцы (при трупном окоченении), или в живом организме – при посттетанической контрактуре – накопление Са2+ в саркоплазме инициирует длительное мышечное сокращение вне поступления ПД через синапс на мембрану мышечного волокна.
Гладкая мышца содержит также тропомиозин, но не имеет тропонина, соотношение актина к миозину 14-16 к 1, сравните в скелетных соотношение актина к миозину 2 к 1. Гладкая мышца имеет щелевые контакты – это мостики, соединяющие мембраны соседних клеток. Регуляция сократительной активности гладких мышц происходит благодаря связыванию Са2+ с кальмодулином, активирующим киназу легкой цепи миозина, которая приводит к гидролизу АТФ и запускает цикл образования поперечных мостиков.
ПД скелетной мышцы длится около 2-4- мс и проходит по мембране мышечного волокна со скоростью около 5 м/с. 1 ПД вызывает одиночное мышечное сокращение, которое начинается через 2 мс после начала деполяризации мембраны (латентный период) и завершается сокращение почти одновременно с реполяризацией. Длительность одиночного сокращения различна и зависит от типа мышечной ткани. При частых стимулах развивается суммарное мышечное сокращение всех мышечных волокон, обладающих различным сопротивлением мембран к электрическому току. Однако, незначительные отличия порогов возбуждения обеспечивают синхронность мышечного сокращения целой мышцы. Наличие абсолютного рефрактерного периода около 1-3 мс, обуславливает возникновение различных видов тетанусов (суммарных мышечных сокращений). Существует зубчатый и гладкий тетанусы. Частота стимуляции мышцы для развития гладкого тетануса должна быть выше, чем для развития зубчатого. Стимул должен попадать в фазу укорочения мышцы, если же мышцы начала расслабляться, а мы ее стимулирует, то получаем – зубчатый тетанус. Минимальный промежуток времени между последовательными эффективными стимулами во время тетануса не может быть меньше рефрактерного периода, которые приблизительно соответствует длительности ПД. Поскольку мышцы состоят из мышечных волокон с различным уровнем возбудимости, имеется определенная зависимость между величиной стимула и ответной реакцией. Увеличение силы сокращения возможно до определенного предела, после которого амплитуда сокращения остается неизменной при увеличении амплитуды стимула (надо отметить, то в мышце суммируются не ПД, а сокращения). При этом все волокна, входящие в состав мышцы принимают участие в сокращении.
В организме человека имеются быстрые, фазные мышечные волокна (белые), длительность сокращения которых до 7,5 мс, и медленные, тонические (красные), которые обеспечивают сильные и мощные движения, длящиеся до 100 мс. Красные (тонические) имеют много волокон миозина типа I, которые отличаются низкой активностью АТФ-азы миозина. Скорость расщепления АТФ является фактором, предопределяющим частоту гребковых движений, и таким образом, скорость скольжения нитей актина вдоль миозина. Из СПР Са2+ транспортируется медленно, высокая окислительная способность, много капилляров, много миоглобина в структуре миозина (тяжелые цепи), много митохондрий. На стимул реагируют медленно, имеют длительный латентный период сокращения, поэтому способны к длительным, медленным, тоническим сокращениям, более резистентны к утомлению. Главная функция – поддержание положения тела. Белые мышцы содержат волокна миозина II типа. Гликолитический тип окисления, мало миоглобина, митохондрий, это волокна большого диаметра с высокой активность АТФ-азы миозина, способны развить значительную силу, но быстро утомляются.
Сила мышц определяется тем максимальным грузом, который мышца в состоянии чуть-чуть приподнять. Сила различных мышц неодинакова. Для сравнения силы разных мышц максимальный груз, который мышца в состоянии поднять делят на число квадратных сантиметров ее физиологического поперечного сечения. Силовые характеристики выше у мышц с перистым (косым) расположением волокон, при этом физиологическое сечение больше геометрического поперечного сечения. Сумма поперечного сечения не всегда совпадает с физиологическим сечением мышцы (только при параллельном расположении волокон.
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, которую развивает нерастянутая мышца. Происходит суммирование пассивного напряжения, обусловленного наличием эластических компонентов мышцы, и активного сокращения (переход к правилу средних нагрузок – физиологический механизм данного закона). Способность совершать работу
определяется произведением величины поднятого груза на высоту подъема. Величина работы мышцы постепенно увеличивается с увеличением массы поднимаемого груза, но до определенного предела, после которого увеличение массы груза приводит к снижению величины работы, так как высота подъема груза резко падает. Следовательно, максимальная работа совершается мышцей при средних величинах нагрузок.
Сила сокращения и работа не остаются постоянными при статической и динамической работе. В результате продолжительной деятельности работоспособность скелетной мускулатуры понижается. Это явление называют утомлением.
При этом снижается сила сокращений, увеличивается латентный период сокращения и период расслабления. Статический режим работы более утомителен, чем динамический (почему объяснить). Накапливаются продукты процессов окисления- молочная пировиноградная кислота, которые снижают возможность генерирования ПД. Нарушаются процессы ресинтеза АТФ и креатинфосфата, необходимых для энергетического обеспечения мышечного сокращения. В естественных условиях мышечное утомление при статической работе в основном определяется неадекватным регионарным кровотоком. Возникает «кислородное голодание» и утомление прогрессивно нарастает.
В 1903 году Сеченов – восстановление работоспособности утомленной мышцы значительно ускоряется при совершении работы другой мышцей в период отдыха утомленной – такой отдых называют активным.
Однако высокий уровень умственной деятельности ускоряет процессы развития утомления в мышечной системе (утомление нервных центров).
Синапс – это специальная структура для передачи импульсов от клетки к клетке. Каждый синапс имеет пресинаптическую и постсинаптическую мембраны и синаптическую щель между ними. Пресинаптическая мембрана покрывает окончание аксона мотонейрона. Через нее в синаптическую щель поступает медиатор, который затем взаимодействует с рецепторами (их 20-30 млн в одном синапсе) постсинаптической мембраны – это мембрана подлежащей мышечной клетки. Механизм передачи возбуждения в синапсе состоит из 3-х этапов:
1 – ПД, возникший в пресинаптической мембране, повышает ее проницаемость для ионов кальция, который входит в нервное окончание и освобождает медиатор ацетилхолин из пузырьков.
2 – Ацетилхолин диффундирует в синаптическую щель, избыток медиатора разрушает фермент ацетилхолинэстераза.
3 – Ацетилхолин взаимодействует с холинорецепторами постсинаптической мембраны, в результате чего открываются натриевые каналы для входа натрия внутрь клетки – развивается потенциал действия, который распространяется вдоль мышечного волокна, вызывая его сокращение.
Нервно-мышечный синапс имеет следующие свойства: 1.одностороннее проведение возбуждения, 2.синаптическую задержку (на выход медиатора и его диффузию), 3.низкую лабильность (до 100 имп/сек), 4.быструю утомляемость, 5.высокую чувствительность к химическим веществам, лекарственным препаратам, токсинам (что может ускорять или тормозить передачу импульсов от нерва к мышце).
Движение как основное свойство живого.
Смеется ли ребенок при виде игрушки, улыбается ли Гарибальди, когда его гонят за излишнюю любовь к родине, создает ли Ньютон мировые законы и пишет их на бумаге – везде окончательным фактом является движение – так писал отец русской физиологии И.М.Сеченов.
14.Виды мышц, функции и свойства. Все мышцы организма делятся на: поперечно-полосатые (скелетные и сердечная) и гладкие, которые выстилают стенки внутренних органов, сосудов.
Поперечно-полосатые скелетные мышцы являются активной частью опорно-двигательного аппарата. В результате их сокращений происходит перемещение тела в пространстве, перемещение частей тела относительно друг друга, поддержание позы, произносятся слова, осуществляется дыхание, а также вырабатывается тепло.
Каждое мышечное волокно имеет следующие свойства:
1. Возбудимость – способность генерировать ПД в ответ на действие раздражителей.
2. Проводимость – способность проводить возбуждение в обе стороны от места нанесения раздражения.
3. Сократимость – способность сокращаться, изменять свою длину и напряжение.
4. Утомляемость. 5. Пластичность. 6. Тонус. 7.Рефрактерность.
Типы мышечных сокращений.
В зависимости от характера сокращений мышцы различают три их вида:
1.Ауксотоническое сокращение – когда одновременно изменяется длина и напряжение мышцы. Оно может быть эксцентрическим – когда напряжение мышцы сопровождается ее удлинением (например, в процессе приседания) и концентрическим – когда напряжением мышцы сопровождается ее укорочением (например, при разгибании нижних конечностей после приседания).
2.Изометрическое сокращение – когда напряжение мышцы возрастает, а длина ее не меняется. Этот вид сокращения можно наблюдать в эксперименте, когда оба конца мышцы зафиксированы (при фиксации определенного положения).
3.Изотоническое сокращение – укорочение мышцы при ее постоянном напряжении – сокращение ненагруженной мышцы.
В зависимости от длительности сокращений мышцы выделяют 2 их вида: одиночное и тетаническое.
1.Одиночное сокращение мышцы возникает при однократном раздражении нерва или самой мышцы.
2.Тетанические сокращения – это результат суммации двух и более одиночных сокращений. При полной суммации возникает гладкий тетанус, а при неполной суммации – зубчатый тетанус. При прекращении тетанического сокращения мышца расслабляется не полностью, а некоторое время находится в состоянии посттетанической контрактуры (напряжения).
Скелетные мышцы состоят из быстрых и медленных волокон, и соответственно – моторных единиц. Это – группа мышечных волокон, которые иннервируются одним нервным волокном, отходящим от мотонейрона. Быстрая мышца (мышцы глазного яблока) содержит больше моторных единиц, чем медленная (мышцы спины).
Вне действия раздражителя, т.е. в покое, скелетные мышцы находятся в состоянии некоторого напряжения, которое называют тонусом. Внешним выражением тонуса является упругость мышц.
Работа и сила мышц.
Степень укорочения мышцы зависит как от строения, так и от функционального состояния мышцы. Чем больше длина мышцы и ее поперечное сечение, тем больше она сокращается: это мышцы, имеющие перистое строение, - массетер. Сила мышцы – это максимальный груз, который она может поднять. Например, мышцы челюсти собаки поднимают груз, превышающий вес ее тела более 8 раз, а у человека – в 4 раза.
Работа мышц – произведение поднятого груза на величину укорочения мышцы. Если мышца сокращается без нагрузки, то ее работа равна 0. По мере увеличения нагрузки работа сначала увеличивается, а затем постепенно падает. Наибольшую работу мышца совершает при средних нагрузках, и это важно знать врачу при подборе тренировочных нагрузок для спортсмена. Работа мышц, связанная с перемещением груза, называется динамической. Статическая работа совершается при удержании груза в определенном положении, когда нарастает напряжение мышц. Статическая работа более утомительна, чем динамическая.
17.Утомление – это временное понижение работоспособности клетки, органа, организма, наступающее после работы и исчезающее после отдыха. Утомление мышц наступает по разным причинам.
1.Шифф считал, что утомление – это результат истощения запасов энергии в мышце.
2.Пфлюгер полагал, что накопление в мышце недоокисленных продуктов обмена во время работы приводит к развитию утомления.
3.Ферворн доказал, что утомление связано с нехваткой кислорода в мышцах.
Эти теории утомления мышц носят узколокалистический характер, так как в целостном организме (как доказал Сеченов в опыте с пильщиками дров) утомление первично возникает не в мышцах, а в нервных центрах. Заканчиваются запасы медиатора в синапсах ЦНС, требуется время на его синтез. Работоспособность мышцы восстанавливается.
Механизм сокращения мышц.
Мышечные волокна состоят из миофибрилл. Которые содержат до 2500 протофибрилл, представленные молекулами сократительных белков – актина и миозина. Изотропные участки состоят из тонких длинных нитей актина, а анизотропные – из толстых и коротких нитей миозина. Белок миозин имеет поперечные мостики с головками, где хранится АТФ. Сам белок обладает свойствами фермента АТФ-азы. На нитях актина имеются активные центры, содержащие белки тропонин и тропомиозин. Американские ученые- братья Хаксли считают, что при сокращении мышцы белковые нити не укорачиваются, а скользят друг по другу (теория скольжения нитей). Началом мышечного сокращения является выход ионов кальция из цистерн саркоплазматического ретикулума в межфибриллярное пространство. Кальций взаимодействует с белком тропонином, что приводит к смещению тропомиозина. В результате обнажаются активные центры актина, куда с помощью энергии АТФ прикрепляются головки миозиновых нитей. Происходит скольжение миозина и актина. Мышца укорачивается. Затем с помощью кальциевого насоса ионы кальция возвращаются в цистерны. Мышца расслабляется, так как актиновые и миозиновые нити принимают прежнее положение. Энергия АТФ необходима как для сокращения мышцы, так и для ее расслабления.
Похожая информация.
