Mecanismul contracțiilor musculare. Funcțiile și proprietățile mușchilor scheletici

Contracția musculară este un proces complex, constând dintr-o serie de etape. Principalele componente sunt miozina, actina, troponina, tropomyozina și actomozina, precum și ionii de calciu și compușii care asigură energie musculară. Luați în considerare tipurile și mecanismele de contracție a mușchilor. Vom studia, din ce etape consta și care este necesar pentru procesul ciclic.

mușchi

Mușchii sunt combinați în grupuri care au același mecanism de contracție a mușchilor. Prin același semn, ele sunt împărțite în trei tipuri:

• muschii striați ai corpului;
• muschii striați ai atriilor și ventriculelor cardiace;
• muschii netede de organe, vase și piele.

Mușchii transversali striați intră în sistemul musculoscheletal, fiind o parte a acestuia, precum și tendoanele, ligamentele și oasele. Când se implementează mecanismul contracțiilor musculare, se efectuează următoarele sarcini și funcții:

• corpul se mișcă;
• părți ale corpului se mișcă unul față de celălalt;
• corpul este susținut în spațiu;
• se generează căldură;
• Cortexul este activat prin aferente din câmpurile musculare receptive.

Din mușchii netedi constă din:

• aparatul motor al organelor interne, care include arborele bronșic, plămânii și tubul digestiv;
• sistem limfatic și circulator;
• sistem de organe genito-urinare.

Proprietăți fiziologice

La fel ca toate vertebratele, corpul uman are trei proprietăți importante ale fibrelor musculare scheletice:

• reducerea contractilității și modificarea tensiunii atunci când este excitat;
• conductivitate - mișcarea potențialului de-a lungul întregii fibre;
• excitabilitate - răspuns la stimul prin schimbarea potențialului membranei și a permeabilității ionice.

Muschii sunt excitați și încep să se contracteze nervii impulsuri, plecând de la centre. Dar în condiții artificiale pe care le folosesc electrostimulare. mușchi atunci poate fi iritat direct (iritație directă) sau printr-un nerv care inervază mușchiul (iritație indirectă).

Tipuri de abrevieri

Mecanismul contracțiilor musculare implică transformarea energiei chimice în muncă mecanică. Acest proces poate fi măsurat experimentând cu o broască: mușchiul său gastrocnemius este încărcat cu o greutate mică și apoi iritat cu impulsuri electrice ușoare. Contracția, în care mușchiul devine mai scurt, se numește izotonie. Cu contracție izometrică, nu există o scurtare. Tendințele nu permit dezvoltarea forta musculara scurtat. Un alt mecanism auxotonic al contracțiilor musculare presupune condițiile de încărcare intensă, atunci când mușchiul este scurtat în mod minim, iar forța dezvoltă maximul.

Structura și inervația musculaturii scheletice

În mușchii scheletici transversali, există multe fibre care se află în țesutul conjunctiv și sunt atașate la tendoane. In unele fibre musculare sunt aranjate paralel cu axa lungă, iar în altele sunt vederi oblice, fiind atașat la un tendon tyazhu și penate tip central.

Caracteristica principală a fibrei este sarcoplasma masei subțiri - miofirili. Acestea includ zonele luminoase și întunecate care se alternează unul cu celălalt, iar fibrele striate învecinate se află pe același nivel - pe secțiunea transversală. Datorită acestui fapt, se obține o bandă transversală pe întreaga fibră musculară.

Un sarcomer este un complex de discuri întunecate și două lumini și este delimitat de linii în formă de Z. Sarcina este un aparat muscular contractil. Se pare că fibrele musculare contractile constau în:

• dispozitivul contractil (sistemul miofibril);
• un aparat trofic cu mitocondriile, complexul Golgi și slab reticulul endoplasmatic;
• un aparat cu membrană;
• dispozitivul de susținere;
• aparatul nervos.

Fibrele musculare sunt împărțite în 5 părți cu structurile și funcțiile sale și fac parte integrantă din țesutul muscular.

inervare

Acest proces în fibrele musculare striate transversal este realizat prin fibrele nervoase, și anume axonii motoneuronilor din măduva spinării și trunchiul capului. Un motoneuron inervază mai multe fibre musculare. Complexul cu motoneuron și fibrele musculare inervate se numește neuromotor (NME) sau motor (DE). Numărul mediu de fibre care inervează un motoneuron, caracterizează cantitatea de mușchi DE, iar valoarea reciprocă este numită densitatea de inervare. Acesta din urmă este mare în acele mușchi în care mișcările sunt mici și "subțiri" (ochi, degete, limbă). Valoarea sa mică va fi, dimpotrivă, în mușchii cu mișcări "dure" (de exemplu, trunchiul).

Introducerea poate fi unică și multiplă. În primul caz, se realizează prin terminații compacte ale motorului. De obicei, acest lucru este tipic pentru motoneuronii mari. Fibrele musculare (numite în acest caz fizice sau rapide) generează PD (potențiale de acțiune) care se propagă la ele.

Inervarea innăsită apare, de exemplu, în mușchii ochiului exterior. Aici, potențialul de acțiune nu este generat, deoarece nu există canale electrolitice de sodiu în membrană. Acestea sunt depolarizate pe toata fibra din terminatiile sinaptice. Acest lucru este necesar pentru a activa mecanismul contracției musculare. Procesul de aici nu se întâmplă la fel de repede ca în primul caz. Prin urmare, se numește lent.

Structura de miofibrili

Studiile privind fibrele musculare sunt acum efectuate pe baza analizei de difracție a razelor X, a microscopiei electronice, precum și a metodelor histochimice.

Se calculează că aproximativ 2500 protofibrili, adică molecule de proteină polimerizată extinsă (actină și miozină), intră în fiecare miofibril cu un diametru de 1 pm. Actin protofibrilele sunt de două ori mai subțiri decât miozina. În rest, acești mușchi sunt localizați astfel încât filamentele de actină să pătrundă în decalajul dintre protofibrilele de miozină și vârfurile lor.

Banda îngustă îngustă de pe discul A nu conține filamente de actină. O membrană Z le ține împreună.

Pe filamentele de miozină există proeminențe transversale cu lungimea de până la 20 nm, în capetele cărora există aproximativ 150 de molecule de miozină. Se deplasează biopolar, iar fiecare cap conectează miozina cu filamentul actin. Atunci când există un efort de centre de actină pe filamentele miozinei, filamentul actin se apropie de centrul sarcomerului. În final, filamentele de miozină ajung pe linia Z. Apoi ocupă întregul sarcomer și filamentele actinice se află între ele. În acest caz, lungimea discului I este scurtată și, în cele din urmă, dispare complet, împreună cu care linia Z devine mai groasă.

Astfel, conform teoriei firelor alunecoase, lungimea fibrei musculare este explicată. Teoria, numită circulară, a fost dezvoltată de Huxley și Hanson la mijlocul secolului al XX-lea.

Mecanismul contracției musculare a fibrei

Principalul lucru în teorie este că nu firele (miozina și actina) sunt scurtate. Lungimea lor rămâne neschimbată chiar și atunci când mușchii sunt întinși. Dar legăturile de filamente subțiri, care alunecă, ies între firele groase, gradul de suprapunere a acestora se diminuează, astfel încât contracția are loc.

Mecanismul molecular al contracției musculare prin alunecarea filamentelor actin este după cum urmează. Capetele miozinei conectează protofibrilul cu actina. Când sunt înclinate, apare alunecarea, deplasând filamentul actinei spre centrul sarcomerului. Datorită organizării bipolare a moleculelor de miozină de pe ambele părți ale filamentelor, sunt create condiții pentru ca filamentele actinei să alunece în direcții diferite.

Cu relaxare musculară, capul miozinei se îndepărtează de filamentele actinice. Datorită alunecării ușoare, mușchii relaxați ai întinderii rezistă mult mai puțin. Prin urmare, ele se extind pasiv.

Etape de reducere

Mecanismul contracției musculare poate fi împărțit pe scurt în următoarele etape:

1. Fibrele musculare sunt stimulate atunci când potențialul de acțiune provine de la motoneuronii din sinapse.
2. Potențialul de acțiune este creat pe membrana fibrei musculare și apoi se extinde la miofibrili.
3. Se efectuează conjugarea electromecanică, care este transformarea PD electric în alunecare mecanică. În acest mod, ionii de calciu sunt în mod necesar implicați.

Ionii de calciu

Pentru o mai bună înțelegere a procesului de activare a fibrelor de către ionii de calciu, este convenabil să se ia în considerare structura filamentului actinic. Lungimea sa este de ordinul a 1 μm, grosimea este de la 5 la 7 nm. Aceasta este o pereche de fire răsucite care seamănă cu un monomer de actină. Aproximativ la fiecare 40 nm sunt molecule sferice de troponină și între lanțuri - tropomiozină.

Atunci când ionii de calciu sunt absenți, adică miofirilii se relaxează, moleculele lungi de tropomozină blochează atașarea lanțurilor de actină și a punților de miozină. Dar, cu activarea ionilor de calciu, moleculele de tropomiozină coboară mai adânc și locurile deschise.

Apoi punțile de miozină se atașează la firele de actină, iar ATP-ul se desparte, iar puterea musculară se dezvoltă. Acest lucru este posibil prin acțiunea calciului asupra troponinei. În acest caz, molecula celui din urmă este deformată, împingând astfel tropomiozina.

Când mușchiul este relaxat, 1 gram de greutate umedă conține mai mult de 1 μmol de calciu. Sărurile de calciu sunt izolate și se află în magazine speciale. În caz contrar, mușchii ar fi redus tot timpul.

Depozitarea calciului are loc după cum urmează. În diferite părți ale membranei, celulele musculare din fibră au tuburi prin care compusul este conectat la mediul în afara celulelor. Acesta este un sistem de tuburi transversale. O perpendiculară a acestuia este un sistem de longitudinal, la capete - bule (rezervoare terminale), amplasate în imediata apropiere a membranelor sistemului transversal. Împreună avem o triadă. În bule este stocat calciul.

Deci PD se întinde în celulă și are loc conjugarea electromecanică. Excitația penetrează în fibră, trece în sistemul longitudinal, eliberează calciu. Astfel, se realizează mecanismul de contracție a fibrelor musculare.

3 cu ATP

În interacțiunea ambelor fire în prezența ionilor de calciu, ATP joacă un rol semnificativ. Când mecanismul contracției musculare a mușchilor scheletici este realizat, energia ATP este folosită pentru:

• Lucrarea pompei de sodiu și potasiu, care menține o concentrație constantă de ioni;
• aceste substanțe pe diferite laturi ale membranei;
• alunecarea firelor, scurtarea miofibrililor;
• lucrarea unei pompe de calciu, care acționează pentru a vă relaxa.

ATP se găsește în membrana celulară, filamentele miozinei și membranele reticulului sarcoplasmic. Enzima este clivată și utilizată de miozină.

Consumul de ATP

Se știe că capetele miozinei interacționează cu actina și conțin elemente pentru scindarea ATP. Acesta din urmă este activat de actină și miozină în prezența ionilor de magneziu. Prin urmare, scindarea enzimei apare atunci când capul miozinei este atașat de actină. În acest caz, cu cât sunt mai multe poduri transversale, cu atât viteza de divizare va fi mai rapidă.

Mecanism ATP

După terminarea mișcării, molecula AFT furnizează energie pentru separarea miozinei și a actinei implicate în reacție. Capetele de miozină sunt separate, ATP este scindată la fosfat și ADP. La sfârșit, o nouă moleculă ATP este conectată și ciclul reia. Acesta este mecanismul de contracție musculară și de relaxare la nivel molecular.

Activitatea punților transversale va continua numai atâta timp cât apare hidroliza ATP. Când enzima este blocată, punțile nu vor mai fi atașate din nou.

Odată cu debutul morții corpului, nivelul ATP din celule cade, iar punțile rămân atașate stabil filamentului actinei. Aceasta este stadiul de rigor mortis.

Resuscitarea ATP

Resinteza poate fi realizată în două moduri.

Prin transferul enzimatic de la fosfatul de creatină al grupului fosfat la ADP. Deoarece rezervele din celula fosfat creatină sunt mult mai mari decât ATP, resinteza se realizează foarte repede. În același timp, prin oxidarea acizilor piruvic și lactic, resinteza va fi lentă.

ATP și CF pot dispărea complet dacă resinteza este deranjată de otrăvire. Apoi, pompa de calciu se va opri de lucru, ca urmare a mușchiului care se va contracta ireversibil (adică se va produce contracția). Astfel, mecanismul contracției musculare este rupt.

Fiziologia procesului

Rezumând cele de mai sus, observăm că reducerea fibrei musculare constă în scurtarea miofibrililor în fiecare dintre sarcomere. Firele de miozină (groasă) și actină (subțiri) sunt legate de capete într-o stare relaxată. Dar ele încep mișcări de alunecare una față de cealaltă atunci când se realizează mecanismul contracției musculare. Fiziologia (pe scurt) explică procesul în care, sub influența miozinei, se eliberează energia necesară pentru a transforma ATP în ADP. În acest caz, activitatea myosinei va fi realizată numai cu un conținut suficient de ioni de calciu acumulați în rețeaua sarcoplasmică.