Mechanismus svalových kontrakcí. Funkce a vlastnosti kosterních svalů

Svalová kontrakce je složitý proces sestávající z několika fází. Hlavními složkami jsou myosin, aktin, troponin, tropomyosin a actomyosin, stejně jako ionty vápníku a sloučeniny, které poskytují svalovou energii. Zvažte typy a mechanismy svalové kontrakce. Budeme studovat, z jakých etap se skládají a které jsou nezbytné pro cyklický proces.

Svaly

Svaly jsou spojeny do skupin, které sdílejí stejný mechanismus svalové kontrakce. Stejným znamením jsou rozděleny do tří typů:

• pruhované svaly těla;
• pružící svaly předsíně a srdečních komor;
• hladké svaly orgánů, cév a kůže.

Příčné pružící svaly vstupují do muskuloskeletálního systému, který je jeho součástí, stejně jako šlachy, vazy a kosti. Po zavedení mechanismu svalových kontrakcí jsou prováděny následující úlohy a funkce:

• tělo se pohybuje;
• části těla se pohybují vzájemně vůči sobě;
• tělo je podporováno v prostoru;
• teplo je generováno;
• Kůra je aktivována aferentitou z receptivních svalových polí.

Z hladkých svalů se skládá:

• motorové přístroje vnitřních orgánů, které zahrnují bronchiální strom, plic a trávící trubice;
• lymfatický a oběhový systém;
• systém genito-močových orgánů.

Fyziologické vlastnosti

Stejně jako všechny obratlovce má lidské tělo tři nejdůležitější vlastnosti vláken kosterního svalstva:

• kontraktilita - snižování a změna napětí při vzrušení;
• vodivost - pohyb potenciálu podél celého vlákna;
• excitabilita - odezva na stimulaci změnou membránového potenciálu a iontové propustnosti.

Svaly jsou vzrušené a začínají kontrahovat nervové impulsy, od centra. Ale za umělých podmínek používají elektrostimulace. Svaly pak může být přímo podrážděn (přímé podráždění) nebo nervem, který inervuje sval (nepřímé podráždění).

Typy zkratek

Mechanismus svalových kontrakcí zahrnuje přeměnu chemické energie na mechanickou práci. Tento proces lze měřit pokusem s žábou: jeho sval gastrocnemius je zatížen malou hmotností a pak podrážděn světelnými elektrickými impulsy. Svalová kontrakce, ve které se sval zkracuje, se nazývá izotonický. Při isometrické kontrakci není žádné zkrácení. Šlachy neumožňují vývoj svalová síla zkrátit. Další auxotonický mechanismus svalových kontrakcí předpokládá podmínky intenzivního zatížení, kdy je sval zkracován minimálním způsobem a síla se vyvíjí maximálně.

Struktura a inervace kosterních svalů

U křížových svalů je mnoho vláken, které jsou v pojivové tkáni a jsou připojeny k šlachám. U některých svalů jsou vlákna rovnoběžná s dlouhou osou, zatímco v jiných jsou šikmé, připevňují se k centrální šlachové šlachové šňůře a ke špičce.

Hlavním rysem vlákna je sarkoplazma hmoty tenkých vláken - myofibrily. Patří mezi ně střídavé světelné a tmavé oblasti a sousední proužky jsou na stejné úrovni - na průřezu. Díky tomu se získává příčné pásmo přes celé svalové vlákno.

Sarkoman je komplex tmavých a dvou světlých disků a je ohraničen linií ve tvaru písmene "Z". Sarkom je kontraktilní svalový aparát. Ukázalo se, že kontraktivní svalová vlákna sestávají z:

• kontraktilní přístroj (systém myofibrilu);
• trofické přístroje s mitochondrií, Golgiho komplexem a slabým endoplazmatické retikulum;
• membránové zařízení;
• nosné zařízení;
• nervového aparátu.

Svalové vlákno je rozděleno na 5 částí s jeho strukturami a funkcemi a je nedílnou součástí svalové tkáně.

Inovace

Tento proces v příčně pruhovaných svalových vláknech je realizován prostřednictvím nervových vláken, jmenovitě axonů motoneuronů míchy a kmene hlavy. Jeden motoneuron inervuje několik svalových vláken. Komplex s motoneuronem a inervovanými svalovými vlákny se nazývá neuromotor (NME), nebo motorovou jednotku (DE). Průměrný počet vláken, které inervuje jeden motoneuron, charakterizuje množství svalů DE a vzájemná hodnota se nazývá hustota inervace. Ten je velký v těch svalech, kde jsou pohyby malé a "tenké" (oči, prsty, jazyk). Jeho malá hodnota bude naopak ve svalech s "drsnými" pohyby (například kmenem).

Inervace může být jednoduchá a rozmanitá. V prvním případě je realizován pomocí kompaktních zakončení motoru. Obvykle je to typické pro velké motoneurony. Svalové vlákna (v tomto případě nazývané fyzické nebo rychlé) vytvářejí PD (akční potenciály), které se k nim šíří.

Vícenásobná inervace nastává například ve vnějších očních svalech. Zde není generován akční potenciál, protože v membráně nejsou elektrolyticky propojitelné kanály sodíku. Deepolarizují se v celém vláknu ze synaptických konců. To je nezbytné pro aktivaci mechanismu svalové kontrakce. Proces se zde neděje tak rychle, jako v prvním případě. Proto se nazývá pomalé.

Struktura myofibril

Studie svalových vláken se nyní provádějí na základě rentgenové difrakční analýzy, elektronové mikroskopie a histochemických metod.

Bylo vypočteno, že v každé myofibrila, jehož průměr je 1 mikron, obsahuje přibližně 2500 protofibril, tj podlouhlé polymerizované molekuly bílkoviny (aktin a myosin). Actinové protofibrily jsou dvakrát tenčí než myosin. V klidu jsou tyto svaly umístěny tak, že aktinové vlákna pronikají do mezery mezi myosinovými protofibrily a jejich špičkami.

Úzké jasné pásmo na disku A je bez aktinových vláken. Membrána Z je drží dohromady.

Na myosinových vláknech jsou příčné výčnělky dlouhé až 20 nm, jejichž hlavami je asi 150 molekul myosinu. Odcházejí biopolarly a každá hlava spojuje myosin s aktinovým vláknem. Když se na vláknech myosinu vyskytuje snaha o centra aktinů, aktinové vlákno se blíží středu sarkoméru. Na konci myosinové vlákna dosáhnou linie Z. Pak zabírají celý sarkomér a mezi nimi leží aktinické vlákna. V tomto případě je délka disku I zkrácena a nakonec úplně zmizí, spolu s tím, že se Z-linka stává silnějším.

Podle teorie posuvných nití je tedy vysvětlena délka svalového vlákna. Teorie, nazývaná ozubeným kolečkem, byla vyvinutá Huxleym a Hansonem v polovině dvacátého století.

Mechanismus svalové kontrakce vlákna

Hlavní věc je v teorii, že nikoli vlákna (myosin a aktin) jsou zkráceny. Jejich délka zůstává nezměněna, i když jsou svaly roztaženy. Ale svazky tenkých vláken, klouzání, vystupují mezi hustými nitěmi, stupeň jejich překrytí se snižuje, takže dochází ke kontrakci.

Molekulární mechanismus svalové kontrakce klouzavými aktinovými vlákny je následující. Myosinové hlavy spojují protofibril s aktinem. Když jsou nakloněny, dochází k prokluzu, pohybujícím se aktinovým vláknem směrem ke středu sarkoméru. Vzhledem k bipolární organizaci molekul myosinu na obou stranách vláken jsou vytvořeny podmínky pro to, aby aktinové filamenty posunuly v různých směrech.

Při relaxaci svalů se myosinová hlavice odchyluje od aktinových vláken. Kvůli snadnému posuvu se uvolněné svaly protažení odolávají mnohem méně. Proto se pasivně rozšiřují.

Stupně redukce

Mechanismus svalové kontrakce lze krátce rozdělit do následujících fází:

1. Svalové vlákno je stimulováno, pokud akční potenciál pochází z motoneuronů ze synapsí.
2. Akční potenciál se vytváří na membráně svalového vlákna a pak se rozšíří na myofibrily.
3. Provádí se elektromechanická konjugace, která je transformací elektrického PD na mechanické posuvné. V tomto případě jsou nutně zapojeny i ionty vápníku.

Ionty vápníku

Pro lepší pochopení procesu aktivace vláken ionty vápníku je vhodné vzít v úvahu strukturu aktinového vlákna. Jeho délka je řádově 1 μm, tloušťka je od 5 do 7 nm. Jedná se o dvojici kroucených nití, které se podobají monomeru aktinu. Přibližně každých 40 nm jsou zde sférické molekuly troponinu a mezi řetězci - tropomyosin.

Když chybí ionty vápníku, tj. Myofibrily se uvolňují, dlouhé molekuly tropomyosinu blokují připojení aktinových řetězců a myosinových můstků. Ale s aktivací iontů vápníku molekuly tropomyosinu sestupují hlouběji a místa se otevřou.

Pak se myosinové můstky připojí k aktinovým vlákněm a ATP se rozdělí a svalová síla se rozvíjí. To je možné díky působení vápníku na troponin. V tomto případě se molekula z nich deformuje, čímž se tropomyosin tlačí.

Když je sval uvolněn, 1 gram vlhké hmotnosti obsahuje více než 1 μmol vápníku. Soli vápníku jsou izolované a jsou ve speciálních obchodech. Jinak by svaly byly stále snižovány.

Skladování vápníku probíhá následovně. V různých částech membrány mají svalové buňky uvnitř vlákna trubky, kterými je sloučenina připojena k prostředí mimo buňky. Jedná se o systém příčných tubulů. Kolmá k němu je systém podélných, na jehož konci jsou bubliny (koncové nádrže) umístěné v těsné blízkosti membrán příčného systému. Společně dostaneme triadu. V bublině je uložen vápník.

Takže PD se rozšíří do buňky a dochází k elektromechanické konjugaci. Bubeník proniká do vlákna, prochází do podélného systému, uvolňuje vápník. Tím je realizován mechanismus kontrakce svalových vláken.

3 s ATP

Při interakci obou řetězců za přítomnosti iontů vápníku hraje významnou roli ATP. Když je mechanismus svalové kontrakce kosterního svalu realizován, energie ATP se používá pro:

• Práce čerpadla sodíku a draslíku, která udržuje konstantní koncentraci iontů;
• tyto látky na různých stranách membrány;
• klouzavé nitě, zkrácení myofibril;
• práce čerpadla vápníku, působící k relaxaci.

ATP se nachází v buněčné membráně, myosinových vláknech a membránách retikulu sarkoplazmatického. Enzym se štěpí a využívá myosin.

Spotřeba ATP

Je známo, že myosinové hlavy interagují s aktinem a obsahují prvky pro štěpení ATP. Ten je aktivován aktinem a myosinem v přítomnosti hořčíkových iontů. Proto štěpení enzymu nastává, když je myosinová hlava připojena k aktinu. V tomto případě, čím více příčných mostů, tím rychlejší bude rozdělovací rychlost.

Mechanismus ATP

Po dokončení pohybu molekula AFT poskytuje energii pro oddělení myosinu a aktinu podílejících se na reakci. Myosinové hlavy jsou odděleny, ATP je štěpen na fosfát a ADP. Na konci je připojena nová molekula ATP a cyklus pokračuje. Jedná se o mechanismus svalové kontrakce a relaxace na molekulární úrovni.

Aktivita příčných můstků bude pokračovat pouze tak dlouho, dokud nedojde k hydrolýze ATP. Když je enzym zablokován, mosty se znovu nepřipojí.

Při nástupu smrti těla klesá hladina ATP v buňkách a mosty zůstávají stabilně připojeny k aktinovému vláknu. To je fáze rigor mortis.

Resuscitace ATP

Resyntézu lze realizovat dvěma způsoby.

Enzymatickým přenosem fosfátové skupiny fosfátu do ADP z kreatinfosfátu. Jelikož rezervy v buňce kreatinfosfátu jsou mnohem větší než ATP, resyntéza se realizuje velmi rychle. Současně, oxidací pyruvic a mléčných kyselin, bude resyntéza pomalá.

ATP a CF mohou zcela zmizet, pokud je resyntéza narušena jedy. Poté čerpadlo vápníku přestane pracovat, v důsledku čehož sval bude nevratně kontrastem (to znamená, že kontraktura přijde). Mechanismus svalové kontrakce je tedy přerušen.

Fyziologie procesu

Shrneme-li výše uvedené, poznamenáváme, že snížení svalové vlákniny spočívá ve zkrácení myofibrilů v každém z těchto svarcomerů. Nitě myosinu (husté) a aktinu (tenké) jsou spojeny koncemi v uvolněném stavu. Ale začnou klouzavé pohyby směrem k sobě, když se uskuteční mechanismus svalové kontrakce. Fyziologie (stručně) vysvětluje proces, kdy se pod vlivem myozinu uvolní potřebná energie pro konverzi ATP na ADP. V tomto případě bude aktivita myosinu realizována pouze s dostatečným obsahem iontů vápníku akumulujících se v sarkoplazmatické síti.