Короткий механізм м 'язових скорочень

Короткий механізм м 'язових скорочень

Процеси м 'язової роботи являють собою багаторівневий комплекс фізіологічних і біохімічних функцій, життєво важливих для повноцінної роботи людського організму. Зовні подібні процеси можна спостерігати на прикладах довільних рухів при ходьбі, бігу, зміні міміки тощо. Однак вони охоплюють набагато більший спектр функцій, в числі яких також значиться робота дихального апарату, органів травлення та виділеної системи. У кожному випадку механізм м 'язових скорочень підкріплюється роботою мільйонів клітин, в якій задіюються хімічні елементи і фізичні волокна.

Структурна організація м 'яза

М 'язи формуються безліччю волокон тканини, які мають вузли кріплення до кісток скелета. Вони розташовуються паралельно і в процесі м 'язової роботи взаємодіють між собою. Саме волокна при вступі імпульсів забезпечують механізм м 'язового скорочення. Коротко структуру м 'яза можна уявити як систему, що складається з молекул саркомер і міофібрилу. Важливо розуміти, що кожне м 'язове волокно утворюється безліччю суб' єднань міофібрил, розташованих поздовжньо по відношенню один до одного. Тепер варто окремо розглянути саркомери і філаменти. Оскільки вони відіграють важливу роль у рухових процесах.


Саркомери і філаменти

Саркомери - це сегменти волокон, які відокремлюються так званими Z-пластинами, що містять бета-актінін. Від кожної пластини відходять актинові філаменти, а проміжки заповнюються товстими міозиновими аналогами. Актинові елементи, в свою чергу, схожі на ниточки бус, закручених у подвійну спіраль. У цій структурі кожна намистинка є молекулою актину, а в ділянках з поглибленнями в спіралі знаходяться молекули тропоніну. Кожна з цих структурних одиниць формує механізм скорочення і розслаблення м 'язового волокна, зв' язуючись один з одним. Ключову роль у збудженні волокон відіграє клітинна мембрана. У ній укладені поперечні трубочки-інвагінації, які активізують функцію саркоплазматичного ретикулуму - це і буде збуджувальний ефект для м 'язової тканини.

Рухова одиниця

Тепер варто відійти від поглибленої структури м 'яза і розглянути рухову одиницю в загальній конфігурації скелетного м' яза. Це буде сукупність м 'язових волокон, іннервованих відростками мотонейрона. Робота тканини м 'яза незалежно від характеру дії буде забезпечуватися волокнами, включеними до складу однієї рухової одиниці. Тобто при збудженні мотонейрона спрацьовує механізм м 'язових скорочень в рамках одного комплексу з іннервованими відростками. Такий поділ на мотонейрони дозволяє цілеспрямовано задіяти конкретні м 'язи, не збуджуючи без потреби сусідні рухові одиниці. По суті, вся м 'язова група одного організму ділиться на сегменти мотонейронів, які можуть об' єднуватися в роботі над скороченням або розслабленням, а можуть діяти різнопланово або по черзі. Головне, що вони незалежні один від одного і працюють тільки з сигналами своєї групи волокон.

Молекулярні механізми м 'язової роботи

Відповідно до молекулярної концепції про ковзання ниток, робота м 'язової групи і, зокрема, її скорочення реалізується в ході ковзної дії міозинів і акторів. Реалізується складний механізм взаємодії цих ниток, в якому можна виділити кілька процесів:

  • Центральна частина міозинової нитки з 'єднуються зі зв' язками акторів.
  • Досягнутий контакт актину з міозином сприяє конформаційному переміщенню молекул останнього. Головки вступають у фазу активності і розгортаються. Таким чином здійснюються молекулярні механізми м 'язового скорочення на тлі перебудови ниток активних елементів по відношенню один до одного.
  • Потім відбувається взаємна розбіжність міозинів і акторів з подальшим відновленням головної частини останніх.

Весь цикл виконується кілька разів, в результаті чого відбувається зміщення вищезгаданих ниток, а Z-сегменти саркомерів зближуються і вкорачуються.

Фізіологічні властивості роботи м "язів

Серед основних фізіологічних властивостей м 'язової роботи виділяють скоротимість і збудливість. Ці якості, у свою чергу, обумовлюються провідністю волокон, пластичністю і властивістю автоматії. Що стосується провідності, то вона забезпечує поширення процесу збудженості між міоцитами за нексусами - це спеціальні електропровідні контури, що відповідають за проведення імпульсу скорочення м 'яза. Однак після скорочення або розслаблення теж відбувається робота волокон.

За їх спокійний стан у певній формі відповідає пластичність, що визначає збереження постійного тонусу, в якому на поточний момент знаходиться механізм м 'язового скорочення. Фізіологія пластичності може проявлятися як у вигляді збереження вкороченого стану волокон, так і в їх розтягнутому вигляді. Цікаво і властивість автоматії. Вона визначає здатність м 'язів входити в робочу фазу без підключення нервової системи. Тобто міоцити самостійно виробляють ритмічно повторювані імпульси для тих чи інших дій волокон.


Біохімічні механізми м "язової роботи

У роботі м 'язів бере участь ціла група хімічних елементів, серед яких кальцій і скоротні білки на зразок тропоніну і тропоміозину. На базі цього енергетичного забезпечення і виконуються розглянуті вище фізіологічні процеси. Джерелом же цих елементів виступає аденозинтрифосфорна кислота (АТФ), а також її гідроліз. При цьому запас АТФ у м 'язі здатний забезпечувати скорочення м' яза лише протягом частки секунди. Незважаючи на це, волокна можуть відповідати на нервові імпульси в постійному режимі.

Справа в тому, що біохімічні механізми м 'язового скорочення і розслаблення з підтримкою АТФ пов' язані з процесом вироблення резервного запасу макроерга у вигляді креатинфосфату. Обсяг цього резерву в кілька разів перевищує запас АТФ і в той же час сприяє його генерації. Також крім АТФ енергетичним джерелом для м 'яза може виступати глікоген. До слова, на м 'язові волокна припадає близько 75% всього запасу даної речовини в організмі.

Сполучення збуджувальних і швидкісних процесів

У спокійному стані нитки волокон не взаємодіють один з одним за допомогою ковзання, оскільки центри зв 'язок закриваються молекулами тропоміозину. Збудження може мати місце тільки після електромеханічного сполучення. Даний процес також ділиться на кілька етапів:

  • При активації нейромишкового синапсу на мембрані міофібрили формується так званий постсинаптичний потенціал, що накопичує енергію для дії.
  • Збуджувальний імпульс завдяки системі трубок розходиться по мембрані і активізує ретикулум. Цей процес у підсумку сприяє зняттю бар 'єрів з каналів мембрани, якими випускаються іони, що зв' язуються з тропоніном.
  • Білок тропонін, у свою чергу, відкриває центри зв 'язок актину, після чого стає можливим механізм м' язових скорочень, але для його початку також буде потрібен відповідний імпульс.
  • Використання центрів почнеться в момент, коли до них приєднаються головки міозину за описаною вище моделлю.

Повний цикл цих операцій відбувається в середньому за 15 мс. Період від початкової точки збудження волокон до повного скорочення називається латентним.

Процес розслаблення скелетного м 'яза

При розслабленні м 'язів відбувається зворотне перенесення іонів Са++ з підключенням ретикулуму і кальцієвих каналів. У процесі виходу іонів з цитоплазми кількість центрів зв 'язки скорочується, в результаті чого відбувається роз' єднання актинових і міозинових філаментів. Іншими словами, механізми м 'язового скорочення і розслаблення підключають ті ж функціональні елементи, але оперують ними різними способами. Після розслаблення може наступати процес контрактури, при якому відзначається стійке скорочення м 'язових волокон. Цей стан може зберігатися до моменту, поки не настане чергова дія дратівливого імпульсу. Буває і контрактура короткої дії, передумовами для якої стає тетанічне скорочення в умовах скупчення іонів з великими обсягами.

Фази скорочення

Коли мускулатура приводиться в дію дратівливим імпульсом надпорогової сили, відбувається одиночне скорочення, в якому можна виділити 3 фази:

  • Вже згаданий вище період скорочення латентного типу, в процесі якого волокна накопичують енергію для здійснення подальших дій. У цей час проходять процеси електромеханічного сполучення і відкриваються центри зв 'язок. На даній стадії готується механізм скорочення м 'язового волокна, який активізується після поширення відповідного імпульсу.
  • Фаза вкорочення - триває 50 мс в середньому.
  • Фаза розслаблення - також триває приблизно 50 мс.

Режими м 'язового скорочення

Робота при одиночному скороченні була розглянута як приклад "чистої" механіки м 'язових волокон. Однак у природних умовах така робота не здійснюється, оскільки волокна знаходяться в постійному відгуку на сигнали рухових нервів. Інша справа, що залежно від характеру цього відгуку може відбуватися робота в таких режимах:


  • Скорочення виникають при зниженій частоті імпульсів. Якщо електричний імпульс поширюється після завершення розслаблення, то слід серія одиночних актів скорочення.
  • Висока частота імпульсних сигналів може збігатися з розслабляючою фазою попереднього циклу. У цьому випадку амплітуда, в якій працював механізм скорочення м 'язової тканини, буде підсумовуватися, що забезпечить тривале скорочення з неповними актами розслаблення.
  • В умовах підвищення частоти імпульсів нові сигнали будуть діяти в періоди укорочення, що спровокує тривале скорочення, яке не буде перериватися розслабленнями.

Оптимум і песимум частоти

Амплітуди скорочень визначаються частотою імпульсів, які дратують м 'язові волокна. У цій системі взаємодії сигналів і відгуків можна виділити оптимум і песимум частоти. Першим позначається частота, яка в момент дії буде накладатися на фазу підвищеної збудливості. У такому режимі може активізуватися механізм скорочення м 'язового волокна з великою амплітудою. У свою чергу, песимум визначає більш високу частоту, імпульс якої припадає на фазу рефрактерності. Відповідно, в цьому випадку амплітуда зменшується.

Види роботи скелетного м 'яза

М 'язові волокна можуть здійснювати роботу динамічно, статично і динамічно-поступливо. Стандартна динамічна робота є долаючою - тобто м 'яз в момент скорочення переміщує об' єкти або його складені частини в просторі. Статична дія м 'яза певною мірою позбавлена навантажень, оскільки в цьому випадку не передбачається зміна його стану. Динамічно-поступливий механізм м 'язового скорочення скелетного м' яза спрацьовує, коли волокна функціонують в умовах розтягнення. Потреба в паралельному розтягненні також може бути обумовлена тим, що робота волокон передбачає виконання операцій зі сторонніми тілами.

Насамкінець

Процеси організації м 'язової дії з' єднують різні функціональні елементи і системи. У роботі задіюється складний комплекс учасників, кожен з яких виконує своє завдання. Можна бачити, як у процесі активації механізму м 'язових скорочень спрацьовують і непрямі функціональні блоки. Наприклад, це стосується процесів генерації енергетичного потенціалу для здійснення роботи або системи блокування центрів зв 'язок, через які відбувається з' єднання міозинів і акторів.

Основне ж навантаження припадає безпосередньо на волокна, які виконують ті чи інші дії по командам рухових одиниць. Причому характер виконання певної роботи може бути різним. На нього впливатимуть параметри напрямного імпульсу, а також поточний стан м 'яза.