Одиночное мышечное сокращение
График одиночного мышечного сокращения включает три последовательные фазы, отражающие переход от электрического возбуждения к механическому ответу мышечного волокна.
- Латентный период (ЛП) — время от нанесения раздражителя до начала укорочения, в течение которого развивается потенциал действия. Длительность около 10 мс.
- Период укорочения — фаза активного сокращения мышцы в ответ на возбуждение. Длительность около 50 мс.
- Период расслабления — возвращение мышцы в исходное состояние. Длительность около 50 мс.
Электромеханическое сопряжение
Электромеханическое сопряжение — это концепция, объясняющая преобразование электрического возбуждения мембраны мышечного волокна в механическое сокращение. Процесс начинается в нервно-мышечном синапсе и заканчивается скольжением миофиламентов.
- В пресинаптическом окончании выделяется ацетилхолин, который поступает в синаптическую щель.
- Ацетилхолин связывается с Н-холинорецепторами мышечного типа (НМ) на постсинаптической мембране.
- Возникает локальная деполяризация, достаточная для активации потенциал-зависимых натриевых каналов.
- Развивается потенциал действия, который распространяется по сарколемме и далее по Т-трубочкам — впячиваниям мембраны вглубь волокна.
- В Т-трубочках активируются дигидропиридиновые рецепторы, механически связанные с рианодиновыми рецепторами 1-го типа терминальных цистерн саркоплазматического ретикулума (L-трубочек).
- Через рианодиновые рецепторы кальций массивно выходит из цистерн в саркоплазму, резко повышая внутриклеточную концентрацию Ca2+.
Молекулярный механизм сокращения
Сокращение реализуется на уровне взаимодействия двух ключевых сократительных белков — актина и миозина. В покое активные центры актина закрыты регуляторным комплексом тропомиозин–тропонин, что предотвращает спонтанное сокращение.
- Кальций связывается с тропонином C, вызывая конформационные изменения комплекса.
- Тропомиозин смещается, открывая места связывания на актине для головок миозина.
- На головке миозина происходит гидролиз АТФ до АДФ и неорганического фосфата с высвобождением энергии.
- Энергия гидролиза переводит головку миозина из положения 45° в положение 90°, обеспечивая «гребковое» движение.
- Головка миозина зацепляется за нить актина и подтягивает её — нити скользят относительно друг друга, мышца укорачивается.
- Для отсоединения головки от актина требуется присоединение новой молекулы АТФ; без неё разобщение невозможно.
Расслабление и трупное окоченение
Расслабление мышцы требует энергии и активного транспорта кальция обратно в саркоплазматический ретикулум. Новая молекула АТФ связывается с миозиновой головкой и обеспечивает её отсоединение от актина, возвращая в исходное положение.
При отсутствии АТФ (например, после смерти организма) головки миозина остаются прочно сцепленными с актином — развивается трупное окоченение (rigor mortis), при котором мышцы становятся ригидными и непослушными.
Тетанус и его виды
Тетанус — длительное сокращение мышцы, возникающее при частом ритмическом раздражении, когда новые стимулы поступают до полного расслабления волокна. Различают несколько вариантов в зависимости от частоты раздражителя.
- Зубчатый тетанус — раздражитель попадает в фазу расслабления; на кривой видны частичные расслабления между сокращениями.
- Гладкий тетанус — раздражитель попадает в фазу укорочения; мышца не успевает расслабляться, сокращения сливаются в одно непрерывное.
- Точка оптимума — максимальная амплитуда сокращения при попадании раздражителя в фазу экзальтации (повышенной возбудимости).
- Точка пессимума — раздражитель попадает в фазу абсолютной рефрактерности, когда натриевые каналы инактивированы; мышца не отвечает на стимул.
Ключевые моменты
- Одиночное сокращение состоит из латентного периода, укорочения и расслабления.
- Электромеханическое сопряжение связывает потенциал действия с механическим сокращением через систему Т-трубочек и кальциевые каналы СПР.
- Дигидропиридиновые рецепторы Т-трубочек активируют рианодиновые рецепторы 1-го типа, высвобождая Ca2+.
- Кальций связывается с тропонином, смещая тропомиозин и открывая центры связывания на актине.
- Гидролиз АТФ обеспечивает энергию гребкового движения головки миозина.
- Новая молекула АТФ необходима для отсоединения миозина от актина и расслабления мышцы.
- Отсутствие АТФ ведёт к развитию трупного окоченения.
- Виды тетануса (зубчатый, гладкий) и явления оптимума и пессимума зависят от частоты раздражения и фазы возбудимости.