Занятие № 2 тема: физиология мышц

1. Продолжительность занятия – 3,5 часа.

2. План организации занятия.

1. Подготовительный этап занятия:

а) организационные мероприятия - 5 мин.

б) проверка и коррекция исходного уровня знаний, посредством разбора материала в устной форме или с использованием учебника - 20 мин.

2. Основной этап занятия:

а) выполнение лабораторных работ - 85 мин.

б) запись протоколов исследований - 15 мин.

в) анализ результатов лабораторных работ - 10 мин.

3. Конечный этап занятия:

а) контроль конечного уровня усвоения учебного материала тестовым контролем или решением ситуационных задач - 20 мин.

3. Учебные цели занятия.

ЗНАТЬ:

1. Классификацию типов мышц и их морфофункциональные отличия.

2. Двигательные единицы, их морфофункциональную классификацию и характеристику.

3. Физические характеристики скелетной мышечной ткани.

4. Морфологическую характеристику и скелетных мышц.

5. Функции (физиологические особенности) скелетной мышечной ткани.

6. Виды сокращения скелетных мышц в зависимости от режимов нагрузки и раздражения.

7. Какие из этих видов сокращения свойственны мышцам при их естественной деятельности в организме.

8. Одиночное мышечное сокращение, его фазы.

9. Суммацию мышечных сокращений (тетанус), ее виды и функциональную роль. Механизмы суммации.

10. Виды тетанусов.

11. Оптимум и пессимум частоты раздражения (и силы мышечного сокращения).

12. Факторы, определяющие силу и работоспособность скелетных мышц.

13. Морфофункциональную характеристику компонентов саркомера, миозиновых и актиновых нитей, тропомиозина и тропонина.

14. Механизм мышечного сокращения и расслабления и факторы, определяющие степень укорочения, напряжения и расслабления скелетных мышц.

15. Метаболизм и энергетику мышечного сокращения.

16. Работоспособность и утомление скелетных мышц.

17. Физиологические свойства и особенности гладкой мышцы. Основные морфофункциональные особенности саркомера гладких мышц.

УМЕТЬ:

1. Рисовать схемы двигательных единиц различных типов мышц.

2. Рисовать схемы одиночного мышечного сокращения.

3. Изобразить в виде схемы различные виды мышечных сокращений: одиночное, суммацию (полную и неполную, зубчатый и гладкий тетанус).

4. Рисовать структуру саркомера, актиновых и миозиновых нитей, тропомиозина, тропонина и его компонентов, процесс циклизации актомиозиновых мостиков.

5. Рисовать график зависимости силы сокращения от силы частотного раздражителя.

6. Объяснить тип ответа мышцы в зависимости от силы и частоты раздражителя.

7. Пользоваться электрораздражающими приборами, миографом и кимографом.

4. Методика проведения занятия.

1.Подготовительный этап занятия.

На этом этапе необходимо сформулировать цель и задачи занятия, написать тему и цели занятия на доске, объяснить студентам, что они должны знать и уметь по окончанию занятия. Указать студентам, что на этом занятии основное внимание и все изложение материала направлены на изучение физиологии сокращения скелетных мышц.

Изучение физиологических свойств и особенностей сердечной и гладкой мышечной ткани, будет проведено на занятиях по разделам "Физиология сердца и кровообращение", "Пищеварение" и др. Необходимо объяснить важность этого занятия для понимания других разделов физиологии и других дисциплин, связанных с изучением функции скелетных мышц.

Оставшуюся часть этого этапа занятия следует посвятить разбору, контролю и коррекции исходного уровня знания студентов, нарисовать и разобрать следующие схемы:

1. Кривую одиночного мышечного сокращения, с указанием его фаз и их продолжительности.

2. Кривые суммации одиночных мышечных сокращений (полная и неполная), с объяснением механизма.

3. Кривые зубчатого и гладкого тетанусов.

4. Кривые, позволяющие одновременно оценить возбуждение (ПД), изменение возбудимости и сокращение во время одиночного мышечного сокращения и при суммации.

5. Кривые оптимума и пессимума сокращения мышц и условия их возникновения.

6. Типы различных видов двигательных единиц.

7. Кривые развития утомления в нервно-мышечном препарате.

8. Схемы строения саркомера и входящих в него структур.

9. Строение миозиновых и актиновых нитей, тропомиозина и тропонина.

10. Схемы, объясняющие процесс циклизации актомиозиновых мостиков.

11. Сопряжения процессов возбуждения-сокращения и расслабления.

12. Схемы функционирования ионтранспортирующих систем (каналов, насосов и обменников) саркоплазматического ретикулума, участвующих в электромеханическом сопряжении.

13. Схемы биохимических процессов энергетического обеспечения скелетных мышц при выполнении работы.

14. Физиологические свойства и особенности гладкой мышцы.

Следует обратить внимание студентов на то, что формирование мышечной ткани и её последующая дифференцировка - сложный многоэтапный процесс, в котором уровень конечной организации достигается только после завершения полового созревания. В процессе онтогенеза развиваются не только отдельные мышечные волокна, но и их объединения - двигательные единицы, в которых состояние мышечных волокон определяется развитием соответствующих мотонейронов.

В эмбриональном периоде формирование мышечной ткани начинается на 4-ой - 6-й неделе внутриутробного развития и характеризуется образованием первичных мышечных веретён (миотрубки), к которым в последующем прирастают отростки мотонейронов спинного мозга. С этой стадии процесс формирования мышечных волокон связан в первую очередь с развитием мотонейронов спинного мозга. Это происходит на 6-ом - 7-ом месяце внутриутробного развития, и ребенок рождается с мышцами, уже частично прошедшими этап первичной дифференцировки, примерно на 53. В возрасте от 1 года до 2 лет, дифференцировочные процессы резко усиливаются и уже можно выделить волокна с “быстрым” (тип DE II B), с “медленным” (тип DE I) и “промежуточным” (тип DE II A) миозином.

В возрасте от 5 до 10 лет в соотношении между волокнами различного типа устанавливается относительная стабильность, но затем в возрасте 11-12 лет наступает резкое увеличение числа волокон с “быстрым” миозином. В возрасте 14 лет наблюдается увеличение количества волокон типа DE I. На этом этапе наблюдается резкое увеличение темпа роста мышечной ткани. К 17-18 годам устанавливается характерное для взрослых, соотношение мышечных волокон разного типа и их поперечные размеры.

В биохимическом отношении мышцы у детей, характеризуются низким содержанием миофибриллярных белков, сниженной АТФ-азной и высокой холинэстеразной активностью. По мере роста ребёнка эти отличия сглаживаются с показателями детей старшего возраста и взрослыми. Растёт содержание миозина и актина, тропомиозина и тропонина, белков саркоплазматического ретикулума. С возрастом уменьшается количество гликогена, молочной кислоты, нуклеиновых кислот и воды относительно массы мышечной ткани.

В функциональном отношении мышцы новорождённого характеризуются повышенной чувствительностью к некоторым гуморальным агентам, в том числе и к ацетилхолину. Отмечается низкая чувствительность к действию электрического тока при внутриутробном развитии, которая сохраняется и после рождения, имея высокие показатели хронаксии. В этот период мышцы воспроизводят лишь 3-4 сокращения в секунду. С возрастом число сокращений доходит до 60-80, с последующей способностью к формированию тетанических сокращений. При этом, созревание мионеврального синапса приводит к более лучшей передаче возбуждения (более чем в 4 раза) с нерва на мышцу.

По возможности объяснить понятие постетанической контрактуры.

2. Основной этап занятия.

На этом этапе занятия студенты выполняют лабораторные работы, обсуждают полученные результаты и делают выводы. Перед началом выполнения лабораторных работ, преподаватель объясняет особенности выполнения работ по методическому пособию и в дальнейшем следит за правильностью выполнения. Необходимо акцентировать внимание студентов на значимости проводимых работ.

3. Заключительный этап занятия.

В заключение занятия преподаватель подводит итоги полученных знаний и умений студентов посредством либо тестового контроля, либо решения ситуационных задач. В заключение занятия преподаватель дает задание на следующее занятие, проверяет и подписывает отчеты студентов.

Лабораторные работы

1. Приготовление нервно-мышечного препарата. (Повтор лабораторной работы занятия №1.)

2. Знакомство с работой измерительно-регистрирующей установки (миографа и кимографа).

3. Анализ одиночного мышечного сокращения.

4. Зависимость сокращения мышц от силы раздражения.

5. Тетаническое сокращение мышц.

6. Оптимальное и пессимальное раздражения.

Запись и анализ развернутой кривой одиночного мышечного сокращения. В ответ на одиночное кратковремен­ное раздражение скелетная мышца отвечает одиночным со­кращением. На кривой одиночного мышечного сокращения можно выделить три фазы: 1 - латентный период (время от момента нанесения раздражения до начала сокращения); 2 - фаза сокраще­ния, 3 - фаза расслабления. Для икроножной мышцы лягушки весь одиночный цикл сокращения длится 0,11-0,12 с, латентный период - 0,01 с, фаза сокращения - 0,05 с, фаза расслабления - 0,05-0,06 с.

Рекомендации к оформлению работы. Зарисуйте схему опыта, развернутую кривую одиночного мышечного сокращения вклейте в тетрадь, обозначив фазы сокращения и их длительность.

Зубчатый и гладкий тетанус. В организме мышцы сокращаются под влиянием ритмических импуль­сов, которые поступают к ним из ЦНС. Импульсы идут к мышцам с высокой частотой, которая превышает дли­тельность одиночного мышечного сокращения, в резуль­тате чего происходит суммация сокращений, которая вы­ражается в длительном и сильном сокращении всей мышцы, получившем название тетануса. Получить тетанус и проанализировать механизм его возникновения можно в условиях эксперимента. Если на мышцу наносить ритми­ческие стимулы с частотой 10—20 Гц, то каждый последую­щий импульс совпадает с фазой расслабления и тогда возникает зубчатый тетанус. Если еще больше увеличивать частоту раздражения до 20-40 Гц, то каждый последую­щий импульс будет заставать мышцу в период укорочения (сокращения) и в результате наступает длительное, непрерывное сокращение мышцы, получившее название гладкого тетануса.

Ход работы. Готовят препарат икроножной мышцы лягушки и укрепляют его в миографе, который соединен со стимулятором. Наносят 2-3 одиночных раздражения и записывают одиночные мышечные сокращения. Затем, увеличивая частоту раздражения до 10-20 Гц, записывают зубчатый тетанус, еще более увеличивая частоту до 20-40 Гц записывают гладкий те­танус.

Рекомендации к оформлению работы. Вклейте полученные кимограммы в тетрадь, сравните ам­плитуду одиночного сокращения и тетанического, объяс­ните условия возникновения зубчатого и гладкого тетануса.

Оптимум и пессимум силы и частоты раздражения. Н.Е.Введенским было показано, что при действии на мышцу ритмических раздражений амплитуда тетанического сокращения будет различной, она будет зависеть от частоты наносимых раздражений. Это объясняется тем, что при действии на мышцу ритмических раздражений, каждое предыдущее раздражение приводит к изменению возбудимости мышцы и поэтому влияет на величину последующей ответной реакции. Существуют определен­ные оптимальные, т.е. наилучшие значения частоты и силы раздражения, при которых возникает тетанус максимальной амплитуды. При значительном увеличении силы и частоты раздражения амплитуда тетануса уменьшается — это будет пессимум частоты и силы раздражения.

Ход работы. Готовят препарат икроножной мышцы лягушки. Находят величину стимула, вызывающего максимальное одиночное сокращение мышцы. Затем находят оптимальную частоту, которая вызывает возникновение гладкого тетануса максимальной амплитуды. Для неутом­ленного нервно-мышечного препарата лягушки эта частота приближается к 40-50 Гц. На медленно вращающемся кимографе записывают в течение 5-6 с тетанус, возни­кающий при оптимальной частоте раздражения. Затем резко увеличивают частоту и силу раздражения, не прекра­щая записи миограммы. Амплитуда сокращения резко сни­жается. Это будет пессимум частоты и силы раздражения.

Рекомендации к оформлению работы. Зарисовать, сделать вывод о значении частоты раздражения для суммаций сокращений. Ообъясните механизм оптимума и пессимума.