Гладкие мышцы

Различают 2 типа гладких мышц: мультиунитарные (множественные) и унитарные (единичные).

Материал этого раздела см. в книге.

Механизм сокращения

В ГМК, как и в других мышечных элементах, работаетактомиозиновыйхемомеханическийпреобразователь, но АТФазная активность миозина в ГМК приблизительно на порядок величины ниже активности АТФазы миозина поперечнополосатой мышцы. Отсюда, а также из факта лабильности миозиновых нитей (их постоянная сборка и разборка при сокращении и расслаблениисоответственно) вытекает важное обстоятельство — в ГМКмедленноразвиваетсяидлительноподдерживаетсясокращение. При поступлении сигнала к ГМК (через рецепторы плазмолеммы и щелевые контакты, а также при растяжении ГМК)сокращениеГМКзапускаютионыкальция, поступающие изкальциевых депо. Рецептор Ca²⁺—кальмодулин. Таким образом,увеличениесодержанияCa²⁺вмиоплазме—ключевоесобытиедлясокращенияГМК.

 РегуляцияCa²⁺вмиоплазмеГМК— процесс, начинающийся с изменения мембранного потенциала (МП) и/или связывания рецепторов плазмолеммы с их лигандами (регистрация сигнала) и заканчивающийся изменением режима работы Ca²⁺‑каналов в депо кальция (открытоеилизакрытое состояние Ca²⁺‑каналов).

 ИзменениямембранногопотенциалаГМК происходят при передаче возбуждения от клетки к клетке черезщелевыеконтакты, а также при взаимодействии агонистов (нейромедиаторы,гормоны) с их рецепторами. Изменения МП открывают потенциалозависимые Ca²⁺‑каналы плазмолеммы, и в цитоплазме ГМК повышается концентрация Ca²⁺. Этот Ca²⁺активируетрецепторырианодинакальциевых депо(см. рис. 7–5 в книге).

 РецепторыплазмолеммыГМК многочисленны. При взаимодействии агонистов с их рецепторами (например, норадреналина,гистамина) на внутренней поверхности плазмолеммы активируется фосфолипаза С, и образуетсявторойпосредникинозитолтрифосфат(ИТФ). ИТФ активирует рецепторы ИТФ кальциевых депо (см. рис. 7–5 в книге).

 Активациярецептороврианодинаиинозитолтрифосфатав кальциевых депо открывает их Са²⁺‑каналы, и поступающий в миоплазму Са²⁺ связывается скальмодулином.

 СокращениеирасслаблениеГМК

 Сокращение. При связывании Ca²⁺скальмодулином(аналог тропонина С поперечнополосатой мышечной ткани) происходитфосфорилированиелёгкойцепимиозинапри помощи киназы лёгких цепей — сигнал для сборки миозиновых нитей и их последующего взаимодействия с тонкими нитями. Фосфорилированный (активный) миозин прикрепляется к актину, головки миозина изменяют свою конформацию, и совершается одногребковоедвижение, т.е. втягивание актиновых миофиламентов между миозиновыми. В результате гидролиза АТФ разрушаются актин–миозиновые связи, головки миозина восстанавливают свою конформацию и готовы к образованию новых поперечных мостиков. Продолжающаяся стимуляция ГМК поддерживает формирование новых миозиновых миофиламентов и вызывает дальнейшее сокращение клетки. Таким образом, сила и продолжительность сокращения ГМК определяется концентрацией свободного Са²⁺, окружающего миофиламенты.

Двусторонняяполярностьпоперечныхмостиков. Особенностью миозиновых нитей ГМК является двусторонняя полярность их поперечных мостиков. Шарнирные приспособления мостиков таковы, что мостики, прикреплённые к одной стороне миозиновых филаментов, тянут актиновые нити в одну сторону. Одновременно мостики, расположенные на другой стороне, тянут их в противоположную сторону. Особенность подобной организации гладкой мышцы позволяет ей укорачиваться во время сокращения до 80% и не ограничиваться 30%, как это имеет место в скелетной мышце. Более высокой степени укорочения способствует и тот факт, что актиновые нити прикреплены к плотным тельцам, а не к Z-линиям, и миозиновые мостики могут взаимодействовать с актиновыми нитями на значительно большей протяжённости их длины.

 Расслабление. При уменьшении содержания Ca²⁺ в миоплазме (постоянное откачивание Ca²⁺вдепо кальция) происходитдефосфорилированиелёгкойцепимиозинапри помощи фосфатазы лёгких цепей миозина. Дефосфорилированный миозин теряет сродство к актину, что предотвращает образование поперечных мостиков. Расслабление ГМК заканчивается разборкой миозиновых нитей.

Запирательныйфеномен. Цикл поперечных мостиков, определяющий сокращение, зависит от интенсивности миозинкиназной и миозинфосфатазной ферментных систем. Полноценное сокращение, возникшее в ГМК, продолжает удерживаться длительное время, несмотря на то, что уровень активации может быть ниже исходного значения. Энергия для поддержания удерживаемого сокращения минимальна, иногда меньше 1/300 затрат энергии на подобное поддерживаемое сокращение скелетной мышцы. Этот феномен называется «запирательныммеханизмом». Его физиологическое значение заключается в поддержании длительного тонического сокращения мускулатуры большинства полых внутренних органов.

 Времясокращенияирасслабления. Прикрепление миозиновых мостиков к актину, их освобождение от актина и новое прикрепление для очередного цикла в ГМК намного (в 10–300 раз) медленнее, чем в скелетной. Фазы укорочения и расслабления ГМК длятся в среднем от 1 до 3 сек, что в десятки раз продолжительнее сокращения скелетной мышцы.

 Силасокращениягладкой мышцы, несмотря на небольшое количество миозиновых нитей и замедленный цикл поперечных мостиков, подчас превышает силу, развиваемую скелетной мышцей. В расчёте на поперечное сечение сила гладкой мышцы составляет от 4 до 6 кг на 1 см², в то время как для скелетной мышцы этот показатель равен 3–4 кг. Такая сила объясняется более продолжительным временем прикрепления миозиновых мостиков к актиновым нитям.

 Стресс-релаксациягладкоймышцы. Существенной особенностью гладкой мышцы является её способность возвращаться в несколько секунд или минут к исходной величине силы сокращения после удлинения или укорочения мышцы. Например, резкое увеличение объёма жидкости в мочевом пузыре так растягивает его мышцу, что немедленно приводит к повышению давления в пузыре. Однако спустя 15 сек или несколько более, несмотря на продолжающееся растяжение пузыря, давление возвращается к исходному уровню. Если давление снова повышается, то снова повторяется тот же эффект. Резкое уменьшение объёма пузыря приводит вначале к значительному падению давления, но несколько секунд или минут спустя оно возвращается к исходному уровню. Это явление получило названиестресс-релаксацияиобратнаястресс-релаксация(обратнаястабилизациянапряжения). Стабилизация напряжения и обратная стабилизация напряжения происходят в результате изменения положения миозиновых поперечных мостиков на актиновых филаментах и необходимы для поддержания постоянного давления в полых внутренних органах.

 Энергия, необходимая для поддержания сокращения гладкой мышцы, составляет от 1/10 до 1/300 по сравнению со скелетной мышцей. Подобного рода экономное использование энергии важно, поскольку многие внутренние органы — мочевой пузырь, жёлчный пузырь и другие — поддерживают тоническое сокращение практически постоянно.

 Мембранныйпотенциал. В состоянии покоя МП ГМК колеблется от –50 до –60 мВ.

 Потенциалдействия. В ГМК внутренних органов (моноунитарные гладкие мышцы) можно зарегистрировать два вида ПД: спайковый ПД и ПД с плато (рис. 7–20)

Рис.7–20.Потенциалыдействиявгладкоймышце.А— ПД в гладкой мышце, вызванный внешним стимулом;Б— Повторные спайковые ПД, вызванные медленными ритмическими электрическими волнами, наблюдающимися в спонтанно сокращающейся гладкой мышце стенки кишечника;В— ПД с плато (ГМК миометрия).

 СпайковыеПД, показанные на рисунке7–20Б, наблюдаются в ГМК многих внутренних органов. Продолжительность потенциала колеблется от 10 до 50 мс, амплитуда (в зависимости от исходного МП) составляет от 30 до 60 мВ. ПД могут вызываться различными путями (например, электростимуляцией, действием гормонов, нервной стимуляцией, растяжением мышцы или возникать в результате спонтанной генерации самой ГМК).

 ПДсплато(рис. 7–20В) отличаются от обычных ПД тем, что после достижения пика потенциал выходит на плато, которое длится до 1 сек и более, и только затем наступает фаза реполяризации. Физиологическое значение плато заключается в необходимости некоторых видов гладких мышц развивать продолжительное сокращение (например, в матке, мочеточниках, лимфатических и кровеносных сосудах).

 ИонныймеханизмПД. Ключевую роль в возникновении и развитии ПД играет не Na⁺‑каналы, а потенциалозависимые Ca²⁺‑каналы.

 Спонтаннаяэлектрическаяактивность. Некоторые гладкие мышцы способны самовозбуждаться в отсутствие внешних стимулов, что связано с медленными постоянными колебаниями МП (медленные ритмические волны). Если медленные волны достигают пороговой величины — свыше –35мВ, то они вызывают ПД, которые, распространяясь по мембранам ГМК, вызывают сокращения. Рисунок 7–20Б демонстрирует эффект возникновения на вершине медленных волн ПД, которые вызывают серии ритмических сокращений мускулатуры стенки кишечника. Это дало основание назвать медленные ритмические волныпейсмейкернымиволнами.

 Влияниерастяжениянаспонтаннуюактивность. Растяжение гладкой мышцы, произведённое с определённой скоростью и достаточно интенсивно, вызывает появление спонтанных ПД. Было обнаружено, что в мембране ГМК имеются специальные Ca²⁺‑каналы, активируемые растяжением. Возможно, это является результатом суммации двух процессов — медленных ритмических волн и деполяризации мембраны, вызванной собственно растяжением. Как правило, кишка в ответ на интенсивное растяжение автоматически ритмически сокращается.

В заключение приведём последовательность этапов сокращения и расслабления гладкой мышцы: сигнал повышение концентрации ионов Ca²⁺в саркоплазмесвязывание Ca²⁺скальмодулиномфосфорилирование лёгких цепей миозина и сборка миозиновой нитисоединение миозина с актином, сокращениедефосфорилирование миозина фосфатазамиудаление Ca²⁺ из саркоплазмырасслабление или удерживаемое запирательным механизмом сокращение.