фізіологія Плиска остання

Рецепторами в нервово-м'язових синапсах є Н-ХР, медіатором — ацетилхолін, блокаторами — курареподібні речовини (диплацин). Гальмування активності холінестерази (езерином, галантаміном) веде до сумації потенціалів кінцевої пластини і розвитку стійкої підпорогової деполяризації прилеглої ділянки мембрани м'язового волокна завдяки збільшенню її Екр (катодична депресія). Це викликає блокаду проведення наступних потенціалів дії через нервово-м'язо- вий синапс. Внаслідок частої стимуляції також можливе зростання Екр прилеглих ділянок. Це — песимальне (вторинне) гальмування Веденського. Заблокувавши кальцієві канали пресинаптичної мембрани, можна також припинити проведення збудження через нер- вово-м'язовий синапс. Особливостями проведення є те, що воно одностороннє, проводиться кожний окремий імпульс, це проведення спричинняє швидке стомлення синапса у зв'язку з вичерпанням медіатора і здійснюється з малою швидкістю, але дещо більшою, ніж у синапсах центральної нервової системи.

Тубокурарин протидіє деполяризувальній дії ацетилхоліну, блокуючи ХР, дитилінспричиняєміопаралітичний ефектвнаслідокстійкоїдеполяризації постсинаптичної мембрани. Денервація м'язів збільшує їхню чутливість до ефектів ацетилхоліну внаслідок збільшення синтезу його рецепторів та їх вбудовування у плазмолему вздовж усієї поверхні волокна.

Заблокувавши нервово-м'язові синапси скелетної мускулатури (у тому числі й дихальних м'язів), можна виключити їх скорочення, що важливо при оперативних втручаннях наорганах грудної порожнини. Водночаспорушенняпередавання збудженняспостерігається призахворюванні— міастенії (м'язова слабкість). Міастенічний синдром мало відрізняється від міастенії, але при останній відсутні м'язові болі, сухожильні рефлекси нормальні.

Окремим видом проведення є аксонний транспорт, за допомогою якого транспортуються фізіологічно активні речовини медіаторної природи. Ці речовини, переважно пептиди, синтезуються в тілі нейрона. Надалі вони деградують і волокнами транспортуються до синаптичних структур зі швидкістю до 40 см за добу (швидкий) або до 20 см (повільний аксонний транспорт). Ще рідше спостерігається ретроградний транспорт — наприклад, ацетилхолінестерази. Це може впливати на синтез білка в сомі нейрона, оскільки після перерізки він порушується. Інколи ретроградно можуть поширюватись віруси й бактеріальні токсини, які проникли на периферії.

Механізм аксонного транспорту пов'язаний з наявністю в аксоні кінезину мікротрубочок. їхня стінка складається з білка тубуліну, що має АТФ-азну активність. Інша гіпотеза ґрунтується на наявності

53

в деяких нейрофібрилах білка актину. У цьому разі мікротрубочки відіграють роль міозину. Транспортні нитки ковзають уздовж мікротрубочок, нагадуючи механізм скорочення в м'язах. Для цього також необхідні іони Са2+. Так переносяться речовини й органели. Також вважають, що переміщення можливе завдяки полімеризації тубуліну. Тоді один кінець мікротрубочки росте, інший залишається без змін або він «розбирається». Розрізняють швидкий (15-20 мм/год — мало залежить від розміру транспортованої речовини і виду нейрона) та повільний (рух субклітинних структур — наприклад мітохондрій).

Вінбластинтаколхицинблокуютьсамозбираннятрубочок.

Фізіологія м'язового скорочення

М'язи поділяються на поперечносмугасті та гладенькі (гладкі), або рівні. До поперечносмугастих відносять скелетні та серцевий м'язи.

Скелетні м'язи мають такі властивості: збудливість, провідність, скоротливість, здатність до розслаблення та розтягання, еластичність, лабільність. Вонизабезпечуютьпересуванняорганізмувпросторі, переміщення його частин одна відносно іншої, забезпечують певну позу, беруть участь в обігу крові й лімфи, являють собою депо води і солей, утворюють бар'єр для внутрішніх органів, регулюють акти вдиху і видиху. їх рухова активність — це найважливіші антиентропійний та антистресовий фактори. Результатом їхньої дії, крім того, є теплоутворення, що також має пристосувальне значення. Викликати скорочення можна прямо, подіявши подразником на м'яз, або подразнюючи нервове волокно, що його іннервує (непряме подразнення).

Скоротливий апарат м'язів включає тонкі (актинові) та товсті (міозинові) білки. Механізм їхньої взаємодії пояснюється теорією ковзання Хакслі й Хансона. Нитки міозину й актину розміщені паралельно, утворюючи міофібрили товщиною близько 1 мм. Z-мем- бранами вони поділяються на саркомери. Крім того, через Z-мем- брани проходять та прикріплюються ними тільки актинові нитки, що надає їм просторової орієнтації. Діючим компонентом зазначеної структури є ос-актинін. Усередині саркомера знаходиться зона з міозиновими нитками. З обох боків між ними частково проходять актинові нитки. У зв'язку з подвійним заломленням променів у поляризованому світлі вона називається Л-диском (темні диски, які містять міозинові та актинові нитки). З обох боків Л-дисків розташовані світлі ділянки лише з актиновими нитками — /-диски.

54

Ізотропні світлі /-диски містять тільки актинові нитки. Чергування темних і світлих дисків надає поперечної смугастості скелетним м'язам. Зона диска А без перекриття міозинових та актинових ниток більш світла і називається Я-зоною.

На електоронних мікрофотографіях посередині виявляється тонка темна М-лінія (сітка опірних білків, що утримують, можливо, міозинові нитки на зразок жмутика всередині саркомера) з більш світлими L-лініями з боків. Разомвониутворюютьтакзвану «псевдо-Я-зону». ДвіL-лінії— цесегментиміозиновихволокон, якінеутворюютьактоміозиновихпоперечнихзв'язків. Міозин-міозинові поперечні зв'язки визначають прозорість М-смужки.

Міозин (гексамер — два важкі й чотири легкі ланцюги) складається з двох важких поліпептидних ланцюгів (мають конформацію а-спіралі), закручених один відносно одного. їхні iV-кінці утворюють глобулярні «головки», зв'язані нековалентними зв'язками з додатковими чотирма легкими поліпептидними ланцюгами. Триптичний гідроліз міозину спричиняє утворення «легкого» та «важкого» мероміозину. Гідроліз важкого мероміозину утворюєдваглобулярнісубфрагменти5, (головкиміозину) тапаличкоподібний субфрагмент 52 (прилеглий до головок фібрилярного хвоста молекули міозину) — еластичний. Головки 5, мають центри з АТФ-азною активністю та центри зв'язування з актином при відсутності АТФ. У поздовжньому напрямку фібрилярні «хвости» міозину, контактуючи між собою, утворюють товсті філаменти саркомерів. Кінцева частина хвостової нитки міозину довжиною 100 нм утворює легкий мероміозин. Шарніри в ділянці з'єднання важкого й легкого мероміозинів і ділянці шийки молекули міозину (5, -^-з'єднання) дозволяють змінювати конфігурацію молекули. Кожна міозинова молекула з'єднана з Z-лінією величезним білком — титином. Половина головок направлена в один бік, інша — в протилежний. Легкий мероміозин залягає в товщі товстої нитки, важкий мероміозин (завдяки шарнірним ділянкам) виступає на її поверхню.

Білок актин має форми G (глобулу) та F. Нековалентно зв'язуючись між собою, субодиниці С-актину утворюють ланцюги .F-актину. Останні у м'язових клітинах утворюють фібрили, переплетені з двох ланцюгів один навколо одного.

Сампроцесспряженнязбудженнязіскороченням(електромеха-

нічне спряження, або електромеханічний каплінг), або яким чином збудження викликає скорочення, проходить кількома фазами. Так, збудження, що виникло на мембрані м'язового волокна біля синаптичної бляшки, поширюється далі за допомогою місцевих струмів. Переходитьвонойнапоперечнітрубочки, якімаютьоднаковузмембраною будову. З поперечних трубочок потенціал дії передається на мембрану саркоплазматичногоретикулума(СР) - гладенька ендоп-

лазматична сітка у скелетних м'язах і кардіоміоцитах, що викликає вихід іонів Са2+ із цистерн останнього в цитоплазму.

55

Гладенька ендоплазматична сітка — система анастомозувальних мембранних каналів, пухирців і трубочок, яка не містить рибофоринів і тому не зв'язана з рибосомами.

Поперечні трубочки із сусідніми термінальними цистернами СР утворюють тріади.

Всередині цистерн міститься кальцій, що зв'язує білок (кальсеквестрин, кальретикулін). У мембрану цистерн-депо вбудовані кальцієві насоси й кальцієві канали (є кілька видів, у тому числі рецепторкеровані ріанідином та інозитолтрифосфатом — І3Т). Цистерни містять також фосфаламбан (в гладеньком'язових клітинах та кардіоміоцитах) — низькомолекулярний фосфопротеїн, який регулює захоплення іонів Са2+.

У ділянці тріад мембрана Г-трубочок містить рецептори дігідропіридину. Деполяризація мембрани Г-трубочок спричиняє в структурі останнього конформаційні зміни, які передаються на рецептори ріанідину термінальних цистерн СР.

Передавання збудження з Г-трубочок на СР обумовлено: а) наявністю контактів (містків-каналів) між даними утвореннями клітини (проводять іони Са2+ і Na+); б) зміною концентрації іонів (наприклад, Na+) у примембранному прошарку на пікові потенціалу дії. До того ж у Г-трубочках наявні власні кальцієві канали, вхід через них іонів Са2+ активує вихід останнього з термінальних цистерн — хімічна гіпотеза. За електричною гіпотезою, деполяризація мембрани настільки сильна, що відкриває потенціалзалежні канали термінальних цистерн. Електромеханічна гіпотеза передбачає конформаційні зміни мембрани внаслідок проходження потенціалу дії у місцях контакту Г-трубочок та цистерн СР.

Урезультаті концентрація іонів Са2+ в цитоплазмі підвищується

з10~7 М до 10~5 М. Дифузно поширюючись цитоплазмою, іони Са2+ з'єднується з тропоніном С. Останній контактує з тропоміозином, якийрозміщенийнаниткахактину. Тропонін, будучиніби«перемикачем» для тропоміозину, спричиняє зміну його просторової конформації зі звільненням активних центрів тонких ниток актину. Тропонінтропоміозиновий комплекс попереджує спонтанну взаємодію міозина з актином. Конформаційні зміни молекул відбуваються під впливом великого електростатичного заряду іонів Са2+. До активних центрів актину приєднуються головки товстих ниток міозину, утворюючи поперечні містки. Опірні білки між міозином

іZ-мембраною забезпечують просторове розміщення міофібрилам у м'язовому волокні. Маючи АТФ-азну активність, головки міозину розщеплюють молекулу АТФ і роблять «гребний рух». Цих рухів за 0,1 с вони роблять 50. Внаслідок цього нитки актину втягуються

56

між нитки міозину, викликаючи вкорочення м'язового волокна, тобто відбувається процес скорочення. Це — теорія ковзаних ниток Хью-Хакслі

(рис. 20).

ЗаданимиМ. Ф. Шуби, процес скорочення обумовлений «вкручуванням» актинових ниток між міозинові, що є більш енергетично вигідним.

Однак в останні роки дедалі більшого поширення набуває теорія, за якої вважається, що енергія АТФ затрачується на процес від'єднання міозинових 5,-головоквідактиновихниток. Це підтверджується тим, що за відсутності АТФ, після смерті,

розвивається трупне заклякання. Весь процес скорочення у цьому разі має п'ять фаз:

1. Устаніспокоюміозинтаактинроз'єднані. Продукти гідролізу

нзв'язані зміозином.

2.Збудження м'яза спричиняє зсув ^-головки до G-субодиниць актину і їх з'єднання з вивільненням Фн з міозину.

3.Із міозину вивільнюється АДФ, що викликає конформаційні зміни 5,-головки, яка зв'язана з актином. Кут між головкою і віссю міофібрилизмінюєтьсяз90 ° до45 °. Урезультатіактинвтягується міжниткиміозину.

4.АТФ зв'язується з актином, і це викликає розрив зв'язку між актином і міозином, ^-головка віддаляється від актину.

5.Звільнений АТФ гідролізується до АДФ та Фн внаслідок АТФ-азноїактивності вільнихголовокміозину. Продуктигідролізу з'єднуються з актином. Актин та міозин готові до нового циклу.

Енергія для скорочення береться в таких біохімічних реакціях:

АДФ + креатинфосфат <-» АТФ + креатин АДФ<-» АТФ+АМФ

АМФ<-» інозинмонофосфат+

Сам синтез АТФ здійснюється у процесах окиснювального фосфорилювання й анаеробного гліколізу. Креатинфосфат є формою транспорту АТФ до місць його утилізації. Запаси ж креатин-фос-

57

фату забезпечують енергією короткочасне інтенсивне фізичне навантаження. Процес розслаблення обумовлений зменшенням внутрішньоклітинної концентрації іонів Са2+ з 10~3 М до 10~7 М завдяки його відкачуванню кальцієвими насосами СР в поздовжні трубочки. У результаті комплекс тропонін — Са2+ дисоціює, тропоміозин закриває активні центри актину й утворення поперечних містків стає неможливим. Починає розслаблятися м'язове волокно, використовуючи накопичену під час скорочення потенціальну енергію розтягання пружних елементів м'язового волокна (деформація мембрани, скоротливих білків, внутрішньоклітинних органел).

Недостатність Са2+ — АТФ-ази СР супроводжується швидкою м'язовою втомлюваністю при фізичному навантаженні (міопатія Броді).

Ступінь скорочення й напруження скелетних м'язів залежить від кількості м'язових волокон, частоти стимуляції (потенціалів дії), їхнього функціонального стану, числа утворених актоміозинових містків, тривалості активного періоду.

Таким чином, енергія в м'язовому волокні затрачується на підтримання градієнта концентрації іонів між внутрішньо- і зовнішньоклітинним середовищами, на саме скорочення та на процес розслаблення (точніше, на роботу кальцієвих насосів СР). Основний висновок полягає в тому, що процеси розслаблення також енергозалежні.

Лабільність, або ритм відтворення частоти мотонейроном складає навіть найбільш повільного — > 200 імп/с, м'язовим волокном — > 100, нервово-м'язовим синапсом — < 100 імп/с.

У разі рідких поодиноких стимуляцій м'язового волокна викликані його збудження супроводжуватимуться поодинокими скороченнями. Ці скорочення мають такі фази й періоди: а) латентний період — час, протягом якого спостерігається поширення потенціалу дії мембраною м'язового волокна й проходять біохімічні процеси в ньому, що спричиняє збільшення його напруження; б) фаза скорочення — час від початку скорочення до досягнення його максимуму; в) фаза розслаблення — час від моменту досягнення максимального скорочення і початку розслаблення до повного розслаблення м'язового волокна (рис. 21, А). Амплітуда сили скорочень поодинокого волокна підпорядковується закону «все або нічого». При збільшенні частоти стимуляції потенціали дії починають виникати в період, коли м'язове волокно ще повністю не розслабилося. З'являються повторні скорочення. їхня амплітуда перевищуватиме амплітуду поодиноких скорочень. Це — зубчастий тетанус (рис. 21, Б). Якщо й надалі збільшувати частоту стимуляції м'язового волокна, то

58

уїхніхволокнахвиникають А- поодинокескорочення; Б- зубчастий електричніявищаувигляді тетанУс; в ~ раденькийтетанус потенціалів дії. Реєстрація

сумарної електричної активності м'яза, що виникає в ньому при скороченні, називаєтьсяелектроміографією.

У м'язі кожне рухове нервове волокно іннервує не одне, а групу м'язових волокон. Мотонейрон (МН) спинного мозку з іннервованими ним м'язовими волокнами називається руховою одиницею. Прицьому ву-мотонейроні, навітьу стані спокою, існуєнизькафонова активність. Вона спричиняє поперемінне скорочення тих або іншихгрупм'язовихволоконзалежновідпорогу їхзбудження, обумовлюючи м'язовий тонус навіть у спокої. Зі збільшенням частоти розрядів у МН збільшується кількість втягнутих у скорочення м'я- зових волокон, оскільки у процес скорочення втягуються і найбільш високопорогові рухові одиниці. У результаті зростає і сила скорочень завдяки виникненню спочатку зубчастого, а надалі й гладенькоготетанусу. Крімтого, зростаєкількістьтетанічноодночасноскорочених рухових одиниць. В ідеалі максимальне скорочення повинноспостерігатисьу тойчас, колиабсолютновсіруховіодиниці перебувають у гладенькому тетанусі. Насправді всяке скорочення частіше за все зубчастотетанічне. При цьому кількість рухових одиниць, втягнутих у скорочення, постійно змінюється. Називається таке скорочення — асинхронний тетанус. Таким чином, на рівні органа сила скорочень залежить від числа втягнутих у процес м'язових волокон, частоти їхнього збудження та функціонального стану (наприклад, енергопостачання, наявності іонів Са2+); на рівні клітини — від кількості утворених актоміозинових містків тривалості періоду скорочення.

Залежно від навантаження скорочення поділяють на ізометричні, ізотонічнійауксотонічні. Приізометричномускороченнім'яззакріплений обома кінцями нерухомо. Його подразнення самого скорочення не викликає (довжина м'язових волокон залишається практично постійною, оскільки розтягання його сухожилків дуже незначне).

59

капілярів та концентрації міоглобіну, висока концентрація міоглобіну — тип І) та змішані (тип ПА— швидкі окиснювальні, які використовують як окиснювальне фосфорилювання так і гліколіз, але у людини вони дуже рідкісні) м'язові одиниці. Кількістю, напрямком таспіввідношеннямшвидкихіповільниходиницьвизначаєтьсямаксимальнасилам'язів— максимальнийвантаж, якийможебутипіднятийданимм'язом, абомаксимальненапруження, якевінможерозвинути. Якщо максимальну силу співвіднести з поперечним перерізом абовиразити, якусилум'язрозвиваєна1 см2, тоодержимоабсолютну силу. Це дозволяє порівняти силу скорочення різних м'язів.

Параметрами скелетних м'язів є швидкість вкорочення, втомлюваність, діаметр, колір та ін. Колір обумовлений кількістю мітохондрій, вмістомміоглобіну, щільністюкапілярівтощо. Виділяютьчервоні й білі та повільні й швидкі м'язи і волокна. Однак кожний м'яз гетерогенний, і його тип визначають за переважанням конкретного типу волокон, а останні — за характером скорочення, швидкістю вкорочення й типом окиснювального обміну.

Як вже зазначалося вище, виділяють такі рухові одиниці: а) швидкі(циклскорочень50 мс, маютьвеликусилускорочень, анаеробний тип метаболізму завдяки розщепленню глікогену, містять мало міоглобіну і мітохондрій та називаються «білими», або гліколітичними м'язами, швидко втомлюються, МН мають високий поріг збудження, забезпечують швидкі й сильні ритмічні скорочення) та б) повільні (цикл скорочень 250 мс, переважає аеробний тип окиснення, містять багато міоглобіну і мітохондрій, повільно втомлюються, мотонейрони мають низький поріг збудження та розвивають менше за силою тонічне скорочення, називаються «червоними», або окиснювальними м'язами). Субстрат для окиснення — глюкоза, жирні кислоти, кетонові тіла. У швидких рухових одиниць визначається ізоформа міозину з високою активністю АТФ-ази, у повільних — менша активність (швидкий і повільний міозин). «Червоні» поділяються ще на швидкі невтомливі й повільні невтомливі. В організмі людинибільшістьруховиходиниць — змішані. Тому залежно від величини збудження нервових центрів забезпечуються як повільні тонічні скорочення, так і швидкі фазні. Однак у певних м'язах і навіть в окремих індивідуумів спостерігається переважання тих або інших рухових одиниць. Конституціонально— цеспринтериабостаєри.

МН швидких одиниць генерують потенціали дії з частотою до 60 Гц, повільних— до20 Гц. Тому воднійруховійодиниціможливі поодинокі скорочення та зубчастий і гладенький тетануси. Однак реально різні МН одного м'яза збуджуються асинхронно, відповідно асинхронно скорочуються і м'язові волокна. До того ж навіть

61

в одній руховій одиниці збудження до різних м'язових волокон приходить неодночасно. Сумуючись, вони формують плавне скорочення, подібне до гладенького тетанусу. Асинхронність підтверджується електроміографічно: відмічається велика кількість потенціалів дії різної амплітуди. Отже, реально в м'язах не спостерігаються ні поодинокі, ні гладенькотетанічні скорочення в їх класичному вигляді, як на нервово-м'язовому препараті. В дійсності асинхронні скорочення рухових одиниць проявляються у двох видах скорочень цілого м'яза — фазному й тонічному. Фазні забезпечують локомоції. Тонічні (ізометричні невеликої сили) формуються невеликим числом рухових одиниць з невеликою частотою збудження МН повільних рухових одиниць. їхня роль полягає в замиканні суглобів і обмеженні ступенів свободи кінематичних ланцюгів з формуванням певної пози.

Підняття вантажу м'язом супроводжується концентричним скороченням, поверненнявантажувпопереднєположення— ексцентричним. Востанньому випадку м'язичастішепідлягають ушкодженню.

Пошкодження нерва скелетного м'яза викликає його гіпотрофію (зменшення обсягу м'язових волокон, розростання сполучної тканини, підвищення чутливості до ацетилхоліну). Зменшення маси м'яза також починається вже на третій день після його іммобілізації. Регенерація нерва супроводжується нормалізацією м'яза. Це — нейротрофічний ефект МН на м'яз.

Певні гормони (анаболічні стероїди, ангіотензин II) спричиняють гі-

пертрофію м'язів.

Гладенькі м'язи

М'язи, які знаходяться у внутрішніх органах, називаються гладенькими м'язами. їхні протофібрили (міофіламенти — актин і міозин поздовжнього розташування) не утворюють міофібрил, менш упорядковані, ніж у поперечносмугастих м'язах, і тому відсутня поперечна смугастість. Актинових філаментів більше. Скорочення гладеньких м'язів — тривалі й менш втомливі. Умовно вони поділяються на фазні (фазно-тонічні) й тонічні. Фазні генерують повноцінний потенціал дії, тонічні — лише місцеве збудження, хоча за певних умов також можуть генерувати потенціал дії. Крім актину й міозину, вони містять тропоміозин, кальдесмон та кальпонін поздовжнього напрямку. Вони розміщуються під кутом до осі клітини, утворюючи об'ємну сітку. Фіксація актинових ниток до цитолеми або між собою здійснюється а-актиніном. Фосфорилювання білків регулюється концентрацією внутрішньоклітинних іонів Са2+, а регуляція концентрації останнього здійснюється кальмодуліном. У свою чергу іони

62