Центральная нервная система

Чтобы понять, как даже наиболее элементарные стимулы вызывают мышечную деятельность, необходимо рассмотреть строение нервной системы.

Центральная нервная система

• Головной мозг

• Спинной мозг

Периферическая нервная система

• Черепные нервы

• Спинномозговые нервы

Сенсорный отдел (афферентный)

Двигательный отдел (эфферентный)

Соматическая нервная система (произвольная)

Автономная нервная система (непроизвольная)

Рефлекс (от лат. reflexus — отражённый) — стереотипная реакция живого организма на раздражитель, проходящая с участием нервной системы.Рефлекс — основная форма деятельности нервной системы.

Рефлекторная дуга состоит:

• Рецепторы ( какие? )

• Афферентный нейрон (чувствительный) Входит через сенсорный дорсальный корешок спинного мозга в спинной мозг

• Вставочный нейрон (в сером веществе)

• Через вентральный корешок спинного мозга выходит эфферентный нейрон (двигательный)

• К мышцам

• Почему можно удержать руку на горячей плите?

Сенсорные пути к головному мозгу могут прерываться в сенсорных участках ствола мозга, в мозжечке, таламусе или коре головного мозга. Участок, где заканчиваются сенсорные импульсы, называется интеграционным центром.

• Сенсорные импульсы, которые прерываются (заканчиваются) в спинном мозге, здесь и интегрирутся. (Простой коленный рефлекс).

• Сенсорные импульсы, заканчивающиеся в нижней части ствола мозга: постуральный контроль при передвижении, пребывание в положении сидя или стоя

• Мозжечок, подсознательный контроль движения. Делает наши движения плавными

• Таламус, достигает уровня сознания и человек начинает различать всевозможные ощущения

• Кора больших полушарий – человек может дискретно локализировать сигнал (откуда идет?) Основная чувствительная зона коры головного мозга, расположена в постцентральной извилине (в теменной доле), принимает общие сенсорные импульсы от рецепторов кожи, проприорецепторов мышц, сухожилий и суставов. В этом участке имеется «карта» всего тела. Стимулирование в определенном участке распознается, и его точное нахождение сразу становится известным. (Гомункулус)

Простая просьба: пойди возьми гантели весом 2,5 кг?

Механизм мышечного сокращения

Мы́шечное сокраще́ние — реакция мышечных клеток на воздействие нейромедиатора, реже гормона, проявляющаяся в уменьшении длины клетки. Это жизненно важная функция организма, связанная с оборонительными, дыхательными, пищевыми, половыми, выделительными и другими физиологическими процессами.

Все виды произвольных движений — ходьба, мимика, движения глазных яблок, глотание, дыхание и т. п. осуществляются за счёт скелетных мышц. Непроизвольные движения (кроме сокращения сердца) — перистальтика желудка и кишечника, изменение тонуса кровеносных сосудов, поддержание тонуса мочевого пузыря — обусловлены сокращением гладкой мускулатуры. Работа сердца обеспечивается сокращением сердечной мускулатуры.

Физиология двигательной системы

Скелетная, или соматическая, мускулатура человека составляет 30 - 35 % массы тела и представлена поперечно-полосатой мышечной тканью. Функции мышечной системы разнообразны.

• Какие функции выполняет мышечная система?

Кроме основной — поддержания позы, движения, фиксации внутренностей, следует отметить и биологические функции — участие в обмене веществ, терморегуляции и поддержания тонуса нервной и сердечно-сосудистой систем.

Морфо - функциональные особенности скелетных мышечных волокон

Основу скелетной мышцы составляют мышечные волокна (длина волокна зависит от длины мышцы и колеблется от 5 до 400 мм, поперечный размер — от 10 до 100 мкм). Каждое мышечное волокно имеет наружную мембрану – сарколемму (по строению как у нейрона). Содержимое мышечного волокна (саркоплазма) представлена миофибриллами — сократительными элементами, и жидким компонентом — саркоплазматическим матриксом, в котором "плавают" миофибриллы. В саркоплазме выделяется так же саркоплазматический ретикулюм — система мешочков и продольных трубочек, расположенных параллельно миофибриллам. Есть также поперечные трубочки (Т-система), лежащие перпендикулярно к миофибриллам. (Поперечные трубочки имеют мембрану, сходную с мембраной сарколеммы, и выглядят как впячивания наружной мембраны внутрь мышечного волокна). В местах пересечения продольных и поперечных трубочек, т.е. в месте их контакта, образуются цистерны.

В одном мышечном волокне содержится до 1000 миофибрилл. Каждая миофибрилла состоит из миофиламентов двух видов — тонких и толстых. Первые состоят в основном из молекул белка актина, вторые из миозина. В состав тонких волокон входят также регуляторные белки тропомиозин, тропин, альфа-актинин и бета-актинин.

Мышца укорачивает свою длину, т.е. сокращается в результате укорочения множества саркомеров, соединенных в миофибрилле последовательно.

Хаксли и Хансон предложили независимо друг от друга теорию скольжения нитей для объяснения механизма мышечного сокращения. Согласно этой теории, при сокращении происходит уменьшение размера саркомера вследствие активного перемещения тонких актиновых нитей относительно толстых миозиновых. В настоящее время выяснены многие детали этого механизма и теория получила экспериментальное подтверждение.

Механизм мышечного сокращения. В процессе сокращения мышечного волокна в нем происходят следующие преобразования:

А. Электрохимическое преобразование:

1. Генерация ПД.

2. Распространение ПД по Т-системе.

3. Электрическая стимуляция зоны контакта Т-системы и саркоплазматического ретикулума, активация ферментов, образование инозитолтрифосфата, повышение внутриклеточной концентрации ионов Са2+.

Б. Хемомеханическое преобразование:

4. Взаимодействие ионов Са2+ с тропонином, освобождение активных центров на актиновых филаментах.

5. Взаимодействие миозиновой головки с актином, вращение головки и развитие эластической тяги.

6. Скольжение нитей актина и миозина относительно друг друга, уменьшение размера саркомера, развитие напряжения или укорочение мышечного волокна.

Передача возбуждения с двигательного мотонейрона на мышечное волокно происходит с помощью медиатора ацетилхолина (АХ). ПД, который распространяется в обе стороны со скоростью примерно 3—5 м/с при температуре 36 °С. Таким образом, генерация ПД является первым этапом мышечного сокращения.

Вторым этапом является распространение ПД внутрь мышечного волокна по поперечной системе трубочек, которая служит связующим звеном между поверхностной мембраной и сократительным аппаратом мышечного волокна. Т-система тесно контактирует с терминальными цистернами саркоплазматической сети двух соседних саркомеров. Электрическая стимуляция места контакта приводит к активации ферментов, расположенных в месте контакта и образованию инозитолтрифосфата. Инозитолтрифосфат активирует кальциевые каналы мембран терминальных цистерн, что приводит к выходу ионов Са2+ из цистерн и повышению внутриклеточной концентрации Са2+. Совокупность процессов, приводящих к повышению внутриклеточной концентрации Са2+ составляет сущность третьего этапа мышечного сокращения. Таким образом, на первых этапах происходит преобразование электрического сигнала ПД в химический — повышение внутриклеточной концентрации Са2+, т. е. электрохимическое преобразование.

При повышении внутриклеточной концентрации ионов Са2+ тропомиозин смещается в желобок между нитями актина, при этом на актиновых нитях открываются участки, с которыми могут взаимодействовать поперечные мостики миозина. Это смещение тропомиозина обусловлено изменением конформации молекулы белка тропонина при связывании Са2+. Следовательно, участие ионов Са2+ в механизме взаимодействия актина и миозина опосредовано через тропонин и тропомиозин.

Энергия для мышечного сокращения освобождается активированной АТФ-азой актомиозина, гидролизующей АТФ на АДФ и фосфат. При этом освобождается до 10 ккал на моль АТФ. Ресинтез АТФ происходит за счет креатинфосфата, процессов гликогенолиза и гликолиза. Прекращение возбуждения ведет к снижению концентрации ионов Са2+ в межфибриллярном пространстве вследствие активного поглощения его мембранами саркоплазматического ретикулюма (кальциевый насос).

При этом реактивируется система тропонин-тропомиозин, которая вновь начинает тормозить взаимодействие актина и миозина, снижается АТФ-азная активность миозина. Этот процесс сопровождается расслаблением мышечного волокна.

Мышечные волокна разделяются на два основных вида: белые, обеспечивающие быструю двигательную активность, и красные, способные к длительному поддержанию сокращения. Обычно в любой мышце присутствуют и те и другие. Превалирование в мышце белых или красных волокон обуславливает и свойства целых мышц — либо быстроту сокращения, либо способность к длительному поддержанию сокращения.