Курс лекций по анатомо-физиологическим основам ФК и С (стр. 2 )

2. ФИЗИОЛОЛОГИЯ МЫШЕЧНОГО СОКРАЩЕНИЯ.

Основные вопросы лекции и семинарского занятия.

1.  Молекулярное строение скелетных мышц.

2.  Теория скользящих нитей. Снабжение мышцы энергией.

3.  Одиночное сокращение и тетанус.

4.  Сила мышечного сокращения.

5.  Особенности гладких мышц.

1.  Молекулярное строение скелетных мышц.

Клетки скелетной мышцы имеют столь своеобразное строение, что их принято называть мышечными волокнами. Каждое мышечное волокно покрыто мембраной, называемой сарколеммой. Внутри сарколеммы находится саркоплазма, имеющая сократительные элементы, называемые миофибриллы. При взгляде на миофибриллы в световом микроскопе видно, что они состоят из темных и светлых поперечных полос. Поэтому эти мышцы принято называть также поперечно-полосатыми мышцами.

При взгляде на эти мышцы в электронный микроскоп видно, что они состоят из белковых нитей двух типов: толстых и тонких. Толстые нити состоят из белка миозина, а тонкие – из белка актина. Между миофибриллами находятся многочисленные митохондрии. Кроме миофибрилл, саркоплазма содержит сеть внутренних мембран – саркоплазматический ретикулум.

Исследования в электронном микроскопе ясно показывают, что чередование темных и светлых полос обусловлено расположением актиновых и миозиновых нитей. Темные зоны называются зонами А, светлые – зонами I. Зона I разделена на две половины темной линией Z. В обе стороны от линии Z отходят тонкие актиновые нити. Там где тонкие актиновые нити перекрываются толстыми миозиновыми, наблюдаются темные зоны А. Средняя часть диска А светлая и называется линией Н. Участок миофибриллы от одной линии Z до другой линии Z называется саркомером. Саркомер – это элементарная единица миофибриллы.

2.  Теория скользящих нитей. Снабжение мышцы энергией.

Используя данные, полученные с помощью электронного микроскопа, была сформулирована теория скользящих нитей. Как уже говорилось выше, миофибриллы состоят из нитей двух типов: тонких – актиновых и толстых – миозиновых. Согласно теории эти нити скользят друг по другу. Наблюдения показали, что актиновые нити сдвигаются по направлению линии Н., то есть к середине саркомера. Предполагают, что головки миозиновых нитей служат своеобразными крючками для нитей актина, образуя химические поперечные мостики и втягивая нити внутрь диска А. Таким образом, саркомер способен укорачиваться на 30% своей длины.

Важную роль в процессе сокращения играют ионы кальция и магния. Когда ионы кальция проникают в саркоплазматический ретикулум, то это стимулирует сокращение мышцы, а проникновение туда ионов магния - расслабление.

Для сокращения мышцы нужна энергия. Показано, что единственным источником энергии для сокращения мышцы являются молекулы АТФ. Но запасов АТФ в мышцах мало и хватает лишь на 8 – 10 сокращений. Пополнение запасов АТФ в мышцах может осуществляется тремя путями:

1.  Основной путь энергетического обмена – из глюкозы, через гликолиз, цикл лимонной кислоты и дыхательную цепь.

2.  Из креатин фосфата, но запасов этого вещества в мышцах также не очень много, но достаточно для спринтерских забегов.

3.  Миокиназная реакция: АДФ + АДФ → АТФ. Но данная реакция – это не от хорошей жизни, а при недостатке глюкозы или креатин фосфата.

Таким образом главным источником АТФ в мышцах является глюкоза или запасы гликогена.

3.Одиночное сокращение и тетанус.

Для исследования работы мышцы обычно пользуются нервно-мышечным препаратом лягушки. При этом нервно-мышечный препарат присоединяют к прибору, называемому миограф. Этот прибор вычерчивает график сокращения мышцы, называемый миограммой.

Одиночное сокращение. При воздействии одиночного стимула мышца начинает сокращаться спустя очень короткое время (около 0,05 сек.), называемое латентным периодом. Затем мышца быстро укорачивается и в ней развивается напряжение. Эта фаза сокращения длится около 0,1 сек. Вслед за ней наступает период расслабления, когда напряжение уменьшается и мышца возвращается в исходное состояние. Этот период длится 0,2 сек. Такое сокращение называется одиночное сокращение.

Двукратное сокращение. Если интервал между первой и второй стимуляцией мышцы значителен, то на миограмме регистрируются два одиночных сокращения. Однако, если отрезок времени между двумя стимулами сократится, то второе сокращение накладывается на первое. Это, так называемая, «бугристая» миограмма. При второй стимуляции сокращение оказывается большим, чем при первой. Этот эффект называется механической суммацией.

Ритмическое сокращение. С увеличением частоты стимуляции неровности на миограмме постепенно сглаживаются, отдельные сокращения сливаются, и вычерчивается плавная линия, которая достигает определенного уровня. О такой мышце говорят, что она достигает состояния тетануса. Тетанус – это максимальное напряжение, которого может достичь мышца. Однако тетанус не может длиться бесконечно долго, так как мышца подвержена утомлению.

4.  Сила сокращения мышцы.

Сила сокращения мышцы при динамической работе или величина напряжения при статической работе зависят от целого ряда факторов. Наиболее важными из них являются величина физиологического поперечника мышцы, число нервно-мышечных единиц, вовлекаемых в работу, микро - и макро структура мышцы.

Одиночное мышечное волокно развивает усилие до 200 мг. Чем больше суммарное поперечное сечение всех входящих в мышцу волокон, то есть физиологический поперечник, тем больше сила мышцы.

У мышц с параллельным расположением волокон анатомический поперечник равен физиологическому. Эти мышцы слабее мышц с перистым расположением волокон. Двуглавая мышца плеча, поэтому слабее трехглавой мышцы.

При повышении частоты раздражителей увеличивается и число нервно-мышечных единиц вовлекаемых в работу мышцы. Поэтому происходит и увеличение силы мышечного сокращения. Систематическая силовая тренировка увеличивает как поперечник мышцы, так и способность её отвечать на раздражение максимальным числом сокращающихся нервно-мышечных единиц, то есть координации.

Не менее важным фактором является конституция мышц. Показано, что мышцы состоят из волокон двух типов быстрых и медленных. Именно соотношение этих волокон определяет способность мышцы к той или иной форме работы: силовой, скоростно-силовой или работе на выносливость. Конституция мышцы – фактор наследственный. Поэтому рожденный спринтером никогда не станет стайером.

5.  Особенности гладких мышц.

Гладкие мышцы входят в состав внутренних органов, кровеносных сосудов, радужной оболочки глаза. Все эти мышцы обладают рядом особенностей.

1.  Гладкая мускулатура – непроизвольная: эти мышцы не подчиняются нашему сознанию и контролируются вегетативной (автономной) нервной системой.

2.  Гистологические свойства этих мышц не позволяют им сокращаться быстро, но зато они весьма пластичны и очень надежны.

3.  Гладкие мышцы обладают высокой чувствительностью к воздействию химических агентов, что является необходимым условием адекватных реакций внутренних органов, сосудов артериального русла на действие гормонов и медиаторов нервной системы.

4.  Автоматизм висцеральных мышц является основой ритмических сокращений желудка, кишечника, протоков желез. Вследствие этого улучшаются процессы переваривания пищи, опорожнения полых органов.

5.  Это медленные мышцы, но при этом они практически неутомимы. Напряжение гладких мышц растет пропорционально частоте и силе импульсов возбуждения, а тонус мышцы непрерывно возрастает за счет вовлекаемых в работу волокон.

Растяжение гладкой мускулатуры полого органа при наполнении его содержимым обычно сразу же ведет к её сокращению, и таким образом, обеспечивает проталкивание содержимого вперед.

3.  ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ЭЛЕМЕНТАРНЫХ НЕРВНЫХ СТРУКТУР.

Основные вопросы лекции и семинарского занятия.

1.  Нейрон, нервные волокна и их функционирование.

2.  Синапсы.

3.  Свойства нервных центров.

4.  Механизмы торможения..

5.  Парабиоз.

1.  Нейрон, нервные волокна и их функционирование.

Элементарной структурной единицей нервной ткани является нейрон. Нейрон состоит из тела и двух видов отростков – дендритов (короткие) и аксонов (длинные).

Главной функциональной особенностью нейрона является его способность к самовозбуждению. В ответ на раздражение нейрон отвечает импульсом активности – потенциалом действия.

Длинные нервные отростки – аксоны – составляют основу нервных волокон. Волокна бывают двух типов – мякотные и безмякотные.

Мякотные волокна входят в состав нервов иннервирующих скелетные мышцы и органы чувств. По ним нервный импульс движется раз в 10 быстрее, чем по безмякотным волокнам. Это и понятно, ведь от изменения поведения порой зависит жизнь живого существа. По этим волокнам импульс движется скачками, что, по-видимому, и является причиной увеличения скорости.

Безмякотные волокна контролируют работу внутренних органов. Здесь скорость проведения нервного импульса меньше, но её достаточно для нормального функционирования иннервируемых органов.

Для проведения нервного импульса по нейрону характерны три основные закономерности: непрерывность, двусторонняя проводимость, и изолированное проведение возбуждения.

2.  Синапсы.

Синапсы – соединения между нервами, а также между нервами и иннервируемыми органами. Синапс состоит из пресинаптической и постсинаптической мембран и щели между ними, называемой синаптическая щель.

Различают синапсы двух типов: безмедиаторные синапсы и медиаторные синапсы. Безмедиаторные синапсы имеют очень узкую синаптическую щель. Такие синапсы встречаются обычно на проводящих путях нервной системы. Нервный импульс легко проскакивает такую щель. При этом скорость проведения нервного импульса не меняется.

Медиаторные синапсы имеют более широкую синаптическую щель. Поэтому для её преодоления необходима помощь ввиде особого вещества – медиатора.