Механизм сокращения гладкой мышцы. Химические основы сокращений гладкой мышцы

Добавил пользователь Алексей Ф.
Обновлено: 14.12.2024

-освобождение Са2+ из саркоплазматического ретикулума:

А) электромех.сопряжение (Переход электрической энергии потенциала действия мембраны мышечного волокна в мех.энергию сокращения.)

Б) кавеолы +СПР, Са2+ канал L-типа + Рианодиновый рецептор

В)Фаромакомеханическое сопряжение (При фармакомеханическом сопряжении химические факторы (например, освобож­дение нейромедиаторов) могут индуцировать сокращение гладкой мышцы без потребности в изменении мембранного потенциала. При взаи­модействие вазоконстрикторов (таких как норадреналин) со специфическим рецептором мембраны (таким как а-адренорецептор) запускает процесс, который при­ водит к увеличению уровня свободного внутриклеточного Са 24 по двум причинам. Одна заключается в том, что активированный рецептор может открыть хемоуправляемые кальциевые каналы(ХУК) поверхностной мембраны, что приводит к поступлению j Са 2+ из внеклеточной жидкости. Другая — в том, что активированный рецептор может стимулировать образование внутриклеточного вторичного медиатора, инозинтрифосфата (ИТФ), который открывает специфические каналы, через которые происхо­дит освобождение О 2 * из депо внутриклеточного саркоплазматнческого ретикулума. В обоих случаях активированный рецептор сперва стимулирует специфические гуанозинтрифосфат-связывающие белки (ГТФ-связывающие белки или протеины G)

Серотонин, норадреналин повышают образование инозитолтрифосфата (ИТФ) в клетке - от открывает леганд зависимые Са2+ каналы на мембране СПР

Механизм сокращения гладкой мускулатуры

Сокращение гладкомышечных клеток, как и клеток других типов мускулатуры, реализуется за счет скольжения актиновых филаментов вдоль филаментов миозина, которое сопровождается расщеплением АТФ. Гладкая мышца сокращается медленнее скелетной, развивает большую силу и может находиться в сокращенном состоянии достаточно длительное время при минимальном потреблении АТФ. Такие особенности сокращения миоцитов обусловлены тем, что головки молекул миозина медленнее прикрепляются к актину, дольше остаются прикрепленными и медленнее отсоединяются. При этом у головок миозина в гладкой мускулатуре АТФ- азная активность ниже, чем у головок миозина в скелетной мускулатуре (рис. 2.8).

Рис. 2.8. Длительность одиночных сокращений волокон скелетной, сердечной и гладкой мускулатуры

Процесс сокращения миоцитов, как и волокон скелетной мускулатуры, запускается поступлением в цитоплазму ионов Са 2+ . Кальций поступает как из межклеточной жидкости, так и из внутриклеточных цистерн саркоплазматического ретикулума. Из межклеточной жидкости кальций поступает по потенциалзависимым и рецептор-управляемым Са 2+ -каналам. Из цистерн саркоплазматического ретикулума ионы кальция выбрасываются в цитоплазму под влиянием инозитол-3-фосфата, который образуется под воздействием фосфолипазы С из фосфолипидов мембраны. Фосфолипаза С, в свою очередь, активируется мембранным G-белком, связанным с метаботропными рецепторами. Эти же рецепторы управляют мембранными Са 2+ -каналами. Кроме того, на мембранах Са 2+ -цистерн имеются рианодиновые рецепторы, активируемые ионами кальция и улавливающие выброс кальция в цитоплазму (рис. 2.9, а).

Ионы Са 2+ в цитоплазме миоцитов взаимодействуют с белком кальмо- дулином, который активирует киназу легких цепей миозина. Эта киназа, в свою очередь, фосфорилирует легкие цепи миозиновых головок, увеличивая их АТФ-азную активность. Возросшая АТФ-азная активность миозиновых головок приводит к образованию поперечных мостиков и началу скольжения миозиновых филаментов вдоль актиновых. Механизм скольжения аналогичен таковому в волокнах скелетной мускулатуры.


Рис. 2.9. Схема поступления ионов кальция в саркоплазму гладкомышечной клетки при сокращении (а)

Молекулярные основы мышечного сокращения.

В настоящее время общепризнанной теорией мышечного сокращения является теория скользящих нитей, созданная в 1950—1960-х гг. Согласно данной теории процесс сокращения заключается во взаимодействии актино- вых и миозиновых фибрилл под действием нервных импульсов: акти- новые и миозиновые протофибриллы скользят навстречу друг другу. Но поскольку актиновые протофибриллы жестко закреплены в Z-дисках, а миозиновые — свободны, то происходит сжатие саркомера, миофи- бриллы, мышечного волокна и соответственно всей мышцы.

Сигналом для начала процесса мышечного сокращения является нервный импульс, приходящий из спинного мозга по аксонам моторных нейронов. На каждом мышечном волокне есть одно нервное окончание:

  • 1) под действием нервного импульса происходит возбуждение мембраны мышечного волокна (сарколеммы), и это возбуждение распространяется по мембране волокна (в том числе и по Т-каналам), достигая глубинных районов волокна;
  • 2) с мембраны Т-каналов, сигнал передается на внутриклеточные цистерны гладкого эндоплазматического ретикулума (L-каналы), в которых находятся запасы ионов Са +2 . Ионы кальция выходят в цитоплазму волокна и взаимодействуют с саркомерами;

Сердечная поперечно-полосатая мышечная ткань

Рис. 10.3. Сердечная поперечно-полосатая мышечная ткань:

А — разрез сердца; Б — пучки кардиомиоцитов (световой микроскоп);

В — фрагмент ультраструктуры кардиомиоцита (электронный микроскоп):

  • 1 — миокард; 2 — клетки миокарда (кардиомиоциты); 3 — вставочные диски (граница между кардиомиоцитами); 4 — митохондрии; 5 — миофибриллы;
  • 6 — цитоплазма кардиомиоцита
  • 3) к моменту сокращения актиновые молекулы не могут взаимодействовать с миозиновыми, так как они закрыты молекулами вспомогательных белков — тропонина и тропомиозина. Задача ионов кальция — взаимодействовать с молекулой одного из вспомогательных белков саркомера — тропонина. В результате активации тропонина происходит сдвиг молекулы тропомиозина и актин может взаимодействовать с миозином;
  • 4) головки миозиновых молекул взаимодействуют с глобулами актина. При этом они поворачиваются на определенный угол (как шарнир) и начинается взаимное, шаг за шагом, скольжение нитей, которое продолжается до максимального сжатия саркомера;

5) как только прекращается нервный импульс, ионы кальция закачиваются обратно в L-каналы и процесс взаимодействия миозина с актином прерывается, поскольку тропомиозин опять закрывает актин.

Процесс сокращения закончился, начинается процесс расслабления мышцы.

Процесс расслабления мышцы идет пассивно (без затраты энергии) за счет упругих свойств молекул вспомогательных белков саркомера — титина и небулина. Титин в момент сокращения сжимается как пружина, а затем распрямляется, возвращая саркомеру его первоначальную длину.

Такой тип регуляции процесса сокращения поперечно-полосатых мышц получил наименование актинового, поскольку ионы кальция связываются с актиновой протофибриллой.

Такая регуляция характерна для всех поперечно-полосатых соматических и сердечных мышц позвоночных.

Механизм сокращения гладких мышц. Роль вторичных посредников. Фармако- и электромеханическое сопряжение.

В)Фаромакомеханическое сопряжение (При фармакомеханическом сопряжении химические факторы (например, освобож­дение нейромедиаторов) могут индуцировать сокращение гладкой мышцы без потребности в изменении мембранного потенциала. При взаи­модействие вазоконстрикторов (таких как норадреналин) со специфическим рецептором мембраны (таким как а-адренорецептор) запускает процесс, который при­ водит к увеличению уровня свободного внутриклеточного Са 24 по двум причинам. Одна заключается в том, что активированный рецептор может открыть хемоуправляемые кальциевые каналы(ХУК) поверхностной мембраны, что приводит к поступлению j Са 2+ из внеклеточной жидкости. Другая — в том, что активированный рецептор может стимулировать образование внутриклеточного вторичного медиатора, инозинтрифосфата (ИТФ), который открывает специфические каналы, через которые происхо­дит освобождение О 2 * из депо внутриклеточного саркоплазматнческогоретикулума. В обоих случаях активированный рецептор сперва стимулирует специфические гуанозинтрифосфат-связывающие белки (ГТФ-связывающие белки или протеины G)

-Вхад Са2+ через леганд зависимые каналы

Роль вторичных посредников.

Играют роль в процессах расслабления и сокращения гладких мышц:

Познавательно:

Отношения СССР со странами «третьего мира» Локальные войны. СССР противостоял экспансионистской политике США.
НЭП: ПРИЧИНЫ, СУЩНОСТЬ И ПРОТИВОРЕЧИЯ 1. Причины перехода к НЭПу После завершения основных боёв Гражданской войны в 1920 году перед большевиками встаёт задача перехода к.
Задатки и способности. Виды способностей «Способности - свойства и качества (индивидуальные особенности) человека.
Понятие и структура гражданского правоотношения Гражданское правоотношение - урегулированное нормами гражданского права общественное отношение.
Алгоритм катетеризации мочевого пузыря у женщин (с помощью пинцета) Показания: острая задержка мочи, промывание мочевого пузыря и введение в него лекарственных препаратов, для.

3.2.2. Механизм сокращения и пластичность гладкой мышцы

Процесс сокращения гладкомышечных во­локон совершается по тому же механизму скольжения нитей актина и миозина относи­тельно друг друга, что и в скелетных мышцах.

Однако у гладкомышечных клеток нет той стройной аранжировки сократительных бел­ков, как у скелетных мышц. У этих клеток миофибриллы с саркомерами расположены нерегулярно, поэтому клетка не имеет по­перечной исчерченности. Электромеханичес­кое сопряжение в этих клетках идет иначе, чем в скелетных мышцах, так как в них слабо выражен саркоплазматический ретикулум. В связи с этим триггером для мышечного со­кращения служит поступление ионов Са 2+ в клетку из межклеточной среды в процессе ге­нерации ПД. Того количества кальция, кото­рое входит в клетку при возбуждении, вполне достаточно для полноценного фазного сокра­щения.

Инициация сокращений гладких мышц с помощью ионов Са 2+ также имеет несколько другой механизм, чем в поперечнополосатых волокнах. Ионы Са 2+ воздействуют на белок кальмодулин, который активирует киназы легких цепей миозина. Это обеспечивает перенос фосфатной группы на миозин и сразу вызывает срабатывание, т.е. сокраще­ние, поперечных мостиков. О существовании тропонин-тропомиозиновой системы сведе­ний не имеется. При снижении в миоплазме концентрации ионов Са 2+ фосфатаза дефосфорилирует миозин, и он перестает связы­ваться с актином. Скорость сокращения гладких мышц невелика — на 1—2 порядка ниже, чем у скелетных мышц. Сила сокра­щений некоторых гладких мышц позвоноч­ных не уступает силе сокращений скелетных мышц.

Подобно сердечной и скелетной мускулатуре, гладкие мышцы всегда расслабляются при падении внутриклеточной концентрации Са 2+ ниже 10 -7 М. Однако их рас­слабление происходит гораздо медленнее, посколь­ку скорость поглощения ионов Са 2+ саркоплазматическим ретикулумом или удаления их через кле­точную мембрану здесь ниже. Удаление Са 2+ при­водит к расщеплению фосфатазой функционально важной фосфатной группы миозина. Его дефосфорилированные головки теряют способность образо­вывать поперечные мостики с актином. Пока неяс­но, каким образом образующиеся в гладкомышечных клетках цАМФ и цГМФ вызыва­ют понижение их тонуса. Возможно, цАМФ ингибирует активность киназы легких цепей миозина или усиливает поглощение Са 2+ саркоплазматическим ретикулумом. С другой стороны, вполне вероятна роль цГМФ как внутриклеточного посредника в рас­слаблении гладких мышц сосудов, которое индуци­руется расслабляющим фактором эндотелия.

Регуляция сокращений гладких мышц. Среди гладкомышечных клеток можно выделить несколько групппо механизму возбуждения.

− Гладкие мышцы с миогенной (спонтанной) актив­ностью.Во многих гладких мышцах кишечника (например, толстой кишки) одиночное сокращение, вызванное потенциалом действия, продолжается не­сколько секунд. Следовательно, сокраще­ния с интервалом менее 2 с накладываются друг на друга, а при частоте выше 1 Гц сливаются в более или менее гладкий тетанус (тетанообразный “то­нус”), который отличается от тетануса скелетных мышц только низкой частотой сливаю­щихся одиночных сокращений и необходимых для этого потенциалов действия. Природа такого “то­нуса” -миогенная; в отличие от скелетной мускула­туры, гладкие мышцы кишечника, мочеточника, же­лудка и матки способны к спонтанным тетанообразным сокращениям после изоляции и денервации и даже при блокаде нейронов интрамуральных ган­глиев. Следовательно, их потенциалы действия не обусловлены передачей к мышце нервных импуль­сов, т. е. у них не нейрогенное, а миогенное проис­хождение (как в сердце).

Миогенное возбуждение возникает в клетках - ритмоводителях (пейсмекерах), идентичных другим мышечным клеткам по структуре, но отличающихся электрофизиологическими свойствами. Препотенциалы, или пейсмекерные потенциалы, деполяризуют их мембрану до порогового уровня, вызывая потенциал действия. Из-за поступления в клетку катионов (главным образом Са 2+ ) мембрана деполяризуется до нулевого уровня и даже на несколько миллисекунд меняет полярность до + 20 мВ. За реполяризацией следует новый препотенциал, обе­спечивающий генерирование следующего потенциа­ла действия. Интервал между потенциалами дейст­вия пейсмекера зависит как от скорости деполяри­зации, вызываемой препотенциалами, так и от раз­ницы между исходным мембранным и пороговым потенциалами.При нанесе­нии напрепарат мышцы толстой кишки ацетилхолина пейсмекерные клетки деполяризуются до околопорогового уровня, и часто­та потенциалов действия возрастает. Вызываемые ими сокращения сливаются до почти гладкого тета­нуса. Чем выше частота потенциалов действия, тем слитнее тетанус и тем сильнее сокращение, возни­кающее в результате суммации одиночных сокра­щений. И напротив, нанесение на тот же препаратнорадреналинагиперполяризует мембрану и в ре­зультате снижает частоту потенциалов действия и величину тонуса. Таковы механизмы модуляции спонтанной активности пейсмекеров вегетативной нервной системой и ее медиаторами.

Возбуждение распространяетсяпо гладкой мыщце через особые «щелевые контакты» (нексусы)между плазматическими мембранами сопредельных мышечных клеток. Эти области с низким электри­ческим сопротивлением обеспечивают электротони­ческую передачу деполяризации от возбужденных клеток к соседним. Как только местный ток, проте­кающий через нексус, деполяризует мембрану до порогового уровня, возникает потенциал действия, который в свою очередь вызывает возбуждение в других электротонически сопряженных клетках. Таким образом, активность распространяется по всей мышце со скоростью около 5-10 см/с, и мышца ведет себя как единая функциональная единица, почти синхронно воспроизводя активность своего пейсмекера.

Таким образом, среди гладкомышечных клеток есть фоновоактивные — водители ритма (пейсмекеры). Непосредственной причиной их ПД является спонтанная медленная деполяризация мем­браны (препотенциал). Эти периодические ПД пейсмекерных клеток, распространяясь по прочей массе мышечных клеток (со ско­ростью 5—10 см/с), создают миогенный тонус гладких мышц.

− Другие гладкомышечные клетки,будучи растяжимыми и пластичными, как и все гладкомышечные ткани,при определенной степени растяжения способны возбуждаться (деполяризоваться) и отвечать на это растя­жение сокращением. После обусловленного эластическими свойствами начального подъ­ема напряжения гладкая мышца развивает пластическую податливость, и ее напряжение падает постепенно — вначале быстро, потом медленнее.

Таким образом, пластичность объясняет характерное свойство гладкой мышцы: она способна быть расслабленной в укороченном и в растянутом состояниях. Благодаря плас­тичности гладкой мускулатуры стенок моче­вого пузыря давление внутри него относи­тельно мало изменяется при значительной градации наполнения, и лишь при более зна­чительном депонировании мочи давление, а следовательно, и растяжение стенок резко возрастает и происходит сокращение мышц детрузора — эвакуация мочи даже в тех слу­чаях, когда его нервная регуляция нарушена в результате повреждения спинного мозга.. Этот феномен лежит в основе периферичес­кой саморегуляции тонуса гладких мышц не­которых кровеносных сосудов, лимфангионов, мочевого пузыря и других органов.

− Третий вид гладкомышечных клеток(цилиарное тело, радужка глаза, артерии и семен­ные протоки)имеет более мощную (плотную) иннервацию и слабое развитие межклеточных контактов. Спонтанная активность этих мышц обычно слабая или её вообще нет. Тонус этих мышц и его колебания имеют в основном нейрогенную природу. Гладкие мышцы иннервируются вегетативны­ми нервами, многие имеют парасимпатичес­кие и симпатические входы. Нервные влия­ния регулируют активность висцеральных гладкомышечных образований.

Функции висцеральных глад­ких мышц управляются также нейрона­ми интрамуральных нервных сплетений, не только перерабатывающих центробежную импульсацию, но и формирующих собствен­ные автономные команды. При наличии чув­ствительных, вставочных и моторных нейро­нов в интрамуральных узлах осуществляется рефлекторная деятельность. Так, мускулатура кишечного тракта функционирует под влия­нием импульсов из ауэрбахова и мейснерова сплетений, заложенных в кишечной стенке. Эта особенность делает возможной автомати­зированную, четко организованную мотор­ную функцию кишечника.

Эффектором вегетативных входов чаще является пучок неисчерченных мышечных клеток, а не отдельная мышечная клетка. Плотность иннервации различна в разных гладких мышцах и даже в соседних участках одной и той же мышцы.

Читайте также: