1. Механизм мышечного сокращения
Мадера Елена Анатольевна
кандидат биологических наук
доцент кафедры физиологии, клеточной биологии и биотехнологии УдГУ
сертифицированный коуч по здоровому питанию и ведению ЗОЖ

3. Роль нервной системы
Каждое мышечное волокно иннервируется отдельным двигательным нервом, оканчивающимся у средней части волокна. Отдельный двигательный нерв и все волокна, которые он иннервирует, имеют собирательное название —двигательная единица.
На выполнение произвольных движений команду отдает двигательная область коры головного мозга (ДОКГМ)– область головного мозга, которая находится за лобной долей. ДОКГМ посылает нервный импульс, который проходит через мозговой ствол вдоль спинного мозга и поступает в нервную сеть мышцы, для которой была отдана команда.
Нервный импульс это волна возбуждения, которая распространяется по нервному волокну и служит для передачи информации от центральной нервной системы (ЦНС) к ее исполнительным аппаратам – мышцам и железам, внутри ЦНС и от периферических рецепторных (чувствительных) окончаний к нервным центрам.

4. Роль нервной системы
Управление сократительной активностью мышцы осуществляется с помощью большого числа мотонейронов – нервных клеток, тела которых лежат в спинном мозге, а длинные ответвления – аксоны в составе двигательного нерва подходят к мышце. Войдя в мышцу, аксон разветвляется на множество веточек, каждая из которых подведена к отдельному волокну. Таким образом, один мотонейрон иннервирует целую группу волокон, которая работает как единое целое.
Система, включающая в себя мотонейрон, аксон и совокупность мышечных волокон, получила название «двигательная единица» (ДЕ). Этот термин ввел в употребление британский нейрофизиолог Ч. Шеррингтон, Charles
Нервный импульс поступает к нервным окончаниям аксонов, которые находятся вблизи сарколеммы. При поступлении импульса эти нервные окончания выделяют нейромедиатор — ацетилхолин (Ацх), который "привязывается" к рецепторам сарколеммы. При достаточном его количестве на рецепторах электрический заряд передается по всей длине волокна. Этот процесс называется развитием потенциала действия.

5. Иннервация мышц
Двигательная единица (ДЕ) – это один мотонейрон, иннервирующий несколько мышечных волокон.
Плотность иннервации – среднее число мышечных волокон иннервируемых одним мотонейроном

6. Мышца состоит из множества ДЕ и способна работать не всей своей массой, а частями, что позволяет регулировать силу и скорость сокращения. Количество ДЕ остается неизменным у человека на протяжении жизни и не поддается тренировкам (Физиология человека, 1998). ДЕ имеют свой порог возбуждения и в зависимости от уровня порога делятся на низкопороговые и высокопороговые. От размера мотонейрона зависит максимальная частота импульсации, поскольку размер мотонейрона поменять невозможно, то мышечная композиция наследуется и практически не меняется под действием тренировочного процесса.
Типы двигательных единиц:
1. Медленные неутомляемые (I)
2. Быстрые устойчивые к утомлению (II) A
3. Быстрые легко утомляемые (II) B
Медленным ДЕ для достижения максимума (пика) напряжения необходимо порядка 110 мс.
Быстрым ДЕ – 50 мс.

7. Особенности строения медленных и быстрых ДЕ.
Медленные ДЕ:
мотонейрон небольшого размера, частота импульсации низкая
аксоны небольшого диаметра, скорость проведения низкая
иннервируют небольшую группу мышечных волокон
миоциты содержат небольшое количество миофибрилл
низкая скорость высвобождения Са из «Т - системы»
низкая активность АТФ-азы
хорошо развита капиллярная сеть
большое количество митохондрий в цитоплазме миоцитов
способность нейронов поддерживать длительный ритм импульсации
Быстрые ДЕ:
мотонейрон большого размера, частота импульсации высокая
аксоны имеют большой диаметр, скорость проведения высокая
иннервируют большую группу мышечных волокон
миоциты содержат большое количество миофибрилл
высокая активность АТФ-азы
нейроны не способны поддерживать длительный ритм импульсации
капиллярная сеть развита недостаточно

9. Строение саркомера
Миофиламенты:
Актин
Миозин
Тропонин
Тропомиозин
Упорядоченно расположенные миофибриллы образуют саркомер.

11. Теория скольжения Эндрю Хаксли

12. Теория скольжения

13. Теория скольжения
Когда поперечный мостик миозина прикрепляется к актиновому филаменту, оба филамента скользят относительно друг друга. Считают, что миозиновые головки и поперечные мостики в момент прикрепления к активным участкам актиновых филаментов подвергаются структурным изменениям.
Между ветвью поперечного мостика и миозиновой головкой возникает значительное межмолекулярное взаимодействие, в результате которого головка наклоняется к ветви и тянет актиновый и миозиновый филаменты в противоположные стороны.
Сразу же после наклона миозиновая головка отрывается от активного участка, возвращается в исходное положение и прикрепляется к новому активному участку дальше вдоль актинового филамента. Повторяющиеся прикрепления и открепления (разрывы) вынуждают филаменты скользить относительно друг друга, что послужило основанием появлению теории скольжения. Процесс продолжается до тех пор, пока окончания миозиновых филаментов не достигнут Z-линий.

14. Теория скольжения

15. Теория скольжения
Напомним, что согласно этой теории миозиновые мостики могут прикрепляться к актиновому филаменту и совершать гребок в направлении центру своего стержня, стягивая к себе актиновые нити. После выполнения гребка, мостик отсоединяется от актинового филамента, возвращается в исходное положение и присоединяется к новому участку актина. После чего выполняется следующий гребок. Благодаря серии таких гребков и возникает мышечное сокращение. Сокращение саркомера сокращает миофибриллы, это ведет к сокращению мышечного волокна, что в свою очередь приводит к сокращению всей мышцы. А мышца, сокращаясь, через сухожилие приводит в движение кости.

16. Роль нервной системы

17. Нервно-мышечный синапс скелетных мышц (концевая пластинка)
Синапс между окончанием аксона мотонейрона спинного мозга и мышечным волокном скелетной мышцы называется
концевой пластинкой.
Концевая пластинка имеет большую величину.

18. Особенности концевой пластинки:
Синаптические зоны в концевой пластинке располо-жены линейно вдоль двигательной терминали.
Места освобождения медиатора и локализации постсинаптических рецеп-торов противостоят друг другу.
Медиатор нервно-мышечного синапса – ацетилхолин.
Рецепторы к медиатору:
Н-холинорецепторы.

20. Электромеханическое сопряжение.
Механизм скольжения нитей актина и миозина.
Электромеханическое сопряжение.
Ион Са++ – посредник между возбуждением и сокращением. Са++ в цитоплазме < 10-7 М - мышца расслаблена.
Возбуждение мышечного волокна
Деполяризация Т-трубочки
Открытие Са-каналов саркоплазматического ретикулума – выход Са++.
Действие Са++ на ТТК – освобождение активных участков актина.
Связывание головок миозина с актином.

21. Роль кальция
Вокруг каждой миофибриллы по всей ее длине расположены специальные терминальные цистерны, в которых скапливаются ионы кальция (Са++). Эти цистерны относят к саркоплазматическому ретикулуму (СПР).
СПР это специализированная разветвленная система в мышечной клетке состоящая из окружённых мембраной уплощённых полостей, пузырьков и канальцев . При поступлении по аксону двигательного мотонейрона нервного импульса клеточная мембрана меняет полярность заряда, и из терминальных цистерн, в саркоплазму выбрасываются ионы кальция (Са++). Чтобы понять к чему это приводит надо вновь обратиться к строению нитей актина и миозина.
Тонкая нить представляет из себя две спирально скрученные нити белка актина. В канавках спиральной цепочки залегает двойная цепочка другого белка – тропомиозина. В расслабленном состоянии мостики миозина не имеют возможности связаться с актином, так как места сцепления блокированы тропомиозином.
Под воздействием Са++ нить тропомиозина входит глубже в канавку и освобождает места для сцепления миозина с актином, мостики начинают цикл гребков.

25. Расслабление мышцы происходит в результате снижения уровня Са++ в цитоплазме.
Са++ закачивается обратно в саркоплазматический ретикулум с помощью Са-насоса мембраны ретикулума.

27. Режимы мышечного сокращения
Изометрический – длина мышцы постоянна, но развивается внутреннее напряжение за счет силы растяжения упругих элементов.
Изотонический – укорочение мышцы при постоянном напряжении или нагрузке.
Ауксотонический (смешанный) – длина мышцы уменьшается наряду с возрастанием развиваемой ею силы.

28. Режимы мышечного сокращения:
Изотонический
Изометрический
Ауксотонический

29. Энергетика мышечного сокращения
Сокращение и расслабление мышц требуют наличия в мышцах универсального источника энергии – молекул АТФ. Для ресинтеза АТФ (образования АТФ в клетках во время физической работы) пригодна химическая энергия самых разнообразных соединений: углеводов, жиров, аминокислот и креатинфосфата.
В зависимости от того, потребляется или не потребляется кислород во время сокращения мышцы, пути ресинтеза АТФ делятся на анаэробные (протекают без участия кислорода) и аэробные (протекают с участием кислорода).
Анаэробные пути ресинтеза АТФ, в свою очередь, подразделяются на креатинфосфатный миокиназный и гликолитический

30. Аденозинтрифосфатная кислота.

31. Аденозинтрифосфатная кислота.

32. Распад АТФ ведет к увеличению протонов водорода.