Функционална морфология на скелетните мускули.Саркоплазмен ретикулум. Механизъм на мускулното съкращение
Саркоплазмен ретикулум
Саркоплазмата в определени участъци образува дълбоки вгъвания на нивото между I- и А-ивиците, които се наричат Т-каналчета (Т-система). Саркоплазменият ретикулум (СР) се състои от тънки надлъжни каналчета (надлъжна лонгитудинална система, L-система), които анастомозират и образуват мрежа – тя обхваща като ръкав всяка миофибрила по цялата й дължина. В близост с Т-каналчетата, надлъжните каналчета на СР завършват сляпо с разширения (терминални цистерни), които се сливат в една обща пръстеновидна кухина. Цистерни има около всяко Т-каналче. Двете цистерни и Т-каналчето между тях образуват структура, наречена триада. По надлъжните каналчета (L-системата) има много калциеви помпи – калциеви АТФази. При разграждане на една молекула АТФ калциевата помпа транспортира 2 калциеви йона от цитозола към лумена на надлъжните каналчета на СР.
В резултат от дейността на помпата концентрацията на калциевите йони в СР става над 1000 пъти по-висока от тази в саркоплазмата (цитозола).
В определени участъци на Т-каналчетата се намират потенциалзависими калциеви каналчета – дихидропиридинови рецептори (ДХПР), които променят своята конфигурация при деполяризация на сарколемата. Освен че се повишава тяхната пропускливост за калциеви йони, част от тяхната полипептидна верига се премества към цистрните. Точно срещу тях, в участъците на цистерните, които граничат с Т-каналчетата се намират калциеви каналчета, които не са потенциалзависими, а са механозависими и се наричат рианодинови рецептори тип 1 (RyR-1). При деполяризация на сарколемата ДХПР въздейства механично на RyR-1 и калциевото каналче на цистерната се отваря – голямо количество калциеви йони излизат от цистерните към цитозола (саркоплазмата).
Механизъм на мускулното съкращение.
Роля на калциевите йони.
При покой активните центрове на актина са блокирани от тропомиозинови нишки, които се вмъкват между активните центрове на актина и миозиновите главички, така че връзката актин-мизин е невъзможна. За да могат тропомиозиновите нишки да освободят актиновите активни центрове и те да са свържат с миозиновите главички, тропонинът трябва да се свърже с Са2+. Това става при достатъчно висока концентрация на вътреклетъчните Са2+.
При покой на мускула концентрацията на Са2+ в клетката се поддържа много ниска, защото тогава Са2+-помпа ги изпомпва в надлъжните L-каналчета на СР, които са депо за Са2+.
По време на възбуждението (АП) деполяризацията на мембраната достига до напречните Т-каналчета, които осъществяват близък контакт с цистерните на СР и повишава проницаемостта на RyR-1 за Са2+. Са2+ излизат от цистерните на СР през RyR-1 и попадат в цитозола, където концентрацията на Са2+ се повишава. Тогава Са2+ се свързват с тропонина. Тази връзка предизвиква изместване на тропомиозина, който отблокира активните центрове на актиновите нишки. Сега активните центрове на актина се свързват с активните центрове на миозиновите глави – формират се напречните мостчета между актиновите и миозиновите нишки.
Енергията за движението на миозиновите главички се набавя от разграждането на АТФ. Главите на миозиновите молекули, формиращи напречните мостчета, имат АТФ-азна активност – те свързват АТФ и го разграждат.
Енергията на макроергичната фосфатна връзка не се използва за движение на мостчетата, ако мостчетата не са свързани с актиновите нишки. След като миозиновите главички се свържат с актиновите активни центрове се освобождава енергията на макроергичната фосфатна връзка и се извършва движението на мостчетата.
Осъществяват се следните реакции:
При свързването на актина с миозина се активира АТФазата на миозина, която отцепва от свързания с миозина АТФ фосфатен остатък. Освобождава се енергията на макроергичната връзка и главичките на миозиновите молекули, които са разположени под прав ъгъл спрямо актиновите нишки, се прегъват под ъгъл 50о. С откъсването и на АДФ главичките се огъват с още 5о. При огъването си главичките теглят актиновите нишки към средата на саркомера. Щом прегъването на мостчетата стане под ъгъл 45о, връзката се прекъсва, главичките се връщат в изходно положение, за да се свържат отново със следващ активен център на актиновите нишки.
За да се прекъсне връзката между актина и миозина, трябва нова молекула АТФ да се свърже с миозиновите глави.
Следва повтаряне на процеса – отделената миозинова главичка, която е свързана с АТФ, се свързва със следващ активен център на актина, АТФ се разцепва и актиновите нишки се приплъзват между миозиновите – саркомерите се скъсяват, скъсява и цялото мускулно влакно. Този цикъл на миозиновите мостчета продължава до тогава, докато концентрацията на калциевите йони в саркоплазмата е достатъчно висока.
При плъзгането на тънките нишки към средата на саркомера, в един момент дебелите нишки могат да опрат в крайните Z-мембрани на саркомера – тогава съкращението се ограничава.
Когато сарколемата се реполяризира, проницаемостта на RyR-1 на СР за Са+ намалява и Са+ се складира отново в цистерните на СР чрез Са+ – АТФаза (Са+ -помпа). Миозинът свързва АТФ, връзката му с актина се разпада и миозиновата глава вече не се свързва с поредния актинов активен център. Мускулът се отпуска. Отпускането е пасивно. Тънките нишки се връщат в изходна позиция, под влияние на еластичните сили генерирани при разтягането и деформацията на еластичните елементи по време на съкращението.
И така:
1) АТФ доставя енергия за съкращението.
2) АТФ е необходим и за отпускането на мускула. Когато АТФ се свърже с миозина, актомиозиновият комплекс се разпада. При изчерпване на АТФ връзката актин-миозин е трайна и мускулът не се отпуска. Изчерпване на АТФ настъпва при крайна умора на мускула (продължително електрическо дразнене на изолиран мускул) с резултат контрактура на мускула, а също след клинична смърт (послесмъртно вкочаняване).
3) АТФ е необходим за функционирането на Са+-АТФаза.
АТФ се ресинтезира непрекъснато чрез различни механизми:
1) Чрез разграждане на креатинфосфата (КФ).
КФ е съединение с фосфатен радикал, което се намира в мускулите. От него като се прехвърли фосфатния радикал върху АДФ, се получава АТФ. Реакцията се катализира от ензима креатин киназа.
2) Чрез окислителното фосфорилиране в митохондриите, което е бавно. Субстрат за окисление са въглехидрати, СМК и др.
3) Чрез анаеробна гликолиза, която е от значение при бързите двигателни реакции – от една молекула глюкоза в анаеробни условия бързо се ресинтезират 2 молекули АТФ, а при окисляването и до СО2 и Н2О (окислителното фосфорилиране) – 36 молекули АТФ.
Гладки мускули – особености на съкращението.
При сравняване със скелетните мускули се установява, че:
1) Гладкомускулните клетки са с по-малки размери. Те не са напречно набраздани, защото при тях липсват саркомери.
2) Гладкомускулните клетки се различават от скелетните по регулаторните си белтъци – при тях липсва тропонин, калций-свързващият белък е калмодулин.
3) Устройството на тънките (актинови) и дебелите (миозинови) нишки е такова, че то позволява по-голяма степен на съкращение. Миофиламентите са доста по-дълги.
4) Гладките мускули имат по-ниска АТФ-азна активност и АТФ се разгражда по-бавно, бавно се освобождава енергия, съкращението е бавно.
5) Инервацията им е вегетативна (симпатикова и парасимпатикова). Нискочестотната вегетативна инервация поддържа продължително тетаноподобно съкращение. При някои гладки мускули то има миогенен характер и се дължи на влиянието на не нервни – локални фактори.
6) Гладките мускули изразходват по-малко енергия от скелетните мускули – те са по-икономични.
Различават се два типа гладки мускули:
Гладки мускули от дискретен тип (напр. външните очни мускули, в стената на малките артерии, пиломоторните мускули). Клетките са разположени поединично, изолирани една от друга, с отделна вегетативна инервация към всяка клетка. Механизмът на възбуждение при тях е подобен на този при скелетните мускулни влакна. Формират се моторни единици. Съкращенията при тях се степенуват като се включват нови моторни единици.
Гладки мускули от висцерален тип. Те изграждат стените на кухите вътрешни органи – стомах, черва, пикочен мехур, матка). Клетките са свързани помежду си чрез електрически синапси – образуват функционален синцитиум. Отделеният от разширенията по хода на вегетативните влакна медиатор дифундира до мембраните на няколко влакна. Потенциалът на покой на клетките е по-нисък (около -55mV) поради повишена проницаемост на мембраната за Nа+. Тъй като мембранният потенциал е по-близко до Екр, критичното ниво на деполяризация, при което се генерира АП, се достига лесно под влияние дори на локални метаболити, механични дразнения и изстудяване. Характерно за висцералните гладки мускули е, че те притежават свойството автоматия – генерират АПи без да са необходими външни (нервни) стимули. Клетки с по-висока възбудимост – наречени “водачи на ритъма” се самовъзбуждат (спонтанно се деполяризират) и бързо предават възбуждението на всички останали клетки, тъй като мускулът е функционален синцитиум. Някои гладкомускулни влакна на органите с резервоарна функция проявяват свойството пластичност – способност да се разтягат до определени граници без промяна в напрежението. Това свойство се наблюдава например при гладките мускули, изграждащи стената на пикочния мехур и стомаха.
