Skip to main content
LibreTexts - Ukrayinska

15.4: Скорочення м'язів

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    5551

    • \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

    Армрестлінг

    Такий вид спорту, як армрестлінг, залежить від м'язових скорочень. Арм борці повинні скоротити м'язи в руках і руках і тримати їх в контракті, щоб протистояти противній силі суперника. Борець, м'язи якого можуть скорочуватися з більшою силою, виграє матч.

    Дві особи військово-морського флоту борються заради задоволення
    Малюнок\(\PageIndex{1}\): Армрестлінг

    скорочення м'язів

    Як починається скорочення скелетних м'язів

    Виключаючи рефлекси, всі скорочення скелетних м'язів відбуваються в результаті свідомого зусилля, що відбуваються в мозку. Мозок посилає електрохімічні сигнали через соматичну нервову систему до рухових нейронів, які іннервують м'язові волокна (щоб переглянути, як функціонують мозок і нейрони, див. Розділ Нервова система). Один руховий нейрон з декількома аксоновими терміналами може іннервувати кілька м'язових волокон, тим самим змушуючи їх скорочуватися одночасно. Зв'язок між терміналом аксона моторного нейрона і м'язовим волокном відбувається в місці нервово-м'язового з'єднання. Це хімічний синапс, де руховий нейрон передає сигнал м'язовому волокну, щоб ініціювати скорочення м'язів.

    Процес, за допомогою якого передається сигнал на нервово-м'язовому з'єднанні, проілюстрований на малюнку\(\PageIndex{2}\). Послідовність подій починається, коли в клітинному тілі рухового нейрона ініціюється потенціал дії, а потенціал дії поширюється по аксону нейрона до нервово-м'язового з'єднання. Як тільки потенціал дії досягає кінця терміналу аксона, він викликає нейромедіатор ацетилхолін (АЧ) з синаптичних везикул в терміналі аксона. Молекули ACH дифузують через синаптичну щілину і зв'язуються з рецепторами м'язового волокна, тим самим ініціюючи скорочення м'язів. Скорочення м'язів починається з деполяризації сарколеми, викликаної входом іонів натрію через натрієві канали, пов'язані з рецепторами АЧ.

    механізм скорочення скелетних м'язів
    Малюнок\(\PageIndex{2}\): Ця діаграма представляє послідовність подій, що відбуваються, коли руховий нейрон стимулює м'язове волокно до скорочення. Потенціал дії рухається вниз по t-канальцях і збуджує саркоплазматичний ретикулум, який вивільняє кальцій. Кальцій при зв'язуванні з тропонином викликає конформаційні зміни саркомера. Отже, взаємодія товстих і тонких ниток саркомера призводить до скорочення м'язів.

    Речі відбуваються дуже швидко в світі збудливих мембран (подумайте, як швидко ви зможете клацнути пальцями, як тільки ви вирішите це зробити). Відразу після деполяризації мембрани вона реполяризується, відновлюючи негативний мембранний потенціал. Тим часом АЧ в синаптичній щілині розкладається ферментом ацетилхолінестерази (AchE). ACH не може знову зв'язуватися з рецептором і знову відкрити свій канал, що спричинить небажане розширене збудження та скорочення м'язів.

    Поширення потенціалу дії по сарколемі надходить в Т-канальці. Для потенціалу дії досягти мембрани саркоплазматичного ретикулума (SR) існують періодичні інвагінації в сарколемі, звані Т-канальцями («T» означає «поперечний»). Розташування Т-канальця з мембранами СР по обидва боки називається тріадою (рис.\(\PageIndex{3}\)). Тріада оточує циліндричну структуру, звану міофібрилою, яка містить актин і міозин. Т-канальці несуть потенціал дії у внутрішню частину клітини, що запускає відкриття кальцієвих каналів в мембрані сусідньої СР, викликаючи\(\text{Ca}^{++}\) дифузію з SR і в саркоплазму. Саме прихід\(\text{Ca}^{++}\) в саркоплазму ініціює скорочення м'язового волокна його скорочувальними одиницями або саркомерами.

    Скелетні м'язи волокна з Т-канальцями
    Малюнок\(\PageIndex{3}\): Вузькі Т-канальці дозволяють проводити електричні імпульси. Функції SR регулюють внутрішньоклітинний рівень кальцію. Два термінальних цистерни (де збільшений SR з'єднується з Т-канальцем) і одна Т-каналька містять тріаду - «трійку» мембран, з SR з двох сторін і Т-трубочкою, затиснутою між ними.

    Збудження-стиснення муфти

    Хоча термін збудливо-скорочення зчеплення бентежить або лякає деяких студентів, він зводиться до цього: щоб волокно скелетних м'язів скоротилося, його мембрана спочатку повинна бути «збуджена» - іншими словами, її потрібно стимулювати, щоб вогонь потенціал дії. Потенціал дії м'язового волокна, який проноситься уздовж сарколеми як хвиля, «пов'язаний» з фактичним скороченням через вивільнення іонів кальцію (\(\text{Ca}^{++}\)) з SR. Після звільнення\(\text{Ca}^{++}\) взаємодіє з екрануючими білками, комплексом тропоніну та тропоміозина, змушуючи їх відсуватися вбік, щоб актинзв'язуючі ділянки були доступні для приєднання міозінними головками. Потім міозин тягне актинові нитки до центру, скорочуючи м'язове волокно.

    Модель ковзної нитки скорочення м'язів
    Малюнок\(\PageIndex{4}\): Комплекс Тропоміозин Тропонин захищає перехресні мостові ділянки на актині. Міозин може зв'язуватися з актином тільки тоді, коли цей комплекс видаляється за допомогою іонів кальцію.

    У скелетних м'язах ця послідовність починається з сигналів від соматичного рухового відділу нервової системи. Іншими словами, крок «збудження» в скелетних м'язах завжди запускається сигналізацією з боку нервової системи.

    Теорія ковзної нитки скорочення м'язів

    Після того, як м'язове волокно стимулюється руховим нейроном, актином та білком міозину нитками всередині волокна скелетних м'язів ковзають один за одного, щоб виробляти скорочення. Теорія ковзної нитки є найбільш широко прийнятим поясненням того, як це відбувається. Відповідно до цієї теорії скорочення м'язів - це цикл молекулярних подій, в яких товсті нитки міозину неодноразово прикріплюються до тонких актинових ниток і тягнуть за них, тому вони ковзають одна над одною. Актинові нитки прикріплені до Z дисків, кожен з яких позначає кінець саркомера. Ковзання ниток тягне Z диски саркомера ближче один до одного, тим самим скорочуючи саркомер. У міру того, як це відбувається, м'яз скорочується.

    розслаблений і скорочений саркомир
    Малюнок\(\PageIndex{5}\): На верхній діаграмі зображений розслаблений саркомер, а на нижній діаграмі зображений контрактний саркомер. Будь ласка, зверніть увагу на диски z, зону h та лінію M. У скороченому саркомері зона Н зменшується порівняно з розслабленим саркомером, оскільки актинові волокна (зеленувато-жовта подвійна спіраль) рухаються до лінії М.

    Кросбридж Велоспорт

    Перехресний цикл - це послідовність молекулярних подій, яка лежить в основі теорії ковзної нитки. Існує безліч проекцій з товстих міозінних ниток, кожна з яких складається з двох міозінових головок (проекції і головки можна побачити на малюнках\(\PageIndex{5}\) і\(\PageIndex{3}\)). Кожна головка міозину має місця зв'язування АТФ (або продуктів гідролізу АТФ: АДФ і Р i) і актину. Тонкі актинові нитки також мають місця зв'язування головок міозину - поперечний міст утворюється, коли головка міозину зв'язується з актиновою ниткою.

    Процес крос-мостового велоспорту показаний на малюнку\(\PageIndex{6}\). Цикл перехресного моста починається, коли головка міозину зв'язується з актинової ниткою. АДФ і Р i також пов'язані з міозінною головкою на цій стадії. Далі силовий удар переміщує діючу нитку всередину до центру саркомера, тим самим скорочуючи саркомер. В кінці силового удару АДФ і P i звільняються з головки міозину, залишаючи головку міозину, прикріплену до тонкої нитки, поки інший АТФ не зв'яжеться з головкою міозину. Коли АТФ зв'язується з головкою міозину, це змушує головку міозину від'єднуватися від актинової нитки. АТФ знову розщеплюється на АДФ і P i і виділяється енергія використовується для переміщення головки міозину в «зведене» положення. Опинившись в такому положенні, головка міозину може знову зв'язуватися з актиновою ниткою, і починається ще один крос-мостовий цикл.

    Скорочення скелетних м'язів
    Малюнок\(\PageIndex{6}\): Перехресний велоспорт
    Характеристика: Біологія людини в новині

    Цікаві та надійні фундаментальні дослідження скорочення м'язів часто є новинами, оскільки скорочення м'язів беруть участь у багатьох різних процесах та порушеннях організму, включаючи серцеву недостатність та інсульт.

    • Серцева недостатність - це хронічний стан, при якому клітини серцевого м'яза не можуть скорочуватися досить сильно, щоб підтримувати клітини організму адекватно забезпечуються киснем. У 2016 році дослідники Південно-Західного медичного центру Техаського університету визначили потенційну нову мету для розробки препаратів для збільшення сили скорочень серцевого м'яза у пацієнтів з серцевою недостатністю. Дослідники UT виявили раніше невідомий білок, який бере участь у скороченні м'язів. Мінімальний білок відключає «гальмо» на серці, тому він більш енергійно перекачує кров. На молекулярному рівні білок впливає на кальцієво-іонний насос, який контролює скорочення м'язів. Такий результат, швидше за все, призведе до пошуків додаткових таких білків.
    • Інсульт виникає, коли згусток крові лежить в артерії в мозку і відсікає приплив крові до частини мозку. Пошкодження від згустку зменшиться, якщо гладкі м'язи, що вистилають мозкові артерії, розслаблені після інсульту, оскільки артерії розширюються і дозволять більший приплив крові до мозку. У недавньому дослідженні, проведеному в Медичній школі Єльського університету, дослідники визначили, що м'язи, що вистилають кровоносні судини в мозку, фактично скорочуються після інсульту. Це звужує судини, зменшує приплив крові до мозку і, здається, сприяє постійному пошкодженню мозку. Надійним висновком цього висновку є те, що він пропонує нову мету для терапії інсульту.

    Рецензія

    1. Що таке скорочення скелетних м'язів?
    2. Розрізняють ізометричні і ізотонічні скорочення скелетних м'язів.
    3. Як руховий нейрон стимулює скорочення скелетних м'язів?
    4. Що таке теорія ковзної нитки?
    5. Опишіть крос-мостовий велоспорт.
    6. Звідки береться АТФ, необхідний для скорочення м'язів?
    7. Поясніть, чому потенціал дії в одному руховому нейроні може призвести до скорочення декількох м'язових волокон.
    8. Назва синапсу між руховим нейроном і м'язовим волокном - _______________ _________.
    9. Якщо препарат блокує рецептори ацетилхоліну на м'язових волокні, як ви думаєте, що це зробить для скорочення м'язів? Поясніть свою відповідь.
    10. Правда чи помилково: Відповідно до теорії ковзних ниток, актинові нитки активно прикріплюються до ниток міозину і тягнуть за них.
    11. Правда чи помилково: Коли руховий нейрон виробляє потенціал дії, саркомери в м'язовому волокні, які він іннервує, стають коротшими в результаті.
    12. Поясніть, як теорія перехресного мосту та теорія ковзної нитки пов'язані один з одним.
    13. Коли анаеробне дихання зазвичай відбувається в м'язових клітині людини?
    14. Якби в м'язі не було АТФ, як це вплинуло б на велосипеді на крос-мосту? Що б це зробило для скорочення м'язів?

    Атрибуції

    1. Армрестлінг ВМС США фото лейтенанта Кеннета Хонека, публічне надбання через Wikimedia Commons
    2. Торцева пластина двигуна та іннервація за допомогою OpenStax, CC BY 4.0 через Wikimedia Commons
    3. Скелетні м'язи співробітників Blausen.com (2014). «Медична галерея Блаузена Медікал 2014». Вікіжурнал медицини 1 (2). Дооо: 10.15347/кв.м/2014.010. ISSN 2002-4436. ліцензований CC BY 3.0 через Вікісховище
    4. Актин-тропоміозин-тропонин Даніель Уолш та Алан Свед, CC BY 4.0 через Wikimedia Commons
    5. Модель розсувних ниток від OpenStax, CC BY 4.0 через Вікісховище
    6. Перехресний велоспорт за допомогою OpenStax, CC BY 4.0 через Вікісховище
    7. Текст адаптований з біології людини CK-12 ліцензований CC BY-NC 3.0