Т система мышечного волокна

Т система мышечного волокна

Мышечная ткань составляет от 1/3 до 1/2 массы тела любого позвоночного. Нервная деятельность, даже ее высшие процессы, происходящие в человеческом мозге, проявляется главным образом в форме сокращения мышечных волокон, т.е. мышечная система является исполнителем нервной системы. Основные функции организма — от локомоции до кровообращения — связаны с мышечной активностью, главный результат которой — это движение туловища, конечностей, челюстей, какого-нибудь органа или его части. Но также важны и вспомогательные функции мышечной системы: поддержание тела или его части в определенном положении, теплопродукция и создание электрического поля.

Мышечная ткань делится на два типа: гладкую ( входит в состав внутренних органов и стенки кровеносных сосудов и иннервируется вегетативной нервной системой) и поперечнополосатую ( входит в состав соматических систем и сердца и иннервируется , за исключением сердца, соматической нервной системой).

Мышцы состоят из множества удлиненных клеток — мышечных волокон, способных сокращаться и расслабляться. Расслабленную мышцу можно растянуть, но благодаря своей эластичности она после растяжения способна возвратиться к исходным размерам и формам. Мышцы хорошо снабжаются кровью, которая доставляет им питательные вещества и кислород и удаляет отходы метаболизма. Приток крови к мышцам регулируется таким образом, что в каждый данный момент мышца получает ее в необходимом количестве. Все мышцы имеют самостоятельную иннервацию.

Все мышцы позвоночных можно разделить на три группы: скелетные, гладкие и сердечная мышцы.

Поперечно-полосатая мышца состоит из множества функциональных единиц — мышечных клеток, которые сливаются и образуют мышечный синцитий или мышечное волокно. Они имеют цилиндрическую форму и расположены параллельно друг другу. Это многоядерные клетки 0,01-0,1 мм в диаметре, достигающие несколько см в длину. Ядра в волокне расположены около его поверхности. Пучки мышечных волокон окружены коллагеновыми волокнами и соединительной тканью. Между волокнами также находится коллаген. Каждое волокно окружено мембраной — сарколеммой, которая по своему строению очень сходна с обычной плазматической мембраной.

В мышечных волокнах содержится большое количество миофибрилл, которые и создают характерную поперечную исчерченность . Каждая миофибрилла состоит из белковых нитей двух типов — актиновых и миозиновых. Между миофибриллами находится множество митохондрий. Цитоплазма мышечного волокна называется саркоплазмой и содержит сеть внутренних мембран —сакроплазматический ретикулум . Поперек волокна и между миофибриллами проходит система трубочек, называемая Т-системой , которая связана с сарколеммой и саркоплазматичесикм ретикулумом . Саркоплазматичесикй ретикулум участвует в захвате и высвобождении ионов кальция, в результате концентрация этих ионов в саркоплазме снижается или увеличивается, что в свою очередь влияет на сократительную функцию мышечного волокна.

В световой микроскоп видна лишь поперечная исчерченность миофибрилл. Это выглядит как правильное чередование светлых и темных полос, названных соответственно зонами (или дисками) I и А. По середине каждой зоны проходит тонкая темная линия. Электронно-микроскопическое исследование ясно показывает, что исчерченность обусловлена определенным расположением нитей актина (тонких) и миозина (толстых) .

Зона I разделена на две половинки темной линией Z. Участок миофибрилы между двумя линиями Z называется саркомером. В обе стороны от линии Z отходят актиновые нити, а в середине от саркомера находятся миозиновые нити. В определенных участках саркомера актиновые и миозиновые нити перекрываются. Такое взаиморасположение нитей приводит к появлению в саркомере нескольких дисков (полос). Там, где актиновые и миозиновые нити перекрываются, они образуют диск А, в то время как в районе диска I находятся только актиновые нити.

Реакция типа «все или ничего»

При раздражении скелетного мышечного волокна оно будет сокращаться лишь в том случае, если стимулирующий импульс достигнет определенной пороговой величины или превысит ее. И это сокращение будет для данных условий максимальным. Даже значительное увеличение силы раздражителя не приведет к большему укорочению волокна или увеличению развиваемой им силы. Такое явление называют реакцией «все или ничего». Слабый раздражитель, не способный вызвать сокращение мышечного волокна, называется подпороговым.

После окончания ответа наступает период абсолютной рефрактерности, когда волокно не способно сокращаться. Затем следует период относительной рефрактерности. В это время только сильный стимул может вызвать сокращение. Период рефрактерности представляет собой отрезок времени, в течение которого происходит восстановление исходного состояния мышечного волокна.

При нанесении раздражения на постсинаптической мембране мышцы возникает постсинаптический потенциал, который и генерирует потенциал действия мышцы.

Проводящий аппарат мышцы включает в себя:

1)поверхностная плазматическая мембрана;

Поверхностная плазматическая мембрана— внутренний слой мембраны, покрывающий мышечное волокно. Она обладает электрогенными свойствами на всем протяжении. Возбуждение проходит как по безмиелиновому волокну.

Т-система— это система поперечных трубочек, представляет собой выпячивание поверхностной плазматической мембраны вглубь мышечных волокон. Они проходят между миофибриллами на уровне Z-мембраны.

Саркоплазматический ретикулум — замкнутые цистерны с Са2+ (в связанном, ионизированном виде — 50 %, в виде органических соединений — 50 %).

Триада— одна поперечная Т-трубочка и прилегающие к ней мембраны саркоплазматического ретикулума. Расстояние между Т-трубочками и мембраной саркоплазматического ретикулума равно 20 нм; функция триады — электрический синапс.

Читайте также:  Фото красивых женщин 18 лет

При возникновении потенциала действия в мышце он распространяется по поверхностной плазматической мембране, как по безмиелиновому нервному волокну. Затем, по Т-системе потенциал действия распространяется вглубь волокна. При этом через электрический синапс возбуждение передается на мембрану саркоплазматического ретикулума. В результате повышается проницаемость саркоплазматического ретикулума для ионов Са2+ и они выходят в межфибриллярное пространство.

Вывод:проводящая система мышечного волокна обеспечивает распространение потенциала действия и выхода Са2+ из саркоплазматического ретикулума в межфибриллярное пространство.

Современные представления о строении скелетной мышцы

Скелетные мышцы состоят из миофибрилл, которые с помощью Z-мембраны поделены на отдельные саркомеры.

Саркомер — это основной сократительный элемент скелетных мышц.

В саркомере различают:

1)темная часть в центре саркомера (диск А);

2)в центре диска А светлое пространство — Н-мембрана;

Диски А и J образованы отдельными протофибриллами. А-фибриллы толстые из белка миозина, J — тонкие из белка актина. Молекула миозина представляет собой тело из тяжелого меромиозина и головку — из легкого меромиозина. На головке фиксирована молекула АТФ, которая в покое заряжена отрицательно. В основании головки фиксируется молекула фермента АТФ-азы, также заряжена отрицательно. Молекулы отталкиваются — головка находится в расправленном состоянии. Толстые протофибриллы состоят из 3-х белков — тропомиозиновая нить, на которую накручена двойная спираль глобулярного актина. Через равномерные промежутки располагается белок тропонин — "щит" закрывающий А-центр тонкой протофибриллы. Тропонин обладает высоким сродством к Са2+ тропониновые центры располагаются в виде спирали примерно через каждые 15 нм. За счет этих тропониновых комплексов происходит открытие А-центра протофибриллы и образуются мостики между актиновыми и миозиновыми нитями.

Статическая сила, динамическая сила, статическая силовая выносливость, динамическая силовая выносливость… — физические качества, уровень развития которых определяет спортивный результат в подтягивании.

Миофибриллы, митохондрии, саркоплазматический ретикулум… — структурные элементы мышечной клетки, участвующие в преобразовании потенциальной химической энергии в полезную механическую работу или мышечное напряжение.

Креатинфосфатная реакция, гликолиз, аэробное окисление – механизмы энергообеспечения, которые служат делу обеспечения непрерывного ресинтеза АТФ в работающих мышцах.

Медленные окислительные, быстрые гликолитические, быстрые окислительно-гликолитические – типы мышечных волокон, отличающихся по скорости сокращения, активности ферментов ресинтеза АТФ, преимущественным механизмам энергопродукции.

Попробуем увязать между собой физические качества спортсмена, физиологию мышечного сокращения и биохимические процессы, происходящие в мышечных клетках.

Для этого предварительно рассмотрим строение мышечного волокна и механизм мышечного сокращения в той степени, в которой это необходимо для подтягиваний.

Строение и химический состав скелетных мышц

Скелетная мышца состоит из мышечных волокон (миоцитов). Мышечные волокна представляют собой гигантские многоядерные клетки длиной от 0,1 до 2-3 сантиметров, а в некоторых мышцах миоциты достигают 12 сантиметров. Площадь поперечного сечения мышечных клеток составляет от 3 до 10 квадратных микрометров.

Волокно покрыто эластичной оболочкой — сарколеммой и состоит из саркоплазмы, структурными элементами которой являются такие органоиды, как митохондрии, рибосомы, трубочки и пузырьки саркоплазматической сети (ретикулума) и так называемая Т-система а также различные включения. В саркоплазме условно выделяют две части – саркоплазматический матрикс и саркоплазматический ретикулум.

Саркоплазматический ретикулум, представляющий собой определённым образом организованную сеть соединяющихся цистерн (содержащих в большой концентрации ионы кальция) и трубочек, играет важную роль в механизмах сокращения и расслабления мышцы. Кроме того, к части ретикулума прикреплены рибосомы, специальные сферические образования, на которых и при участии которых происходит биосинтез белков. Саркоплазматическая сеть с помощью особых трубочек, называемых Т-системой, связана с оболочкой мышечной клетки. Т-система также имеет прямое отношение к мышечному сокращению, так как по ней передаётся изменение электрического потенциала поверхностной мембраны элементам ретикулума, что приводит к освобождению ионов кальция, поступающих к миофибриллам и запускающих процесс мышечного сокращения [24].

Рисунок 7.3 Строение Т-системы и саркоплазматического ретикулума мышечного волокна

[из [24] по: Кроленко, 1975].

Саркоплазматический матрикс представляет собой коллоидный раствор, содержащий белки, гликоген, жировые капли и другие включения [11]. Миофибриллы – сократительные элементы мышечных клеток – также находятся в саркоплазматическом матриксе.

Кроме того, в саркоплазме находятся ферменты гликолиза, расщепляющие гликоген или глюкозу до пировиноградной или молочной кислоты и креатинкиназа – фермент, ускоряющий креатинфосфатную реакцию. Особый белок саркоплазмы – миоглобин – обеспечивает некоторый запас кислорода в мышечной ткани, а также участвует в переносе кислорода от сарколеммы к митохондриям.

Мышечная клетка имеет не одно, а множество ядер, которые располагаются на её периферии – под сарколеммой. Внутри каждого ядра находится ДНК, являющаяся носителем носледственной информации и состоящая из генов, в которых закодирована структура всех синтезируемых мышечными волокнами белков.

Лизосомы, представляющие собой микроскопические пузырьки, содержат в растворённом виде различные ферменты, способные в условиях кислой реакции среды расщеплять различные высокомолекулярные вещества. Такая необходимость может возникать в мышечных клетках, например, при очень напряжённой мышечной деятельности.

Читайте также:  Как легко и быстро набрать вес

Митохондрии

Митохондрии, одни из важнейших структурных компонентов мышечного волокна, располагаются цепочками вдоль миофибрилл (рисунок 7.3), тесно соприкасаясь с мембранами ретикулума. В митохондриях протекает аэробное окисление углеводов, жиров и аминокислот, а за счёт энергии, выделяющейся при окислении, происходит ресинтез АТФ.

Митохондрии ограничены двумя мембранами (рисунок 7.4). Наружняя митохондриальная мембрана имеет ровные контуры, не образует выпячиваний или складок. Наружную мембрану от внутренней отделяет межмембранное пространство. Внутренняя мембрана ограничивает внутреннее содержимое митохондрии, ее матрикс. Характерной чертой внутренней мембраны митохондрий является их способность образовывать многочисленные выпячивания внутрь митохондрий. Такие выпячивания чаще всего имеют вид плоских гребней, или крист, существенно увеличивая поверхность внутренней мембраны. Мембраны митохондрий построены из белка и содержащих фосфорную кислоту жироподобных веществ — фосфолипидов. На внутренней мембране в определённом порядке расположены биологические катализаторы – ферменты, при помощи которых происходят окислительные процессы, а также компоненты дыхательной цепи – главной системы превращения энергии в митохондриях. На внешней мембране митохондрий в определённом порядке расположены ферменты, не имеющие отношения к дыхательной цепи. Немало ферментов в растворённом виде содержится и в матриксе. Кроме того, матрикс митохондрий содержит рибосомы и митохондриальную ДНК.

Рисунок 7.4Схема строения митохондрии

(по А.Кузнецов, [29])

Великое множество миофибрилл, содержащихся в мышечных волокнах, требуют большого количества АТФ, которое должно быть доставлено к каждому саркомеру миофибрилл. На продольных ультратонких срезах скелетных мышц в электронном микроскопе видны многочисленные округлые мелкие сечения митохондрий, располагающихся в соседстве с саркомерами. Если же исследовать поперечные срезы мышечных волокон на уровне Z-дисков (см. п.7.2.1.2), то видно, что мышечные митохондрии представляют собой не мелкие шарики или палочки, а как бы паукообразные структуры, отростки которых могут ветвиться и простираться на большие расстояния, иногда через весь поперечник мышечного волокна. При этом разветвления митохондрий окружают каждую миофибриллу в мышечном волокне, снабжая их АТФ, необходимой для мышечного сокращения. Следовательно, в плоскости z-диска митохондрии представлены типичным митохондриальным ретикулумом – единой митохондриальной системой. Такой пласт или этаж митохондриального ретикулума повторяется дважды на каждый саркомер, а все мышечное волокно имеет тысячи поперечно расположенных поэтажных пластов митохондриального ретикулума. Было обнаружено, что между этажами вдоль миофибрилл располагаются нитчатые митохондрии, соединяющие эти митохондриальные пласты. Тем самым создается трехмерная картина митохондриального ретикулума, проходящего через весь объем мышечного волокна [28].

Предполагается, что с помощью специальных межмитохондриальных соединений или контактов может происходить функциональное объединение отдельных митохондрий и митохондриальных ретикуломов в единую энергетическую систему, позволяющую всем миофибриллам в мышечном волокне сокращаться синхронно по всей длине, поскольку механизм взаимодействия митохондрий посредством межмитохондриальных контактов может обеспечить синхронное поступление АТФ во все участки сокращающегося мышечного волокна.

Механизм кооперации и синхронизации работы митохондрий позволяет вести синтез АТФ в любой точке поверхности внутренней мембраны таких разветвлённых митохондрии, обеспечивая энергией для сокращения те участки мышечного волокна, где в этом возникает необходимость. Но связывание отдельных митохондрий в единую цепь с помощью межмитохондриальных контактов наряду с очевидными преимуществами имеет и существенный недостаток. Дело в том, что при функциональном объединении митохондрий в единую митохондриальную систему любое существенное повреждение (пробой) её внутренней мембраны приводит к потере способности к ресинтезу АТФ сразу у всей объединённой группы митохондрий.

При проведении серии развивающих тренировок по подтягиванию направленных на развитие статической выносливости мышц-сгибателей кисти нередко используется метод выполнения нагрузки «до отказа». Если тренировки разделены недостаточным для восстановления интервалом отдыха, после проведения 4-5 развивающих тренировок подряд, в ходе которых может наблюдаться существенный прирост времени виса (т.е. увеличение аэробных возможностей мышц), неожиданно наступает срыв адаптации и возврат времени виса к первоначальному уровню.

Например, если спортсмен форсирует тренировочный процесс и выполняет через день по 4-6 подходов до отказа, подняв за 2 недели вис с подтягиванием в темпе 1 раз в 8 секунд с 2 до 4 минут (такое возможно у квалифицированных спортсменов, например, после длительного вынужденного перерыва в тренировках), то внезапно – без видимых причин — время виса может упасть до прежних двух минут и даже меньше.

Долгое время было непонятно, почему так происходит. В качестве одной из возможных причин называлась перегрузка нервной системы тренировками до отказа. Но срыв адаптации обычно происходил на фоне эмоционального подъёма от быстрого прогресса тренировочных результатов и связанного с этим желания тренироваться всё больше и больше и имел мало общего с нервным срывом.

Возможно, что резкое падение результатов происходит из-за пробоя внутренней мембраны митохондриальной системы мышечного волокна, вследствие, например, чрезмерного закисления мышц на предшествующей срыву адаптации тренировке. В этом случае повреждение небольшого по площади участка любой из митохондрий, входящих в митохондриальную сеть, должно приводить к отключению механизма аэробного окисления сразу во всей сети.

Читайте также:  На что влияет дефицит витамина д

Тренировки с облегчением в 5-7% от веса тела позволяют резко (в 1,5 – 2 раза) увеличить объём тренировочной работы за счёт увеличения количества подтягиваний в подходе с соответствующим увеличением времени выполнения подхода. При этом энергопродукция смещается в сторону аэробного окисления, всё в большей степени активизируя работу митохондриальной системы. Серия развивающих тренировок с облегчением без должного интервала отдыха между ними также может привести к скачкообразному падению результатов, что также может быть объяснено повреждением внутренних мембран митохондрий продуктами метаболизма.

Можно ли каким-либо образом почувствовать приближение момента срыва адаптации и, снизив нагрузку, предотвратить это нежелательное явление?

Биологическое окисление, протекающее в митохондриях, состоит в окислении органических субстратов, например глюкозы, до углекислого газа и воды с выделением около 680 ккал (в расчёте на 1 моль, т.е. 180 г глюкозы), которая в дальнейшем идёт на создание макроэнергетической связи в молекуле АТФ (фосфорилирование АДФ). Окисление и фосфорилирование – это два, в принципе, независимых процесса, которые для эффективного ресинтеза АТФ должны быть сопряжены. Сопряжение окисления и фосфорилирования происходит на внутренних мембранах митохондрий. Поэтому, когда мембраны повреждены, происходит разобщение этих процессов. Реакции окисления глюкозы продолжают идти, а ресинтез АТФ замедляется или прекращается. И сейчас даже неважно, что является причиной повреждения мембран – избыток молочной кислоты, недостаток кислорода или повышенное его потребление, свободнорадикальное окисление или это происходит по каким-то иным причинам. Важно, что при повреждении мембран митохондрий в результате чрезмерного воздействия тренировочных нагрузок нарушается процесс ресинтеза АТФ, а энергия, выделяющаяся в процессе биологического окисления, теперь может превращаться только в тепло, приводя к локальному нагреву мышечной ткани.

Но одним из отдалённых признаком перетренированности является внезапная испарина, выступающая не только на лбу, но и на рабочих мышцах спортсмена в начале выполнения даже не очень напряжённой нагрузки. Возможно, таким образом организм реагирует на начинающийся процесс разобщения окисления и фосфорилирования, связанный с повреждением мембран митохондрий. Поэтому, если после серии развивающих нагрузок на очередной тренировке вы начинаете по непонятным причинам сильно потеть, стоит задуматься: а не перебрали ли вы с нагрузкой?

В любом случае безопасным (но в то же время обеспечивающим прогресс) считается вариант, когда тяжёлые развивающие тренировки проводятся не чаще одного раза в 5 – 7 дней.

Экспериментальные данные говорят в пользу того, что увеличение числа митохондрий происходит путём роста и деления предшествующих митохондрий. Более того, митохондрии обладают собственным генетическим аппаратом, т.е. обладают полной системой авторепродукции, хотя и находящейся под генетическим контролем со стороны клеточного ядра [28].

Все митохондрии в теле человека наследуются от матери, а не от отца, поэтому способность к длительному выполнению упражнений передаётся по материнской линии.

По форме и размеру митохондрии напоминают бактерий; они содержат собственную ДНК и размножаются делением. Эти и другие факты привели к возникновению гипотезы о том, что много миллионов лет назад бактерии проникли в более высокоразвитые клетки и прочно обосновались в них, потеряв былую самостоятельность и со временем превратившись в клеточные органеллы, которые теперь называют митохондриями [30].

Миофибриллы

Сократительные элементы – миофибриллы – занимают большую часть объёма мышечных клеток. Миофибриллы состоят из многочисленных параллельно расположенных нитей – филаментов. Перегородки, называемые Z – пластинками, разделяют их на отдельные участки, называемые саркомерами. Строение саркомера мышечного волокна показано на рисунке 7.5.

Мышечные нити – филаменты бывают двух типов: толстые и тонкие.Толстые имеют диаметр около 10 нм (1 нм = 10 -9 м), а тонкие – около 5 нм. Толстые нити, состоящие из белка миозина, расположены в дисках А (рис. 7.3, 7.5), а тонкие, основным белком которых является актин, находятся в дисках I, частично заходя в диск А. Середину диска I пересекает Z – пластинка, соединяющая тонкие нити между собой и с сарколеммой. В поперечном сечении толстые и тонкие нити располагаются правильными шестиугольниками так, что каждая толстая нить окружена шестью тонкими, а каждая тонкая нить может вступать в контакт с тремя толстыми [24].

Рисунок 7.5. Строение саркомера поперечнополосатого мышечного волокна: А — электронная микрофотография (малое увеличение), на которой четко видна структура саркомера; Б — схема саркомера; В — электронная микрофотография с высокой разрешающей способностью; Г — поперечное сечение саркомера на различных уровнях, видно положение толстых и тонких нитей в различных участках покоящегося саркомера (по Х. Хаксли)

Из-за особенностей своих оптических свойств миозиновые нити, находящиеся в середине саркомера, выглядят в световом микроскопе тёмной полосой, а актиновые нити – светлой. Именно в результате такого периодического чередования светлых и тёмных полос в бесчисленных саркомерах миофибриллы выглядят поперечно-полосатыми.

Последнее изменение этой страницы: 2016-04-07; Нарушение авторского права страницы

Ссылка на основную публикацию
Adblock detector