Наблюдение оптимума и пессимума частоты раздражения.

Включите в сеть стимулятор. Поставьте нужные параметры раздражения Раздражение должно вызывать оптимальный ответ. Переключатель, посылающий стимул к объекту, должен быть в положении «выкл.».

Приготовьте нервно-мышечный препарат и закрепите его в штативе.

При частоте раздражения 20 имп/с подберите амплитуду, вызывающую оптимальное сокращение мышцы. Пустите в ход кимограф. Пошлите стимул к объекту, переведя ручку переключателя амплитуды в положение «вкл.». Наблюдайте сокращение мышцы. Как только оно достигнет максимума, увеличьте частоту раздражения в 10 раз. Тотчас же наступит пессимальное торможение, вследствие которого ответная реакция уменьшится. В момент значительного снижения ответа верните частоту раздражения к исходной, и наблюдайте улучшение ответной реакции препарата при ум円††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††† ††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††† Подумайте, какой момент опыта доказывает, что пессимальный эффект связан с развитием торможения.

Наблюдение оптимума и пессимума силы раздражения.

 

Работу можно выполнять на том же препарате, на котором изучали оптимум и пессимум частоты раздражения, и использовать те же параметры стимуляции.

Для наблюдения оптимума и пессимума силы раздражения следует при неизменной частоте и длительности раздражения увеличивать его амплитуду. Исходно поставьте переключатель амплитуды в положение 0.

Наблюдения проводите следующим образом. Пустите в ход кимограф и запишите прямую линию, характеризующую положение расслабленной мышцы. Пошлите раздражение к объекту, постепенно увеличивая его амплитуду и наблюдайте увеличение ответной реакции препарата по мере возрастания силы раздражения. Зарегистрируйте величину стимула, вызывающего наилучшую (оптимальную) реакцию. Продолжайте увеличивать интенсивность раздражения и отметьте, что в определенный момент ответная реакция снижается, несмотря на увеличение силы раздражения. Как только ответная реакция уменьшилась, переведите переключатель амплитуды в положение оптимальной силы раздражения. Снова наблюдайте увеличение ответной реакции (от пессимума к оптимуму). Изменять интенсивности раздражения нужно быстро, не затягивая действие отдельных сил, чтобы не вызвать утомления препарата.

Ход работы и ее результаты опишите в тетради, туда же вклейте килограмму. Объясните наблюдаемые явления. Докажите, что пессимальный ответ препарата связан с развитием торможения. Подумайте, какой механизм лежит в основе пессимального торможения.

 

Занятие 2. Работа мышц.

 

           Вопросы для самоподготовки.

 

1. Строение сократительного аппарата мышечной клетки.

2. Электромеханическое сопряжение.

3. Молекулярные механизмы сокращения. Теория скользящих нитей.

4. Работа мышц и ее механическая эффективность.

5. Сила мышц. Факторы определяющие силу мышц.

6. Мышечная выносливость.

 

Базовая информация.

 

Поперечно-полосатые мышцы скелета позвоночных состоят из множества отдельных мышечных клеток (волокон), которые расположены в общем соединительно-тканном футляре и крепятся к сухожилиям, связанным со скелетом. Каждое волокно скелетной мышцы - это тонкое (диаметром от 10 до 100 мкм), вытянутое на значительную длину (до 2-3 см) многоядерное образование - симпласт.  

В каждой клетке имеются многочисленные тяжи - миофибриллы, расположенные вдоль длинной оси волокна. Миофибриллы состоят из толстых и тонких нитей образованных сократительными белками:

Миозин, основной компонент толстых нитей, построен из двух больших и четырех малых полипептидных цепей. Каждая большая цепь состоит из двух частей: вытянутого «хвоста», имеющего a-спиральную конформацию, и глобулярной «головки». Хвосты обеих больших цепей заплетены друг вокруг друга, образуя сверхскрученную структуру длиной 140 нм. Глобулярная головка каждой большой цепи находится в комплексе с двумя малыми цепями; весь комплекс также является глобулярным. Таким образом, молекула миозина имеет две глобулярные головки и один фибриллярный двухцепочечный хвост. 

Актин, основной компонент тонких ните й, находится в миофибриллах в форме F-актина (F-фибриллярный). F-актин -это полимер, а мономерные единицы, из которых он построен, называются G-актином (G -глобулярный). По своей структуре F-актин похож на две нитки бус, в которых бусинками служат молекулы G-актина; нитки закручены друг вокруг друга в спиральную структуру с шагом 36 -38 нм. 

Тропомиозин также является компонентом тонких нитей. Молекула тропомиозина представляет собой тяж длиной 40 нм, образованный двумя переплетающимися a-спиральными полипептидными цепями. Тропомиозин связан с F-актином. Каждая молекула тропомиозина охватывает семь G-актиновых глобул, причем соседние его молекулы немного перекрываются между собой, так что образуется непрерывная тропомиозиновая цепь, идущая вдоль F-актинового волокна. Поскольку F-актин состоит из двух ниток, с ним, надо думать, связаны и две тропомиозиновые цепочки. 

Тропонин, еще один компонент тонких нитей, является комплексом трех белков: тропонина I, тропонина Т и тропонина С. Он имеет в целом более или менее глобулярную форму и располагается на F-актине через правильные промежутки, равные примерно 38 нм. 

Взаимное расположение толстых и тонких нитей приводит к образованию чередующихся светлых и темных участков - дисков, что и придает регулярную поперечную исчерченность (полосатость) всему мышечному волокну. Светлые, так называемые изотропные полосы или I-диски, темные - анизотропные А-диски. Комплекс из одного темного и двух прилежащих к нему половин светлых дисков, ограниченный тонкими Z-линиями называют саркомером. Миофибриллы, точнее - их саркомеры, - это сократительный аппарат мышечного волокна. 

Мембрана мышечного волокна - сарколемма - сходна с нервной мембраной. Но она имеет регулярные Т-образные впячивания (трубки диаметром 50 нм) внутрь клетки приблизительно на границах саркомеров. 

Внутри мышечного волокна между пучками миофибрилл параллельно сарколемме располагаются системы трубочек саркоплазматического ретикулума. Каждая такая система трубочек - это разветвленная; но замкнутая система, тесно прилегающая к миофибриллам и примыкающая своими слепыми концами (концевыми цистернами) к Т-образным впячиваниям сарколеммы (Т-системе). 

Т-система и саркоплазматический ретикулум - это аппараты, обеспечивающие передачу сигналов (возбуждения) с сарколеммы на сократительный аппарат миофибрилл. 

Электро-механическое сопряжение.

Сокращение мышцы начинается с передачи нервного импульса с нервной клетки на мышечную. Передача возбуждения осуществляется нервно-мышечным синапсом. 

Нервно-мышечный синапс с помощью которого мотонейрон связан с мышечным волокном, имеет две основные части - нервную (пресинаптическую) и мышечную (постсинаптическую). Пресинаптическая часть представлена концевой веточкой аксона, погруженной в углубление на поверхности мышечного волокна. Поверхностная мембрана концевой веточки носит название пресинаптическая мембрана. Нервное окончание содержит более миллиона пузырьков ацетилхолина (АХ) - медиатора нервно-мышечного синапса. Мембрана, покрывающая мышечное волокно в области нервно-мышечного синапса, носит название постсинаптическая мембрана (или концевая пластинка). Она образует многочисленные складки, уходящие в глубь волокна, благодаря чему увеличивается ее поверхность. Постсинаптическая мембрана имеет так называемые холинорецепторные участки и содержит фермент ацетилхолинэстеразу (АХЭ). Пре- и постсинаптические мембраны разделены узкой синаптической щелью, открывающейся во внеклеточное пространство.

Проведение возбуждения с нервного волокна на мышечное можно представить схематически следующим образом:

1) при достижении нервным импульсом концевой веточки аксона из нее выделяется некоторое количество АХ;

2) выделившийся АХ диффундирует через малое пространство между нервным окончанием и концевой пластинкой (синаптическую щель) и вступает в реакцию с имеющимися на постсинаптической мембране мышечного волокна холинорецепторами;

3) при образовании комплекса «АХ-рецептор» увеличивается ионная проницаемость мембраны концевой пластинки, что приводит к возникновению локального электрического потенциала -- потенциала концевой пластинки (ПКП) или возбуждающего постсинаптического потенциала (ВПСП);

4) ПКП, достигнув пороговой величины, электрически возбуждает соседнюю (внесинаптическую) мембрану мышечного волокна. Поэтому вначале потенциал действия мышечного волокна возникает вблизи синапса, а затем распространяется по всем направлениям от концевой пластинки, охватывая возбуждением все мышечное волокно;

5) комплекс «АХ-рецептор» быстро разрушается специальным ферментом - ацетилхолинэстеразой, которая, как уже отмечалось, в большой концентрации содержится в области мембраны концевой пластинки. Разрушение комплекса сопровождается восстановлением исходной проницаемости постсинаптической мембраны и затуханием ПКП.

Потенциал действия распространяется не только по поверхностной мембране мышечного волокна, но и по мембранам, выстилающим поперечные трубочки саркоплазматического ретикулума. Такой процесс является составной частью механизма, с помощью которого осуществляется связь между возбуждением и сокращением мышечного волокна. Этот механизм носит разные названия: связь «возбуждение – сокращение», электромеханическая связь (ЭМС), электромеханическое сопряжение или мембранно-фибриллярная связь. Распространение волны деполяризации по поперечным трубочкам вызывает деполяризацию мембран цистерн продольных трубочек саркоплазматического ретикулума. Эта деполяризация сопровождается выходом ионов кальция в межфибриллярное пространство, что запускает процесс сокращения мышечного волокна.

         Механизм сокращения состоит в перемещении (протягивании) тонких нитей вдоль толстых к центру саркомера за счет «гребных» движений головок миозина т.е. за счет поперечных актомиозиновых мостиков. Эта теория получила название теории скользящих нитей. Разнообразные исследования привели к сле䆆††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††вации мышечного волокна и появлении в миоплазме ионов Са²⁺ (в присутствии АТФ) тропонин изменяет свою конформацию и отодвигает нить тропомиозина, открывая для миозиновой головки возможность соединения с актином. Соединение головки фосфорилированного миозина с актином приводит к резкому изменению конформации мостика (его «сгибанию») и перемещению нити актина на один шаг (20 нм) с последующим разрывом мостика. Энсргию на этот акт дает распад макроэргической фосфатной связи, включенной в фосфорилактомиозин.

После этою в силу падения локальной концентрации Са²⁺ и отсоединения его от тропонина тропомиозин снова блокирует актин, а миозин снова фосфорилируется за счет АТФ. Последний не только заряжает системы для дальнейшей работы, но и способствует временному разобщению нитей, т. с. пластифицирует мышцу, делает ее способной растягиваться под влиянием внешних сил.