กลไกการทำงานของกล้ามเนื้อหดเกร็ง ฟังก์ชั่นและคุณสมบัติของกล้ามเนื้อโครงร่าง

การหดตัวของกล้ามเนื้อ - เป็นกระบวนการที่ซับซ้อนซึ่งประกอบด้วยจำนวนของขั้นตอน ส่วนประกอบหลักที่นี่มี myosin, โปรตีน, นิ, tropomyosin และ actomyosin และไอออนแคลเซียมและสารที่ให้พลังงานของกล้ามเนื้อ พิจารณาประเภทและกลไกของการหดตัวของกล้ามเนื้อ ขอให้เราศึกษาจากการที่พวกเขาจะทำและขั้นตอนที่จำเป็นสำหรับกระบวนการวัฏจักร

กล้ามเนื้อ

กล้ามเนื้อจะรวมกันเป็นกลุ่มที่มีกลไกเดียวกันของการหดตัวของกล้ามเนื้อ ในทำนองเดียวกันที่พวกเขาจะแบ่งออกเป็น 3 ประเภทคือ

• กล้ามเนื้อริ้วของร่างกาย;
• กล้ามเนื้อริ้วของ Atria และโพรงของหัวใจ;
• อวัยวะกล้ามเนื้อเรียบของหลอดเลือดและผิวหนัง

กล้ามเนื้อโครงร่างเป็นส่วนหนึ่งของระบบกล้ามเนื้อเป็นส่วนหนึ่งของมันเพราะนอกจากพวกนี้รวมถึงเอ็นกระดูก เมื่อดำเนินการตามกลไกของการหดตัวของกล้ามเนื้อทำงานต่อไปและฟังก์ชั่น:

• การเคลื่อนไหวร่างกาย
• ส่วนของร่างกายจะถูกย้ายไปเทียบกับคนอื่น ๆ ;
• ร่างกายได้รับการสนับสนุนในพื้นที่นั้น
• ความร้อนจะถูกสร้างขึ้น;
• เยื่อหุ้มสมองถูกเปิดใช้งานโดยอวัยวะไปที่ลานรับสัญญาณของกล้ามเนื้อ

ของกล้ามเนื้อเรียบเป็น:

• มอเตอร์อุปกรณ์ของอวัยวะภายในซึ่งรวมถึง หลอดลมต้นไม้ ปอดและทางเดินอาหารหลอด;
• น้ำเหลืองไหลเวียนโลหิตและระบบ
• อวัยวะระบบปัสสาวะ

คุณสมบัติทางสรีรวิทยา

เช่นเดียวกับสัตว์ที่มีกระดูกสันหลังทั้งหมดในร่างกายมนุษย์มีสามคุณสมบัติที่สำคัญที่สุดของเส้นใยกล้ามเนื้อโครงร่าง:

• หด - ลดและเปลี่ยนแรงดันไฟฟ้าเมื่อตื่นเต้น;
• การนำ - ความจุการเคลื่อนไหวตลอดทั้งเส้นใย;
• ปลุกปั่น - การตอบสนองต่อสิ่งเร้าโดยการเปลี่ยนเมมเบรนที่มีศักยภาพและการซึมผ่านของไอออน

กล้ามเนื้อมีความตื่นเต้นและเริ่มที่จะลดลงโดย แรงกระตุ้นเส้นประสาท ที่มาจากศูนย์ แต่ภายใต้เงื่อนไขเทียมโดยใช้ การกระตุ้นไฟฟ้า กล้ามเนื้อ ก็จะสามารถจะหงุดหงิดโดยตรง (กระตุ้นโดยตรง) หรือผ่านกล้ามเนื้อเส้นประสาท innervating (การกระตุ้นทางอ้อม)

ประเภทของการตัด

กลไกการทำงานของกล้ามเนื้อหดตัวหมายถึงการเปลี่ยนแปลงของพลังงานเคมีในการทำงานของเครื่องจักรกล กระบวนการนี้สามารถวัดได้ทดลองกับกบ: ลูกวัวโหลดกล้ามเนื้อน้ำหนักเบาของเธอแล้วระคายเคือง electroimpulses แสง การลดลงซึ่งในกล้ามเนื้อจะสั้นลงเรียกว่า isotonic สั้นลงเกิดการหดตัวเมื่อมีมิติเท่ากัน เส้นเอ็นไม่อนุญาตให้มีการพัฒนา ความแข็งแรงของกล้ามเนื้อ หดสั้นลง อีกกลไก auksotonichesky ของกล้ามเนื้อหดเกี่ยวข้องกับเงื่อนไขของความเครียดที่รุนแรงเมื่อกล้ามเนื้อน้อยลงวิธีน้อยที่สุดและมีอำนาจในการเข้าถึงสูงสุด

โครงสร้างและปกคลุมด้วยเส้นของกล้ามเนื้อโครงร่าง

โครงร่าง โครงกระดูกกล้ามเนื้อ รวมถึงความหลากหลายของเส้นใยในเนื้อเยื่อเกี่ยวพันและจับจ้องไปที่เส้นเอ็น ในเส้นใยกล้ามเนื้อบางส่วนจะถูกจัดเรียงขนานไปตามแนวยาวและอื่น ๆ พวกเขามีมุมมองเอียงถูกแนบมากับ tyazhu เอ็นกลางและประเภท pinnate

คุณสมบัติหลักของเส้นใยคือมวล sarcoplasm ของหัวข้อการปรับ - myofibrils เหล่านี้รวมถึงแสงและสีพื้นที่สลับกับแต่ละอื่น ๆ และในประเทศเพื่อนบ้านเส้นใยเส้นอยู่ในระดับหนึ่ง - ในข้ามส่วน ซึ่งจะส่งผลในการข้ามแถบรอบเส้นใยกล้ามเนื้อ

sarcomere เป็นที่ซับซ้อนที่มืดและสองดิสก์แสงและมันเส้นคั่น Z รูป sarcomeres - อุปกรณ์ที่หดตัวของกล้ามเนื้อ แต่กลับกลายเป็นว่ากล้ามเนื้อหดตัวประกอบด้วย:

• เครื่องหดตัว (ระบบ myofibrils);
• อุปกรณ์โภชนากับ mitochondria, กอลไจซับซ้อนและอ่อนแอ ร่างแหเอนโดพลาซึม ;
• อุปกรณ์เมมเบรน;
• เครื่องมืออ้างอิง
• อุปกรณ์ประสาท

กล้ามเนื้อจะแบ่งออกเป็น 5 ส่วนที่มีโครงสร้างและการทำงานของพวกเขาและเป็นส่วนหนึ่งของเนื้อเยื่อของกล้ามเนื้อ

ปกคลุมด้วยเส้น

กระบวนการนี้ในเส้นใยกล้ามเนื้อโครงร่างตระหนักโดย เส้นใยประสาท ได้แก่ ซอนของเซลล์ประสาทมอเตอร์ของสายไฟและสมองกระดูกสันหลังลำต้น หนึ่ง motoneuron ประสาทเส้นใยกล้ามเนื้อหลาย ที่ซับซ้อนที่มี motoneuron และ innervated กล้ามเนื้อเส้นใยที่เรียกว่า neuromotor (HME) หรือมอเตอร์หน่วย (MU). จำนวนเฉลี่ยของเส้นใยซึ่ง innervates motoneuron เป็นลักษณะกล้ามเนื้อ DE เรียกหนาแน่นปกคลุมด้วยเส้นซึ่งกันและกัน หลังเป็นที่ใหญ่ที่สุดในกล้ามเนื้อซึ่งการเคลื่อนไหวขนาดเล็กและ "บาง" (ตานิ้วลิ้น) ค่าของมันมีขนาดเล็กในทางตรงกันข้ามในกล้ามเนื้อด้วย "หยาบ" การเคลื่อนไหว (เช่นลำตัว)

ปกคลุมด้วยเส้นสามารถเดียวและหลาย ในกรณีแรกที่มีการตระหนักปลายมอเตอร์ขนาดกะทัดรัด ปกติแล้วมันเป็นเรื่องปกติสำหรับมอเตอร์เซลล์ขนาดใหญ่ เส้นใยกล้ามเนื้อ (เรียกว่าในกรณีนี้ทางกายภาพหรือเร็ว) การสร้าง PD (ศักยภาพการกระทำ) ที่ใช้กับพวกเขา

ปกคลุมด้วยเส้นหลายเกิดขึ้นตัวอย่างเช่นในกล้ามเนื้อตาภายนอก นี้ไม่อาจกระทำจะถูกสร้างขึ้นตั้งแต่เมมเบรนไม่มีช่อง electroexcitability โซเดียม พวกเขาจะกระจายไปทั่วสลับขั้วใยของตอนจบ synaptic นี้เป็นสิ่งจำเป็นในการสั่งซื้อเพื่อเปิดใช้งานกลไกของการหดตัวของกล้ามเนื้อ กระบวนการที่นี่ไม่ได้เป็นไปอย่างรวดเร็วเช่นเดียวกับในกรณีแรก ดังนั้นจึงเรียกว่าช้า

โครงสร้างของ myofibrils

การวิจัยเส้นใยกล้ามเนื้อดำเนินการในวันนี้บนพื้นฐานของการเลี้ยวเบนรังสีเอ็กซ์กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนและวิธีฮีสโตเคมี

จะมีการคำนวณว่าในแต่ละ myofibril ขนาดเส้นผ่าศูนย์กลางของซึ่งเป็น 1 ไมครอนรวมประมาณ 2,500 protofibrils นั่นคือยาว polymerized โปรตีนโมเลกุล (โปรตีนและ myosin) โปรตีน protofibrils myosin สองครั้งทินเนอร์ ที่เหลือกล้ามเนื้อเหล่านี้จะอยู่เพื่อให้เคล็ดลับโปรตีนใยเจาะเข้าไปในช่องว่างระหว่าง protofibrils myosin ที่

แถบแคบของแสงในดิสก์ที่เป็นอิสระจากเส้นใยโปรตีน เมมเบรน Z ถือพวกเขาร่วมกัน

บนเส้นใย myosin มีส่วนที่ยื่นออกขวางถึง 20 นาโนเมตรในหัวซึ่งเป็นประมาณ 150 โมเลกุล myosin พวกเขาออก biopolyarno และแต่ละหัว myosinic เชื่อมต่อกับเส้นใยโปรตีน เมื่อมีความเครียดในเส้นใยของศูนย์โปรตีน myosin ที่โปรตีนใยอยู่ใกล้กับศูนย์กลางของซีกที่ ในตอนท้ายของเส้นใย myosin ที่เข้าถึง Z. บรรทัดแล้วพวกเขาก็ใช้เวลา sarcomere ทั้งหมดและโปรตีนในหมู่พวกเขา ในเวลาเดียวกันผมขับรถยาวจะลดลงและในที่สุดก็หายไปอย่างสิ้นเชิงพร้อมกับสิ่งที่สาย Z กลายเป็นหนา

ดังนั้นตามทฤษฎีการเคลื่อนย้ายเส้นด้ายเนื่องจากระยะเวลาที่ลดลงของเส้นใยกล้ามเนื้อ ทฤษฎีที่เรียกว่า "เกียร์" ได้รับการพัฒนาโดยฮักซ์ลีย์และแฮนสันในช่วงกลางของศตวรรษที่ยี่สิบ

กลไกการทำงานของกล้ามเนื้อหดตัว

ทฤษฎีหลักคือการที่ไม่มีเส้นใย (myosin และโปรตีน) จะสั้นลง ความยาวของพวกเขายังคงไม่เปลี่ยนแปลงและความตึงเครียดของกล้ามเนื้อ แต่การรวมกลุ่มของเส้นใยบาง ๆ ลื่นไถลไประหว่างเส้นใยหนาลดระดับของการทับซ้อนกันเพื่อให้มีการลดลง

กลไกในระดับโมเลกุลของการหดตัวของกล้ามเนื้อเป็นดังนี้โดยการเลื่อนเส้นใยโปรตีน protofibrils เชื่อมต่อหัว myosin กับโปรตีน มีความลาดชันของพวกเขามีการเลื่อนย้ายเส้นใยโปรตีนไปยังศูนย์กลางของซีกที่ เนื่องจากองค์กรสองขั้วของโมเลกุล myosin ทั้งสองด้านของเส้นใยเงื่อนไขในการเลื่อนของเส้นใยโปรตีนในทิศทางที่แตกต่างกัน

เมื่อการผ่อนคลายกล้ามเนื้อ myosin หัวย้ายออกไปจากเส้นใยโปรตีน ด้วยง่ายลื่นผ่อนคลายกล้ามเนื้อตึงเครียดต่อต้านมากน้อย. ดังนั้นพวกเขาจะยาวอย่างอดทน

ขั้นตอนการลด

กลไกการทำงานของกล้ามเนื้อหดตัวสามารถแบ่งออกได้ในเวลาสั้น ๆ เป็นขั้นตอนต่อไปนี้:

1. เส้นใยกล้ามเนื้อถูกกระตุ้นเมื่อมีการกระทำที่อาจเกิดขึ้นจากอุปกรณ์ของมอเตอร์เซลล์ประสาท
2. การกระทำที่อาจเกิดขึ้นจะถูกสร้างขึ้นบนเยื่อหุ้มเซลล์ของกล้ามเนื้อเส้นใยและแล้วกระจายไปยัง myofibrils.
3. ที่ประสบความสำเร็จทั้งคู่เป็นตัวแทนไฟฟ้าแปลงไฟฟ้าเป็น PD เลื่อนกล นี้จำเป็นต้องเกี่ยวข้องกับแคลเซียมไอออน

แคลเซียมไอออน

เพื่อความเข้าใจที่ดีขึ้นของกระบวนการของการกระตุ้นการทำงานของเส้นใยแคลเซียมไอออนที่มีความสะดวกในการพิจารณาโครงสร้างของเส้นใยโปรตีนที่ ความยาวประมาณ 1 ไมครอนหนา - 5-7 นาโนเมตร นี่คือคู่ของหัวข้อบิดซึ่งมีลักษณะคล้ายกับโปรตีนโมโนเมอร์ ประมาณทุก 40 นาโนเมตรที่นี่มีทรงกลมโมเลกุล troponin และระหว่างโซ่ - tropomiozinovye

เมื่อแคลเซียมไอออนที่ขาดคือ myofibrils พักผ่อนยาว tropomiozinovye โมเลกุลบล็อกสิ่งที่แนบมาของโปรตีนโซ่และ myosin สะพาน. แต่เมื่อเปิดใช้งานแคลเซียมไอออน tropomiozinovye โมเลกุลจมลึกและพื้นที่เปิด

แล้วสะพาน myosin จะแนบมากับเส้นใยโปรตีนและแยกเอทีพีและพัฒนาแข็งแรงของกล้ามเนื้อ นี้เป็นไปได้เนื่องจากผลกระทบของแคลเซียม troponin ในโมเลกุลนี้หลังจะเสียรูปจึงผลักดัน tropomyosin

เมื่อกล้ามเนื้อผ่อนคลายก็เป็น 1 กรัมน้ำหนักเปียกมีมากกว่า 1 มิลลิโมลของแคลเซียม เกลือแคลเซียมจะแยกและพิเศษสถานที่จัดเก็บ มิฉะนั้นกล้ามเนื้อจะลดลงเสมอ

แคลเซียมฝากดังนี้ ในพื้นที่ที่แตกต่างกันของเซลล์กล้ามเนื้อกะบังลมภายในเส้นใยเป็นหลอดผ่านที่มีการเชื่อมต่อกับสภาพแวดล้อมภายนอกเซลล์ มันเป็นระบบของท่อตามขวาง ระบบจะตั้งฉากกับปลายยาวซึ่ง - ถุง (Terminal) รถถังจะจัดในบริเวณใกล้เคียงกับระบบขวางไดอะแฟรม สามได้รับร่วมกัน มันถูกเก็บไว้ในขวดแคลเซียม

ตั้งแต่ PD มีการกระจายเข้าไปในเซลล์และมีการผันไฟฟ้า กระตุ้นเส้นใยแทรกซึมผ่านเข้าสู่ยาวแคลเซียมออกของระบบ ดังนั้นกลไกการลดลงจะดำเนินเส้นใยกล้ามเนื้อ

3 กระบวนการที่มีเอทีพี

ในการมีปฏิสัมพันธ์ของเส้นทั้งในการปรากฏตัวของแคลเซียมไอออนมีบทบาทสำคัญสำหรับเอทีพี เมื่อใช้กลไกการทำงานของกล้ามเนื้อหดเกร็งของกล้ามเนื้อโครงร่างพลังงานของเอทีพีถูกใช้ไป:

• การดำเนินงานของโซเดียมและโพแทสเซียมปั๊มซึ่งนับว่ามีความเข้มข้นอย่างต่อเนื่องของไอออน;
• สารเหล่านี้ในด้านที่แตกต่างกันของเมมเบรน;
• เส้นใยสั้นลง myofibrils เลื่อน
• ปั๊มแคลเซียมงานที่ทำหน้าที่ในการผ่อนคลาย

เอทีพีเป็นเยื่อหุ้มเซลล์เส้นใยของ myosin และเยื่อร่างแห sarcoplasmic เอนไซม์ทำลายลงและทิ้ง myosin

การบริโภคของเอทีพี

เป็นที่รู้จักกันว่าหัว myosin โต้ตอบกับโปรตีนและมีองค์ประกอบสำหรับความแตกแยกเอทีพี เปิดใช้งานล่าสุดโปรตีนและ myosin ในการปรากฏตัวของไอออนแมกนีเซียม ดังนั้นเอนไซม์ความแตกแยกที่เกิดขึ้นเมื่อติดกับหัว myosin โปรตีน ยิ่งข้ามสะพานแยกความเร็วจะสูงขึ้น

กลไกเอทีพี

หลังจากเสร็จสิ้นการเคลื่อนไหวของโมเลกุลแอฟให้พลังงานสำหรับการแยกของการเกิดปฏิกิริยาที่เกี่ยวข้องในโปรตีนและ myosin หัว myosin แยกเอทีพีเป็นเกาะติดฟอสเฟตและ ADP ปลายใหม่มีการเชื่อมต่อโมเลกุลเอทีพีและการดำเนินการต่อวงจร ดังกล่าวเป็นกลไกการทำงานของกล้ามเนื้อหดเกร็งและผ่อนคลายในระดับโมเลกุล

กิจกรรมของสะพานข้ามจะมีอายุเพียงตราบเท่าที่จองจำเอทีพีเกิดขึ้น หากคุณปิดกั้นสะพานเอนไซม์จะไม่ได้รับที่แนบมาอีกครั้ง

กับการโจมตีของการตายของระดับชีวิตของเอทีพีในเซลล์ตกสะพานและยังคงได้รับการแก้ไขอย่างถาวรเพื่อเส้นใยโปรตีน จึงมีขั้นตอนของการ mortis ความรุนแรง

เอทีพี resynthesis

resynthesis สามารถดำเนินการในสองวิธี.

โดยการโอนเอนไซม์ของกลุ่มฟอสเฟตจากฟอสเฟต creatine เพื่อ ADP เนื่องจากหุ้นของ Creatine ในเซลล์มากขึ้นเอทีพี resynthesis ดำเนินการอย่างรวดเร็ว ในเวลาเดียวกันโดยการเกิดออกซิเดชันของ pyruvic กรดและกรดแลคติก resynthesis จะช้า.

เอทีพีและซีพีอาจหายไปอย่างสมบูรณ์หาก resynthesis เป็นสารพิษที่แตกสลาย แล้วการทำงานแคลเซียมปั๊มหยุดส่งผลให้กล้ามเนื้อจะลดลงอย่างถาวร (เช่นฝึกมา) ดังนั้นกลไกเสียจากการหดตัวของกล้ามเนื้อ

กระบวนการทางสรีรวิทยา

โดยสรุปเราทราบว่าการลดลงของเส้นใยกล้ามเนื้อจะสั้นลงในแต่ละ myofibrils sarcomeres เส้นใยของ myosin (หนา) และโปรตีน (บาง) เชื่อมต่อปลายในสภาวะที่ผ่อนคลาย แต่พวกเขาจะเริ่มเลื่อนการเคลื่อนไหวต่อกันและกันกลไกเมื่อดำเนินการของกล้ามเนื้อหดเกร็ง สรีรวิทยา (สั้น ๆ ) อธิบายกระบวนการเมื่ออยู่ภายใต้อิทธิพลของ myosin จะถูกปล่อยออกพลังงานที่จำเป็นสำหรับการแปลงของเอทีพีเพื่อ ADP ในกรณีนี้การทำงานของ myosin จะดำเนินการเฉพาะในกรณีที่มีปริมาณที่เพียงพอของไอออนของแคลเซียมสะสมอยู่ในร่างแห sarcoplasmic