Практичне заняття 4.

Дата добавления: 2014-11-10; просмотров: 10457

Дослідження механізмів скорочення скелетних м’язів.

1.Актуальність теми:

Вивчення скоротливої функції скелетних м'язів дозволяє аналізувати причини порушення цієї функції і досягти її нормалізації при відповідних умовах, або визначити фізіологічні умови тренувань у спортивній медицині. 3наючи механізми і закономірності скорочення скелетних м'язів, можна зрозуміти особливості скорочення міокарда і гладких м'язів. Всі ці питання становлять великий інтерес для клініцистів, тому що при багатьох патологічних станах організму лікареві доводиться зустрічатися з хворими, що мають порушення скоротливої функції скелетних м'язів, міокарда тощо.

2.Навчальні цілі:

Ø Пояснювати механізми спряження збудження й скорочення у поперечно-посмугованих м'язових волокнах, скорочення й розслаблення.

Ø Інтерпретувати залежність характеру скорочення м’язів від сили і частоти подразнення.

Ø Інтерпретувати роль факторів, від яких залежить сила скорочення м’язів.

Ø Інтерпретувати електроміограму.

3.Завдання для самостійної праці під час підготовки до практичного заняття

3.1.Перелік основних термінів, параметрів, характеристик, які повинен засвоїти студент при підготовці до практичного заняття

3.2. Теоретичні питання

1) Види скорочень скелетних м'язів залежно від режиму їх навантаження і подразнення м'язових волокон. Скорочення скелетних м'язів у фізіологічному стані.

2) Фізіологічні чинники, що визначають ступінь скорочення м'язів і силу їх напруги, задану масою вантажу.

3) Механізм поєднання збудження із скороченням у скелетних м'язах.

4) Механізми м'язового скорочення і розслаблення. Роль енергії в скороченні і розслабленні м'язів.

3.3. Практичні роботи

1) Дослідження залежності ступеня скорочення м'яза від кількості волокон, що беруть участь у скороченні.

2) Дослідження залежності характеру скорочень м'яза від частоти його подразнення.

4. Зміст теми

Структура м’язових волокон посмугованих м’язів

Кожне м’язове волокно - це клітина, яка містить пучки міофібрил, що оточені саркоплазматичним ретикулумом.

Кожна міофібрила має тонкі і товсті філаменти, розташовані впродовж міофібріли.

Міофібрили поділяються на функціональні одиниці або саркомери поперечними Z-лініями.

Філаменти (міофіламенти):

- Товсті філаменти побудовані з білка міозину (молекулярна маса 470 кДа, складається з 6 поліпептидних ланцюгів) і розташовані у центрі саркомеру між тонкими філаментами. Кожна молекула міозину має дві головки, які містять молекулу АТФ.

- - Тонкі філаменти містять актин, тропоміозин, тропонін.

Актин: F-актин – це фібрилярний актин, який скручений у подвійну спіраль, як дві нитки намиста, бо до його складу входять глобулярні мономери актину (G-актин, молекулярна маса 42-45 кДа), що нагадують нитку намиста і мають активні ділянки, що можуть з’єднуватись з головками міозину

Тропоміозин – це фібрилярний білок довжиною 38-39 нм ( молекулярна маса близько 50 кДа)

Тропонін – це регуляторний глобулярний білок, який має 3 субодиниці: 1)тропонін С (18 кДа), який взаємодіє з Са2+, внаслідок чого змінюється конфігурація тропоміозину, завдяки цьому відкриваються активні центри актину; 2)тропонін І (22 кДа), який зв’язаний з тропоніном Т і актином; 3)тропонін Т (22 кДа), який прикріплюється до С-кінця тропоміозину і зв’язує тропонін І та тропонін С з тропоміозином. Тропоміозин і молекули тропоніну розташовані у жолобах подвійної спіралі, що утворена скрученими молекулами F-актину.

Між активними центрами актину і головками міозину утворюються поперечні містки.

Тонкі філаменти приєднуються до Z-ліній а-актином..

Т-трубочки - це заглиблення мембрани м’язового волокна, завдяки яким поширюється ПД по мембрані в глибину клітини.

Т-трубочки розташовані на межі анізотропних дисків та ізотропних дисків, а у жаби - на рівні Z-ліній.

Саркоплазматичний ретикулум (СР) - це структура повздовжних трубочок у м’язовому волокні, які закінчуються цистернами, що містять Са2+. Мембрана саркоплазматичного ретикулуму містить Са2+-АТФ-азу (кальцієві насоси), завдяки чому здійснюється транспорт Са2+у СР і підтримується низька концентрація іонів кальцію у цитоплазмі. У СР Са2+зв’язується з кальсеквестрином, а вивільнюється при деполяризації мембрани клітини, що поширюється до Т-трубочок.

Спряження збудження і скорочення м’язового волокна - це процес, у якому ПД, що виникає на мембрані м’язового волокна і досягає Т-трубочок, викликає скорочення м’язового волокна. Мають місце такі етапи розвитку процесу:

· ПД мембрани м’язового волокна поширюється до Т-трубочок.

· Деполяризація (ПД) Т-трубочок призводить до відчинення потенціалозалежних воріт кальцієвих каналів цистерн СР і виходу кальцію в цитоплазму.

· Підвищення внутрішньоклітинної концентрації Са2+від 0,1 до 10 мікромоль/л.

· Са2+зв’язується з регуляторним білком тропоніном (С-субодиницею), що призводить до конформації білка тропоміозину, завдяки чому відкриваються активні центри актину і починається цикл утворення поперечних актино-міозінових містків.

Етапи циклічного формування поперечних актино-міозинових містків.

Цикл формування актино-міозинових містків має 4 кроки:

а) Перший крок - зв’язування головки міозину з актином під кутом 90опісля того, як відкрились активні центри актину.

б) Другий крок - генерація напруження виникає завдяки тому, що головки міозину змінюють своє положення від кута 90о до кута 45о, пересуваючи філаменти міозину відносно актину.

Енергія використовується при гідролізі АТФ до АДФ і неорганічного фосфору (Фн).

АТФ-азну активність мають головки міозину, активація відбувається при контакті головки з актином - утворенні актино-міозинових поперечних містків.

в) Третій крок - відокремлення головки міозину від актину. Це відбувається завдяки синтезу АТФ, яка займає місце знову на головці міозину.

При відсутності синтезу АТФ, поперечні містки не роз’єднуються (наприклад - трупне заклякання).

в) Четвертий крок - поперечний місток з молекулою АТФ на головці міозину займає своє початкове положення - під кутом 90овідносно активного центру актину і розпочинається новий цикл.

Розслаблення м’язу виникає тоді, коли Са2+ видаляється з цитоплазми кальцієвими насосами (Са2+-АТФ-аза), що розташовані на мембрані СР. Коли концентрація Са2+ стає нижче 0,1 μмоль/л, тропоміозин займає своє початкове розташування, бо тропонін вже не з’єднується з іонами кальцію при зниженні його концентрації, утворення поперечних актино-міозинових містків припиняється.

М’язи мають послідовно розташовані: а) скоротливі елементи м’язових волокон - актин, міозин (a); б) еластичні елементи - сухожилля та інші сполучнотканинні структури (b). Під час скорочення м’язів відбувається взаємодія скоротливих та еластичних елементів, що характеризує скоротливі властивості м’язів:

Види скорочення м’язів.

Ізометричне скорочення виникає тоді, коли обидва кінці м’язу фіксовані і м’яз не змінює своєї довжини при скороченні, але підвищується його напруження.

Ізотонічне скорочення виникає тоді, коли відбувається при скороченні зменшення довжини м’язу без зміни його напруження.

Залежно від частоти подразнення виникають такі види скорочення: поодинокі, тетанічні (тетанус).

Одиночне скороченнявиникає при нанесенні одного подразнення і має такі періоди: а) латентний (1), б) скорочення (2), в) розслаблення (3):

Тетанічне скорочення (тетанус) виникає при повторній стимуляції м’язів під час поодинокого скорочення. При цьому в цитоплазмі м’язових волокон підвищується концентрація іонів кальцію, які вивільнюється із СР, утворюється більше поперечних актино-міозинових містків, збільшується напруження м’язових волокон.

Суцільний тетанус виникає у тому разі, коли повторна стимуляція припадає на період скорочення м’язів.

Зубчастий тетанус виникає в тому разі, коли повторна стимуляція припадає на період розслаблення м’язів.

Амплітуда (сила) поодинокого скорочення м’язів менша, ніж тетанічного скорочення. Амплітуда суцільного тетанусу більша, ніж зубчастого тетанусу.

Сила м’язів.Розрізняють максимальну та абсолютну силу.

Максимальна сила визначається тим максимальним вантажем, який м’яз ще здатний підняти. Сила тим більша, чим більший діаметр і “фізіологічний” поперечний переріз м’яза. Так литковий м’яз, що має значний фізіологічний переріз завдяки пір’єподібному розташуванню м’язових волокон, може розвивати силу до 400 кг, великий сідничний м’яз – 1200 кг , максимальна силу, яку розвинули б м’язи тіла людини, якби скоротились одночасно, дорівнює майже 22 т.

Абсолютна сила – це відношення максимальної сили до площі поперечного перерізу м’язів. Абсолютна сила скелетних м’язів людини становить 3-4 кг/см² площі перерізу, литкового м’язу – 5,9 кг/см², жувального – 10 кг /см², триголового м’яза плеча – 16, 8 кг/см². При тренуванні м’язів, яке супроводжується їх робочою гіпертрофією, сила м’язів збільшується.

Сила скорочення м’язового волокна залежить від кількості поперечних актино-міозинових містків, що утворюються під час скорочення, а кількість поперечних містків залежить а) від концентрації іонів кальцію у біоплазмі, б) початкової довжини м’язового волокна – ступені його розтягнення.

5. Матеріали для самоконтролю

5.1. Дайте відповіді на запитання

1) Назвіть основні процеси, які визначають наявність і тривалість латентного періоду при ізометричному одиночному скороченні м'язового волокна, зумовленому його прямим подразненням.

2) Чи однаковою буде тривалість латентного періоду одиночних скорочень м'яза, коли він підіймє вантажі з різною масою?

3) Яким чином змінюватиметься амплітуда одиночних скорочень м'язового волокна, якщо під впливом кофеїну в цьому волокні збільшиться період активізації? Чому?

5.2.Виберіть правильну відповідь

1.Повторна стимуляція скелетного м’язового волокна викликає тетанічне скорочення завдяки збільшенню внутрішньоклітинної концентрації однієї з наступних речовин:

A. Na⁺

B. K⁺

C. Ca²⁺

D. АТФ

E. Тропініну

2.Головною функцією тропоніну в м’язовому волокні є одна з наступних:

A. регулює перекривання активних центрів актину

B. сприяє спряженню збудження й скорочення

C. відкачує іони Ca²⁺ в цистерни

D. відкриває Ca²⁺ канали цистерн

3.Зниження утворення АТФ у м’язовому волокні призведе до відсутності

A. утворення актино-міозинових містків

B. вивільнення іонів Са²⁺ з цистерн

C. зміни кута головки міозину відносно актину

D. від’єднання поперечних містків під час скорочення

E. спряження збудження й скорочення

4.Тривале скорочення м’яза зі зменшенням його довжини - це один з наступних видів скорочення:

A. ізотонічне

B. ізометричне

C. тетанічне

D. активне

E. пасивне

5.Тривалість одиночного скорочення становить 0,1 с. З якою мінімальною частотою слід нанести подразнення електричним струмом, щоб виникав зубчастий тетанус?

A. <10 Гц

B. >10 Гц

C. 10 Гц

D. >20 Гц

E. >25 Гц

6.Тривалість одиночного скорочення становить 0,05 с, а періоду скорочення – 0,02 с. З якою мінімальною частотою слід нанести подразнення електричним струмом, щоб виникав суцільний тетанус?

A. <20

B. 25

C. <50

D. 50

E. >50

7.Тривалість одиночного скорочення 0,2с, період скорочення – 0,1с. Який вид скорочення виникатиме при подразненні м’яза з частотою 50 Гц?

A. одиночні скорочення

B. зубчастий тетанус

C. суцільний тетанус

D. ізометричне

E. ізотонічне

8.У скелетному м’язі виникає напруження без витрат АТФ при одному з видів скорочення:

A. ізотонічному

B. ізометричному

C. тетанічному

D. активному

E. пасивному

9.Сила скорочення м’язу збільшиться:

A. при зменшенні його початкової довжини

B. при збільшенні продукції АТФ

C. при збільшенні кількості тропоніну

D. при збільшенні кількості поперечних містків

10.Під час латентного періоду у м’язовому волокні виникає перш за все:

A. генерація ПД

B. активація Са²⁺ насосів

C. утворення поперечних містків

D. блокада АТФ-ази

6. Протокол практичного заняття №4. “____”_____200___

Робота 1. Дослідження залежності ступеня скорочення м'яза від

кількості волокон, що беруть участь у скороченні

Одним із основних чинників, які визначають як ступінь скорочення м'язів, так і силу їх напруги, задану масою переміщуваного вантажу, є кількість м'язових волокон, що беруть участь у скороченні. Ця залежність обумовлена тим, що при збільшенні у м'язі кількості волокон, що скорочуються, одночасно в ньому зростає число працюючих містків, а отже, й сумарна сила, генерована цими містками. При цьому сила скорочення кожного поодинокого міоциту не змінюється.

Тому м'язи під час ізометричних скорочень отримують можливість розвивати більшу напругу, тобто утримувати більший вантаж, а при ізотонічних скороченнях — як розвивати більшу напругу, утримуючи більший вантаж, так і скорочуватися інтенсивніше, тобто переміщувати більший вантаж на довшу відстань.

3алежнІсть ступеня скорочення м'яза від числа його волокон можна встановити в досліді на ізольованому м'язі за допомогою його електричного подразнення різної сили. Волокна м'язів характеризуються різною збудливістю, а отже й відрізняються пороговою силою подразнення. Тому при збільшенні сили електричного подразнення м'яза поступово зростатиме кількість його волокон, що скорочуються (доки всі волокна не будуть збуджені). Реєструючи ізотонічні скорочення, можна переконатися в тому, що у міру збільшення сили подразнення м'яза їх амплітуда зростає.

Мета роботи: встановити залежність ступеня скорочення м'яза від числа його волокон, що беруть участь у скороченні.

Для роботи потрібні: стимулятор ІЕС—1М, волога камера, міограф з вантажем масою 15—20 г, кімограф, препарувальний набір, препарувальна дощечка, розчин Рінгера, піпетка, жаба.

Хід роботи. Приготувати ізольований нервово-м'язовий препарат жаби (сідничний нерв — камбаловидний м'яз), закріпити його у вологій камері, з'єднавши з міографом. Подразні електроди приєднати до м'яза (подразнення м'яза пряме). Наблизити міограф до поверхні барабана. Перевірити, чи встановлений важельок міографа в площині, що дотична до поверхні барабана. Реєструвати скорочення м'яза на нерухомому барабані кімографа. Увімкнути електростимулятор. Частота подразнення становить 1 імп/с. Поступово збільшувати силу електричного подразнення м'яза, починаючи з 0, і записувати його скорочення доти, поки їх амплітуда не перестане змінюватися. Після запису кожного наступного скорочення м'яза переміщати барабан кімографа на 0,5—1 см.

Результатм роботи:

Результати роботи оформити у вигляді схеми запису, отриманого на барабані кімографа.

Висновки:

Мета роботи: встановити, як зміняться форма, тривалість і амплітуда скорочень м'яза у разі збільшення частоти його подразнення.

Для роботи потрібні: стимулятор ІЕС—1М, волога камера, міограф з вантажем масою 15—20 г, кімограф, препарувальний набір, препарувальна дощечка, розчин Рінгера, піпетка, жаба.

Хід роботи. Приготувати ізольований нервово-м'язовий препарат жаби (сідничний нерв — камбаловидний м'яз), закріпити його у вологій камері, з'єднати з міографом. Нерв препарата помістити на подразні електроди (подразнення м'яза непряме). Наблизити міограф до барабана кімографа. Перевірити, чи встановлений важельок міографа в площині, що дотична до поверхні барабана. 3апустити барабан кімографа. Увімкнути електростимулятор. Частота подразнення становить 1 імп/с. Поступово збільшувати силу електричного подразнення м'яза доти, доки амплітуда його одиночних скорочень, що реєструються на барабані кімографа, припинить зростати.

3а допомогою відповідного перемикача електростимулятора збільшити частоту подразнення м'яза спочатку до 5 імп,/с, потім до 10 –15 –20 імп/с, 25 імп/с, а потім до 50 імп/с, реєструючи тетанічні скорочення.

3упинити барабан кімографа і вимкнути електростимулятор.

Результати роботи.

Висновки (відповісти на такі запитання:1) при яких умовах подразнення виникають а)одиночні скорочення, б)зубчатий тетанус, в) суцільний тетанус? 2)Чому амплітуда тетанічного скорочення більша, ніж одиночного?)

1)

2)

Виконати завдання: