5. Элементы биофизики мышечного сокращения.

В данном параграфе для демонстрации “работы” потенциала действия используется конкретный пример: качественно рассматривается биофизика поведения клетки скелетной мышцы.

Дело в том, что мышечные клетки отличаются от других возбудимых клеток таким специфическим свойством как сократимость, иначе. отличаются способностью генерировать механическое напряжение и укорачиваться. Это свойсво мышечных клеток, известное как мышечная активность, обеспечивает работу многих органов и целых систем: работу опорно-двигательного аппарата, легких, сердца, желудочно-кишечного тракта и т.д. Для того чтобы понять механизм мышечного сокращения необходимы определенные сведения о строении мышц и о процессе, который в биофизике принято называть электромеханическим сопряжением в мышцах.

Различают два основных типа мышц: поперечно-полосатые (прикрепляются к различным частям скелета, поэтому их также называют скелетными мышцами) и гладкие (миокард, стенки внутренних органов, кровеносных и лимфатических сосудов и др.).

Рассмотрим особенности строения мышц и механизм их сокращения на примере поперечно-полосатой мышцы.

5.1. Структура поперечно-полосатой мышцы.

Такая мышца состоит из пучков параллельных волокон, каждое из которых имеет диаметр 20–100 мкм и длину до 10–15 см. Волокно – это сильно вытянутая клетка, окруженная упругой мембраной (сарколеммой), которая состоит из множества параллельно располагающихся миофибрилл (волоконец) диаметром 1–2 мкм. Миофибрилла в свою очередь состоит из ряда белковых нитей — толстых и тонких, симметричное расположение которых в её поперечном сечении показано на рисунке 1.12, а. На рисунке 1.12, б изображено продольное сечение миофибриллы при трёх разных длинах её. В поляризованном свете миофибрилла имеет периодическую полосатую структуру, так как состоит из оптически изотропных (I-зоны) и анизотропных (A-зоны) участков. Именно это определило название данной мышцы (поперечно-полосатая). При растяжении покоящейся мышцы в середине А-зоны появляется зона Н меньшей плотности.

Рис. 1.12 а) Строение миофибриллы в поперечном сечении: 1 – толстые нити; 2 – тонкие нити; б) Строение миофибриллы в продольном сечении при трёх различных длинах её

Толстые нити миофибрилл образованы миозином, тонкие — актином, они частично перекрываются друг другом. Продольно ориентированные молекулы миозина ответственны за анизотропию А-зоны. Изотропные I-зоны образованы относительно неупорядоченными тонкими нитями актина.

Важным элементом миофибриллы является тонкая мембрана (Z-диск), имеющая поры, сквозь которые проходят актиновые нити. Мембрана фиксирует их пространственное расположение и создает условия для их строго определённого смещения при сокращении мышцы.

Участок миофибриллы между двумя Z-дисками называется саркомером. Саркомер — наименьшее образование, которое обладает свойством сократимости. Его структура показана на рисунке 1.13.

Рис. 1.13 Схема строения саркомера

Каждая миофибрилла окружена специальной мембранной структурой – саркоплазматическим ретикулумом, содержащим ионы кальция (Са⁺⁺).

Толстые и тонкие нити взаимодействуют между собой с помощью «головок» миозина, образующих соединительные «мостики».