Механика и энергетика мышц

1. Механика и энергетика мышц

МЕХАНИКА И ЭНЕРГЕТИКА
МЫШЦ

2. Механизм мышечного сокращения. Мышца сокращается в естественных условиях только при поступлении к ней нервных импульсов.

МЕХАНИЗМ МЫШЕЧНОГО
СОКРАЩЕНИЯ. МЫШЦА СОКРАЩАЕТСЯ
В ЕСТЕСТВЕННЫХ УСЛОВИЯХ ТОЛЬКО
ПРИ ПОСТУПЛЕНИИ К НЕЙ НЕРВНЫХ
ИМПУЛЬСОВ. НЕРВНОЕ ВЛИЯНИЕ НА
МЫШЕЧНОЕ ВОЛОКНО ПЕРЕДАЕТСЯ С
ПОМОЩЬЮ НЕРВНО-МЫШЕЧНОГО
СИНАПСА

3. Мышечное сокращение является сложным механо-химическим процессом, в ходе которого происходит преобразование химической энергии

МЫШЕЧНОЕ СОКРАЩЕНИЕ ЯВЛЯЕТСЯ СЛОЖНЫМ МЕХАНОХИМИЧЕСКИМ ПРОЦЕССОМ, В ХОДЕ КОТОРОГО ПРОИСХОДИТ
ПРЕОБРАЗОВАНИЕ ХИМИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ ГИДРОЛИТИЧЕСКОГО
РАСЩЕПЛЕНИЯ АТФ В МЕХАНИЧЕСКУЮ РАБОТУ, СОВЕРШАЕМУЮ
МЫШЦЕЙ.
В НАСТОЯЩЕЕ ВРЕМЯ ЭТОТ МЕХАНИЗМ ЕЩЕ ПОЛНОСТЬЮ НЕ РАСКРЫТ.
НО ДОСТОВЕРНО ИЗВЕСТНО СЛЕДУЮЩЕЕ:
1. ИСТОЧНИКОМ ЭНЕРГИИ, НЕОБХОДИМОЙ ДЛЯ МЫШЕЧНОЙ РАБОТЫ
ЯВЛЯЕТСЯ АТФ;
2. ГИДРОЛИЗ АТФ, СОПРОВОЖДАЮЩИЙСЯ ВЫДЕЛЕНИЕМ ЭНЕРГИИ,
КАТАЛИЗИРУЕТСЯ МИОЗИНОМ, КОТОРЫЙ КАК УЖЕ ОТМЕЧАЛОСЬ,
ОБЛАДАЕТ ФЕРМЕНТАТИВНОЙ АКТИВНОСТЬЮ;
3. ПУСКОВЫМ МЕХАНИЗМОМ МЫШЕЧНОГО СОКРАЩЕНИЯ ЯВЛЯЕТСЯ
ПОВЫШЕНИЕ КОНЦЕНТРАЦИИ ИОНОВ СА 2+ В САРКОПЛАЗМЕ
МИОЦИТОВ, ВЫЗЫВАЕМОЕ ДВИГАТЕЛЬНЫМ НЕРВНЫМ ИМПУЛЬСОМ;
4. ВО ВРЕМЯ МЫШЕЧНОГО СОКРАЩЕНИЯ МЕЖДУ ТОЛСТЫМИ И
ТОНКИМИ НИТЯМИ МИОФИБРИЛЛ ВОЗНИКАЮТ ПОПЕРЕЧНЫЕ МОСТИКИ
ИЛИ СПАЙКИ;
5. ВО ВРЕМЯ МЫШЕЧНОГО СОКРАЩЕНИЯ ПРОИСХОДИТ СКОЛЬЖЕНИЕ
ТОНКИХ НИТЕЙ ВДОЛЬ ТОЛСТЫХ, ЧТО ПРИВОДИТ К УКОРОЧЕНИЮ
МИОФИБРИЛЛ И ВСЕГО МЫШЕЧНОГО ВОЛОКНА В ЦЕЛОМ.

4. Медиатором в нервно-мышечной синапсе является ацетил-холин. На один ПД из пресинаптического окончания нервно-мышечного синапса

МЕДИАТОРОМ В НЕРВНО-МЫШЕЧНОЙ СИНАПСЕ ЯВЛЯЕТСЯ АЦЕТИЛХОЛИН. НА ОДИН ПД ИЗ ПРЕСИНАПТИЧЕСКОГО ОКОНЧАНИЯ НЕРВНОМЫШЕЧНОГО СИНАПСА ВЫДЕЛЯЕТСЯ 200-300 КВАНТОВ МЕДИАТОРА. В
СОСТОЯНИИ ПОКОЯ, Т.Е. В ПРОМЕЖУТКАХ МЕЖДУ ПЕРЕДАЧЕЙ
НЕРВНОГО ИМПУЛЬСА ПРОИСХОДИТ СПОНТАННОЕ ВЫДЕЛЕНИЕ 1-2
КВАНТОВ МЕДИАТОРА В СИНАПТИЧЕСКУЮ ЩЕЛЬ В СРЕДНЕМ 1 РАЗ В
СЕКУНДУ. ПРИ ЭТОМ НА ПОСТСИНАПТИЧЕСКОЙ МЕМБРАНЕ
ФОРМИРУЕТСЯ ДЕПОЛЯРИЗАЦИЯ С АМПЛИТУДОЙ 0,12-0,24 МВ. ЭТО –
МИНИАТЮРНЫЕ ПОТЕНЦИАЛЫ КОНЦЕВОЙ ПЛАСТИНКИ. ПРИШЕДШИЙ
ПО НЕРВНОМУ ВОЛОКНУ ИМПУЛЬС (ПД) ОБЕСПЕЧИВАЕТ ВЫДЕЛЕНИЯ В
СИНАПТИЧЕСКУЮ ЩЕЛЬ АЦЕТИЛХОЛИНА, КОТОРЫЙ ВЫЗЫВАЕТ
ВОЗНИКНОВЕНИЯ ПОТЕНЦИАЛА КОНЦЕВОЙ ПЛАСТИНКИ (ПКП)
ВОЗБУЖДАЮЩЕГО ПОСТСИНАПТИЧЕСКОГО ПОТЕНЦИАЛА (ВПСП). ЭТОТ
ПКП ОБЕСПЕЧИВАЕТ ПД В МЫШЕЧНОМ ВОЛОКНЕ, РАСПРОСТРАНЯЕТСЯ
ВГЛУБЬ ВОЛОКНА, ЧТО ОБЕСПЕЧИВАЕТ ВЫДЕЛЕНИЕ ИОНОВ СА2+ ИЗ
САРКОПЛАЗМАТИЧЕСКОГО РЕТИКУЛУМА.

5. Механизм мышечного сокращения. В процессе сокращения мы­шечного волокна в нем происходят следующие преобразования: А.

МЕХАНИЗМ МЫШЕЧНОГО СОКРАЩЕНИЯ.
В ПРОЦЕССЕ СОКРАЩЕНИЯ МЫШЕЧНОГО ВОЛОКНА В НЕМ ПРОИСХОДЯТ СЛЕДУЮЩИЕ
ПРЕОБРАЗОВАНИЯ:
А. ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЕ ПРЕОБРАЗОВАНИЕ:
2. РАСПРОСТРАНЕНИЕ ПД ПО Т-СИСТЕМЕ.
3. ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ СТИМУЛЯЦИЯ ЗОНЫ КОНТАКТА Т-СИСТЕМЫ И
САРКОПЛАЗМАТИЧЕСКОГО РЕТИКУЛУМА, АКТИВАЦИЯ ФЕРМЕНТОВ, ОБРАЗОВАНИЕ
ИНОЗИТОЛТРИФОСФАТА, ПОВЫШЕНИЕ ВНУТРИКЛЕТОЧНОЙ КОНЦЕНТРАЦИИ ИОНОВ СА2+.
Б. ХЕМОМЕХАНИЧЕСКОЕ ПРЕОБРАЗОВАНИЕ:
4. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ИОНОВ СА2+ С ТРОПОНИНОМ, ОСВОБОЖДЕНИЕ АКТИВНЫХ
ЦЕНТРОВ НА АКТИНОВЫХ ФИЛАМЕНТАХ.
5. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ МИОЗИНОВОЙ ГОЛОВКИ С АКТИНОМ, ВРАЩЕНИЕ ГОЛОВКИ И
РАЗВИТИЕ ЭЛАСТИЧЕСКОЙ ТЯГИ.
6. СКОЛЬЖЕНИЕ НИТЕЙ АКТИНА И МИОЗИНА ОТНОСИТЕЛЬНО ДРУГ ДРУГА, УМЕНЬШЕНИЕ
РАЗМЕРА САРКОМЕРА, РАЗВИТИЕ НАПРЯЖЕНИЯ ИЛИ УКОРОЧЕНИЕ МЫШЕЧНОГО ВОЛОКНА.

6. Этапы возбуждения мышечного волокна:

ЭТАПЫ ВОЗБУЖДЕНИЯ МЫШЕЧНОГО ВОЛОКНА:
• РАСПРОСТРАНЕНИЕ ПД ПО НЕРВНОМУ ВОЛОКНУ ОТ ТЕЛА МОТОНЕЙРОНА ДО
СИНАПТИЧЕСКОГО ОКОНЧАНИЯ. ВОЗНИКШАЯ В РЕЗУЛЬТАТЕ ДЕПОЛЯРИЗАЦИЯ ОТКРЫВАЕТ
ПОТЕНЦИАЛ-ЗАВИСИМЫЕ СА++ КАНАЛЫ В ТЕРМИНАЛИ АКСОНА (ПРЕСИНАПТИЧЕСКАЯ
МЕМБРАНА). ИОНЫ СА++ ПОСТУПАЮТ В КЛЕТКУ ПО ГРАДИЕНТУ КОНЦЕНТРАЦИИ.
• ИОНЫ СА++ , ВЗАИМОДЕЙСТВУЯ СО СПЕЦИАЛЬНЫМИ БЕЛКАМИ – СИНАПСИНАМИ,
АКТИВИРУЮТ ЭКЗОЦИТОЗ ГРАНУЛ С МЕДИАТОРОМ.
• АЦЕТИЛХОЛИН ВЫДЕЛЯЕТСЯ В СИНАПТИЧЕСКУЮ ЩЕЛЬ И ВЗАИМОДЕЙСТВУЕТ С
НИКОТИНОВЫМИ ХОЛИНОРЕЦЕПТОРАМИ (Н) НА МЕМБРАНЕ МЫШЕЧНОГО ВОЛОКНА
(ПОСТСИНАПТИЧЕСКАЯ МЕМБРАНА). ИЗБЫТОК МЕДИАТОРА РАЗРУШАЕТСЯ АХ
ХОЛИНЭСТЕРАЗОЙ ДО УКСУСНОЙ КИСЛОТЫ И ХОЛИНА. СВЯЗЫВАНИЕ АХ С РЕЦЕПТОРАМИ
ПРИВОДИТ К ОТКРЫТИЮ КАНАЛОВ ДЛЯ ИОНОВ, В РЕЗУЛЬТАТЕ ИОН НАТРИЯ ПОСТУПАЕТ В
КЛЕТКУ, ПРОИСХОДИТ ДЕПОЛЯРИЗАЦИЯ МЕМБРАНЫ И ВОЗНИКАЕТ ПОТЕНЦИАЛ КОНЦЕВОЙ
ПЛАСТИНКИ (ПКП).
• ПОТЕНЦИАЛ ДЕЙСТВИЯ ВОЗНИКАЕТ НА СОСЕДНЕМ УЧАСТКЕ МЕМБРАНЫ В ТОМ СЛУЧАЕ, ЕСЛИ
РАЗНОСТЬ ПОТЕНЦИАЛОВ МЕЖДУ ЗАРЯДОМ МЕМБРАНЫ НА ЭТОМ УЧАСТКЕ И НА
ПОСТСИНАПТИЧЕСКОЙ МЕМБРАНЕ ДОСТИГНЕТ ТАКОЙ ВЕЛИЧИНЫ, ЧТОБЫ ДЕПОЛЯРИЗОВАТЬ
МЕМБРАНУ ДО КРИТИЧЕСКОГО УРОВНЯ ДЕПОЛЯРИЗАЦИИ. КАК ПРАВИЛО, В НЕРВНОМЫШЕЧНЫХ СИНАПСАХ АМПЛИТУДА ПКП ВСЕГДА ВЫСОКА, НЕ ТРЕБУЕТ СУММАЦИИ И А
ВСЕГДА ВЫЗЫВАЕТ ПД.
• ПД БЫСТРО РАСПРОСТРАНЯЕТСЯ ПО ВСЕЙ МЕМБРАНЕ МЫШЕЧНОГО ВОЛОКНА.

7.

8. Энергетика мышечного сокращения

ЭНЕРГЕТИКА МЫШЕЧНОГО
СОКРАЩЕНИЯ
СОКРАЩЕНИЕ МЫШЦЫ - ЭТО ДВИЖЕНИЯ МОСТИКОВ, КОТОРЫМ ТРЕБУЕТСЯ
ЭНЕРГИЯ. ЗАПАС ЭНЕРГИИ В МЫШЦЕ ОГРАНИЧЕН, ПОЭТОМУ ПРИ РАБОТЕ
МЫШЦЫ ТРЕБУЕТСЯ ПОСТОЯННОЕ ЕЕ ВОСПОЛНЕНИЕ. ИСТОЧНИКОМ ЭНЕРГИИ
ДЛЯ СОКРАЩЕНИЯ И РАССЛАБЛЕНИЯ СЛУЖИТ АТФ.

9. Однако запасы АТФ в клетке ограничены. Поэтому для восполнения запасов АТФ происходит его восстановление – ресинтез.

ОДНАКО ЗАПАСЫ АТФ В КЛЕТКЕ ОГРАНИЧЕНЫ.
ПОЭТОМУ ДЛЯ ВОСПОЛНЕНИЯ ЗАПАСОВ АТФ
ПРОИСХОДИТ ЕГО ВОССТАНОВЛЕНИЕ – РЕСИНТЕЗ.

10. Мышца имеет три источника воспроизводства энергии: 1.Расщепление креатинфосфата. 2.Анаэробный гликолиз. 3.Аэробный гликолиз.

МЫШЦА ИМЕЕТ ТРИ ИСТОЧНИКА
ВОСПРОИЗВОДСТВА ЭНЕРГИИ:
1.РАСЩЕПЛЕНИЕ КРЕАТИНФОСФАТА.
2.АНАЭРОБНЫЙ ГЛИКОЛИЗ.
3.АЭРОБНЫЙ ГЛИКОЛИЗ.

11. Расщепление креатинфосфата. В ходе такой реакции, молекула креатинфосфата отдает свою фосфатную группу молекуле

РАСЩЕПЛЕНИЕ КРЕАТИНФОСФАТА.
В ХОДЕ ТАКОЙ РЕАКЦИИ, МОЛЕКУЛА КРЕАТИНФОСФАТА ОТДАЕТ СВОЮ
ФОСФАТНУЮ ГРУППУ МОЛЕКУЛЕ АДЕНЕЗИНДИФОСФАТА (АДФ), В
СЛЕДСТВИЕ ЧЕГО АДФ СНОВА ПРЕВРАЩАЕТСЯ В АТФ, А КРЕАТИНФОСФАТ –
В КРЕАТИН.
АДФ + КРЕАТИНФОСФАТ = АТФ + КРЕАТИН.
ВАЖНАЯ ОСОБЕННОСТЬ ЗАКЛЮЧАЕТСЯ В ТОМ, ЧТО НА ВОССТАНОВЛЕНИЕ
ЗАПАСОВ КРЕАТИНФОСФАТА НУЖНО НЕСКОЛЬКО МИНУТ И ТО, ЧТО ЭТА
РЕАКЦИЯ МОЖЕТ ОСУЩЕСТВЛЯТЬСЯ ТОЛЬКО ПОСЛЕ ПРЕКРАЩЕНИЯ
РАБОТЫ. ЕСЛИ БЫ КРЕАТИНФОСФАТ МОГ ВОССТАНАВЛИВАТЬСЯ ВО ВРЕМЯ
РАБОТЫ, МЫ БЫ МОГЛИ ДОЛГО РАБОТАТЬ ТЯЖЕЛЫМИ ВЕСАМИ В ОЧЕНЬ
БОЛЬШОМ КОЛИЧЕСТВЕ ПОВТОРЕНИЙ.
ПОЭТОМУ ПОДОБНАЯ ПОДПИТКА ДЛИТСЯ ВЕСЬМА ОГРАНИЧЕННОЕ ВРЕМЯ,
ПОДДЕРЖИВАЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ БАЛАНС МЫШЦ ЛИШЬ В САМОМ НАЧАЛЕ
ИХ РАБОТЫ. СВЯЗАНО ЭТО С МАЛЫМ ЗАПАСОМ КРЕАТИНФОСФАТА В
МЫШЕЧНЫХ КЛЕТКАХ. ДАЛЕЕ В РАБОТУ ВКЛЮЧАЮТСЯ АЭРОБНЫЙ И
АНАЭРОБНЫЙ ГЛИКОЛИЗЫ.

12. Гликолиз - процесс распада одной молекулы глюкозы (C6H12O6) на две молекулы молочной кислоты (C3H6O3) с выделением энергии,

ГЛИКОЛИЗ - ПРОЦЕСС РАСПАДА ОДНОЙ
МОЛЕКУЛЫ ГЛЮКОЗЫ (C6H12O6) НА
ДВЕ МОЛЕКУЛЫ МОЛОЧНОЙ КИСЛОТЫ
(C3H6O3) С ВЫДЕЛЕНИЕМ ЭНЕРГИИ,
ДОСТАТОЧНОЙ ДЛЯ "ЗАРЯДКИ" ДВУХ
МОЛЕКУЛ АТФ, ПРОТЕКАЕТ В
САРКОПЛАЗМЕ ( ЦИТОПЛАЗМА
МЫШЕЧНОЙ КЛЕТКИ ) ПОД
ВОЗДЕЙСТВИЕМ 10 СПЕЦИАЛЬНЫХ
ФЕРМЕНТОВ.

13. Гликолиз может протекать без потребления кислорода (такие процессы называются анаэробными) и с потреблением кислорода (аэробный

ГЛИКОЛИЗ МОЖЕТ ПРОТЕКАТЬ БЕЗ
ПОТРЕБЛЕНИЯ КИСЛОРОДА (ТАКИЕ
ПРОЦЕССЫ НАЗЫВАЮТСЯ
АНАЭРОБНЫМИ) И С ПОТРЕБЛЕНИЕМ
КИСЛОРОДА (АЭРОБНЫЙ ГЛИКОЛИЗ)
СПОСОБЕН БЫСТРО ВОССТАНАВЛИВАТЬ
ЗАПАСЫ АТФ В МЫШЦЕ.

14. Схема ресинтеза атф

СХЕМА РЕСИНТЕЗА АТФ