Гмк в гистологии расшифровка. Главные клеточные типы сосудистой стенки. Типы мышечных волокон

· Физиология сократительных элементов

Двигательные функции, осуществляемые сократительными элементами мышечных тканей (поперечнополосатое скелетное МВ, кардиомиоциты, ГМК) и немышечными контрактильными клетками (миоэпителиальные, миофибробласты и др.), обеспечивает актомиозиновый хемомеханический преобразователь . В скелетных МВ и кардиомиоцитах присутствуют сократительные единицы - саркомеры, это поперечнополоcатые мышцы , в ГМК саркомеров нет, это гладкие мышцы . Сократительную функцию скелетной мышечной ткани (произвольная мускулатура ) контролирует нервная система (соматическая двигательная иннервация). Непроизвольные мышцы (сердечная и гладкая) имеют вегетативную двигательную иннервацию, а также развитую систему гуморального контроля их сократительной активности. Все мышечные элементы способны к генерации ПД, распространяющихся по клеточной мембране (сарколемме).

Скелетная мышца

У человека более 600 скелетных мышц (около 40% массы тела). Они обеспечивает осознанные и осознаваемые произвольные движения тела и его частей. Структурно-функциональная единица скелетной мышцы - скелетное мышечное волокно (МВ).

Рис . 7-1 . Скелетная мышца состоит из поперечнополосaтых мышечных волокон [ 11 ]. Значительный объём МВ занимают миофибриллы. Расположение светлых и тёмных дисков в параллельных друг другу миофибриллах совпадает, что приводит к появлению поперечной исчерченности. Структурная единица миофибрилл - саркомер, сформированный из толстых (миозиновых) и тонких (актиновых) нитей. Расположение тонких и толстых нитей в саркомере показано слева и слева внизу. G‑актин - глобулярный, F‑актин - фибриллярный актин.

Мышечное волокно

Миофибриллы

Каждая миофибрилла содержит около 1500 толстых и 3000 тонких нитей. Поперечная исчерченность скелетного МВ (рис. 7–1) определяется регулярным чередованием в миофибриллах различно преломляющих поляризованный свет участков (дисков) - изотропных и анизотропных: светлые (I sotropic, I–диски) и тёмные (A nisotropic, А–диски) диски . Разное светопреломление дисков определяется упорядоченным расположением по длине саркомера тонких (актиновых) и толстых (миозиновых) нитей: толстые нити находятся только в тёмных дисках, светлые диски не содержат толстых нитей. Каждый светлый диск пересекает Z -линия . Участок миофибриллы между соседними Z-линиями определяют как саркомер .

· Саркомер - часть миофибриллы, расположенная между двумя последовательными Z–дисками. В состоянии покоя и полностью растянутой мышце длина саркомера составляет 2 мкм. При такой длине саркомера актиновые (тонкие) нити лишь частично перекрывают миозиновые (толстые) нити. Один конец тонкой нити прикреплён к Z-линии, а другой конец направлен к середине сaркомера. Толстые нити занимают центральную часть сaркомера - А–диск (содержащий только толстые нити участок сaркомера - Н-зона, в середине Н-зоны проходит М-линия). I–диск входит в состав двух сaркомеров. Следовательно, каждый сaркомер содержит один А–диск (тёмный) и две половины I–диска (светлого), формула саркомера - 0,5А + I + 0,5А. Во время сокращения длина A–диска не меняется, а I–диска - укорачивается, что и послужило основанием для создания теории, объясняющей сокращение мышцы механизмом скольжения (теория скольжения ) тонких актиновых нитей вдоль толстых миозиновых.

· Толстая нить (рис 7–3Б). Каждая миозиновая нить состоит из 300–400 молекул миозина и С‑белка. Миозин (рис 7–3В) - гексaмер (две тяжёлые и четыре лёгкие цепи). Тяжёлые цепи - две спирально закрученные полипептидные нити, несущие на своих концах глобулярные головки. В области головок с тяжёлыми цепями ассоциированы лёгкие цепи. Каждую миозиновую нить связывает с Z–линией гигантский белок титин. С толстыми нитями ассоциированы небулин, миомезин, креатинфосфокиназа и другие белки.

Рис . 7-3 . Тонкая и толстая нити в составе миофибрилл [ 11 ]. А . Тонкая нить - две спирально скрученные нити фибриллярного актина (F‑актин). В канавках спиральной цепочки залегает двойная спираль тропомиозина, вдоль которой располагаются молекулы тропонина трёх типов. Б - толстая нить . Молекулы миозина способны к самосборке и формируют веретенообразный агрегат диаметром 15 нм и длиной 1,5 мкм. Фибриллярные хвосты молекул образуют стержень толстой нити, головки миозина расположены спиралями и выступают над поверхностью толстой нити. В - молекула миозина . Лёгкий меромиозин обеспечивает агрегацию молекул миозина, тяжёлый меромиозин имеет связывающие актин участки и обладает активностью АТФазы.

à Миозин (рис. 7 –3В). В молекуле миозина (мол. масса 480 000) различают тяжёлый и лёгкий меромиозин. Тяжёлый меромиозин содержит субфрагменты (S): S 1 содержит глобулярные головки миозина, S 2 - прилежащую к головкам часть фибриллярного хвоста молекулы миозина. S 2 эластичен (эластический компонент S 2 ), что допускает отхождение S 1 на расстояние до 55 нм. Концевую часть хвостовой нити миозина длиной 100 нм образует лёгкий меромиозин . Миозин имеет два шарнирных участка, позволяющих молекуле изменять конформацию. Один шарнирный участок находится в области соединения тяжёлого и лёгкого меромиозинов, другой - в области шейки молекулы миозина (S 1 -S 2 –соединение). Половина молекул миозина обращена головками к одному концу нити, а вторая половина - к другому (рис. 7 –3Б). Лёгкий меромиозин лежит в толще толстой нити, тогда как тяжёлый меромиозин (благодаря шарнирным участкам) выступает над её поверхностью.

à Титин - наибольший из известных полипептидов с мол. массой 3000 кД - наподобие пружины связывает концы толстых нитей с Z-линией. Другой гигантский белок - небулин (M r 800 кД) - ассоциирует тонкие и толстые нити.

à С ‑белок стабилизирует структуру миозиновых нитей. Влияя на агрегацию молекул миозина, обеспечивает одинаковый диаметр и стандартную длину толстых нитей.

à Миомезин (М‑белок) и креатинфосфокиназа - белки, ассоциированные с толстыми нитями в середине тёмного диска. Креатинфосфокиназа способствует быстрому восстановлению АТФ при сокращении. Миомезин выполняет организующую роль при сборке толстых нитей.

· Тонкая нить

Материал этого раздела см. в книге.

Саркоплазматическая сеть и Т-трубочки

Материал этого раздела см. в книге.

Иннервация

Двигательная и чувствительная соматическая иннервация МВ скелетных мышц осуществляется соответственно a - и g ‑мотонейронами передних рогов спинного мозга и двигательных ядер черепных нервов и псевдоуниполярными чувствительными нейронами спинномозговых узлов и чувствительных ядер черепных нервов. Вегетативная иннервация МВ в скелетных мышцах не обнаружена, но ГМК стенки кровеносных сосудов мышц имеют симпатическую адренергическую иннервацию.

Двигательная иннервация

Каждое экстрафузальное МВ имеет прямую двигательную иннервацию - нервно-мышечные синапсы, образованные терминальными ветвлениями аксонов a ‑мотонейронов и специализированными участками плазмолеммы мышечного волокна (концевая пластинка, постсинаптическая мембрана). Экстрафузальные МВ входят в состав нейромоторных (двигательных) единиц и обеспечивают сократительную функцию мышц. Интрафузальные МВ образуют нервно-мышечные синапсы с эфферентными волокнами g ‑мотонейронов.

· Двигательная единица (рис. 7–6) включает один мотонейрон и группу иннервируемых им экстрафузальных МВ. Количество и размеры двигательных единиц в различных мышцах значительно варьируют. Поскольку при сокращении фазные МВ подчиняются закону «всё или ничего», то сила, развиваемая мышцей, зависит от количества активируемых (т.е. участвующих в сокращении МВ) двигательных единиц. Каждая двигательная единица образована только быстросокращающимися или только медленносокращающимися МВ (см. ниже).

Рис . 7–6 . Двигательная единица

· Полинейронная иннервация . Формирование двигательных единиц происходит в постнатальном периоде, а до рождения каждое МВ иннервируется несколькими мотонейронами. Аналогичная ситуация возникает при денервации мышцы (например, при повреждении нерва) с последующей реиннервацией МВ. Понятно, что в этих ситуациях страдает эффективность сократительной функции мышцы.

· Нервно -мышечный синапс . Физиология нервно-мышечных синапсов рассмотрена в главах 4 (см. рис. 4–8) и 6 (см. рис. 6–2, 6–3).

Как и любой синапс, нервно-мышечное соединение состоит из трех частей: пресинаптической области, постсинаптической области и синаптической щели.

à Пресинаптическая область . Двигательная нервная терминаль нервно-мышечного синапса снаружи покрыта овской клеткой, имеет диаметр 1–1,5 мкм и образует пресинаптическую область нервно-мышечного синапса. В пресинаптической области в большом количестве присутствуют синаптические пузырьки, заполненные ацетилхолином (5–15 тыс. молекул в одном пузырьке) и имеющие диаметр порядка 50 нм.

à Постсинаптическая область . На постсинаптической мембране - специализированной части плазмолеммы МВ - имеются многочисленные инвагинации, от которых на глубину 0,5–1,0 мкм отходят постсинаптические складки, чем существенно увеличивается площадь мембраны. В постсинаптическую мембрану встроены н‑холинорецепторы, их концентрация достигает 20–30 тысяч на 1 мкм 2 .

Рис . 7–7 . Никотиновый холинорецептор постсинаптической мембраны . А - рецептор не активирован, ионный канал закрыт. Б - после связывания рецептора с ацетилхолином канал кратковременно открывается.

Ä Постсинаптические н‑холинорецепторы (рис. 7–7) Диаметр открытого канала в составе рецептора равен 0,65 нм, что вполне достаточно для свободного прохождения всех необходимых катионов: Na + , K + , Ca 2+ . Отрицательные ионы, такие как Cl – , не проходят через канал вследствие сильного отрицательного заряда в устье канала. Реально через канал проходят преимущественно ионы Na + в силу следующих обстоятельств:

Ú в среде, окружающей рецептор ацетилхолина, в достаточно больших концентрациях имеется лишь два положительно заряженных иона: во внеклеточной жидкости Na + и во внутриклеточной жидкости K + ;

Ú сильный отрицательный заряд внутренней поверхности мышечной мембраны (от –80 до –90 мВ) притягивает положительно заряженные ионы натрия внутрь МВ, одновременно предотвращая попытки ионов калия двигаться наружу.

Ä Внесинаптические холинорецепторы . Холинорецепторы присутствуют также в мембране мышечного волокна вне синапса, но здесь их концентрация на порядок величины меньше, чем в постсинаптической мембране.

à Синаптическая щель . Через синаптическую щель проходит синаптическая базальная мембрана. Она удерживает в области синапса терминаль аксона, контролирует расположение холинорецепторов в виде скоплений в постсинаптической мембране. В синаптической щели также находится фермент ацетилхолинэстераза, расщепляющий ацетилхолин на холин и уксусную кислоту.

à Этапы нервно-мышечной передачи . Нервно-мышечная передача возбуждения состоит из нескольких этапов.

Ú ПД по аксону достигает области двигательного нервного окончания.

Ú Деполяризация мембраны нервного окончания приводит к открытию потенциалозависимых Са 2+ ‑каналов и входу Са 2+ в двигательное нервное окончание.

Ú Повышение концентрации Са 2+ приводит к запуску экзоцитоза квантов ацетилхолина из синаптических пузырьков.

Ú Ацетилхолин попадает в синаптическую щель, где путём диффузии достигает рецепторов на постсинаптической мембране. В нервно-мышечном синапсе в ответ на один ПД выделяется около 100–150 квантов ацетилхолина.

Ú Активация н‑холинорецепторов постсинаптической мембраны. При открытии каналов н‑холинорецепторов возникает входящий Na–ток, что приводит к деполяризации постсинаптической мембраны. Появляется потенциал концевой пластинки , который при достижении критического уровня деполяризации вызывает ПД в мышечном волокне.

Ú Ацетилхолинэстераза расщепляет ацетилхолин и действие выделившийся порции нейромедиатора на постсинаптическую мембрану прекращается.

à Надежность синаптической передачи . В физиологических условиях каждый нервный импульс, поступающий в нервно-мышечное соединение, вызывает возникновение потенциала концевой пластинки, амплитуда которого в три раза больше необходимой для возникновения ПД. Появление такого потенциала связано с избыточностью выделения медиатора. Под избыточностью подразумевается выделение в синаптическую щель значительно большего количества ацетилхолина, чем требуется для запуска ПД на постсинаптической мембране. Этим гарантируется, что каждый ПД мотонейрона вызовет реакцию в иннервируемом им МВ.

à Вещества , активирующие передачу возбуждения

Ú Холиномиметики . Метахолин, карбахол и никотин оказывают на мышцу тот же эффект, что и ацетилхолин. Различие заключается в том, что эти вещества не разрушаются ацетилхолинэстеразой или разрушаются более медленно, в течение многих минут и даже часов.

Ú Антихолинэстеразные соединения . Неостигмин, физостигмин и диизопропилфлуорофосфат инактивируют фермент таким образом, что имеющаяся в синапсе ацетилхолинэстераза теряет способность гидролизовать ацетилхолин, выделяющийся в концевой двигательной пластинке. В результате происходит накопление ацетилхолина, что в ряде случаев может вызывать мышечный спазм . Это может приводить к смертельным исходам при спазме гортани у курильщиков . Неостигмин и физостигмин инактивируют ацетилхолинэстеразу в течение нескольких часов, после чего их действие проходит, и синаптическая ацетилхолинэстераза восстанавливает свою активность. Диизопропилфлуорофосфат, являющийся нервно-паралитическим газом, блокирует ацетилхолинэстеразу на недели, что делает это вещество смертельно опасным.

à Вещества , блокирующие передачу возбуждения

Ú Миорелаксанты периферического действия (кураре и курареподобные препараты) широко применяются в анестезиологии. Тубокурарин препятствует деполяризующему действию ацетилхолина. Дитилин приводит к миопаралитическому эффекту, вызывая стойкую деполяризацию постсинаптической мембраны.

Ú Ботулотоксин и столбнячный токсин блокируют секрецию медиатора из нервных терминалей.

Ú b - и g -Бунгаротоксины блокируют холинорецепторы.

à Нарушения нервно-мышечной передачи . Миастения тяжёлая псевдопаралитическая (myasthenia gravis ) - аутоиммунное заболевание, при котором образуются АТ к н‑холинорецепторам. Циркулирующие в крови АТ связываются с н‑холинорецепторами постсинаптической мембраны МВ, препятствуют взаимодействию холинорецепторов с ацетилхолином и угнетают их функцию, что приводит к нарушению синаптической передачи и развитию мышечной слабости. Ряд форм миастений вызывает появление АТ к кальциевым каналам нервных окончаний в нервно-мышечном соединении.

à Денервация мышцы . При двигательной денервации происходит значительное увеличение чувствительности мышечных волокон к эффектам ацетилхолина вследствие увеличенного синтеза рецепторов ацетилхолина и их встраивания в плазмолемму по всей поверхности мышечного волокна.

· Потенциал действия мышечного волокна . Природа и механизм возникновения ПД рассмотрены в главе 5. ПД МВ длится 1–5 мс, скорость его проведения по сарколемме, включая T-трубочки, составляет 3–5 м/с.

Чувствительная иннервация

Чувствительную иннервацию скелетных мышц осуществляют в основном проприорецепторы - мышечные веретёна, сухожильные органы, чувствительные нервные окончания в капсуле суставов.

· Мышечные веретёна (рис. 7–8) - чувствительные воспринимающие приборы скелетной мышцы. Их количество в различных мышцах значительно варьирует, но они присутствуют практически во всех мышцах, за исключением некоторых глазных. Основные структурные элементы мышечного веретена - интрафузальные МВ, нервные волокна и капсула.

Рис . 7–8 . Мышечное веретено [ 11 ]. Интрафузальные МВ с компактным скоплением ядер - волокна с ядерной сумкой, в интрафузальных МВ с ядерной цепочкой ядра распределены по длине волокна более равномерно. К веретену подходят афферентные и эфферентные нервные волокна. Аннулоспиральные (первичные) сенсорные окончания образованы безмиелиновыми терминалями афферентных I a ‑волокон в экваториальной зоне обоих типов интрафузальных МВ. Ближе к концам интрафузальных МВ (чаще МВ с ядерной цепочкой) расположены терминали тонких афферентных II-волокон - вторичные окончания. Эфферентные А g -волокна образуют нервно-мышечные синапсы с интрафузальными МВ в концевой их части.

à Мышечные волокна . Мышечное веретено содержит от 1 до 10 коротких интрафузальных мышечных волокон. В средней (экваториальной) их части ядра образуют компактное скопление (волокна с ядерной сумкой ) или располагаются цепочкой (волокна с ядерной цепочкой) .

à Нервные волокна . Терминали I a ‑волокон образуют спираль в пределах экваториальной зоны обоих типов интрафузальных МВ (первичные, или аннулоспиральные окончания). Терминали более тонких II-волокон заканчиваются на интрафузальных МВ в области, расположенной рядом с экваториальной (вторичные окончания, чаще встречаются в МВ с ядерной цепочкой). Эфферентные А g ‑волокна образуют нервно-мышечные синапсы с интрафузальными МВ в концевой их части

à Капсула . Комплекс интрафузальных МВ с нервными терминалями окружён многослойной капсулой, наружные слои которой являются производными периневрия, а внутренние рассматриваются как аналоги эндоневрия.

· Сухожильные органы (рис. 7–9) расположены в концевой части сухожилия на границе с мышцей, а также в связках капсулы суставов. Рецептор имеет веретеновидную форму и окружён капсулой, состоящей из нескольких слоёв плоских клеток. В образовании сухожильного органа Гольджи участвуют терминали афферентных миелиновых волокон, они ветвятся среди пучков спиралевидных коллагеновых волокон, расположенных в заполненном жидкостью пространстве.

Рис . 7–9 . Сухожильный орган [ 11 ]. Рецептор окружён капсулой, через которую в средней части органа проходит миелиновое нервное волокно, образующее терминальное сплетение среди коллагеновых волокон.

· Чувствительные нервные окончания в капсуле суставов - важный элемент проприоцептивной системы организма.

à Тельца Руффини расположены в периферических участках капсулы.

à Пластинчатые пачиниподобные тельца - сенсорные рецепторы существенно меньших размеров, чем тельца.

à Свободные нервные окончания - терминали тонких миелиновых волокон и, наконец, терминали безмиелиновых волокон, среди которых, по-видимому, присутствуют и болевые рецепторы. Широко представлены во всех компонентах сустава, но наибольшей плотности достигают в мениске и суставном диске.

мышечное сокращение

Сокращение мышцы происходит при поступлении по аксонам двигательных нейронов к нервно-мышечным синапсам волны возбуждения в виде нервных импульсов (ПД нервных волокон). Это непрямое сокращение (опосредованное нервно-мышечной синаптической передачей). Возможно и прямое сокращение мышцы. Под ним понимают сокращение групп МВ (мышечные подёргивания, фибрилляции), происходящее при возбуждении любого звена последовательности событий после секреции нейромедиатора из терминалей аксона в нервно-мышечном синапсе. Последовательность этих событий такова: (1 ) деполяризация постсинаптической мембраны и генерация ПД ® (2 ) распространение ПД по плазмолемме МВ ® (3 ) передача сигнала в триадах на саркоплазматический ретикулум ® (4 ) выброс Ca 2+ из саркоплазматического ретикулума ® (5 ) связывание Ca 2+ тропонином С тонких нитей ® (6 ) взаимодействие тонких и толстых нитей (формирование мостиков), появление тянущего усилия и скольжение нитей относительно друг друга ® (7 ) Цикл взаимодействия нитей ® (8 ) укорочение саркомеров и сокращение МВ ® (9 ) расслабление. Позиции 1–4 рассмотрены выше (см. рис. 7–4 и 7–5 в книге и сопровождающий их текст), а этапы 2–4 представлены на рис. 7–10.

Рис . 7–10 . Распространение потенциала действия по сарколемме мышечного волокна и выброс ионов кальция из цистерн саркоплазматического ретикулума

1 . Деполяризация постсинаптической мембраны и генерация ПД рассмотрены выше и в главе 6.

2 . Плазмолемма и потенциал действия . Локальная деполяризация постсинаптической мембраны приводит к генерации потенциала действия, быстро распространяющегося по всей плазмолемме мышечного волокна (включая Т-трубочки).

à Электромиография - важный диагностический метод - позволяет регистрировать характеристики потенциалов действия.

à Миотония . Уменьшение Cl - -проводимости плазмолеммы ведёт к электрической нестабильности мембраны МВ и к развитию миотонии (например, болезни Томсена).

3 . Триады и передача сигнала на саркоплазматическую сеть . Волна деполяризации по Т-трубочкам проникает до триад. В области триад мембрана Т–трубочек в составе потенциалозависимого кальциевого канала содержит. Деполяризация мембраны Т–трубочек вызывает в структуре рецепторов дигидропиридина конформационные изменения, передающиеся на терминальных цистерн саркоплазматического ретикулума.

Злокачественная гипертермия при наркозе (особенно при использовании тиопентала и галотана) - редкое осложнение (смертность до 70%) при хирургическом вмешательстве. Температура тела быстро поднимается до 43 °С и выше, происходит генерализованный распад мышц (рабдомиолиз). В части случаев найдена мутация гена рианодинового рецептора скелетномышечного типа.

4 . Саркоплазматический ретикулум и выброс Ca 2+ . Активация (Ca 2+ ‑канал) приводит к открытию Ca 2+ ‑каналов, Ca 2+ из поступает в саркоплазму; концентрация Ca 2+ в саркоплазме достигает значений, достаточных для связывания этого двухвалентного катиона с тропонином С тонких нитей.

5 . Связывание Ca 2+ тонкими нитями . В покое взаимодействие тонких и толстых нитей невозможно, т.к. миозин-связывающие участки F‑актина заблокированы тропомиозином. При высокой концентрации Ca 2+ эти ионы связываются с тропонином C и вызывают конформационные изменения тропомиозина, приводящие к разблокированию миозин-связывающих участков (рис. 7–11).

Рис . 7–11 . Ca 2+ –зависимый механизм регуляции взаимодействия актина с миозином [ 11 ]. В покое миозин-связывающие участки тонкой нити заняты тропомиозином. При сокращении ионы Ca 2+ связываются с тропонином С, а тропомиозин открывает миозин-связывающие участки. Головки миозина присоединяются к тонкой нити и вызывают её смещение относительно толстой нити.

6 . Взаимодействие тонких и толстых нитей . В результате разблокирования миозин-связывающих участков молекул актина головки миозина, несущие продукты гидролиза АТФ (АДФ + Ф н ), присоединяются к тонкой нити и изменяют свою конформацию, создавая тянущее усилие: - тонкие нити начинают скользить между толстыми (рис. 7–12). За счёт шарнирного участка в области шейки миозина происходит гребковое движение , продвигающее тонкую нить к центру сaркомера. В результате происходит скольжение тонких нитей относительно толстых. Затем головка миозина связывается с молекулой АТФ, что приводит к отделению миозина от актина. Последующий гидролиз АТФ восстанавливает конформированную молекулу миозина, готовую вступить в новый цикл. Такая модель скользящих нитей была предложена.

Рис . 7–12 . Взаимодействие головки миозина с тонкой нитью и появление тянущего усилия

7 . Рабочий цикл . Каждый цикл взаимодействия тонких и толстых нитей имеет несколько стадий (рис. 7–13).

Рис . 7–13 . Цикл взаимодействия тонких и толстых нитей [ 5 ]. (А ) Исходное положение: головка миозина выстоит над толстой нитью (не показана). (Б ) Благодаря наличию шарнира между тяжёлым и лёгким меромиозинами, несущая АДФ и P i головка миозина прикрепляется к актину, происходит поворот головки миозина с одновременным растягиванием эластического компонента S 2 . (В ). Из головки освобождаются АДФ и Ф н, а последующая ретракция эластического компонента S 2 вызывает тянущее усилие. Затем к головке миозина присоединяется новая молекула АТФ, что приводит к отделению головки миозина от молекулы актина (Г ). Гидролиз АТФ возвращает молекулу миозина в исходное положение (А ).

8 . Укорочение саркомера и сокращение мышечного волокна . Головка миозина совершает около пяти циклов в секунду. Когда одни головки миозина толстой нити производят тянущее усилие, другие в это время свободны и готовы вступить в очередной цикл. Следующие друг за другом гребковые движения подтягивают тонкие нити к центру сaркомера. Скользящие тонкие нити тянут за собой Z-линии, вызывая сокращение сaркомера. Поскольку в процесс сокращения практически одномоментно вовлечены все саркомеры МВ, происходит его укорочение.

Влияние длины саркомера на напряжение мышцы (рис. 7–14). Сопоставление различных длин саркомера показывает, что наибольшее напряжение развивается мышцей при длине саркомера от 2 до 2,2 мкм. Саркомеры такой длины наблюдаются в мышцах, растянутых собственным весом или при небольшой средней нагрузке. В саркомерах размером от 2 до 2,2 мкм филаменты актина полностью перекрывают филаменты миозина. Уменьшение размеров саркомера до 1,65 мкм приводит к снижению напряжения в результате перекрытия филаментами актина друг друга и, следовательно, уменьшения возможности контакта с поперечными мостиками. Большие нагрузки, растягивающие саркомер свыше 2,2 мкм, приводят к падению напряжения, так как в этом случае актиновые филаменты не имеют контакта с поперечными мостиками. Таким образом, мышца развивает максимальное напряжение в условиях полного перекрытия актиновыми филаментами поперечных мостиков миозина.

Рис . 7–14 . Саркомер расслабленного (А) и сокращённого (Б) мышечного волокна [ 11 ]. При сокращении тонкие нити движутся к центру саркомера, их свободные концы сходятся у М-линии. Вследствие этого уменьшается длина I–дисков и Н-зоны. Длина А–диска не изменяется.

9 . Расслабление . Ca 2+ ‑АТФаза сaркоплазматического ретикулума закачивает Ca 2+ из сaркоплазмы в цистерны ретикулума, где Ca 2+ связывается с. В условиях понижения концентрации Ca 2+ в саркоплазме тропомиозин закрывает миозин-связывающие участки и препятствует их взаимодействию с миозином. После смерти, когда содержание АТФ в мышечных волокнах снижается вследствие прекращения её синтеза, головки миозина оказываются устойчиво прикреплёнными к тонкой нити. Это состояние трупного окоченения (rigor mortis ) продолжается, пока не наступит аутолиз, после чего мышцы можно растянуть.

Ca 2+ ‑насос - основа активного процесса расслабления . Ионы кальция, высвобожденные из саркоплазматического ретикулума и диффундировавшие к миофибриллам, вызывают сокращение, которое будет продолжаться столь долго, сколь долго высокая концентрация ионов Ca 2+ будет сохраняться в саркоплазме. Этому препятствует постоянная активность Ca 2+ насоса, расположенного в стенках саркоплазматического ретикулума и откачивающего с затратой энергии ионы Ca 2+ обратно в просвет саркоплазматического ретикулума. Ca 2+ насос повышает концентрацию Ca 2+ внутри трубочек в 10 000 раз. Дополнительно работе насоса способствует специальный белок, связывающий в 40 раз больше ионов Ca 2+ , чем их находится в ионизированном состоянии. Таким образом, обеспечивается 40-кратное увеличение запасов кальция. Массивное перемещение ионов Ca 2+ внутрь саркоплазматического ретикулума уменьшает концентрацию Ca 2+ в саркоплазме до величины 10 -7 М и менее. Поэтому, за исключением периода ПД и немедленно сразу после его окончания, концентрация ионов Ca 2+- в саркоплазме поддерживается на исключительно низком уровне, и мышца остаётся расслабленной.

Таким образом, при сокращении МВ практически одновременно регистрируются следующие важные характеристики: генерация ПД, выброс ионов кальция в саркоплазму и собственно сокращение (рис. 7–15)

Рис . 7–15 . Сокращение мышечного волокна [ 5 ]. Последовательное возникновение ПД, пика содержания Ca 2+ в саркоплазме и развиваемого напряжения при одиночном мышечном сокращении.

Энергетические потребности . Мышечное сокращение требует значительных энергетических затрат. Основной источник энергии - гидролиз макроэрга АТФ. В митохондриях в процессе цикла трикарбоновых кислот и окислительного фосфорилирования генерируется АТФ. Гликоген запасaется в сaркоплазме в виде включений. Анаэробный гликолиз сопряжён с синтезом АТФ. Креатинфосфокиназа, связанная в области М-линии, катализирует перенос фосфата от фосфокреатина на АДФ с образованием креатина и АТФ. Миоглобин, как и Hb, обратимо связывает кислород. Запасы кислорода необходимы для синтеза АТФ при длительной непрерывной работе мышцы. На один рабочий цикл затрачивается 1 молекула АТФ. В МВ концентрация АТФ равна 4 ммоль/л. Такого запаса энергии достаточно для поддержания сокращения не более 1–2 сек.

· Затраты АТФ . Энергия АТФ расходуется на:

Ú образование поперечных мостиков, осуществляющих продольное скольжение актиновых филаментов (основная часть энергии гидролиза АТФ);

Ú Ca 2+ -насос: выкачивание Ca 2+ из саркоплазмы в саркоплазматический ретикулум после окончания сокращения;

Ú Na + /K + -насос: перемещение ионов натрия и калия через мембрану МВ для обеспечения соответствующего ионного состава вне- и внутриклеточной среды.

· Восстановление АТФ . Рефосфорилирование АТФ обеспечивается из нескольких источников.

à Креатинфосфат . Первым источником для восстановления АТФ является использование креатинфосфата - вещества, имеющего высокоэнергетические фосфатные связи, подобные связям АТФ. Однако количество креатинфосфата в МВ невелико, всего на 1/5 больше, чем АТФ. Общих запасов энергии АТФ и креатинфосфата в МВ достаточно для развития максимального мышечного сокращения лишь в течение 5–8 сек.

à Гликоген . Вторым источником энергии, который используется в ходе восстановления АТФ и креатинфосфата, является гликоген, запасы которого имеются в МВ. Расщепление гликогена до пировиноградной и молочной кислот сопровождается выделением энергии, которая идёт на превращение АДФ в АТФ. Вновь синтезированный АТФ может использоваться или непосредственно для мышечного сокращения, или в процессе восстановления запасов креатинфосфата. Гликолитический процесс важен в двух аспектах:

Ú гликолитические реакции могут происходить в отсутствие кислорода, и мышца может сокращаться десятки секунд без снабжения кислородом;

Ú скорость образования АТФ в ходе гликолиза в два с лишним раза выше, чем скорость образования АТФ из клеточных продуктов в процессе взаимодействия с кислородом. Однако большое количество промежуточных продуктов гликолитического обмена, накапливаемых в МВ, не позволяет гликолизу поддерживать максимальное сокращение более одной минуты.

à Окислительный метаболизм . Третьим источником энергии является окислительный метаболизм. Более 95% энергии, используемой мышцей в ходе продолжительных, напряжённых сокращений, поступает именно из этого источника. В процессе длительной напряжённой мышечной работы, продолжающейся много часов, большая часть энергии берётся из жиров. Для периода работы от 2 до 4 час более половины энергии поступает за счёт запасов гликогена.

механика мышечного сокращения

Материал этого раздела см. в книге.

Типы мышечных волокон

Скелетные мышцы и образующие их МВ различаются по множеству параметров - скорости сокращения, утомляемости, диаметру, цвету и т.д. Например, цвет мышцы может быть обусловлен рядом причин: количеством митохондрий, содержанием миоглобина, плотностью кровеносных капилляров. Традиционно выделяют красные и белые , а также медленные и быстрые мышцы и МВ. Каждая мышца - гетерогенная популяция разных типов МВ. Тип мышцы определяют, исходя из преобладания в ней конкретного типа МВ. Применяют следующие классифицирующие критерии типов МВ: характер сокращения (фазные и тонические), скорость сокращения (быстрые и медленные) и тип окислительного обмена (окислительные - красные и гликолитические - белые). На практике результаты типирования МВ комбинируют. Различают три типа МВ - быстросокращающиеся красные, быстросокращающиеся белые и медленносокращающиеся промежуточные. Быстрые МВ приспособлены для выполнения быстрых и мощных сокращений (например, прыжки и бег на короткие дистанции). Медленные МВ адаптированы к продолжительной мышечной деятельности типа удержания тела в выпрямленном положении против сил гравитации или бега на марафонскую дистанцию. В зависимости от преобладания в мышцах конкретного типа МВ скелетные мышцы относят к «красным» и «белым» либо «быстрым» и «медленным». Таким образом, каждая мышца уникальна по спектру входящих в её состав типов МВ . Этот спектр генетически детерминирован (отсюда практика типирования МВ при отборе спортсменов-бегунов - спринтеров и стайеров).

· Фазные и тонические . Экстрафузальные МВ подразделяют на фазные, осуществляющие энергичные сокращения, и тонические, специализированные на поддержание статического напряжения, или тонусa. Произвольная мускулатура человека практически полностью состоит из фазных мышечных волокон, генерирующих ПД. В ответ на нервную стимуляцию они отвечают быстрым сокращением. Тонические мышечные волокна встречаются в наружных ушных и наружных глазных мышцах. Тонические мышечные волокна имеют более низкий МП (от –50 до –70 мВ). Степень деполяризации мембраны зависит от частоты стимуляции. Поэтому лишь повторные нервные стимулы вызывают сокращение тонических МВ. Тонические МВ имеют полинейронную иннервацию (иннервированы в нескольких точках периферическими отростками разных мотонейронов).

· Быстрые и медленные . Скорость сокращения мышечного волокна определяется типом миозина. Изоформа миозина, обеспечивающая высокую скорость сокращения, - быстрый миозин (в частности , характерна высокая активность АТФазы), изоформа миозина с меньшей скоростью сокращения - медленный миозин (в частности , характерна меньшая активность АТФазы). Следовательно, активность АТФазы миозина отражает скоростные характеристики скелетной мышцы. Мышечные волокна, имеющие высокую активность АТФазы, - быстросокращающиеся волокна (быстрые волокна), для медленносокращающихся волокон (медленные волокна) характерна низкая АТФазная активность.

· Окислительные (красные ) и гликолитические (белые ). МВ используют окислительный либо гликолитический путь образования АТФ. В ходе аэробного окисления из одной молекулы глюкозы образуются 38 молекул АТФ и конечные продукты метаболизма - вода и углекислый газ (этим типом обмена характеризуются красные МВ). При анаэробном типе метаболизма из одной молекулы глюкозы образуется 2 молекулы АТФ, а также молочная кислота (этим типом обмена характеризуются белые МВ).

à Окислительные , или красные МВ небольшого диаметра, окружены массой капилляров, содержат много миоглобина. Их многочисленные митохондрии имеют высокой уровень активности окислительных ферментов (например, сукцинатдегидрогеназы - СДГ).

à Гликолитические , или белые МВ имеют больший диаметр, в саркоплазме содержится значительное количество гликогена, митохондрии немногочисленны. Для них характерны низкая активность окислительных и высокая активность гликолитических ферментов. В белых МВ молочная кислота выводится в межклеточное пространство, тогда как в красных МВ молочная кислота служит субстратом для дальнейшего окисления, в результате которого образуется ещё 36 молекул АТФ. Плотность капиллярной сети вокруг МВ, количество митохондрий, а также активность окислительных и гликолитических ферментов коррелируют со степенью утомления МВ. Белые гликолитические МВ имеют высокую скорость сокращения и относятся к быстроутомляемым. Среди красных МВ по скорости сокращения и утомляемости выделено два подтипа: быстрые неутомляемые и медленные неутомляемые МВ.

Сводная классификация МВ приведена на рис. 7–17.

Рис . 7–17 . Типы волокон скелетной мышцы [ 11 ]. На серийных срезах: А - активность АТФазы миозина: светлые МВ - медленносокращающиеся ; тёмные МВ - быстросокращающиеся . Б - активность СДГ: светлые МВ - белые (гликолитические); тёмные МВ - красные (окислительные); промежуточные МВ (окислительно–гликолитические). 1 - быстросокращающееся белое МВ (высокая активность АТФазы миозина, низкая активность СДГ); 2 - быстросокращающееся красное МВ (высокая активность АТФазы миозина, высокая активность СДГ); 3 - быстросокращающееся красное МВ (высокая активность АТФазы миозина, умеренная активность СДГ); 4 - медленносокращающееся промежуточное МВ (низкая активность АТФазы миозина, умеренная активность СДГ). СДГ - сукцинатдегидрогеназа.

Контроль фенотипа мышечных волокон . Множество факторов (интактная иннервация, уровень физической активности, гормоны) поддерживает унаследованный спектр МВ, уникальный для каждой мышцы. После повреждения нерва скелетная мышца подвергается гипотрофии (уменьшение объёма МВ, разрастание соединительной ткани, увеличение чувствительности к ацетилхолину). Регенерация нерва восстанавливает нормальное состояние мышц. Известно также, что все МВ одной и той же двигательной (нейромоторной) единицы принадлежат к одному типу. Эти и многие другие наблюдения и эксперименты заставили заключить, что мотонейроны оказывают на иннервируемые ими МВ нейротрофический эффект . Факторы реализации нейротрофического эффекта не установлены.

Гладкая мышца

Гладкомышечные клетки (ГМК) в составе гладких мышц формируют мышечную стенку полых и трубчатых органов, контролируя их моторику и величину просвета. Регуляцию сократительной активности ГМК осуществляют двигательная вегетативная иннервация и множество гуморальных факторов. В ГМК отсутствует поперечная исчерченность , т.к. миофиламенты - тонкие (актиновые) и толстые (миозиновые) нити - не образуют характерных для поперечно-полосатой мышечной ткани миофибрилл. Заострёнными концами ГМК вклиниваются между соседними клетками и образуют мышечные пучки , в свою очередь формирующие слои гладкой мускулатуры . Встречаются и единичные ГМК (например, в субэндотелиальном слое сосудов).

Гладкомышечные клетки

· Морфология ГМК (рис. 7–18). Форма ГМК - вытянутая веретеновидная, часто отростчатая. Длина ГМК от 20 мкм до 1 мм (например, ГМК матки при беременности). Овальное ядро локализовано центрально. В саркоплазме у полюсов ядра расположены многочисленные митохондрии, свободные рибосомы, cаркоплазматический ретикулум. Миофиламенты ориентированы вдоль продольной оси клетки. Каждая ГМК окружена базальной мембраной.

Рис . 7–18 . Гладкомышечные клетки [ 11 ]. Слева : морфология ГМК . Центральное положение в ГМК занимает крупное ядро. У полюсов ядра находятся митохондрии и саркоплазматический ретикулум. Актиновые миофиламенты, ориентированные вдоль продольной оси клетки, прикреплены к плотным тельцам. Миоциты формируют между собой щелевые контакты. Справа: сократительный аппарат гладкомышечной клетки . Плотные тельца содержат a ‑актинин, это аналоги Z-линий поперечнополосaтой мышцы; в саркоплазме плотные тельца связаны сетью промежуточных филаментов. Актиновые нити прикреплены к плотным тельцам, миозиновые нити формируются только при сокращении.

· Сократительный аппарат . Стабильные актиновые нити ориентированы преимущественно по продольной оси ГМК и прикрепляются к плотным тельцам. Сборку толстых (миозиновых) нитей и взаимодействие актиновых и миозиновых нитей активируют ионы Ca 2+ , поступающие из кальциевых депо - саркоплазматического ретикулума. Непременные компоненты сократительного аппарата - (Ca 2+ –связывающий белок), киназа и фосфатаза лёгкой цепи миозина гладкомышечного типа.

· Депо Ca 2+ - совокупность длинных узких трубочек (саркоплазматический ретикулум и находящихся под сарколеммой множества мелких пузырьков - кавеол ). Са 2+ ‑АТФаза постоянно откачивает Са 2+ из цитоплазмы ГМК в саркоплазматический ретикулум. Через Са 2+ ‑каналы кальциевых депо ионы Са 2+ поступают в цитоплазму ГМК. Активация Са 2+ ‑каналов происходит при изменении МП и при помощи и инозитолтрифосфата (см. рис. 7–5 в книге).

· Плотные тельца . В саркоплазме и на внутренней стороне плазмолеммы находятся плотные тельца - аналог Z-линий поперечнополосaтой мышечной ткани. Плотные тельца содержат a ‑актинин и служат для прикрепления тонких (актиновых) нитей.

· Щелевые контакты в мышечных пучках связывают соседние ГМК. Эти нексусы необходимы для проведения возбуждения (ионный ток), запускающего сокращение ГМК.

· Типы миоцитов . Различают ГМК висцеральные, сосудистые и радужной оболочки, а также тонические и фазные ГМК.

à Висцеральные ГМК происходят из мезенхимных клеток спланхнической мезодермы и присутствуют в стенке полых органов пищеварительной, дыхательной, выделительной и половой систем. Многочисленные щелевые контакты компенсируют сравнительно бедную вегетативную иннервацию висцеральных ГМК, обеспечивая вовлечение всех ГМК в процесс сокращения. Сокращение ГМК медленное, волнообразное.

à ГМК кровеносных сосудов развиваются из мезенхимы кровяных островков. Сокращение ГМК сосудистой стенки опосредуют иннервация и гуморальные факторы.

à ГМК радужной оболочки имеют нейроэктодермальное происхождение. Они формируют мышцы, расширяющие и суживающие зрачок. Мышцы получают вегетативную иннервацию. Двигательные нервные окончания подходят к каждой ГМК. Мышца, расширяющая зрачок, получает симпатическую иннервацию из пещеристого сплетения, волокна которого транзитом проходят через ресничный ганглий. Мышца, суживающая зрачок, иннервирована постганглионарными парасимпатическими нейронами ресничного ганглия. На этих нейронах оканчиваются преганглионарные парасимпатические волокна, проходящие в составе глазодвигательного нерва.

à Тонические и фазные ГМК . В тонических ГМК агонисты вызывают постепенную деполяризацию мембраны (ГМК пищеварительного тракта). Фазные ГМК (vas deferens ) генерируют ПД и имеют относительно быстрые скоростные характеристики.

· Иннервация (рис. 7–19). ГМК иннервируют симпатические (адренергические) и отчасти парасимпатические (холинергические) нервные волокна. Нейромедиаторы диффундируют из варикозных терминальных расширений нервных волокон в межклеточное пространство. Последующее взаимодействие нейромедиаторов с их рецепторами в плазмолемме вызывает сокращение либо расслабление ГМК. В составе многих гладких мышц, как правило , иннервированы (точнее - находятся рядом с варикозными терминалями аксонов) далеко не все ГМК . Возбуждение ГМК, не имеющих иннервации, происходит двояко: в меньшей степени - при медленной диффузии нейромедиаторов, в большей степени - посредством щелевых контактов между ГМК.

Рис . 7–19 . Вегетативная иннервация ГМК . А . Терминальные разветвления аксона вегетативного нейрона, содержащие многочисленные расширения - варикозности. Б . Варикозные расширения, содержащие синаптические пузырьки.

· Гуморальная регуляция . В мембрану разных ГМК встроены рецепторы, и множество других. Агонисты, связываясь со своими рецепторами в мембране ГМК, вызывают сокращение или расслабление ГМК.

à Сокращение ГМК. Агонист (, норадреналин ,) через свой рецептор активирует G‑белок (G p ), который в свою очередь активирует фосфолипазу С. Фосфолипаза С катализирует образование инозитолтрифосфата. Инозитолтрифосфат стимулирует высвобождение Ca 2+ из. Повышение концентрации Ca 2+ в саркоплазме вызывает сокращение ГМК.

à Расслабление ГМК. Агонист (,) связывается с рецептором и активирует G‑белок (G s ), который в свою очередь активирует аденилатциклазу. Аденилатциклаза катализирует образование цАМФ. цАМФ усиливает работу кальциевого насоса, закачивающего Ca 2+ в депо кальция. В саркоплазме снижается концентрация Ca 2+ , и ГМК расслабляется.

à Характер ответа определяют рецепторы . ГМК разных органов различно реагируют (сокращением либо расслаблением) на одни и те же лиганды. Это объясняется тем, что существуют разные подтипы конкретных рецепторов с характерным распределением в разных органах.

Ä Гистамин действует на ГМК через рецепторы двух типов: Н 1 и Н 2 .

Ú Бронхоспазм . Выброшенный из тучных клеток при их дегрануляции взаимодействует с Н 1 -гистаминовыми рецепторами ГМК стенки бронхов и бронхиол, что приводит к их сокращению и сужению просвета бронхиального дерева.

Ú Коллапс . Выделяющийся в ответ на аллерген из базофилов гистамин активирует рецепторы типа Н 1 в ГМК артериол, это вызывает их расслабление, что сопровождается резким падением АД.

Ä , выделяющийся из симпатических нервных волокон, взаимодействует с ГМК через двух типов: a и b .

Ú Вазоконстрикция . взаимодействует с a ‑адренорецепторами ГМК стенки артериол, что приводит к сокращению ГМК , вазоконстрикции и повышению АД.

Ú Перистальтика кишечника . и подавляют перистальтику кишечника, вызывая расслабление ГМК через a ‑адренорецепторы.

Гладкие мышцы

Различают 2 типа гладких мышц: мультиунитарные (множественные) и унитарные (единичные).

Материал этого раздела см. в книге.

Механизм сокращения

В ГМК, как и в других мышечных элементах, работает актомиозиновый хемомеханический преобразователь , но АТФазная активность миозина в ГМК приблизительно на порядок величины ниже активности АТФазы миозина поперечнополосатой мышцы. Отсюда, а также из факта лабильности миозиновых нитей (их постоянная сборка и разборка при сокращении и расслаблении соответственно ) вытекает важное обстоятельство - в ГМК медленно развивается и длительно поддерживается сокращение . При поступлении сигнала к ГМК (через рецепторы плазмолеммы и щелевые контакты, а также при растяжении ГМК) сокращение ГМК запускают ионы кальция , поступающие из. Рецептор Ca 2+ - . Таким образом, увеличение содержания Ca 2+ в миоплазме - ключевое событие для сокращения ГМК .

· Регуляция Ca 2+ в миоплазме ГМК - процесс, начинающийся с изменения мембранного потенциала (МП) и/или связывания рецепторов плазмолеммы с их лигандами (регистрация сигнала) и заканчивающийся изменением режима работы Ca 2+ ‑каналов в депо кальция (открытое или закрытое состояние Ca 2+ ‑каналов).

à Изменения мембранного потенциала ГМК происходят при передаче возбуждения от клетки к клетке через щелевые контакты , а также при взаимодействии агонистов (нейромедиаторы , гормоны ) с их рецепторами. Изменения МП открывают потенциалозависимые Ca 2+ ‑каналы плазмолеммы, и в цитоплазме ГМК повышается концентрация Ca 2+ . Этот Ca 2+ активирует (см. рис. 7–5 в книге).

à Рецепторы плазмолеммы ГМК многочисленны. При взаимодействии агонистов с их рецепторами (например, норадреналина,) на внутренней поверхности плазмолеммы активируется фосфолипаза С, и образуется второй посредник инозитолтрифосфат (ИТФ). ИТФ активирует рецепторы ИТФ кальциевых депо (см. рис. 7–5 в книге).

à Активация и инозитолтрифосфата в кальциевых депо открывает их Са 2+ ‑каналы, и поступающий в миоплазму Са 2+ связывается с.

· Сокращение и расслабление ГМК

à Сокращение . При связывании Ca 2+ с (аналог тропонина С поперечнополосатой мышечной ткани) происходит фосфорилирование лёгкой цепи миозина при помощи киназы лёгких цепей - сигнал для сборки миозиновых нитей и их последующего взаимодействия с тонкими нитями. Фосфорилированный (активный) миозин прикрепляется к актину, головки миозина изменяют свою конформацию, и совершается одно гребковое движение , т.е. втягивание актиновых миофиламентов между миозиновыми. В результате гидролиза АТФ разрушаются актин–миозиновые связи, головки миозина восстанавливают свою конформацию и готовы к образованию новых поперечных мостиков. Продолжающаяся стимуляция ГМК поддерживает формирование новых миозиновых миофиламентов и вызывает дальнейшее сокращение клетки. Таким образом, сила и продолжительность сокращения ГМК определяется концентрацией свободного Са 2+ , окружающего миофиламенты.

Двусторонняя полярность поперечных мостиков . Особенностью миозиновых нитей ГМК является двусторонняя полярность их поперечных мостиков. Шарнирные приспособления мостиков таковы, что мостики, прикреплённые к одной стороне миозиновых филаментов, тянут актиновые нити в одну сторону. Одновременно мостики, расположенные на другой стороне, тянут их в противоположную сторону. Особенность подобной организации гладкой мышцы позволяет ей укорачиваться во время сокращения до 80% и не ограничиваться 30%, как это имеет место в скелетной мышце. Более высокой степени укорочения способствует и тот факт, что актиновые нити прикреплены к плотным тельцам, а не к Z-линиям, и миозиновые мостики могут взаимодействовать с актиновыми нитями на значительно большей протяжённости их длины.

à Расслабление . При уменьшении содержания Ca 2+ в миоплазме (постоянное откачивание Ca 2+ в) происходит дефосфорилирование лёгкой цепи миозина при помощи фосфатазы лёгких цепей миозина. Дефосфорилированный миозин теряет сродство к актину, что предотвращает образование поперечных мостиков. Расслабление ГМК заканчивается разборкой миозиновых нитей.

Запирательный феномен . Цикл поперечных мостиков, определяющий сокращение, зависит от интенсивности миозинкиназной и миозинфосфатазной ферментных систем. Полноценное сокращение, возникшее в ГМК, продолжает удерживаться длительное время, несмотря на то, что уровень активации может быть ниже исходного значения. Энергия для поддержания удерживаемого сокращения минимальна, иногда меньше 1/300 затрат энергии на подобное поддерживаемое сокращение скелетной мышцы. Этот феномен называется «запирательным механизмом ». Его физиологическое значение заключается в поддержании длительного тонического сокращения мускулатуры большинства полых внутренних органов.

· Время сокращения и расслабления . Прикрепление миозиновых мостиков к актину, их освобождение от актина и новое прикрепление для очередного цикла в ГМК намного (в 10–300 раз) медленнее, чем в скелетной. Фазы укорочения и расслабления ГМК длятся в среднем от 1 до 3 сек, что в десятки раз продолжительнее сокращения скелетной мышцы.

· Сила сокращения гладкой мышцы, несмотря на небольшое количество миозиновых нитей и замедленный цикл поперечных мостиков, подчас превышает силу, развиваемую скелетной мышцей. В расчёте на поперечное сечение сила гладкой мышцы составляет от 4 до 6 кг на 1 см 2 , в то время как для скелетной мышцы этот показатель равен 3–4 кг. Такая сила объясняется более продолжительным временем прикрепления миозиновых мостиков к актиновым нитям.

· Стресс-релаксация гладкой мышцы . Существенной особенностью гладкой мышцы является её способность возвращаться в несколько секунд или минут к исходной величине силы сокращения после удлинения или укорочения мышцы. Например, резкое увеличение объёма жидкости в мочевом пузыре так растягивает его мышцу, что немедленно приводит к повышению давления в пузыре. Однако спустя 15 сек или несколько более, несмотря на продолжающееся растяжение пузыря, давление возвращается к исходному уровню. Если давление снова повышается, то снова повторяется тот же эффект. Резкое уменьшение объёма пузыря приводит вначале к значительному падению давления, но несколько секунд или минут спустя оно возвращается к исходному уровню. Это явление получило название стресс -релаксация и обратная стресс-релаксация (обратная стабилизация напряжения) . Стабилизация напряжения и обратная стабилизация напряжения происходят в результате изменения положения миозиновых поперечных мостиков на актиновых филаментах и необходимы для поддержания постоянного давления в полых внутренних органах.

· Энергия , необходимая для поддержания сокращения гладкой мышцы, составляет от 1/10 до 1/300 по сравнению со скелетной мышцей. Подобного рода экономное использование энергии важно, поскольку многие внутренние органы - мочевой пузырь, жёлчный пузырь и другие - поддерживают тоническое сокращение практически постоянно.

· Мембранный потенциал . В состоянии покоя МП ГМК колеблется от –50 до –60 мВ.

· Потенциал действия . В ГМК внутренних органов (моноунитарные гладкие мышцы) можно зарегистрировать два вида ПД: спайковый ПД и ПД с плато (рис. 7–20)

Рис . 7–20 . Потенциалы действия в гладкой мышце . А - ПД в гладкой мышце, вызванный внешним стимулом; Б - Повторные спайковые ПД, вызванные медленными ритмическими электрическими волнами, наблюдающимися в спонтанно сокращающейся гладкой мышце стенки кишечника; В - ПД с плато (ГМК миометрия).

à Спайковые ПД , показанные на рисунке 7– 20Б, наблюдаются в ГМК многих внутренних органов. Продолжительность потенциала колеблется от 10 до 50 мс, амплитуда (в зависимости от исходного МП) составляет от 30 до 60 мВ. ПД могут вызываться различными путями (например, электростимуляцией, действием гормонов, нервной стимуляцией, растяжением мышцы или возникать в результате спонтанной генерации самой ГМК).

à ПД с плато (рис. 7– 20В) отличаются от обычных ПД тем, что после достижения пика потенциал выходит на плато, которое длится до 1 сек и более, и только затем наступает фаза реполяризации. Физиологическое значение плато заключается в необходимости некоторых видов гладких мышц развивать продолжительное сокращение (например, в матке, мочеточниках, лимфатических и кровеносных сосудах).

à Ионный механизм ПД . Ключевую роль в возникновении и развитии ПД играет не Na + ‑каналы, а потенциалозависимые Ca 2+ ‑каналы.

· Спонтанная электрическая активность . Некоторые гладкие мышцы способны самовозбуждаться в отсутствие внешних стимулов, что связано с медленными постоянными колебаниями МП (медленные ритмические волны). Если медленные волны достигают пороговой величины - свыше –35мВ, то они вызывают ПД, которые, распространяясь по мембранам ГМК, вызывают сокращения. Рисунок 7–20Б демонстрирует эффект возникновения на вершине медленных волн ПД, которые вызывают серии ритмических сокращений мускулатуры стенки кишечника. Это дало основание назвать медленные ритмические волны пейсмейкерными волнами .

· Влияние растяжения на спонтанную активность . Растяжение гладкой мышцы, произведённое с определённой скоростью и достаточно интенсивно, вызывает появление спонтанных ПД. Было обнаружено, что в мембране ГМК имеются специальные Ca 2+ ‑каналы, активируемые растяжением. Возможно, это является результатом суммации двух процессов - медленных ритмических волн и деполяризации мембраны, вызванной собственно растяжением. Как правило, кишка в ответ на интенсивное растяжение автоматически ритмически сокращается.

В заключение приведём последовательность этапов сокращения и расслабления гладкой мышцы: сигнал ® повышение концентрации ионов Ca 2+ в саркоплазме ® связывание Ca 2+ с ® фосфорилирование лёгких цепей миозина и сборка миозиновой нити ® соединение миозина с актином, сокращение ® дефосфорилирование миозина фосфатазами ® удаление Ca 2+ из саркоплазмы ® расслабление или удерживаемое запирательным механизмом сокращение.

Немышечные сокращающиеся клетки

Помимо мышечных элементов, в организме присутствуют и немышечные клетки, способные осуществлять сокращение на основе актомиозинового хемомеханического преобразователя, реже при помощи аксонемы. К таким клеткам относятся миоэпителиальные, миофибробласты, клетки крови вне сосудистого русла и многие другие.

· Миоэпителиальные клетки находятся в слюнных, слёзных, потовых и молочных железах. Они расположены вокруг секреторных отделов и выводных протоков желёз. Стабильные актиновые нити, прикреплённые к плотным тельцам, и нестабильные миозиновые, формирующиеся в процессе сокращения, - сократительный аппарат миоэпителиальных клеток. Сокращаясь, миоэпителиальные клетки способствуют продвижению секрета из концевых отделов по выводным протокам. из холинергических нервных волокон стимулирует сокращение миоэпителиальных клеток слёзных желёз, - лактирующих молочных желёз.

· Миофибробласты проявляют свойства фибробластов и ГМК. При заживлении раны часть фибробластов начинает синтезировать гладкомышечные актины, миозины и другие сократительные белки. Дифференцирующиеся миофибробласты способствуют сближению раневых поверхностей.

· Подвижные клетки . Некоторые клетки должны активно перемещаться для выполнения своих функций (лейкоциты, камбиальные клетки при регенерации, сперматозоиды). Перемещение клеток осуществляется при помощи жгутика и/или вследствие амебоидных движений.

à Движение клетки при помощи жгутика . Жгутик содержит аксонему - мотор с тубулин–динеиновым хемомеханическим преобразователем. Подвижность сперматозоидов обеспечивает аксонема, расположенная в хвостовой нити.

à Амебоидное движение . Подвижность различных клеток (например, нейтрофилов, фибробластов, макрофагов) обеспечивает актомиозиновый хемомеханический преобразователь, в том числе циклы полимеризации и деполимеризации актина. Немышечные формы актина и миозина создают тянущее усилие, обеспечивающее миграцию клеток. Само перемещение клеток включает адгезию мигрирующих клеток к субстрату (межклеточному матриксу), образование цитоплазматических выростов (псевдоподий) по ходу движения и ретракцию заднего края клетки.

Ä Адгезия . Амебоидное движение невозможно без адгезии клетки к субстрату. Молекулы точечной адгезии (интегрины) обеспечивают прикрепление клетки к молекулам межклеточного матрикса. Так, миграция нейтрофилов в зону воспаления начинается с адгезии к эндотелию. Интегрины (a 4 b 7 ) в мембране нейтрофилов взаимодействуют с молекулами адгезии гликокаликса эндотелия, и нейтрофилы проникают между эндотелиальными клетками (хоминг). Адгезия нейтрофилов к витронектину и фибронектину обеспечивает движение клеток через соединительную ткань к месту воспаления.

Ä Образование псевдоподий . Стимуляция клетки вызывает немедленную полимеризацию актина - ключевой момент для образования псевдоподии. Актин формирует тонкую сеть из коротких филаментов, соединённых при помощи актин–связывающих белков (филамин, фимбрин, a ‑актинин, профилин). Различные классы молекул влияют на архитектуру и динамику актина (например, актин–связывающие белки, вторые посредники).

Ä Ретракция . Вслед за образованием псевдоподии совершается ретракция заднего края клетки. Развитие сократительной реакции начинается со сборки биполярных миозиновых нитей. Образующиеся короткие толстые нити миозина взаимодействуют с актиновыми филаментами, вызывая скольжение нитей относительно друг друга. Актомиозиновый преобразователь развивает силу, разрывающую адгезионные контакты и приводящую к ретракции заднего края клетки. Формирование и разрушение адгезионных контактов, полимеризация и деполимеризация актина, образование псевдоподий и ретракция - следующие друг за другом события амебоидного перемещения клетки.

С морфологической точки зрения кровеносные сосуды – трубки различного диаметра, состоящие из 3-х основных слоёв: внутреннего (эндотелиального), среднего (ГМК, коллагеновые и эластические волокна), наружного.

Помимо размеров, сосуды отличаются строением среднего слоя:

В аорте и крупных артериях преобладают эластические и коллагеновые волокна, что

обеспечивает их упругость и растяжимость (сосуды эластического типа);

В артериях среднего и мелкого калибра, артериолах, прекапиллярах и венулах

преобладают ГМК (сосуды мышечного типа, обладающие высокой сократимостью);

В средних и крупных венах есть ГМК, но их сократительная активность невысока;

Капилляры вообще лишены ГМК.

Это имеет определённое значение для функциональной классификации :

1) Упруго-растяжимые (магистральные) сосуды – аорта с крупными артериями в большом круге кровообращения и лёгочная артерия с её ветвями в малом круге кровообращения. Это сосуды эластического типа, образующие эластическую, или компрессионную, камеру. Обеспечивают преобразование пульсирующего кровотока в более равномерный и плавный. Часть кинетической энергии, развиваемой сердцем во время систолы, затрачивается на растяжение этой компрессионной камеры, в которую поступает значительный объём крови, растягивающий её. При этом кинетическая энергия, развитая сердцем, переходит в энергию эластического напряжения артериальных стенок. Когда систола заканчивается, растянутые стенки артерий компрессионной камеры спадаются и проталкивают кровь в капилляры, поддерживая кровоток во время диастолы.

2) Сосуды сопротивления (резистивные сосуды) – артериолы и прекапиллярные сфинктеры, т.е. сосуды мышечного типа. От прекапиллярных сфинктеров зависит число функционирующих капилляров.

3) Обменные сосуды – капилляры. Обеспечивают обмен газами и другими веществами между кровью и тканевой жидкостью. Количество функционирующих капилляров может изменяться в каждом участке ткани в значительных пределах, в зависимости от функциональной и метаболической активности.

4) Шунтирующие сосуды (артериовенозные анастомозы) – обеспечивают «сброс» крови из артериальной системы в венозную, минуя капилляры; значительно повышают скорость кровотока; участвуют в теплообмене.

5) Собирательные сосуды (кумулятивные) – вены.

6) Ёмкостные сосуды – крупные вены, обладающие высокой растяжимостью. Содержат ~ 75 % объёма циркулирующей крови (ОЦК). Артериальный отдел ~ 20 % ОЦК, капиллярный ~ 5-7,5 %.

ОЦК распределяется по частям тела не равномерно. Почки, печень, сердце, мозг, составляющие 5 % массы тела, получают более половины всей крови.

ОЦК – это не вся кровь организма. В состоянии покоя до 45 - 50 % всего объёма крови, имеющейся в организме, находится в кровяных депо: селезёнке, печени, подкожном сосудистом сплетении и лёгких. В селезёнке содержится ~ 500 мл крови, которая может быть почти выключена из кровотока. Кровь в сосудах печени и сосудистом сплетении кожи (до 1 л) циркулирует в 10 – 20 раз медленнее, чем в других сосудах.

Микроциркуляторное русло – совокупность конечных артерий, артериол, капилляров, венул, мелких венул. Движение крови по микроциркуляторному руслу обеспечивает транскапиллярный обмен.

Капилляры имеют диаметр ~ 5 – 7 мкм, длину ~ 0,5 – 1 мм. Скорость кровотока ~ 0,5 – 1 мм/с, т.е. каждая частица крови находится в капилляре ~ 1 с. Общая длина капилляров составляет ~ 100000 км.

Есть 2 вида функционирующих капилляров – магистральные, образующие кратчайший путь между артериолами и венулами, и истинные, которые отходят от артериального конца магистрального капилляра и впадают в его венозный конец. Истинные образуют капиллярные сети. В магистральных скорость кровотока выше.

В тканях с более интенсивным обменом число капилляров больше.

Капилляры различаются по строению эндотелиального каркаса:

1) С непрерывной стенкой – «закрытые». Это большинство капилляров большого круга кровообращения. Обеспечивают гистогематический барьер.

2) Окончатые (с фанестрами – окошечками). Способны пропускать вещества, диаметр которых достаточно велик. Располагаются в почечных клубочках, в слизистой кишечника.

3) С прерывистой стенкой – между соседними эндотелиальными клетками есть щели, через которые проходят форменные элементы крови. Располагаются в костном мозге, печени, селезёнке.

В закрытых капиллярах переход веществ из капилляра в ткань и наоборот совершается за счёт диффузии и фильтрации (с реабсорбцией). Пока кровь проходит через капилляр, может произойти 40-кратный обмен между кровью и тканями. Лимитирующий фактор – способность вещества проходить через фосфолипидные участки мембраны и размеры вещества. В среднем из капилляров каждую минуту выходит ~ 14 мл жидкости (~20 л/сутки). Вышедшая на артериальном конце капилляра жидкость дренирует межклеточное пространство, очищает его от метаболитов и ненужных частиц. На венозном конце капилляра большая часть жидкости с метаболитами вновь поступает в капилляр.

Закономерности, обуславливающие обмен жидкости между капиллярами и тканевыми пространствами, были описаны Старлингом.

Силы, способствующие фильтрации, - это гидростатическое давление крови (Ргк) и онкотическое тканевой жидкости (Рот), составляющие в сумме фильтрационное давление. Силы, препятствующие фильтрации, но способствующие реабсорбции, - это онкотическое давление крови (Рок) и гидростатическое давление тканевой жидкости (Ргт), составляющие в сумме реабсорбционное давление.

На артериальном конце капилляра:

Ргк ~ 32,5 мм рт. ст., Рот ~ 4,5 мм рт.ст., (Ргк + Рот) ~ 37 мм рт. ст.

Результирующее давление, обеспечивающее фильтрацию: 37 – 28 = 9 мм рт.ст.

На венозном конце капилляра:

Ргк ~ 17 мм рт. ст., Рот ~ 4,5 мм рт.ст., (Ргк + Рот) ~ 21,5 мм рт. ст.

Рок ~ 25 мм рт.ст., Ргт ~ 3 мм рт.ст., (Рок + Ргт) ~ 28 мм рт. ст.

Результирующее давление, обеспечивающее реабсорбцию: 21,5 – 28 = - 6,5 мм рт. ст.

Т.к. фильтрационная результирующая на артериальном конце капилляра выше, чем реабсорбционная результирующая на венозном, объём фильтрации на артериальном конце капилляра выше, чем объём реабсорбции на венозном (20 л/18 л в сутки). Остальные 2 л идут на образование лимфы. Это своеобразный дренаж тканей, благодаря которому крупные частицы, не способные пройти через стенку капилляра, проходят по лимфатической системе, в том числе через лимфатические узлы, где подвергаются разрушению. В конечном итоге, лимфа через грудной и шейный протоки возвращается в венозное русло.

Венозное русло предназначено для сбора крови, т.е. выполняет коллекторную функцию. В венозном русле кровь испытывает меньшее сопротивление, чем в мелких артериях и артериолах, однако большая протяжённость венозного русла приводит к тому, что давление крови по мере приближения к сердцу снижается почти до 0. Давление в венулах 12 – 18 мм рт.ст., в венах среднего калибра 5 – 8 мм рт.ст., в полых венах 1 – 3 мм рт.ст.. В то же время, линейная скорость кровотока, по мере приближения к сердцу, последовательно возрастает. В венулах она составляет 0,07 см/с, в средних венах 1,5 см/с, в полых венах 25 – 33 см/с.

Низкое гидростатическое давление в венозном русле затрудняет возврат крови к сердцу. Для улучшения венозного возврата есть ряд компенсаторных механизмов:

1) наличие в венах многочисленных полулунных клапанов эндотелиального происхождения, пропускающих кровь только по направлению к сердцу (исключение – полые вены, вены воротной системы, мелкие венулы);

2) мышечный насос – динамическая работа мышц приводит к выталкиванию венозной крови по направлению к сердцу (за счёт сдавливания вен и наличия в них клапанов);

3) присасывающее действие грудной клетки (снижение внутриплеврального давления на вдохе);

4) присасывающее действие полостей сердца (расширение предсердий во время систолы желудочков);

5) сифонное явление – устье аорты выше устья полых вен.

Время полного кругооборота крови (время прохождения 1 частицы крови через оба круга кровообращения) составляет в среднем 27 систол сердца. При ЧСС 70 – 80 в минуту кругооборот происходит ~ за 20 – 23 с. Однако скорость движения по оси сосуда выше, чем у его стенок и, поэтому, не вся кровь совершает полный кругооборот так быстро. Примерно 1/5 времени полного кругооборота приходится на прохождение малого круга и 4/5 – на прохождение большого.

Артериальный пульс – ритмические колебания стенки артерии, обусловленные повышением давления в период систолы. В момент изгнания крови из желудочков давление в аорте повышается, и стенка её растягивается. Волна повышенного давления и колебания сосудистой стенки распространяются до артериол и капилляров, где пульсовая волна гаснет. Скорость распространения пульсовой волны не зависит от скорости движения крови. Максимальная скорость кровотока по артериям 0,3 – 0,5 м/с; скорость же пульсовой волны в аорте 5,5 – 8 м/с, в периферических артериях 6 - 9 м/с. С возрастом, по мере понижения эластичности сосудов, скорость распространения пульсовой волны увеличивается.

Артериальный пульс можно обнаружить прикосновением к любой доступной ощупыванию артерии: лучевой, височной, наружной артерии стопы и т.д. Исследование пульса позволяет оценить наличие биений сердца, частоту его сокращений, напряжение. Напряжение (твёрдый, мягкий) пульса определяется по величине усилия, которое необходимо приложить для того, чтобы пульс в дистальном участке артерии исчез. В определённой степени отображает величину среднего АД.

Поражение сердца или кровеносных сосудов индуцирует процесс ремоделирования, который при нормальных условиях является путем адаптации, а с точки зрения патофизиологии заболевания выступает как звено дезадаптации. В ответ на физиологические стимулы сосудистые гладкомышечные клетки (ГМК) медии пролиферируют и мигрируют в интиму, где формируется многослойное сосудистое поражение, или неоинтима.

В норме этот процесс самоограничен, поэтому в результате образуется хорошо зарубцевавшаяся рана, а кровоток не изменяется. Однако при определенных сосудистых заболеваниях пролиферация сосудистых ГМК становится избыточной, в результате развивается патологическое поражение сосудистой стенки, и появляются клинические симптомы. Для этих заболеваний обычно характерно системное или локальное воспаление, усугубляющее пролиферативную реакцию сосудистых ГМК. Ингибиторы CDK семейства CIP/ KIP - важнейшие регуляторы ремоделировапия тканей сосудистой системы. Белок p27(Kipl) конститутивно экспрессирован в сосудистых ГМК и эндотелиальных клетках артерий.

При сосудистом поражении или воздействии митогенов на сосудистые ГМК и эндотелиальные клетки его активность угнетается. После всплеска пролиферации сосудистые ГМК синтезируют и секретируют молекулы внеклеточного матрикса, которые, передавая сигнал сосудистым ГМК и клеткам эндотелия, стимулируют активность белков p27(Kipl) и p21(Cip1) и подавляют циклин E-CDK2. Экспрессия CIP/KIP ингибиторов CDK останавливает клеточный цикл и тормозит деление клеток. Белок p27(Kipl), благодаря своим эффектам на пролиферацию Т-лимфоцигов, выступает и в роли важнейшего регулятора процессов воспаления тканей. В кровеносной системе белок p27(Kipl), регулируя процессы пролиферации, воспаления и образования в костном мозге клеток-предшественников, участвует в заживлении сосудистых повреждений.
В опытах на мышах было показано , что деления в гене p27(Kip1) сопровождается доброкачественной гиперплазией эпителиальных и мезодермальных клеток во многих органах, включая сердце и сосуды.

Белок p21 (Cipl) необходим для роста и дифференцировки клеток сердца, костей, кожи и почек; кроме того, он обеспечивает восприимчивость клеток к апоптозу. Этот ингибитор CDK функционирует как р53-зависимым, так и р53-независимым путем. В сердце p21(Cipl) экспрессируется независимо от наличия р53 в кардиомиоцитах; избыточная экспрессия p2l(Cip1) в миоцитах приводит к гипертрофии миокарда.

Большинство раковых клеток человека несут мутации, изменяющие функции р53, Rb либо путем прямой модификации их генетической последовательности, либо путем воздействия на гены-мишени, которые, действуя эпистатически, т.е. подавляя проявление других генов, препятствуют их нормальному функционированию. Белок Rb ограничивает пролиферацию клеток, препятствует их переходу в S-фазу. Механизм состоит в блокировании факторов транскрипции E2F генов-активаторов, необходимых для репликации ДНК и метаболизма нуклеотидов. Мутации в белке р53 встречаются более чем в 50% всех случаев рака у человека.

Белок р53 накапливается в ответ на клеточный стресс, обусловленный повреждениями , гипоксией и активацией онкогенов. Белок р53 инициирует программу транскрипции, которая запускает остановку клеточного цикла или апоптоз. Под действием р53 белок p21(Cipl) индуцирует апоптоз в опухолевых и других клетках.

Основной функцией клеточного цикла является регуляция процесса деления клеток. Репликация ДНК и цитокинез зависят от нормального функционирования клеточного цикла. Циклины, CDK и их ингибиторы рассматривают как вторичные важнейшие регуляторы процессов карциногенеза, воспаления тканей и заживления ран.

Сердце и кровеносные сосуды образуют замкнутую разветвлённую сеть - сердечно-сосудистую систему. Кровеносные сосуды присутствуют почти во всех тканях. Их нет лишь в эпителиях, ногтях, хрящах, эмали зубов, в некоторых участках клапанов сердца и в ряде других областей, которые питаются за счёт диффузии необходимых веществ из крови. В зависимости от строения стенки кровеносного сосуда и его калибра, в сосудистой системе различают артерии, артериолы, капилляры, венулы и вены. Стенка артерий и вен состоит из трёх оболочек: внутренней (tunica intima), средней (t. media) и наружной (t. adventitia).

АРТЕРИИ

Артерии - кровеносные сосуды, транспортирующие кровь от сердца. Стенка артерий амортизирует ударную волну крови (систолический выброс) и переправляет далее выбрасываемую с каждым ударом сердца кровь. Артерии, расположенные вблизи сердца (магистральные сосуды), испытывают наибольший перепад давления. Поэтому они обладают выраженной эластичностью. Периферические же артерии имеют развитую мышечную стенку, способны изменять величину просвета, а следовательно, скорость кровотока и распределение крови в сосудистом русле.

Внутренняя оболочка. Поверхность t. intima выстлана пластом находящихся на базальной мембране плоских эндотелиальных клеток. Под эндотелием расположен слой рыхлой соединительной ткани (подэндотелиальный слой).

(membrana elastica interna) отделяет внутреннюю оболочку сосуда от средней.

Средняя оболочка. В состав t. media, помимо соединительнотканного матрикса с небольшим количеством фибробластов, входят ГМК и эластические структуры (эластические мембраны и эластические волокна). Соотношение этих элементов - главный критерий класси-

фикации артерий: в артериях мышечного типа преобладают ГМК, а в артериях эластического типа - эластические элементы. Наружная оболочка образована волокнистой соединительной тканью с сетью кровеносных сосудов (vasa vasorum) и сопровождающими их нервными волокнами (nervi vasorum, преимущественно терминальные ветвления постганглионарных аксонов симпатического отдела нервной системы).

Артерии эластического типа

К артериям эластического типа относят аорту, лёгочный ствол, общую сонную и подвздошные артерии. В состав их стенки в большом количестве входят эластические мембраны и эластические волокна. Толщина стенки артерий эластического типа составляет примерно 15% диаметра их просвета.

Внутренняя оболочка представлена эндотелием и подэндотелиальным слоем.

Эндотелий. Просвет аорты выстлан крупными эндотелиальными клетками полигональной или округлой формы, связанными плотными и щелевыми контактами. В области ядра клетка выпячивается в просвет сосуда. Эндотелий отделён от подлежащей соединительной ткани хорошо выраженной базальной мембраной.

Подэндотелиальный слой содержит эластические, коллагеновые и ретикулиновые волокна (коллагены типа I и III), фибробласты, продольно ориентированные ГМК, микрофибриллы (коллаген типа VI).

Средняя оболочка имеет толщину около 500 мкм и содержит окончатые эластические мембраны, ГМК, коллагеновые и эластические волокна. Окончатые эластические мембраны имеют толщину 2-3 мкм, их около 50-75. С возрастом их количество и толщина увеличиваются. Между эластическими мембранами располагаются спирально ориентированные ГМК. ГМК артерий эластического типа специализированы для синтеза эластина, коллагена и других компонентов межклеточного вещества. В средней оболочке аорты и лёгочного ствола присутствуют кардиомиоциты.

Наружная оболочка содержит пучки коллагеновых и эластических волокон, ориентированных продольно или идущих по спирали. Адвентиция содержит также мелкие кровеносные и лимфатические сосуды, миелиновые и безмиелиновые волокна. Vasa vasorum кровоснабжают наружную оболочку и наружную треть средней оболочки. Ткани внутренней оболочки и внутренних двух третей средней оболочки питаются за счёт диффузии веществ из крови, находящейся в просвете сосуда.

Артерии мышечного типа

Их суммарный диаметр (толщина стенки + диаметр просвета) достигает 1 см, диаметр просвета варьирует от 0,3 до 10 мм. Артерии мышечного типа относят к распределительным.

Внутренняя эластическая мембрана не во всех артериях мышечного типа развита одинаково хорошо. Сравнительно слабо она выражена в артериях мозга и его оболочек, в ветвях лёгочной артерии, а в пупочной артерии полностью отсутствует.

Средняя оболочка содержит 10-40 плотно упакованных слоёв ГМК. ГМК ориентированы спирально, что обеспечивает регуляцию просвета сосуда в зависимости от тонуса ГМК. Вазоконстрикция (сужение просвета) происходит при сокращении ГМК средней оболочки. Вазодилатация (расширение просвета) происходит при расслаблении ГМК. Снаружи средняя оболочка ограничена наружной эластической мембраной, выраженной слабее, чем внутренняя. Наружная эластическая мембрана имеется лишь в крупных артериях; в артериях меньшего калибра она отсутствует.

Наружная оболочка в артериях мышечного типа развита хорошо. Внутренний её слой - плотная волокнистая соединительная ткань, а наружный - рыхлая соединительная ткань. Обычно в наружной оболочке присутствуют многочисленные нервные волокна и окончания, сосуды сосудов, жировые клетки. В наружной оболочке коронарных и селезёночной артерий присутствуют ориентированные продольно (по отношению к продольной оси сосуда) ГМК.

АРТЕРИОЛЫ

Артерии мышечного типа переходят в артериолы - короткие сосуды, имеющие важное значение для регуляции артериального давления (АД). Стенка артериолы состоит из эндотелия, внутренней эластической мембраны, нескольких слоёв циркулярно ориентированных ГМК и наружной оболочки. Снаружи к артериоле прилегают периваскулярные соединительнотканные клетки, безмиелиновые нервные волокна, пучки коллагеновых волокон. В артериолах наименьшего диаметра внутренняя эластическая мембрана отсутствует, исключение составляют приносящие артериолы в почке.

Терминальная артериола содержит продольно ориентированные эндотелиальные клетки и непрерывный слой циркулярно ориентированных ГМК. Кнаружи от ГМК расположены фибробласты.

Метартериола отходит от терминальной и во многих участках содержит циркулярно ориентированные ГМК.

КАПИЛЛЯРЫ

Разветвлённая капиллярная сеть соединяет артериальное и венозное русла. Капилляры участвуют в обмене веществ между кровью и тканями. Общая обменная поверхность (поверхность капилляров и венул) составляет не менее 1000 м 2 , а в пересчёте на 100 г ткани - 1,5 м 2 . В регуляции капиллярного кровотока принимают непосредственное участие артериолы и венулы. Плотность капилляров в различных органах существенно варьирует. Так, на 1 мм 3 миокарда, головного мозга, печени, почек приходится 2500-3000 капилляров; в скелетной

Рис. 10-1. Типы капилляров: А - капилляр с непрерывным эндотелием; Б - с фенестрированным эндотелием; В - капилляр синусоидного типа.

мышце - 300-1000 капилляров; в соединительной, жировой и костной тканях их значительно меньше.

Типы капилляров

Стенка капилляра образована эндотелием, его базальной мембраной и перицитами. Различают три основных типа капилляров (рис. 10-1): с непрерывным эндотелием, с фенестрированным эндотелием и с прерывистым эндотелием.

Капилляры с непрерывным эндотелием - наиболее распространённый тип. Диаметр их просвета менее 10 мкм. Эндотелиальные клетки связаны при помощи плотных контактов, содержат множество пиноцитозных пузырьков, участвующих в транспорте метаболитов между кровью и тканями. Капилляры этого типа характерны для мышц. Капилляры с фенестрированным эндотелием присутствуют в капиллярных клубочках почки, эндокринных железах, ворсинках кишки. Фенестра - истончённый участок эндотелиальной клетки диаметром 50-80 нм. Фенестры облегчают транспорт веществ через эндотелий. Капилляр с прерывистым эндотелием называют также капилляром синусоидного типа, или синусоидом. Подобный тип капилляров присутствует в кроветворных органах, такие капилляры состоят из эндотелиальных клеток с щелями между ними и прерывистой базальной мембраны.

БАРЬЕРЫ

Частный случай капилляров с непрерывным эндотелием - капилляры, формирующие гематоэнцефалический и гематотимический барьеры. Для эндотелия капилляров барьерного типа характерно умеренное количество пиноцитозных пузырьков и плотные контакты. Гематоэнцефалический барьер (рис. 10-2) надёжно изолирует мозг от временных изменений состава крови. Непрерывный эндотелий капилляров - основа гематоэнцефалического барьера: эндотелиальные клетки связаны при помощи непрерывных цепочек плотных контактов. Снаружи эндотелиальная трубка покрыта базальной мембраной. Капилляры почти полностью окружены отростками астроцитов. Гематоэнцефалический барьер функционирует как избирательный фильтр.

МИКРОЦИРКУЛЯТОРНОЕ РУСЛО

Совокупность артериол, капилляров и венул составляет структурнофункциональную единицу сердечно-сосудистой системы - микроциркуляторное (терминальное) русло (рис. 10-3). Терминальное русло организовано следующим образом: под прямым углом от терминальной артериолы отходит метартериола, пересекающая всё капиллярное русло и открывающаяся в венулу. От артериол берут начало анастомо-

Рис. 10-2. Гематоэнцефалический барьер образован эндотелиальными клетками капилляров мозга. Базальная мембрана, окружающая эндотелий, и перициты, а также астроциты, ножки которых полностью охватывают капилляр снаружи, не являются компонентами барьера.

зирующие истинные капилляры, образующие сеть; венозная часть капилляров открывается в посткапиллярные венулы. В месте отделения капилляра от артериол имеется прекапиллярный сфинктер - скопление циркулярно ориентированных ГМК. Сфинктеры контролируют локальный объём крови, проходящей через истинные капилляры; объём же крови, проходящей через терминальное сосудистое русло в целом, определяется тонусом ГМК артериол. В микроциркуляторном русле присутствуют артериовенозные анастомозы, связывающие артериолы непосредственно с венулами или мелкие артерии с мелкими венами. Стенка сосудов анастомоза содержит много ГМК. Артериове-

Рис. 10-3. Микроциркуляторное русло. Артериола → метартериола → капиллярная сеть с двумя отделами - артериальный и венозный → венула. Артериовенозные анастомозы соединяют артериолы с венулами.

нозные анастомозы в большом количестве присутствуют в некоторых участках кожи (мочка уха, пальцы), где они играют важную роль в терморегуляции.

ВЕНЫ

Кровь из капилляров терминальной сети последовательно поступает в посткапиллярные, собирательные, мышечные венулы и попадает в вены. Венулы

Посткапиллярная венула (диаметр от 8 до 30 мкм) служит обычным местом выхода лейкоцитов из циркуляции. По мере увеличения диаметра посткапиллярной венулы увеличивается количество перицитов, ГМК отсутствуют.

Собирательная венула (диаметр 30-50 мкм) имеет наружную оболочку из фибробластов и коллагеновых волокон.

Мышечная венула (диаметр 50-100 мкм) содержит 1-2 слоя ГМК; в отличие от артериол, ГМК не полностью охватывают сосуд. В эндотелиальных клетках присутствует большое количество актиновых микрофиламентов, играющих важную роль для изменения формы клеток. Наружная оболочка сосуда содержит пучки коллагеновых волокон, ориентированных в различных направлениях, фибробласты. Мышечная венула переходит в мышечную вену, содержащую несколько слоёв ГМК.

Вены - сосуды, по которым кровь оттекает от органов и тканей к сердцу. Около 70% объёма циркулирующей крови находится в венах. В стенке вен, как и в стенке артерий, различают те же три оболочки: внутреннюю (интиму), среднюю и наружную (адвентициальную). Вены, как правило, имеют больший диаметр, чем одноимённые артерии. Их просвет, в отличие от артерий, не зияет. Стенка вены тоньше; средняя оболочка менее выражена, а наружная оболочка, напротив, более толстая, чем у одноимённых артерий. Некоторые вены имеют клапаны. Большие вены, как и артерии крупного калибра, имеют vasa vasorum.

Внутренняя оболочка состоит из эндотелия, снаружи от которого расположен подэндотелиальный слой (рыхлая соединительная ткань и ГМК). Внутренняя эластическая мембрана выражена слабо и часто отсутствует.

Средняя оболочка вен мышечного типа содержит циркулярно ориентированные ГМК. Между ними располагаются коллагеновые и в меньшем количестве эластические волокна. Количество ГМК в средней оболочке вен существенно меньше, чем в средней оболочке сопровождающей артерии. В этом отношении отдельно стоят вены нижних конечностей. Здесь (преимущественно в подкожных венах) средняя оболочка содержит значительное количество ГМК, во внутренней части средней оболочки они ориентированы продольно, а в наружной - циркулярно.

Клапаны вен пропускают кровь только к сердцу; представляют собой складки интимы. Соединительная ткань образует структурную основу створок клапанов, а вблизи их фиксированного края располагаются ГМК. Клапаны отсутствуют в венах брюшной полости, грудной клетки, мозга, сетчатки и костей.

Венозные синусы - пространства в соединительной ткани, выстланные эндотелием. Заполняющая их венозная кровь не выполняет метаболическую функцию, а придаёт ткани особые механические свойства (упругость, эластичность и др.). Подобным образом организованы коронарные синусы, синусы твёрдой мозговой оболочки и кавернозных тел.

РЕГУЛЯЦИЯ ПРОСВЕТА СОСУДОВ

Сосудистые афференты. Изменения pO 2 и рСО 2 крови, концентрации Н+, молочной кислоты, пирувата и ряда других метаболитов оказывают локальные эффекты на стенку сосудов. Эти же изменения регистрируют встроенные в стенку сосудов хеморецепторы, а также барорецепторы, реагирующие на давление в просвете сосудов. Эти сигналы достигают центров регуляции кровообращения и дыхания. Барорецепторы особенно многочисленны в дуге аорты и в стенке крупных вен, лежащих близко к сердцу. Эти нервные окончания образованы терминалями волокон, проходящих в составе блуждающего нерва. В рефлекторной регуляции кровообращения участвуют каротидный синус и каротидное тельце, а также подобные им образования дуги аорты, лёгочного ствола, правой подключичной артерии.

Каротидный синус расположен вблизи бифуркации общей сонной артерии, это расширение просвета внутренней сонной артерии тотчас у места её ответвления от общей сонной артерии. Здесь, в наружной оболочке, присутствуют многочисленные барорецепторы. Если учесть, что средняя оболочка сосуда в пределах каротидного синуса относительно тонка, то легко представить, что нервные окончания в наружной оболочке высокочувствительны к любым изменениям артериального давления. Отсюда информация поступает в центры, регулирующие деятельность сердечно-сосудистой системы. Нервные окончания барорецепторов каротидного синуса - терминали волокон, проходящих в составе синусного нерва - ветви языкоглоточного нерва.

Каротидное тельце (рис. 10-5) реагирует на изменения химического состава крови. Тельце расположено в стенке внутренней сонной артерии и состоит из клеточных скоплений, погружённых в густую сеть широких капилляров синусоидоподобного типа. Каждый клубочек каротидного тельца (гломус) содержит 2-3 гломусных клетки, или клетки типа I, а на периферии клубочка расположены 1-3 клетки типа II. Афферентные волокна для каротидного тельца содержат вещество P. Вазоконстрикторы и вазодилататоры. Просвет кровеносных сосудов уменьшается при сокращении ГМК средней оболочки (вазоконстрикция) или увеличивается при их расслаблении (вазодилатация). ГМК стенки сосудов (в особенности артериол) имеют рецепторы к разным гуморальным факторам, взаимодействие которых с ГМК приводит к вазоконстрикции или вазодилатации.

Гломусные клетки (I типа)

Рис. 10-5. Клубочек каротидного тельца состоит из 2-3 клеток типа I (гломусные клетки), окружённых клетками типа II. Клетки типа I образуют синапсы (нейромедиатор - дофамин) с терминалями афферентных нервных волокон.

Двигательная вегетативная иннервация. Величину просвета сосудов регулирует также вегетативная нервная система.

Адренергическая иннервация расценивается как преимущественно сосудосуживающая. Сосудосуживающие симпатические волокна обильно иннервируют мелкие артерии и артериолы кожи, скелетных мышц, почек и чревной области. Плотность иннервации од- ноимённых вен значительно меньше. Сосудосуживающий эффект реализуется при помощи норадреналина - агониста α-адренорецепторов.

Холинергическая иннервация. Парасимпатические холинергические волокна иннервируют сосуды наружных половых органов. При половом возбуждении вследствие активации парасимпатической холинергической иннервации происходит выраженное расширение сосудов половых органов и увеличение в них кровотока. Холинергический сосудорасширяющий эффект прослежен также в отношении мелких артерий мягкой мозговой оболочки.

Сердце

Развитие. Сердце закладывается на 3-й неделе внутриутробного развития. В мезенхиме между энтодермой и висцеральным листком спланхнотома образуются две эндокардиальные трубки, выстланные эндотелием. Эти трубки - зачаток эндокарда. Трубки растут и окружаются висцеральным листком спланхнотома. Эти участки спланхнотома утолщаются и дают начало миоэпикардиальным пластинкам. Позднее обе закладки сердца сближаются и срастаются. Теперь общая закладка сердца (сердечная трубка) имеет вид двухслойной трубки. Из эндокардиальной её части развивается эндокард, а из миоэпикардиальной пластинки - миокард и эпикард. Мигрирующие из нервного гребня клетки участвуют в формировании выносящих сосудов и клапанов сердца.

Стенка сердца состоит из трёх оболочек: эндокард, миокард и эпикард. Эндокард - аналог t. intima сосудов - выстилает полости сердца. В желудочках он тоньше, чем в предсердиях. Эндокард состоит из эндотелия, подэндотелиального, мышечно-эластического и наружного соединительнотканного слоёв.

Эндотелий. Внутренняя часть эндокарда представлена плоскими полигональными эндотелиальными клетками, расположенными на базальной мембране. Клетки содержат небольшое количество митохондрий, умеренно выраженный комплекс Гольджи, пиноцитозные пузырьки, многочисленные филаменты. Эндотелиальные клетки эндокарда имеют рецепторы атриопептина и a 1 -адренорецепторы.

Подэндотелиальный слой (внутренний соединительнотканный) представлен рыхлой соединительной тканью.

Мышечно-эластический слой, расположенный кнаружи от эндотелия, содержит ГМК, коллагеновые и эластические волокна.

Наружный соедошотетнотканный слой. Наружная часть эндокарда состоит из волокнистой соединительной ткани. Здесь можно встретить островки жировой ткани, мелкие кровеносные сосуды, нервные волокна.

Миокард. В состав мышечной оболочки сердца входят рабочие кардиомиоциты, миоциты проводящей системы, секреторные кардиомиоциты, поддерживающая рыхлая волокнистая соединительная ткань, коронарные сосуды. Разные типы кардиомиоцитов рассмотрены в главе 7 (см. рисунки 7-21, 7-22 и 7-24).

Проводящая система. Атипичные кардиомиоциты (водители ритма и проводящие миоциты, см. рис. 10-14, см. также рис. 7-24) образуют синусно-предсердный узел, предсердно-желудочковый узел, предсердно-желудочковый пучок. Клетки пучка и его ножек переходят в волокна Пуркинье. Клетки проводящей системы при помощи десмосом и щелевых контактов формируют волокна. Назначение атипичных кардиомиоцитов - автоматическая генерация импульсов и их проведение к рабочим кардиомиоцитам.

Синусно-предсердный узел - номотопный водитель ритма, определяет автоматию сердца (главный водитель ритма), генерирует 60-90 импульсов в минуту.

Предсердно-желудочковый узел. При патологии синусно-предсердного узла его функция переходит к атриовентрикулярному (АВ) узлу (частота генерации импульсов - 40-50 в минуту).

Рис. 10-14. Проводящая система сердца. Импульсы генерируются в синусно-предсердном узле и передаются по стенке предсердия в предсердно-желудочковый узел, а затем по предсердно-желудочковому пучку, его правой и левой ножкам до волокон Пуркинье в стенке желудочков.

Предсердно-желудочковый пучок состоит из ствола, правой и левой ножек. Левая ножка распадается на переднюю и заднюю ветви. Скорость проведения по предсердно-желудочковому пучку - 1-1,5 м/с (в рабочих кардиомиоцитах возбуждение распространяется со скоростью 0,5-1 м/с), частота генерации импульсов - 30-40/ мин.

Волокна Пуркинье. Скорость проведения импульса по волокнам Пуркинье - 2- 4 м/с, частота генерации импульсов - 20-30/ мин.

Эпикард - висцеральный листок перикарда, образован тонким слоем соединительной ткани, срастающейся с миокардом. Свободная поверхность покрыта мезотелием.

Перикард. Основу перикарда составляет соединительная ткань с многочисленными эластическими волокнами. Поверхность перикарда выстлана мезотелием. Артерии перикарда образуют густую сеть, в которой выделяют поверхностные и глубокие сплетения. В перикарде

присутствуют капиллярные клубочки и артериоло-венулярные анастомозы. Эпикард и перикард разделены щелевидным пространством - перикардиальной полостью, содержащей до 50 мл жидкости, которая облегчает скольжение серозных поверхностей.

Иннервация сердца

Регуляцию функций сердца осуществляют вегетативная двигательная иннервация, гуморальные факторы и автоматия сердца. Вегетативная иннервация сердца рассмотрена в главе 7. Афферентная иннервация. Чувствительные нейроны ганглиев блуждающих нервов и спинномозговых узлов (C 8 -Th 6) образуют свободные и инкапсулированные нервные окончания в стенке сердца. Афферентные волокна проходят в составе блуждающих и симпатических нервов.

Гуморальные факторы

Кардаомиоциты имеют a 1 -адренорецепторы, β-адренорецепторы, м-холинорецепторы. Активация a 1 -адренорецепторов способствует поддержанию силы сокращения. Агонисты β-адренорецепторов вызывают увеличение частоты и силы сокращения, м-холинорецепторов - уменьшение частоты и силы сокращения. Норадреналин выделяется из аксонов постганглионарных симпатических нейронов и действует на β 1 -адренорецепторы рабочих кардиомиоцитов предсердий и желудочков, а также пейсмейкерные клетки синусно-предсердного узла.

Коронарные сосуды. Симпатические влияния почти всегда приводят к увеличению коронарного кровотока. a 1 -Адренорецепторы и β-адренорецепторы неравномерно распределены по коронарному руслу. a 1 -Адренорецепторы присутствуют в ГМК сосудов крупного калибра, их стимуляция вызывает сужение артериол и вен сердца. β-Адренорецепторы чаще встречаются в мелких коронарных артериях. Стимуляция β-адренорецепторов расширяет артериолы.