К чему способны клетки мышечной ткани

Мышечная ткань: строение и функции

Содержание:

Ткань — сочетание похожих по строению клеток, выполняющих общие функции. Мышечная ткань в организме многоклеточного животного и человека отвечает за движения, механическую прочность и защиту внутренних органов. Ходьба, продвижение пищи, биение сердца — функции, выполняемые различными мышцами.

Строение и функции

Клеточные элементы мышечной ткани вытянуты в длину, за что получили название «волокна». Цитоплазма клеток содержит тонкие белковые нити миофибриллы, которые могут удлиняться и укорачиваться (табл. 1). Специальные органеллы, выработка энергии митохондриями обеспечивают сокращение и растяжение волокон.

Строение и функции мышечной ткани

Виды мышечной ткани

Строение

Функции

Расположение в организме

Поперечно-полосатая

Состоит из длинных и толстых волокон (рис. 1). Они образованы путем слияния отдельных клеток. Ядер много. Полосатая исчерченность вызвана чередованием светлых и темных дисков. Волокна объединяются в пучки.

Произвольные движения тела, дыхание, мимика лица и ряд других действий.

Основа скелетных мышц, языка, глотки, начальной части пищевода.

Гладкая

Отдельные веретеновидные клетки имеют небольшие размеры, объединены в пучки (по 5–10 шт.). В каждой клетке одно ядро (рис. 1). Тонкие миофибриллы протянулись между концами клетки. Ткань лишена поперечной полосатости.

Непроизвольные сокращения стенок внутренних органов с под влиянием нервных импульсов.

Мышечные слои кожи и внутренних органов (пищеварительной системы, мочевого пузыря, кровеносных и лимфатических сосудов, матки).

Поперечно-полосатая сердечная

Клетки удлиненные, разветвленной формы, с небольшим количеством ядер, образуют единую сеть (рис. 1). Поперечная полосатость возникает за счет блестящих полосок на соединениях между клетками.

«Двигатель» кровообращения. Непроизвольные сокращения сердечной мышцы могут происходить под управлением вегетативного отдела нервной системы.

Основная масса сердца.

Мышечные ткани обеспечивает передвижение организма в пространстве. Сокращения мышц необходимы для изменения положения отдельных частей тела. Мышцы, помимо двигательной, выполняют защитную и теплообменную функции.

Свойства

Мышечное волокно растягивается, но в состоянии покоя возвращается к своим первоначальным размерам. Это свойство — результат взаимодействия белковых нитей миофибрилл в цитоплазме клеток. Каждая миофибрилла состоит из протофибрилл: тонких, образованных актином, и более толстых — из миозина.

Свойства мышечной ткани:

Мышечная ткань способна к произвольным или непроизвольным сокращениям в ответ на нервные импульсы. Происходит взаимодействие фибриллярных белков — актина и миозина. В этом процессе обязательно участвуют неорганические ионы кальция. При сокращении тонкие нити актина скользят по толстым протофибриллам миозина.

Сравнительная характеристика видов мышечной ткани

В теле позвоночных животных и человека три типа мышечной ткани: поперечнополосатая, гладкая, сердечная. В организме низших животных мышцы состоят из гладкой ткани. У позвоночных животных и человека этот тип ткани образует стенки внутренних органов, кроме сердца (рис. 2).

Гладкая мышечная ткань

Медленные и продолжительные сокращения мышц контролирует вегетативная нервная система. Задача таких движений — сохранить или изменить объем полых органов против сил растяжения. Гладкие мышцы сокращаются и растягиваются больше, чем другие типы мышечной ткани. Сокращение длится намного дольше, что связано со скоростью прохождения ионов кальция, регулирующих процесс.

Свойства гладких мышц:

Сокращения гладкой мышечной ткани происходят непроизвольно, то есть независимо от воли человека. Сигнал нервной системы проходит через всю массу клеток, что объясняется особенностями иннервации гладкой мускулатуры.

Поперечнополосатая ткань

Клетки имеют толщину от 10 до 100 мкм, длину от 10 до 40 см. Цитоплазма содержит большое количество ядер и миофибрилл, занимающих центральное положение (рис. 2). В зрелых клетках насчитывается сотни миофибрилл, более 100 ядер. Актиновые и миозиновые нити внутри миофибрилл сцеплены друг с другом (рис. 3). Способность к быстрому сокращению у этой ткани выше, чем у других.

Мышечные волокна покрыты оболочкой — сарколеммой. Есть чередующиеся пластинки белков разной плотности, обладающие неодинаковыми коэффициентами преломления света. В оптический микроскоп такие мышцы кажутся исчерченными поперек. Сократительные элементы объединены в мышечные пучки, покрытые соединительнотканной оболочкой. Скелетные мышцы хорошо снабжены кровеносными сосудами и нервами.

Поперечнополосатая сердечная ткань

Особые свойства сердечной мышцы обусловлены строением волокон. Клетки длиной до 100 мкм встречаются только в сердце, не сливаются, как в поперечнополосатой мышечной ткани (рис. 2). Расположение актина и миозина, диски в мышце сердца такие же, как в волокнах скелетной мышечной ткани. Отличительная особенность — наличие глянцевых полосок в местах соединения клеток. Благодаря соединению волокон в единую сеть, возбуждение на одном участке быстро охватывает мышечную массу, участвующую в сокращении.

Мышечная ткань сердца способна к автоматической работе. Между сокращениями наступает рефракторный период, когда мышца находится в покое. При сокращении происходит уменьшении просвета полостей сердца — предсердий и желудочков.

Сердечная поперечнополосатая ткань сокращается в 10–15 раз дольше, чем скелетные мышцы. В нормальных условиях у человека сокращение и расслабление происходит 70–80 раз в минуту. Сокращение вызывают электрические импульсы, возникающие в самом сердце. Этот процесс связан носителем энергии — аденозинтрифосфатом (АТФ).

Полностью автономная работа, непрерывная ритмическая активность — физиологические отличия сердечной мышцы от скелетных. Нервные импульсы вегетативной нервной системы, иннервирующей сердце, не требуются для бесперебойной работы органа.

Источник

К чему способны клетки мышечной ткани

Это ткань энтомезенхимного происхождения, которая делится на два вида: висцеральную и сосудистую. В эмбриональном гистогенезе даже электронно-микроскопически трудно отличить мезенхимные предшественники фибробластов от гладких миоцитов. В малодифференцированных гладких миоцитах развиты гранулярная эндоплазматическая сеть, комплекс Гольджи. Тонкие филаменты ориентированы вдоль длинной оси клетки. По мере развития размеры клетки и число филаментов в цитоплазме возрастают. Постепенно объем цитоплазмы, занятый сократительными филаментами, увеличивается, расположение их становится все более упорядоченным. Пролиферативная активность гладких миоцитов в миогенезе постепенно снижается. Это происходит в результате увеличения продолжительности клеточного цикла, выхода клеток из цикла репродукции и перехода в дифференцированное состояние.

Однако и в дефинитивном состоянии в гладкой мышечной ткани клеточная регенерация в виде размножения миоцитов полностью не прекращается. Существуют данные о том, что пролиферация и дифференцировка в большей степени свойственна субпопуляции малых (по размерам) гладких миоцитов.

Строение гладкой мышечной ткани. Структура дефинитивных гладких миоцитов (лейомиоцитов), входящих в состав внутренних органов и стенки сосудов, имеет много общего, но в то же время характеризуется гетероморфией. Так, в стенках вен и артерий обнаруживаются овоидные, веретеновидные, отростчатые миоциты длиной 10-40 мкм, доходящие иногда до 140 мкм.

Гладкая мышечная ткань

Наибольшей длины гладкие миоциты достигают в стенке матки — до 500 мкм. Диаметр миоцитов колеблется от 2 до 20 мкм. В зависимости от характера внутриклеточных биосинтетических процессов различают контрактилъные и секреторные миоциты. Первые специализированы на функции сокращения, но вместе с тем сохраняют секреторную активность. Плазмолемма расслабленной клетки имеет ровную поверхность, а при сокращении становится складчатой. В центре клетки имеется палочковидное ядро, которое при сокращении клетки спиралевидно изгибается. Практически все ядра миоцитов содержат диплоидное количество ДНК. Гладкая эндоплазматическая сеть занимает примерно 2-7% объема цитоплазмы, а гранулярная сеть в контрактильных миоцитах выражена плохо. Митохондрии мелкие, сферические или овоидные, расположены у полюсов ядра. Характерной чертой гладких миоцитов является наличие множества впячиваний (кавеол) плазмолеммы, содержащих ионы кальция.

Секреторные миоциты (синтетические) по своей ультраструктуре напоминают фибробласты, однако содержат в цитоплазме пучки тонких миофиламентов, расположенные на периферии клетки. В цитоплазме хорошо развиты комплекс Гольджи, гранулярная эндоплазматическая сеть, много митохондрий, гранул гликогена, свободных рибосом и полисом. По степени зрелости такие клетки относят к малодифференцированным.

Сократительный аппарат миоцитов представлен тонкими актиновыми филамен-тами (гладкомышечным альфа-актином), связанными с тропомиозином. Толстые нити состоят из миозина, мономеры которого располагаются вблизи филаментов актина. Соотношение актиновых и миозиновых филаментов в гладком миоците составляет 12 к 1. Важным компонентом контрактильного аппарата миоцитов являются электронно-плотные структуры — тельца прикрепления, расположенные свободно в цитоплазме (плотные тельца) или тесно связанные с плазмолеммой. Основными белковыми компонентами плотных телец являются альфа-актинин, актин (немышечный) и кальпонин, что позволяет расссматривать их как функциональный эквивалент Z-линий миофибрилл скелетной мышцы. Актиновые филаменты фиксируются на плотных тельцах. Промежуточные филаменты, включающие десмин и виментин, обеспечивают связи между плотными тельцами и плазмолеммой, образуя прикрепительные пластины.

Сократительные белки формируют решетчатую структуру, закрепленную по окружности плазмолеммы, поэтому сокращение выражается в укорочении клетки, которая приобретает складчатую форму, тогда как в состоянии покоя клетка вытянута. При возникновении нервного импульса, распространяющегося по плазмолемме миоцита, происходит повышение уровня внутриклеточного Са2+, который поступает в цитоплазму из кавеол, отшнуровывающихся в цитоплазму в виде пузырьков. Высвобождение ионов кальция приводит к каскаду реакций, в результате которого происходит полимеризация миозина и образование перекрестных связей миозина вдоль актиновых филаментов по мере развития мышечного сокращения. Расслабление мышцы возникает при восстановлении концентрации исходного уровня Са2+ внутри клетки путем его перемещения внутрь саркоплазматической сети. При этом образовавшиеся в присутствии ионов кальция связи между актином и миозином нарушаются, акто-миозиновый комплекс распадается, гладкий миоцит расслабляется.

Гладкие миоциты синтезируют протеогликаны, гликопротеиды, проколлаген, проэластин, из которых формируются коллагеновые и эластические волокна и основное вещество межклеточного матрикса.

Взаимодействие миоцитов осуществляется с помощью цитоплазматических мостиков, взаимных впячиваний, нексусов, десмосом или простых участков мембранных контактов клеточных поверхностей.

Регенерация гладкой мышечной ткани

Гладкая мышечная ткань висцерального и сосудистого видов обладает значительной чувствительностью к воздействию экстремальных факторов.

В активированных миоцитах возрастает уровень биосинтетических процессов, морфологическим выражением которых являются синтез сократительных белков, укрупнение и гиперхроматоз ядра, гипертрофия ядрышка, возрастание показателей ядерно-цитоплазменного отношения, увеличение количества свободных рибосом и полисом, активация ферментов, аэробного и анаэробного фосфорилирования, мембранного транспорта. Клеточная регенерация осуществляется как за счет дифференцированных клеток, обладающих способностью вступать в митотический цикл, так и за счет активизации камбиальных элементов (миоцитов малого объема).

При действии ряда повреждающих факторов отмечается фенотипическая трансформация контрактильных миоцитов в секреторные. Данная трансформация часто наблюдается при повреждении интимы сосудов, формировании ее гиперплазии при развитии атеросклероза.

Гладкая мышечная ткань в поперечном (наверху) и продольном (внизу) разрезах. Обратите внимание на центрально расположенные ядра. Во многих клетках ядра не попали в срез.
Окраска: парарозанилин—толуидиновый синий. Среднее увеличение.

Источник

МЫШЕЧНАЯ ТКАНЬ

МЫШЕЧНАЯ ТКАНЬ (textus muscularis, LNH) — группа тканей организма животных и человека, обладающих свойством сократимости. Выделяют гладкую и поперечнополосатую Мышечная ткань; последнюю, в свою очередь, подразделяют на скелетную и сердечную. Свойством сократимости обладают также некоторые специализированные разновидности других тканей — миоэпителиальная ткань (эктодермального происхождения), входящая в состав концевых секреторных отделов (ацинусов) слюнных и потовых желез, и Мышечную ткань нейроглиального происхождения, являющаяся составной частью радужки (сфинктер и дилататор зрачка).

В разработку вопроса о природе и происхождении Мышечной ткани большой вклад внесли А. А. Заварзин, Н. Г. Хлопин и другие отечественные ученые. Гладкая М. т. человека и позвоночных животных развивается в составе производных спланхноплевры — висцерального листка спланхнотомов (см. Мезодерма) и по своей природе относится к тканям внутренней среды организма. Скелетная М. т. возникает из специфического эмбрионального зачатка — миотома, входящего в состав элементов сегментированной мезодермы — сомитов (см.), а также из мезодермального зачатка — мезенхимы (см.). Сердечная М. т. развивается из целомического эпителия. Для всех М. т. характерно сходное обособление в составе эмбрионального зачатка в виде клеток веретенообразной формы — мышцеобразовательных клеток, или миобластов.

Содержание

ГЛАДКАЯ МЫШЕЧНАЯ ТКАНЬ

Гладкая М. т. (textus muscularis nonstriatus) человека и позвоночных животных формирует мышечные оболочки внутренних органов и стенки кровеносных сосудов.

Гистогенез

Для эмбрионального гистогенеза гладкой М. т. характерно обособление среди мезенхимы, окружающей развивающийся орган или сосуды (кишечную трубку, трахею, бронхи, мочеточники, аорту, артерии, вены и т. д.), веретенообразных клеток, располагающихся обычно в два слоя (внутренняя и наружная мышечные оболочки). В процессе дифференцировки гладкой М. т. гладкие мышечные клетки — гладкие миоциты (myocytus glaber), или лейомиоциты, сближаются и образуют плотную структуру, приобретая специфическую дефинитивную форму.

Строение

В мышечной оболочке большинства внутренних органов гладкие мышечные клетки имеют удлиненную (от 15 до 500 мкм) веретенообразную форму. В соответствии с формой клетки ядра вытянуты в длину, причем у млекопитающих при сокращении клетки ядро может приобретать штопорообразную форму. У нек-рых видов амфибий сокращение гладкой мышечной клетки сопровождается сжатием ядра вдоль оси (рис. 1). Митохондрии (см.) в гладкой мышечной клетке концентрируются вокруг ядра, а также вдоль оси клетки. Гладкая и шероховатая эндоплазматическая сеть (см. Эндоплазматический ретикулум) развита слабо.

По данным электронной микроскопии, ультраструктура гладких мышечных клеток характеризуется наличием многочисленных плазмо-леммальных виячиваний типа пиноцитозныхпузырьков (рис. 2). Предполагают, что с этими впячиваниями связана передача внутрь клетки раздражения, вызывающего ее возбуждение и сокращение.

Специфическим структурным признаком гладкой мышечной клетки, обнаруживаемым методом обычной световой микроскопии, является наличие в цитоплазме тонких волокон — миофибрилл, хорошо различимых на окрашенных железным гематоксилином микропрепаратах. На электронограммах выявляется, что миофибриллы состоят из более тонких волоконец — протофибрилл, или миофиламентов. Между клетками располагается строма гладкой М. т.— коллагеновые (ретикулярные) и эластические волокна, образующие плотные сети вокруг каждой клетки. Доказано, что гладкие мышечные клетки синтезируют волокна стромы при помощи шероховатой эндоплазматической сети.

Процесс сокращения в гладкой М. т. на обычных гистол, препаратах, окрашенных железным гематоксилином, обнаруживается по характерным уплотнениям (полосам сокращения), проходящим через многие ряды клеток. На электронограммах сокращение гладких мышечных клеток выявляется сгущением протофибрилл.

ПОПЕРЕЧНОПОЛОСАТАЯ МЫШЕЧНАЯ ТКАНЬ

Поперечнополосатая мышечная ткань (textus muscularis transverso-striatus) представлена скелетной и сердечной М. т.

Скелетная мышечная ткань

Скелетная мышечная ткань [textus muscularis striatus (sceleti)]. Гистогенез. Основной источник развития скелетной М. т. в эмбриогенезе — мезодерма сомитов, из к-рой возникают «текучие» (перемещающиеся от места закладки к скелетным частям) закладки, состоящие из мезенхимных клеток, формирующих первичные модели мышц на месте их дифференцировки. Дифференцирующаяся мезенхимная клетка принимает веретенообразную форму миобласта, характеризующую первый (клеточный) этап дифференцировки. Число миобластов увеличивается за счет митотических делений, а также, как предполагают, путем превращения клеток-сателлитов (немногочисленные одноядерные клетки с уплотненным расположением хроматина в ядре и слабым развитием цитоплазматических органелл). При переходе к следующему, второму этапу дифференцировки митотические деления прекращаются и миобласты сливаются концами, образуя мышечные трубочки (myotubuli), в к-рых ядра занимают центрально-осевое положение (рис. 3). В периферической зоне мышечных трубочек формируются фибриллярные и мембранные структуры. Дифференцировка миобластов и мышечных трубочек может происходить и в культуре ткани вне организма. Однако третий этап дифференцировки — превращение мышечных трубочек в мышечные волокна с периферическим расположением ядер и центрально-осевым расположением миофибрилл может происходить только в организме в результате взаимодействия с двигательными нервными волокнами (см. Мышцы).

Строение

Скелетная М. т. построена из удлиненных многоядерных образований — поперечнополосатых мышечных волокон (туо-fibra transversostriata), каждое из к-рых имеет форму цилиндра с округленными или заостренными концами, средние размеры волокон (у млекопитающих и человека) — до 80 мкм в диаметре и до 12 см в длину. Как правило, у позвоночных каждое волокно составляет одиночную нить. Характерная особенность поперечнополосатых мышечных волокон, определяемая с помощью светового микроскопа,— поперечная исчерченность, обусловленная чередованием полосок, или дисков, двулучепреломляющего (анизотропного) вещества — диски A [stria А (discus А)] и лишенного двулучепре-ломления (изотропного) вещества — диски I [stria I (discus I)] (рис. 4). Диски А и I входят в состав расположенных вдоль оси поперечнополосатого мышечного волокна тонких волоконец — миофибрилл (myofibril-lae transversostriatae), образуя так наз. саркомеры (рис. 5). Границы саркомеров имеют вид тонких перегородок, пересекающих диски I в поперечном направлении, — телофрагм (telophragma), или перегородок Т; по старой терминологии линия Z. Менее четко выявляется проходящая поперек диска А перегородка — мезофрагма (mesophragma); по старой терминологии — линия М. У амфибий, рептилий, птиц, млекопитающих и человека миофибриллы на поперечных срезах имеют очертания круга или многоугольника диам. 1—2 мкм. У многих видов рыб, а также у членистоногих, для к-рых характерна поперечнополосатая М. т., миофибриллы отличаются уплощенной формой и на поперечных срезах имеют вид удлиненных овалов. Поперечнополосатое мышечное волокно можно рассматривать как гигантскую многоядерную клетку, цитоплазма которой (называемая обычно саркоплазмой) оттеснена к периферии занимающими центрально-осевое положение миофибрилла-ми. У всех позвоночных уплощенные ядра эллипсоидальной формы располагаются по периферии волокна (для костистых рыб и членистоногих характерно центральноосевое расположение ядер).

Под базальной мембраной мышечных волокон на электронограммах обнаруживают клетки-сателлиты.

Процесс сокращения поперечнополосатых мышечных волокон при исследовании под световым микроскопом характеризуется укорочением и утолщением саркомеров, что сопровождается перераспределением анизотропного и изотропного веществ (рис. 6). Характерная морфол, черта динамики сокращения саркомера заключается в расщеплении диска А на два полудиска, между к-рыми появляется светлая полоска Н, или светлая зона (stria L, zona lucida). По мере сокращения саркомера анизотропное вещество расходится к сближающимся телофрагмам, образуя в результате этого движения полосы сокращения, замещающие собой диски I.

При электронно-микроскопическом исследовании поперечнополосатых мышечных волокон были выявлены тонкие детали строения миофибрилл и открыты слабо различимые при светооптическом исследовании мембранные структуры. Выяснилось, что миофибриллы поперечнополосатой М. т. состоят из ультраструктурных волоконец — протофибрилл, или миофиламентов, двух типов: толстых (ок. 11 нм в поперечнике) и тонких (ок. 5 нм). В составе саркомера толстые протофибриллы располагаются в зоне диска А, тонкие — в зоне диска I, образуя два полудиска, разделенные телофрагмой, к-рая построена концами тонких протофибрилл, сходящимися в виде заостренных арок (рис. 7). С помощью специфических биохим, методов исследования установлено, что протофибриллы построены из особых мышечных белков — толстые из миозина, тонкие в основном из актина. Строение молекул мышечных белков — см. ниже, раздел Биохимия мышечной ткани.

Мембранный аппарат поперечнополосатых мышечных волокон образует сложную систему, в состав к-рой входят четыре основных структурных компонента: 1) сарколемма (sarcolemma), или плазмолемма; 2) система поперечных трубочек (Т-трубочки, каналы Т-с ис те мы, от лат. transversus поперечный); 3) саркоплазматический ретикулум (reticulum sarcoplasmaticum), состоящий из двух отделов — цистер-нового, расположенного в зоне диска I, и канальцевого, составляющего продольно ориентированную сеть (L-канальцы, от лат. longitu-dinalis продольный) в зоне диска А; 4) типичные клеточные мембранные компоненты, входящие в состав пластинчатого комплекса (комплекса Гольджи) и эндоплазматической сети (эргастоплазмы), располагающиеся гл. обр. в околоядерной области (рис. 8). Сарколемма как специфическая оболочка поперечнополосатых мышечных волокон включает два структурных компонента — внутренний, гомогенный, и наружный, волокнистый, по реакциям на гистол, красители близкий к коллагену. При электронно-микроскопическом исследовании выяснилось, что на собственно клеточной, или внутренней, мембране, имеющей типичную для клеточных мембран толщину (ок. 7,5 нм) и структуру, располагается мембрана аморфного строения, содержащая полисахариды, к-рую часто называют базальной мембраной. Базальную мембрану покрывает оболочка, состоящая из тонких коллагеновых волокон. Плазмолемма в зонах телофрагмы образует пальцевидные впячивания (трубочки Т-системы) внутрь волокон между миофибриллами, окружая каждую из них кольцом. По трубочкам Т-системы возбуждение, распространяющееся по плазмолемме, достигает сократительных аппаратов, расположенных внутри волокна. В наиболее тесную связь трубочки Т-системы вступают с цистернами саркоплазматического ретикулума в зоне диска I, где стенки трубочек сближаются со стенками цистерн. На электронограммах профили срезов через области контакта трубочек Т-системы с цистернами саркоплазматического ретикулума имеют вид трех сближенных полостей, называемых триадами.

Цистерны саркоплазматического ретикулума располагаются вокруг миофибрилл в виде муфт, от к-рых вдоль миофибрилл отходят L-канальцы, образующие сеть в зоне мезофрагмы. Вдоль волокон между миофибриллами, занимая большей частью один или два саркомера, располагаются митохондрии (по старой терминологии саркосомы), к к-рым тесно прилежат трубочки Т-системы. Около ядер на электронограммах обнаруживаются типичные цитоплазматические органеллы: пластинчатые комплексы (см. Гольджи комплекс), двойные мембраны эргастоплазмы, рибосомные комплексы, свободные рибосомы (см.), а также иногда комплексы центриолей.

Нервный аппарат поперечнополосатой М. т. состоит из афферентных (чувствительных) нервных структур — нервно-мышечных веретен, а также моторных, или двигательных (эфферентных) структур — моторных пластинок, или бляшек. Нервно-мышечные веретена, инервируются от чувствительных нейронов спинномозговых узлов и представляют собой сложные структуры, в состав к-рых входят специфические измененные (интрафузальные — «внутриверетенные») мышечные волокна, окруженные плотной волокнистой сумкой веретеновидной формы, и иннервирующие их нервные волокна. Моторные бляшки в скелетных мышцах получают нервные импульсы от мотонейронов передних рогов спинного мозга.

Дальнейшее распространение возбуждения по мышечному волокну связано с плазмолеммой и трубочками Т-системы, посредством к-рых возбуждение охватывает внутренние сократительные структуры волокна.

Структурно-функциональные типы мышечных волокон

В скелетной мускулатуре позвоночных, включая млекопитающих и человека, различают два основных типа мышечных волокон: белые, обеспечивающие быструю (фазную) двигательную активность, и красные, способные к длительному неколебательному поддержанию сокращения. Состав почти всех мышц смешанный; в них имеются как белые, так и красные волокна. Преимущественное содержание тех или иных волокон определяет принадлежность мышц к тому или другому типу. Белые мышечные волокна по своей гистол, структуре отличаются высоким содержанием миофибрилл при сравнительно небольшом объеме саркоплазмы, а также более тонкими телофрагмами. Биохимически эти волокна отличаются отсутствием или незначительным содержанием миоглобина, от к-рого зависит окраска мышц. Гистохимически белые мышечные волокна отличаются отсутствием триглицеридов, а также высоким содержанием гликогена и гликолитических ферментов, обеспечивающих энергетические потребности волокна. Для красных мышечных волокон наряду с высоким содержанием миоглобина, обусловливающим их красный цвет, характерно обилие цитоплазматических органелл, в особенности митохондрий в саркоплазме, а также наличие триглицеридов.

Сердечная мышечная ткань (textus muscularis cardiacus)

Гистогенез

Источник развития сердечной М. т. в эмбриогенезе—целомический эпителий, из которого возникает мезенхимный зачаток, подвергающийся дифференцировке в сердечную М. т. Развивающиеся из мезенхимного зачатка миобласты превращаются в сердечные мышечные клетки — кардиомиоциты (myocytus cardiacus), формирующие подобия волокон, в к-рых миобласты не сливаются в мышечные трубочки, а сохраняют клеточную структуру, отделяясь друг от друга вставочными пластинками (см. Сердце).

Строение

В отличие от скелетной сердечная М. т. построена из клеток, связанных в сеть посредством крупных ветвлений, составляющих подобия мышечных волокон. Вследствие такого расположения кардиомиоциты имеют неправильно цилиндрическую форму со ступенчатыми основаниями, к-рые на продольных гистол, срезах имеют вид ступенчатой линии — вставочной пластинки, или вставочного диска (discus intercalatus). В отличие от скелетной М. т. в сердечных мышечных клетках ядра занимают централ ьно-осевое положение, в то время как миофибриллы образуют плотную муфту вокруг ядерной зоны, распространяющуюся до плазмолеммы. При гистол, исследовании с помощью светового микроскопа поперечная исчерченность миофибрилл кажется такой же, как и в миофибриллах скелетной мышечной трубочки. Однако электронно-микроскопическое исследование открывает между ними нек-рые различия, связанные с клеточным строением сердечной М. т. (рис. 9). Т-система в сердечной М. т. развита более интенсивно: трубочки впячиваются вместе с базальной мембраной в саркоплазму. Разделение саркоплазматического ретикулума на цистерно-вый (прилежащий к полудискам I ) и канальцевый (расположенный в зоне диска А) отделы выражено менее значительно, чем в скелетной М. т.: каждый саркомер заключен в муфту из переплетающихся канальцев с небольшими цистернами, к-рые образуют с трубочками Т-системы триады в зоне телофрагм. Характерный признак сердечной М. т.— обилие митохондрий, к-рые локализуются цепочками между миофибриллами, нередко располагаясь в саркомере так, что их концы соприкасаются с телофрагмами. Полости эргастоплазмы, рибосомы и пластинчатые комплексы обнаруживаются гл. обр. около ядер. В связи с клеточным строением сердечной М. т. миофибриллы прерываются в зонах вставочных пластинок, где тонкие (актиновые) нити образуют специфические опорные структуры в виде заостренных арок. Более мощная система Т-тру-бочек и миофибрилл М. т. сердца, возможно, связана с необходимостью обеспечения повышенной прочности сердечной мышцы. По гистол, картине сокращения сердечная М. т. сходна со скелетной. Электронномикроскопическая картина сокращения сердечной М. т. трактуется с позиций теории скольжения, разработанной для скелетной М. т.

Возрастные изменения

Специфическая особенность скелетной М. т. заключается в относительной стабильности ее структурного состава: константное число мышечных волокон в каждой скелетной мышце устанавливается вскоре после рождения и сохраняется до начала старческой инволюции. Возрастные изменения скелетной М. т. характеризуются уменьшением объема мышечных волокон. Те же закономерности, возможно, распространяются и на сердечную М. т., для к-рой также характерны возрастные изменения объема кардиомиоцитов. В связи с отмиранием отдельных мышечных волокон в скелетной М. т. и замещением их соединительной тканью в старческом возрасте уменьшаются эластичность и упругость М. т. Однако в ряде случаев (при правильном гиг. режиме и адекватной мышечной активности) нормальная структура скелетной и сердечной М. т. сохраняется до глубокой старости.

Возрастные изменения гладкой М. т. изучены недостаточно.

Изменения мышечной ткани при патологических состояниях

Гладкая М. т. оболочек органов дыхательной, пищеварительной, мочеполовой систем, а также стенки кровеносных сосудов может подвергаться патол, изменениям гл. обр. в результате нарушения нервной и эндокринной регуляции, а также витаминного, солевого и микроэлементного баланса. Патол. изменение гладкой М. т. (инфильтрация гладких мышечных клеток жировыми и известковыми включениями) наблюдается при атеросклеротическом поражении стенки кровеносных сосудов. Участки гладкой М. т. могут подвергаться малигнизации под влиянием общих этиол, факторов опухолевого роста (см. Опухоли). Встречаются как доброкачественные опухоли — лейомиомы (см.), так и злокачественные — лейомиосаркомы (см.), исходящие из гладкой М. т. ряда органов: кишечника, бронхов и др.

Для скелетной М. т. характерна специфическая структурная реакция на различные нарушения метаболизма: дистрофия миофибриллярного и мембранного аппарата, появление жировых включений, вакуолизация саркоплазмы и особенно гиалиновое перерождение мышечных волокон, выражающееся в развитии в них поперечно расположенных глыбок, полос и узлов (так наз. ценкеровская дегенерация). Денервационная атрофия скелетных мышц на первом этапе характеризуется повышением уровня синтетических процессов (увеличением содержания РНК), усилением пластической активности и структурными изменениями, типичными для регенерационных процессов (переход ядер в центральноосевое положение, развитие миобластов, расщепление мышечных волокон); на более поздних этапах происходит истончение мышечных волокон, ожирение саркоплазмы, дистрофия мышечных волокон с последующим замещением соединительной тканью. Денервационная атрофия скелетных мышц на первом этапе при соответствующих леч. мероприятиях обратима. Постденервацион-ному восстановлению подвергаются гл. обр. моторные бляшки. По данным Р. П. Женевской (1974) нервно-мышечные веретена после длительной денервационной атрофии не восстанавливаются.

Сердечная М. т. реагирует специфическими структурными изменениями на различные патогенные воздействия, включая длительное ги-перфункциональное напряжение, к-рое может вызывать гипертрофию сердечной М. т., выражающуюся гл. обр. в утолщении мышечных волокон. При систематическом отравлении (напр., алкоголем, никотином) наблюдается жировая дистрофия стромы сердечной М. т.

При экспериментальном инфаркте, вызванном перевязкой венечных сосудов, наблюдаются характерные ишемические изменения сердечной М. т.: набухание и разрушение митохондрий, сверхсокращение саркомеров (высокая степень их укорочения) с дезорганизацией протофибриллярного аппарата и саркотубулярной системы. И в скелетной, и в сердечной М. т. могут наблюдаться как доброкачественные (см. Миома, Рабдомиома) так и злокачественные (см. Рабдомиосаркома) новообразования.

Вопрос о способе самообновления гладкой М. т. недостаточно изучен. Школой А. А. Заварзина разработана гипотеза о камбиальном механизме этого процесса (дифференцировка гладкой М. т. происходит за счет особых камбиальных клеток соединительнотканной природы). При изучении регенерации гладкой мышечной ткани в эксперименте наблюдаются митотические деления гладких мышечных клеток.

Как установлено в эксперименте А. Н. Студитским, А. Р. Стригано-вой (1951), А. Н. Студитским (1959, 1978), Р. П. Женевской (1974), регенерационная и трансплантационная активность поперечнополосатой М. т., вопреки старым представлениям о низком уровне ее пластических свойств, оказалась весьма высокой.

Трудность непосредственного применения разработанных в эксперименте методов свободной аутопластики М. т. в хирургической практике заключается в недостаточной изученности видовых пластических свойств скелетной М. т. человека. Тесты, разработанные в эксперименте для испытания пластической активности М. т. (аутотрансплантация измельченной М. т. под кожу, денервация-реиннервация М. т., стимуляция вторичного развития М. т. введением в пищевой рацион тиреоидина, повышающего основной обмен), требуют специального исследования применительно к человеческому организму. Опыт сравнительного (на разных видах животных) изучения свободной аутопластики мышц (либо в измельченном состоянии, либо после предварительной денервации или травматизации) показал, что М. т. собаки обладает высокой пластической активностью. При помощи указанных выше приемов подготовки М. т. у собак удается замещать крупные (до 7 см в длину) фрагменты мышц, что обеспечивает полное восстановление их функции.

По существовавшим ранее представлениям, сердечная М. т. обладает невысокой пластической активностью; доказательством этого положения считалось то, что некротизированные участки сердечной М. т., возникающие в результате инфаркта, замещаются соединительной тканью.

Однако рядом исследователей установлено, что сердечная М. т. обладает специфическим механизмом самовосстановления, к-рый обеспечивается, с одной стороны, соединительнотканным каркасом, замещающим в течение сравнительно короткого срока участок поврежденной сердечной М. т. (напр., омертвевший в результате инфаркта) соединительнотканным рубцом, и более медленно реагирующим на повреждение блоком собственно кардиомиоцитов, за счет к-рых возникает рабочая гипертрофия и гиперплазия сохранившихся участков сердечной мышцы. Существенную роль в самообновлении сердечной М. т. играет внутриклеточная регенерация кардиомиоцитов, включающая постепенную замену функционировавших определенный срок цитоплазматических и ядерных органелл новообразованными (как путем их размножения и разрастания, так и путем молекулярной перестройки).

БИОХИМИЯ МЫШЕЧНОЙ ТКАНИ

Химический состав скелетной мышечной ткани

В скелетной М. т. млекопитающих содержится от 72 до 80% воды, ок. 20—28% веса М. т. составляет сухой остаток, гл. обр. белки. Помимо белков, в состав М. т. входят экстрактивные азотсодержащие вещества, безазотистые вещества (гликоген и другие углеводы, различные липиды, соли органических веществ и др.), а также соли неорганических к-т и другие хим. соединения (табл. 1).

Белки скелетной М. т. делятся на три основные группы: саркоплазматические, миофибриллярные и белки стромы. По данным H. Н. Яковлева (1974), на долю саркоплазматических белков приходится ок. 35%, миофибриллярных — 45% и белков стромы — 20% всего мышечного белка. Указанные группы белков резко отличаются друг от друга по растворимости в воде и солевых средах с различной ионной силой р-ра (полусуммы произведений концентрации каждого иона на квадрат его заряда).

Миофибриллярные белки — миозин, актин и актомиозин растворяются в солевых средах с высокой ионной силой. К миофибриллярным белкам относятся также так наз. регуляторные белки — тропомиозин, тропонин, альфа-актинин, бета-актинин, образующие в мышце с актомиозином единый комплекс.

Главный миофибриллярный белок — миозин составляет 50—55% сухого веса миофибрилл. Работами В. А. Энгельгардта и М. Н. Любимовой показано, что миозин обладает АТФ-азной активностью, т. е. является ферментом со способностью катализировать расщепление АТФ на АДФ и фосфорную к-ту. Хим. энергия АТФ, освобождающаяся в ходе ферментативной реакции, идущей при участии миозина, превращается в механическую энергию сокращающейся мышцы. Относительный мол. вес (масса) миозина скелетных мышц человека ок. 500 000. Молекула миозина, обладающая вытянутой формой (длина ее 150 нм), состоит из двух тяжелых полипептидных цепей с относительным мол. весом 205 000—210 000 и нескольких коротких легких цепей с относительным мол. весом ок. 20 000. Тяжелые цепи образуют длинную закрученную а-спираль («хвост» молекулы), конец каждой тяжелой цепи совместно с легкими цепями создает глобулу («головку» молекулы), способную соединяться с актином. Эти головки выдаются из основного стержня молекулы. Легкие цепи, находящиеся в головке миозиновой молекулы и принимающие участие в проявлении АТФ-азной активности миозина, гетерогенны по аминокислотному составу. Количество легких цепей в молекуле миозина у различных видов животных и в разных типах мышц неодинаково. Молекулы миозина, определенным образом ориентированные в пространстве, образуют так наз. толстые миозиновые нити (толстые миофиламенты) в саркомере.

Актин, составляющий ок. 20% сухого веса миофибрилл, открытый Ф. Штраубом в 1942 г., существует в двух формах: глобулярный актин (Г-актин) и фибриллярный актин (Ф-актин). Молекула Г-актина с относительным мол. весом 42 000 состоит из одной полипептидной цепочки, в образовании к-рой принимают участие 374 аминокислотных остатка. Ф-актин, являющийся продуктом полимеризации Г-актина, имеет структуру двухтяжевой спирали, детали к-рой еще не вполне выяснены.

При мышечном сокращении миозин вступает в соединение с Ф-актином, образуя новый белковый комплекс— актомиозин. Последний обладает АТФ-азной активностью. Однако АТФ-азная активность актомиозина отличается от АТФ-азной активности миозина: актомиозин активируется ионами магния и ингибируется этилендиаминтетраацетатом (ЭДТА) и АТФ в высокой концентрации, тогда как мгозиновая АТФ-аза ингибируется ионами магния, активируется ЭДТА и не ингибируется высокой концентрацией АТФ. Оптимальные значения pH для обеих АТФ-аз также различны.

Содержащиеся в миофибриллах тропомиозин, тропонин и нек-рые другие регуляторные белки непосредственно участвуют в регуляции процесса мышечного сокращения. Молекула тропомиозина, открытого Бейли (К. Bailey) в 1946 г., состоит из двух а-спиралей и имеет вид стержня длиной 40 нм; относительный мол. вес тропомиозина 65 000. На долю тропомиозина приходится ок. 4—7% всех миофпбриллярных белков. Тропонпн — глобулярный белок, открытый Эбаси (S. Ebashi) в 1963 г.; его относительный мол. вес ок. 80 000. В скелетных мышцах человека тропонин составляет лишь ок. 2% всех миофпбриллярных белков.

Тропонин, соединяясь с тропомио-зином, образует комплекс, названный Эбаси нативным тропомиозином. Этот комплекс прикрепляется к актиновым филаментам и придает актомиозину скелетных мышц позвоночных чувствительность к ионам кальция.

Показано, что тропонин способен фосфорилироваться при участии протеинкиназ, зависимых от циклического аденозин-З’,5′-монофосфата (цАМФ). Вопрос о том, имеет ли отношение фосфорилирование тропонина в целостном организме к регуляции мышечного сокращения, остается пока неясным.

Белки стромы в скелетной М. т. представлены в основном коллагеном (см.) и его дериватами, а также эластином (см.). Строма скелетной М. т., остающаяся после исчерпывающей экстракции мышечного гомогената солевыми р-рами с высокой ионной силой, состоит в значительной мере из соединительнотканных элементов стенки сосудов и нервов, а также сарколеммы и нек-рых других структур.

Экстрактивные азотсодержащие вещества скелетной М. т. представлены адениновыми нуклеотидами — АТФ, АДФ и АМФ (см. Аденозинфосфорные кислоты), нуклеотидами неаденинового ряда, креатинфосфатом, креатином, креатинином, карнозином, ансерином, свободными аминокислотами и др. По данным И. И. Иванова (1969), содержание адениновых нуклеотидов в скелетной М. т. кролика (в мкмоль/г сырого веса ткани) составляет: АТФ — 4,43; АДФ — 0,81; АМФ — 0,93. Содержание нуклеотидов неаденинового ряда в М. т. по сравнению с количеством адениновых нуклеотидов очень мало.

На долю азота креатина (см.) и креатинфосфата (см. Фосфагены), по данным Д. Л. Фердмана (1966), приходится до 60% небелкового азота мышц. Креатинфосфат и креатин участвуют в хим. процессах, связанных с мышечным сокращением.

Имидазолсодержащие дипептиды — карнозин (см.) и его метилированное производное ансерин (см.) — способны восстанавливать работоспособность утомленных мышц и влиять на передачу нервных импульсов с нерва на мышцы.

Из свободных аминокислот в М. т. наиболее высока концентрация глутаминовой кислоты (см.) — ок. 120 мг/100 мл и ее амида глутамина (см.) — 80—100 мг/100 мл. В М. т. содержится целый ряд фосфатидов (см.): фосфатидилхолин, фосфатидилэтаноламин, фосфатидил-серин и др.

Эти соединения играют важную роль в структуре М. т., входя в состав клеточных мембран. Фосфатиды принимают участие также в обменных процессах, в частности в качестве субстратов тканевого дыхания. Другие азотсодержащие вещества М. т.: мочевина, мочевая к-та, аденин, гуанин, ксантин и гипоксантин— содержатся в небольшой концентрации и, как правило, являются либо промежуточными, либо конечными продуктами азотистого обмена.

Безазотистые вещества скелетной М. т. представлены в основном гликогеном (см.); его концентрация колеблется от 0,3 до 3% в пересчете на сырой вес. На долю других представителей углеводов приходятся десятые и сотые доли процента. В М. т. находят лишь следы свободной глюкозы и очень мало гексозофосфатов. В процессе метаболизма глюкозы, а также аминокислот в М. т. образуются молочная, Пировиноградная и много других карбоновых к-т. Обнаруживаются также в том или ином количестве нейтральные жиры и холестерин.

Неорганические соли в скелетной М. т. содержатся в виде ионов. Среди катионов наибольшую концентрацию имеют калий (см.) и натрий (см.). Калий гл. обр. сосредоточен внутри мышечных волокон, а натрий находится преимущественно в межклеточном веществе. Значительно ниже в скелетной М. т. содержание магния, кальция и железа; в М. т. содержатся также микроэлементы (см.) — кобальт, алюминий, никель, бор, цинк и др.

Некоторые особенности химического состава гладкой и сердечной мышечной ткани у млекопитающих. Данные о хим. составе гладкой и сердечной М. т. получены в основном на лаб. животных; сведения о хим. составе этих групп М. т. у человека весьма ограничены. Сердечная М. т. по содержанию ряда хим. соединений занимает промежуточное положение между скелетной и гладкой М. т. Так, общее содержание белкового азота в скелетной М. т. кролика— 30—31 мг/г ткани, в миокарде — ок. 23,5 мг/г, а в гладкой мускулатуре матки (миометрий) — в пределах 20,3 мг/г ткани.

Сердечная и особенно гладкая М. т. содержат по сравнению со скелетной М. т. меньше миофпбриллярных белков. Так, содержание миофибрилляр-ных белков (в мг азота на 1 г ткани) в скелетной мускулатуре кролика 17,31, в миокарде — 7,32, а в миометрии — 3,90. Концентрация же белков стромы в миокарде и гладкой М. т. выше, чем в скелетной мускулатуре.

По данным И. И. Иванова (1961), на долю азота белков стромы в скелетной мускулатуре кролика приходится 10,1% от общего азота М. т., в миокарде — 28,2%, а в миометрии — 40,4%. В мышце левого желудочка сердца содержание миофибрилл ярных белков, в частности актомиозина, значительно выше, чем в предсердиях и в ткани миокарда в целом, что, несомненно, связано с более выраженной сократительной функцией этого отдела миокарда. Имеются особенности и во фракционном составе саркоплазматических белков миокарда; так, белков группы миогена в процентном отношении содержится мало, но содержание миоальбумина больше, чем в саркоплазме скелетной мускулатуры.

Содержание АТФ в сердечной М. т. (2,60 мкмоль/г ткани) ниже, чем в скелетной (4,43 мкмоль/г), и выше, чем в гладкой М. т. (1,38 мкмоль/г). Установлено, что содержание АТФ и креатинфосфата неодинаково в различных отделах миокарда. В стенках желудочков сердца, выполняющих значительную работу, этих высокоэргических соединений, обеспечивающих работу мышц энергией, содержится на 40% больше, чем в предсердиях.

По содержанию гликогена, карнозина и ансерина сердечная М. т. также занимает промежуточное положение между скелетной и гладкой М. т. Концентрация имидазол-содержащих дипептидов в миокарде ок. 10 мг/100 мл, в гладкой М. т. обнаруживаются лишь следы ансерина и карнозина.

Имеется определенная зависимость между характером деятельности мышц и содержанием фосфолипидов. Миокард по сравнению со скелетной и гладкой М. т. богаче фосфолипидами (табл. 2), окисление к-рых, невидимому, доставляет значительную часть энергии, необходимой для его сокращения.

Изменение химического состава скелетной мышечной ткани млекопитающих в онтогенезе

Эмбриональная скелетная М. т. по хим. составу значительно отличается от скелетной М. т. взрослых особей. В мышцах эмбрионов содержится больше воды, чем в функционально зрелой М. т. Соответственно общее содержание белка в М. т. эмбрионов (в пересчете на сырую ткань) оказывается более низким, чем в мышцах животных того же вида в постнатальном периоде развития. У куриного эмбриона на 1 г сырой М. т. приходится 10 мг, а у четырех дневных цыплят 32 мг белкового азота. По сравнению с М. т. взрослого организма в функционально незрелой мышце ниже содержание миофибриллярных белков (миозина и актомиозина) и выше — белков стромы, а также миоальбумина и других белков. По мере развития плода содержание миофибриллярных белков повышается и возрастает АТФ-азная активность в мышечных экстрактах.

Для эмбриональной М. т. характерно высокое содержание нуклеопротеидов, а также рибонуклеиновой и дезоксирибонуклеиновой к-т. По мере развития эмбриона содержание нуклеопротеидов и нуклеиновых к-т в М. т. быстро уменьшается. Макроэргических соединений (АТФ и креатинфосфата) в функционально незрелой М. т. значительно меньше, чем в мышцах зрелых особей. Имидазолсодержащие дипептиды (ансерин и карнозин) появляются в составе М. т. в строго определенный период онтогенеза; время их появления тесно связано с началом двигательной функции, формированием рефлекторной дуги, обеспечивающей возможность двигательного рефлекса, появлением кальций-чувствительности актомиозина и началом работы «ионных насосов» (см. Транспорт ионов). Имеются также характерные особенности в ферментных и изоферментных спектрах эмбриональной М. т. Так, установлено, что в ходе онтогенеза изменяется изоферментный спектр лактатдегидрогеназы (см.); в скелетных мышцах 3—5-месячного эмбриона на долю изоферментов лактатдегидрогеназы — ЛДГ3 и ЛДГ2 приходится соответственно 40 и 31% от общей активности лактатдегидрогеназы. В процессе эмбрионального развития в скелетной мускулатуре происходит постепенное возрастание активности изоферментов ЛДГ4 и ЛДГ5 и снижение активности изоферментов ЛДГ1, ЛДГ2 и ЛДГ3, так что у взрослых особей в скелетной мускулатуре наибольшей активностью обладают уже изоферменты ЛДГ5 и ЛДГ4.

Функциональная биохимия поперечнополосатой мышечной ткани

Основной функцией мышц является сокращение. При этом осуществляется работа, связанная с превращением хим. энергии в механическую (см. Механохимические процессы). Мышечное волокно способно сокращаться лишь при наличии в среде АТФ и определенной концентрации ионов кальция. Под влиянием нервного импульса в мышечном волокне происходит изменение проницаемости внутриклеточных мембран и как следствие этого — выход в межфибриллярное пространство из цистерн и трубочек саркоплазматического ретикулума и Т-системы некоторого количества ионов кальция, к-рые связываются с тропонином. В результате создаются условия для взаимодействия актина с миозином с образованием актомиозинового комплекса. При этом за счет энергии АТФ осуществляется скольжение актиновых нитей вдоль миозиновых, т. е. происходит мышечное сокращение (см.). Затем наступает диссоциация актомиозина на миозин и актин, и одновременно начинается новый акт «зарядки» (фосфорилирования) миозина путем взаимодействия его с АТФ в присутствии ионов магния.

Источники энерргии мышечной деятельности

Сократительный аппарат мышечной клетки обеспечивается достаточным количеством энергии в форме АТФ за счет непрерывного ресинтеза этого макроэргического соединения, который происходит прежде всего вследствие трансфосфорилирования АДФ креатинфосфатом. Данная реакция катализируетя ферментом креатинкиназой:

Креатинкиназный путь ресинтеза АТФ является чрезвычайно быстрым и максимально эффективным (за счет каждой молекулы креатинфосфата образуется молекула АТФ). Именно поэтому ряду исследователей не удавалось долгое время установить снижение концентрации АТФ и соответственно повышение концентрации АДФ даже при достаточно продолжительном тетанусе. Лишь применив специфический ингибитор креатинкиназы (1-фтор-2,4-д1 нитрофенол), а также агенты, препятствующие оксидативному превращению АДФ в АТФ, Кейн (D. Cain) и соавт. (1962) смогли продемонстрировать прямой распад АТФ с одновременным приростом неорганического фосфата и АДФ при одиночном сокращении изолированной мышцы лягушки. Эти результаты в дальнейшем были подтверждены рядом других авторов.

Нек-рое количество АТФ может ресинтезироваться в ходе аденилаткиназной (миокиназной) реакции:

Для любой ткани, в т. ч. и мышечной, имеются два фундаментальных биохим, процесса, в ходе к-рых генерируются богатые энергией фосфорные соединения. Один из этих процессов — гликолиз (см.), другой — тканевое дыхание (см. Окисление биологическое). Наиболее важным и эффективным из них является тканевое дыхание. При достаточном снабжении кислородом мышца, несмотря на анаэробный механизм сокращения, в конечном итоге работает за счет энергии, образующейся в ходе аэробного окисления как продуктов распада углеводов, так и ряда других субстратов тканевого дыхания, в частности жирных к-т, а также ацетата и ацетоацетата (см. Трикарбоновых кислот цикл).

При умеренной работе мышца может покрывать свои энергетические затраты за счет аэробного метаболизма. Однако при больших нагрузках, когда возможность снабжения кислородом отстает от потребности в нем, в мышцах используется гл политический путь снабжения энергией. При интенсивной мышечной работе скорость расщепления гликогена или глюкозы с образованием молочной к-ты увеличивается в сотни раз. Соответственно содержание молочной к-ты в М. т. может повышаться до 100—120 мг в 100 мл и выше. Молочная к-та с током крови в значительном количестве поступает в печень, где за счет энергии окислительных процессов ресинтезируется в глюкозу и гликоген (глюконеогенез).

Перечисленные механизмы ресинтеза АТФ при мышечной деятельности включаются в строго определенной последовательности. Наиболее экстренным является креатинкиназный механизм, и лишь после — 20 сек. интенсивной работы начинается усиление гликолиза, этот процесс достигает максимума через 40—80 сек. При менее интенсивной работе большее значение приобретает аэробный путь ресинтеза АТФ.

Содержание АТФ и креатинфосфата в сердечной М. т. ниже, чем в скелетной мускулатуре, а расход АТФ весьма велик, поэтому ресинтез АТФ в миокарде проходит намного интенсивнее, чем в скелетной М. т. Для сердечной мышцы теплокровных животных и человека основным путем образования богатых энергией фосфорных соединений является путь окислительного фосфорилирования (см.), связанный с поглощением кислорода. Регенерация АТФ в процессе анаэробного расщепления углеводов (гликолиз) в сердце человека практического значения не имеет. Именно поэтому сердечная мышца очень чувствительна к недостатку кислорода. Характерной особенностью обмена веществ сердечной М. т. по сравнению со скелетной является также и то, что аэробное окисление веществ неуглеводной природы при работе сердечной мышцы имеет большее значение, чем при сокращении скелетной мышцы. Только 30—35% кислорода, поглощаемого сердцем в норме, расходуется на окисление углеводов и продуктов их превращения. Главным же субстратом дыхания в сердечной мышце являются жирные к-ты. Окисление неуглеводных веществ в норме обеспечивает ок. 65—70% потребности миокарда в энергии. Однако при повышении уровня углеводов в крови (напр., сразу после еды) потребление их сердечной мышцей увеличивается. Расход кислорода на окисление углеводов резко возрастает, а скорость окисления жирных к-т в миокарде снижается. Наоборот, натощак и при голодании энергетические потребности сердца в основном покрываются за счет окисления жирных к-т.

Биохимические изменения в скелетной мышечной ткани при патологии

Общим для большинства заболеваний мышц (прогрессирующие мышечные дистрофии, атрофия мышц на почве их денервации, полимиозит, поражения мышц при нек-рых авитаминозах и др.) является резкое снижение в мышцах содержания миофибриллярных белков, возрастание концентрации белков стромы и нек-рых саркоплазматических белков, в т. ч. миоальбу-мина. Наряду с изменением фракционного состава мышечных белков при поражениях мышц наблюдается снижение концентрации АТФ и креатинфосфата. Отмечается также снижение АТФ-азной активности сократительных белков (миозина), уменьшение содержания имидазол-содержащих дипептидов. Считают, что снижение содержания ансерина и карнозина связано! не с нарушением биосинтетических процессов, а с усилением распада дипептидов.

При прогрессирующих мышечных дистрофиях и других заболеваниях мышц, связанных с распадом мышечной ткани, часто отмечаются сдвиги в фосфолипидном составе мышц: значительно снижается содержание фосфатидилхолина и фосфатидилэтаноламина, концентрация же сфингомиелина и лизофосфатидилхолина повышается. Механизмы изменения фосфолипидного состава М. т. при патологии еще не выяснены, неизвестна также роль этих сдвигов в патогенезе мышечных дистрофий.

Для многих форм патологии М. т. характерно нарушение метаболизма креатина и его усиленное выделение с мочой — креатинурия (см.). Вопрос о причинах креатинурии при заболеваниях мышц не может еще считаться окончательно решенным. Креатинурия у больных миопатией, возможно, является результатом нарушения в скелетной М. т. процессов фиксации (удержания) креатина и его фосфорилирования. В результате нарушения процесса синтеза креатинфосфата не образуется и креатинин; содержание последнего в моче резко снижается. Вследствие креатинурии и нарушения синтеза креатинина резко повышается креатининовый коэффициент (см. Креатин).

При патологии М. т. можно наблюдать определенную закономерность в изменении активности ферментов в мышцах: уменьшается активность энзимов, локализованных в саркоплазме; незначительно изменяется активность ферментов, связанных с митохондриями; заметно возрастает активность лизосомальных ферментов. Наконец, показано, что при многих заболеваниях мышечной системы наступают сдвиги в системе циклического аденозинмонофосфата (цАМФ): в М. т. снижается содержание цАМФ, повышается активность фосфодиэстеразы, и нарушается способность аденилатциклазы активироваться под влиянием адреналина и фторида натрия.

Таблицы

Таблнца 1. Химический состав скелетной мышечной ткани млекопитающих (по И. И. Иванову, 1974)

Химический состав мышечной ткани

Содержание химических веществ (в процентах в пересчете на сырой вес)

Источник