<< Главная страница

ГЛАВА
          7

МЫШЕЧНЫЕ ТКАНИ






Мышечная ткань осуществляет двигательные функции организма. Во всех сократительных элементах мышечных тканей (поперечнополосатое скелетное мышечное волокно, кардиомиоциты, гладкомышечные клетки [ГМК]), а также в немышечных контрактильных клетках (миоэпителиальные клетки, миофибробласты и др.) функционирует актомиозиновый хемомеханический преобразователь. У части гистологических элементов мышечной ткани в СМ видны сократительные единицы – саркомеры. Это обстоятельство позволяет различать два типа мышечных тканей. Один из них – поперечнополосатая (скелетная и сердечная) и второй– гладкая. 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. Для ГМК характерна выраженная физиологическая и репаративная регенерация. В составе же скелетных мышечных волокон присутствуют стволовые клетки (клетки-сателлиты), поэтому скелетная мышечная ткань потенциально способна к регенерации. Кардиомиоциты находятся в фазе G0 клеточного цикла, а стволовые клетки в сердечной мышечной ткани отсутствуют; по этой причине регенерация кардиомиоцитов невозможна.

СКЕЛЕТНАЯ МЫШЕЧНАЯ ТКАНЬ

У человека более 600 скелетных мышц (около 40% массы тела). Скелетная мышечная ткань обеспечивает осознанные и осознаваемые произвольные движения тела и его частей. Основные гистологические элементы: скелетные мышечные волокна (функция сокращения), клетки-сателлиты (камбиальный резерв).

167

РАЗВИТИЕ

Источник развития скелетной мышечной ткани – миотомы, откуда выселяются и мигрируют в места закладки конкретных мышц самые ранние клетки миогенного клеточного типа. Миогенный клеточный тип в эмбриогенезе последовательно складывается из следующих гистологических элементов: клетки миотома (миграция) → миобласты митотические (пролиферация) → миобласты постмитотические (слияние) → мышечные трубочки (синтез сократительных белков, формирование саркомеров) → мышечные волокна (функция сокращения). В области закладки мышц уже присутствуют клетки мезенхимы – источник соединительнотканных структур мышцы, сюда прорастают кровеносные капилляры, а позднее (при образовании мышечных трубочек) – аксоны двигательных и чувствительных нейронов.

Клетки миотомов

Выселяющиеся из сомитов клетки уже детерминированы в направлении образования миогенных элементов. Репрессор миогенеза MyoR блокирует миогенез в пролиферирующих клетках. Дифференцировка миобластов контролируется мышечно-специфическими факторами транскрипции (в т.ч. MyoD и Myf5), активирующими мышечные гены.

Дефекты миграции и дифференцировки клеток миотома. Клетки-предшественницы мышц конечностей выселяются из миотомов и образуют скопления на дорсальной и вентральной поверхностях зачатков конечностей. Миграция клеток миотома контролируется генами, содержащими гомеобокс (Рах3, Met). При мутации этих генов блокируется миграция клеток в зачатки конечностей. Инактивация генов MyoD и Муf5 блокирует дифференцировку клеток миотома в миобласты.

Миобласты

Митотические миобласты (G1-миобласты) последовательно проходят ряд завершающихся митозами клеточных циклов (пролиферативные митозы). На этой стадии часть G1-миобластов обособляется в виде клеток-сателлитов.

Постмитотические миобласты (G0-миобласты) – клетки, необратимо вышедшие из клеточного цикла и уже начавшие синтез сократительных белков. G0-миобласты сливаются и образуют симпласты – миотубы.

Мышечная трубочка

После ряда митотических делений миобласты приобретают вытянутую форму, выстраиваются в параллельные цепи и начинают сливаться, образуя мышечные трубочки (миотубы). В мышечных трубочках начинается сборка миофибрилл – сократительных структур с характерной поперечной исчерченностью. Перемещение ядер симпласта на периферию завершает формирование поперечнополосатого мышечного волокна. Окончательная дифференцировка мышечной трубочки происходит после наступления её иннервации. Мышечное волокно – заключительная стадия миогенеза скелетной мышцы.

Клетки-сателлиты

G1-миобласты, расположены между базальной мембраной и плазмолеммой мышечных волокон. Ядра этих клеток составляют 10% суммарного количества

168

ядер мышечного волокна. Клетки-сателлиты– камбиальный резерв мышечной ткани скелетного типа. Они обеспечивают рост мышечных волокон в длину и сохраняют способность к миогенной дифференцировке в течение всей жизни. Клетки-сателлиты участвуют в репаративной регенерации скелетной мышечной ткани, в ходе которой наблюдается повторение событий эмбрионального миогенеза.

СКЕЛЕТНОЕ МЫШЕЧНОЕ ВОЛОКНО

Структурно-функциональная единица скелетной мышцы – симпласт – скелетное мышечное волокно (рис. 7-1, см. также рис. 15 на вклейке), имеет форму протяжённого цилиндра с заострёнными концами. Этот цилиндр достигает в длину 40 мм при диаметре до 0,1 мм. Термином "оболочка волокна" (сарколемма) обозначают две структуры: плазмолемму симпласта и его базальную мембрану. В стабилизации сарколеммы и её защите от избыточного напряжения, возникающего при сокращении мышечного волокна, участвует

Рис. 7-1. Скелетная мышца состоит из поперечнополосатых мышечных волокон. Значительный объём волокон занимают миофибриллы. Расположение светлых и тёмных дисков в параллельных миофибриллах совпадает, что приводит к появлению поперечной исчерченности. Структурная единица миофибрилл – саркомер, сформированный из толстых и тонких нитей [42].
Рис. 7-1. Скелетная мышца состоит из поперечнополосатых мышечных волокон. Значительный объём волокон занимают миофибриллы. Расположение светлых и тёмных дисков в параллельных миофибриллах совпадает, что приводит к появлению поперечной исчерченности. Структурная единица миофибрилл – саркомер, сформированный из толстых и тонких нитей [42].

169

дистрофин-дистрогликановый комплекс. Между плазмолеммой и базальной мембраной расположены клетки-сателлиты с овальными ядрами. Палочковидные ядра мышечного волокна лежат в миоплазме (саркоплазме) под плазмолеммой. В саркоплазме расположены миофибриллы, саркоплазматическая сеть, митохондрии, включения (гранулы гликогена). От поверхности мышечного волокна к расширенным участкам саркоплазматического ретикулума направляются впячивания сарколеммы – поперечные трубочки (Т-трубочки). Рыхлая волокнистая соединительная ткань между отдельными мышечными волокнами (эндомизий) содержит кровеносные и лимфатические сосуды, нервные волокна. Группы мышечных волокон и окружающая их в виде чехла волокнистая соединительная ткань (перимизий) формируют пучки. Их совокупность образует мышцу, плотный соединительнотканный чехол которой именуют эпимизием.

Миофибриллы

Поперечная исчерченность скелетного мышечного волокна определяется регулярным чередованием в миофибриллах различно преломляющих поляризованный свет участков (дисков) – изотропных и анизотропных: светлые (Isotropic, I-диски) и тёмные (Anisotropic, А-диски) диски. Разное светопреломление дисков определяется упорядоченным расположением по длине саркомера тонких и толстых 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

Саркомер – структурно-функциональная единица миофибриллы, находящаяся между соседними Z-линиями (рис. 7-2). Саркомер образуют расположенные параллельно друг другу тонкие (актиновые) и толстые (миозиновые) нити. I-диск содержит только тонкие нити. В середине I-диска проходит Z-линия. Один конец тонкой нити прикреплён к Z-линии, а другой конец

Рис. 7-2. Саркомер содержит один А-диск (тёмный) и две половины I-диска (светлого). Толстые миозиновые нити занимают центральную часть саркомера. Титин связывает свободные концы миозиновых нитей с Z-линией. Тонкие актиновые нити одним концом прикреплены к Z-линии, а другим направляются к середине саркомера и частично входят между толстыми нитями.
Рис. 7-2. Саркомер содержит один А-диск (тёмный) и две половины I-диска (светлого). Толстые миозиновые нити занимают центральную часть саркомера. Титин связывает свободные концы миозиновых нитей с Z-линией. Тонкие актиновые нити одним концом прикреплены к Z-линии, а другим направляются к середине саркомера и частично входят между толстыми нитями.

170

Рис. 7-3. Молекула миозина. Лёгкий меромиозин обеспечивает агрегацию молекул миозина, тяжёлый меромиозин имеет связывающие актин участки и обладает активностью АТФазы [41]. Рис. 7-3. Молекула миозина. Лёгкий меромиозин обеспечивает агрегацию молекул миозина, тяжёлый меромиозин имеет связывающие актин участки и обладает активностью АТФазы [41].

направлен к середине саркомера. Толстые нити занимают центральную часть саркомера – А-диск. Тонкие нити частично входят между толстыми. Содержащий только толстые нити участок саркомера – Н-зона. В середине Н-зоны проходит М-линия. I-диск входит в состав двух саркомеров. Следовательно, каждый саркомер содержит один А-диск (тёмный) и две половины I-диска (светлого), формула саркомера – 1/2 I + А + 1/2 I.

Толстая нить

Каждая миозиновая нить состоит из 300–400 молекул миозина и С-белка. Половина молекул миозина обращена головками к одному концу нити, а вторая половина – к другому. Гигантский белок титин связывает свободные концы толстых нитей с Z-линией.

Миозин (рис. 7-3). В молекуле миозина различают тяжёлый и лёгкий меромиозин. Тяжёлый меромиозин имеет два субфрагмента (S). S1 содержит глобулярные головки миозина, S2 – эластический компонент, допускающий отхождение S1 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 (S1–S2 соединение). Лёгкий меромиозин лежит в толще толстой нити, тогда как тяжёлый меромиозин (благодаря шарнирным участкам) выступает на её поверхность (рис. 7-4).

Рис. 7-4. 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.
Рис. 7-4. 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.

171

Рис. 7-5. Тонкая нить – две спирально скрученные нити F-актина. В канавках спиральной цепочки залегает двойная спираль тропомиозина, вдоль которой располагаются молекулы тропонина [39].
Рис. 7-5. Тонкая нить – две спирально скрученные нити F-актина. В канавках спиральной цепочки залегает двойная спираль тропомиозина, вдоль которой располагаются молекулы тропонина [39].

Титин – наибольших размеров полипептид (из известных) с Мr 3000 кД – работает наподобие молекулярной пружины, обеспечивая структурную целостность миофибрилл во время сокращения. Один конец молекулы проникает в Z-линию и через α-актинин связывается с молекулой титина соседнего саркомера, другой конец приближается к М-линии и при помощи миомезина (М-белок) прикрепляется к свободному концу молекулы титина второй половины саркомера. В I-диске титин ассоциирован с тонкими нитями, а в А-диске этот белок связывается с толстыми нитями. Контактируя в области Z-линии и М-линии, молекулы титина образуют непрерывную цепь.

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

Тонкая нить

Тонкая нить состоит из актина, тропомиозина и тропонинов (рис. 7-5).

Актин. Молекулы глобулярного актина (G-актин) полимеризуются и образуют фибриллярный актин (F-актин). В состав тонкой нити входят две спирально закрученные цепочки F-актина.

Тропомиозин состоит из двух полипептидных цепей и имеет конфигурацию двойной спирали. Полярные молекулы тропомиозина длиной 40 нм укладываются "конец в конец" в желобке между двумя спирально закрученными цепочками F-актина. Известно несколько генов, кодирующих мышечные и немышечные изоформы тропомиозина; мутация гена тропомиозина-3 приводит к развитию немалиновой миопатии.

Тропонин (Тn) – комплекс, образованный тремя глобулярными СЕ: TnT, TnI TnC. TnT имеет участки для связи с тропомиозином. ТnС – Са2+-связывающего белок. TnI препятствует взаимодействию актина с миозином. Тропониновьп комплекс прикреплён к молекулам тропомиозина с интервалами 40 нм.

Небулин – фибриллярный белок, ассоциированный с тонкими нитями. Небулин проходит от Z-линии до свободного конца тонких нитей и контролирует их длину.

α-Актинин, десмин и виментин входят в состав Z-линии.

Саркоплазматическая сеть

Каждая миофибрилла окружена регулярно повторяющимися элементами саркоплазматического ретикулума– анастомозирующими мембранными трубочками, заканчивающимися терминальными цистернами (рис. 7-6). На

172

Рис 7-6 Фрагмент скелетного мышечного волокна. Цистерны саркоплазматического ретикулума окружают каждую миофибриллу Т-трубочки подходят к миофибриллам на уровне границ между темными и светлыми дисками и вместе с терминальными цистернами саркоплазматического ретикулума образуют триады. Между миофибриллами залегают митохондрии [38]
Рис 7-6 Фрагмент скелетного мышечного волокна. Цистерны саркоплазматического ретикулума окружают каждую миофибриллу Т-трубочки подходят к миофибриллам на уровне границ между темными и светлыми дисками и вместе с терминальными цистернами саркоплазматического ретикулума образуют триады. Между миофибриллами залегают митохондрии [38]

границе между темным и светлым дисками две смежные терминальные цистерны контактируют с Т-трубочками, образуя так называемые триады. Саркоплазматический ретикулум – модифицированная гладкая эндоплазматическая сеть, выполняющая функцию депо кальция. Са2+-связывающий белок кальсеквестрин находится внутри саркоплазматической сети. Са2+ через кальциевые каналы, связанные с рецепторами рианодина, выбрасывается из депо в саркоплазму в момент сокращения мышечного волокна. Са2+-транспортирующие АТФазы саркоплазматического ретикулума откачивают Са2+ из саркоплазмы при расслаблении мышечного волокна.

173

Т-трубочки

Сарколемма мышечного волокна образует множество узких впячиваний – поперечных трубочек (Т-трубочки). Они проникают внутрь мышечного волокна и, залегая между двумя терминальными цистернами саркоплазматического ретикулума, формируют триады. В триадах дигидропиридиновые рецепторы Т-трубочек регистрируют изменения мембранного потенциала и активируют рианодиновые рецепторы саркоплазматической сети с последующим высвобождением Са2+ из саркоплазматического ретикулума в саркоплазму. Мутации генов этих рецепторов приводят к развитию семейного периодического паралича и болезни центрального стержня.

ИННЕРВАЦИЯ

Мотонейроны направляют свои аксоны в места закладки скелетных мышц приблизительно в то время, когда появляются мышечные трубочки. В месте вхождения аксонов в формирующуюся мышцу образуются первые неспециализированные нервно-мышечные контакты. Холинорецепторы, диффузно распределённые в мембране мышечной трубочки, концентрируются в области будущего синапса. Несколько аксонов подрастают к месту первого контакта (полинейронная иннервация), однако только один наиболее активный аксон сформирует дефинитивный нервно-мышечный синапс. Двигательная соматическая иннервация скелетных мышц (мышечных волокон) осуществляется α- и γ-мотонейронами передних рогов спинного мозга и двигательных ядер черепных нервов, а чувствительная соматическая – псевдоуниполярными нейронами чувствительных спинномозговых узлов и нейронами чувствительных ядер черепных нервов. Вегетативная иннервация мышечных волокон не обнаружена, но ГМК стенки кровеносных сосудов скелетных мышц имеют симпатическую адренергическую иннервацию. Чувствительные рецепторы скелетной мышцы – мышечные веретёна.

Двигательная иннервация

В скелетных мышцах различают два типа мышечных волокон: экстрафузальные и интрафузальные. Каждое экстрафузальное мышечное волокно имеет прямую двигательную иннервацию – нервно-мышечный синапс, образованный терминальным ветвлением аксона α-мотонейрона и специализированным участком плазмолеммы мышечного волокна (концевая пластинка, постсинаптическая мембрана). Интрафузальные мышечные волокна образуют нервно-мышечные синапсы с эфферентными волокнами γ-мотонейронов.

Нейромоторная (двигательная) единица включает один мотонейрон и группу иннервируемых им экстрафузальных мышечных волокон. Количество и размеры двигательных единиц в различных мышцах значительно варьируют. Поскольку при сокращении фазные мышечные волокна подчиняются закону всё или ничего, то сила, развиваемая мышцей, зависит от количества активируемых (т.е. участвующих в сокращении мышечных волокон) двигательных

174

единиц. Каждая нейромоторная единица образована только быстросокращающимися или только медленносокращающимися мышечными волокнами.

Полинейронная иннервация, когда каждое мышечное волокно иннервируется несколькими мотонейронами, наблюдается в пренатальном периоде. В постнатальном периоде фазное мышечное волокно иннервируется только одним мотонейроном, в то же время тонические мышечные волокна, например наружных глазных мышц, получают полинейронную иннервацию.

СОКРАЩЕНИЕ И РАССЛАБЛЕНИЕ

Сокращение мышечного волокна происходит при поступлении по аксонам двигательных нейронов к нервно-мышечным синапсам возбуждения в виде нервных импульсов (потенциалы действия нервных волокон). Это непрямое сокращение, оно опосредовано нервно-мышечной синаптической передачей. Прямое же сокращение (например, мышечные подёргивания, или фибрилляции) – всегда патология. Сокращение мышечного волокна происходит при взаимодействии тонких и толстых нитей.

Связывание Са2+ тонкими нитями

В покое взаимодействие тонких и толстых нитей невозможно, т.к. миозинсвязывающие участки молекул актина заблокированы тропомиозином. При высокой концентрации Са2+" эти ионы связываются с ТnС и вызывают конформационные изменения тропомиозина, приводящие к разблокированию миозинсвязывающих участков молекул актина (рис. 7-7). Головки миозина присоединяются к тонкой нити и изменяют свою конформацию, создавая тянущее усилие – тонкие нити начинают скользить между толстыми.

Рис. 7-7. Са2+-зависимый механизм регуляции взаимодействия актина с миозином. В покое миозинсвязывающие участки тонкой нити заняты тропомиозином. При сокращении ионы Са2+ связываются с ТnС, а тропомиозин открывает миозинсвязывающие участки. Головки миозина присоединяются к тонкой нити и вызывают ее смещение относительно толстой нити [39].
Рис. 7-7. Са2+-зависимый механизм регуляции взаимодействия актина с миозином. В покое миозинсвязывающие участки тонкой нити заняты тропомиозином. При сокращении ионы Са2+ связываются с ТnС, а тропомиозин открывает миозинсвязывающие участки. Головки миозина присоединяются к тонкой нити и вызывают ее смещение относительно толстой нити [39].

175

Модель скользящих нитей

Модель скользящих нитей была предложена Хью Хаксли. Скольжение тонких нитей относительно толстых обеспечивает чередование рабочих циклов. Каждый цикл имеет несколько стадий (рис. 7-8).

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

Рис. 7-8. Цикл скольжения тонких нитей относительно толстых. Тяжёлый меромиозин выступает над поверхностью толстой нити(1). Благодаря шарнирному участку между тяжёлым и лёгким меромиозинами головка миозина, несущая продукты гидролиза АТФ (АДФ и Рi), прикрепляется к миозинсвязывающему участку актина (2), происходит наклон головки миозина с одновременным растягиванием эластического компонента S2 (3). Из головки освобождаются АДФ и Рi, а последующая ретракция эластического компонента S2 вызывает тянущее усилие (4). Затем к головке миозина присоединяется новая молекула АТФ, что приводит к отделению головки миозина от молекулы актина. Гидролиз АТФ возвращает молекулу миозина в исходное положение (5) [41]. Рис. 7-8. Цикл скольжения тонких нитей относительно толстых. Тяжёлый меромиозин выступает над поверхностью толстой нити(1). Благодаря шарнирному участку между тяжёлым и лёгким меромиозинами головка миозина, несущая продукты гидролиза АТФ (АДФ и Рi), прикрепляется к миозинсвязывающему участку актина (2), происходит наклон головки миозина с одновременным растягиванием эластического компонента S2 (3). Из головки освобождаются АДФ и Рi, а последующая ретракция эластического компонента S2 вызывает тянущее усилие (4). Затем к головке миозина присоединяется новая молекула АТФ, что приводит к отделению головки миозина от молекулы актина. Гидролиз АТФ возвращает молекулу миозина в исходное положение (5) [41].

176

свободны и готовы вступить в очередной цикл. Следующие друг за другом гребковые движения стягивают тонкие нити к центру саркомера. Скользящие тонкие нити тянут за собой Z-линии, вызывая укорочение саркомера (рис. 7-9). Поскольку в процесс сокращения практически одномоментно вовлечены все саркомеры мышечного волокна, происходит его укорочение.

Расслабление

Са2+-АТФаза саркоплазматического ретикулума закачивает Са2+ из саркоплазмы в цистерны ретикулума, где Са2+ связывается с кальсеквестрином. При низкой саркоплазматической концентрации Са2+-тропомиозин закрывает миозинсвязывающие 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 утрачивают ригидность.

ТИПЫ МЫШЕЧНЫХ ВОЛОКОН

Скелетные мышцы и образующие их мышечные волокна 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.

Рис. 7-9. Саркомер расслабленного (А) и сокращённого (Б) мышечного волокна. При сокращении саркомера свободные концы тонких нитей приближаются к М-линии, уменьшая ширину Н-зоны. Поскольку противоположные концы тонких нитей прикреплены к Z-линиям, то при скольжении тонких нитей возникает тянущее усилие, Z-линии сближаются, что и приводит к уменьшению ширины l-диска. Длина A-диска, соответствующая расположению толстых нитей, не уменьшается, т.к. длина обоих типов нитей (тонких и толстых) при сокращении не изменяется (нити скользят относительно друг друга при постоянной их длине) [71].
Рис. 7-9. Саркомер расслабленного (А) и сокращённого (Б) мышечного волокна. При сокращении саркомера свободные концы тонких нитей приближаются к М-линии, уменьшая ширину Н-зоны. Поскольку противоположные концы тонких нитей прикреплены к Z-линиям, то при скольжении тонких нитей возникает тянущее усилие, Z-линии сближаются, что и приводит к уменьшению ширины l-диска. Длина A-диска, соответствующая расположению толстых нитей, не уменьшается, т.к. длина обоих типов нитей (тонких и толстых) при сокращении не изменяется (нити скользят относительно друг друга при постоянной их длине) [71].

177

Традиционно выделяют красные и белые, а также медленные и быстрые мышцы и волокна. Каждая мышца содержит разные типы мышечных волокон. Тип мышцы определяют, исходя из преобладания в ней конкретного типа мышечных волокон. На практике важны следующие классифицирующие критерии типов мышечных волокон: характер сокращения, скорость сокращения, тип окислительного обмена. Типирование мышечных волокон проводится при гистохимическом выявлении активности АТФазы миозина и СДГ (см. рис. 16 на вклейке).

Фазные и тонические

Мышечные волокна подразделяют на фазные, осуществляющие энергичные сокращения, и тонические, специализированные на поддержание статического напряжения, или тонуса. Тонические мышечные волокна встречаются лишь в наружных ушных и наружных глазных мышцах.

Быстрые и медленные

Скорость сокращения мышечного волокна определяется типом миозина. Изоформа миозина, обеспечивающая высокую скорость сокращения, – быстрый миозин (характерна высокая активность АТФазы), изоформа миозина с меньшей скоростью сокращения– медленный миозин (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. Изоформы тропомиозина также отличаются в быстрых и медленных мышечных волокнах. Ген тропомиозина-1 преимущественно экспрессируется в быстрых мышечных волокнах. В медленных мышечных волокнах преобладает экспрессия гена тропомиозина-3. Медленные волокна генерируют медленные, продолжительные сокращения. Быстрые волокна отвечают короткими, энергичными и более сильными сокращениями. У человека нет мышц, состоящих только из быстрых или только из медленных мышечных волокон.

Окислительные и гликолитические

Мышечные волокна 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 волокна). При анаэробном типе метаболизма из одной молекулы глюкозы образуется две молекулы АТФ, а также молочная кислота (этим типом обмена характеризуются белые волокна). Быстрый ресинтез АТФ в момент мышечного сокращения обеспечивает креатинфосфокиназа. Этот фермент катализирует перенос фосфата от фосфокреатина на АДФ с образованием креатина и АТФ. Регенерация фосфокреатина происходит при расслаблении мышечного волокна. Запасы кислорода необходимы для синтеза АТФ при длительной непрерывной работе мышцы. Миоглобин, как и Hb, обратимо связывает кислород.

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

178

Гликолитические, или белые мышечные волокна имеют больший диаметр, в саркоплазме содержится значительное количество гликогена, митохондрии немногочисленны. Для них характерны низкая активность окислительных ферментов и высокая активность гликолитических ферментов. В белых мышечных волокнах молочная кислота выводится в межклеточное пространство, тогда как в красных мышечных волокнах молочная кислота служит субстратом для дальнейшего окисления, в результате которого образуется ещё 36 молекул АТФ.

Окислительно-гликолитические, или промежуточные волокна имеют умеренную активность СДГ.

Утомляемость

Плотность капиллярной сети вокруг мышечных волокон, количество митохондрий, а также активность окислительных и гликолитических ферментов коррелируют со степенью утомления волокна. Белые гликолитические волокна имеют высокую скорость сокращения и относятся к быстроутомляемым. Среди красных волокон по скорости сокращения и утомляемости выделено два подтипа: быстрые неутомляемые и медленные неутомляемые волокна.

Сводная классификация мышечных волокон

Реально мышечные волокна содержат комбинации различных характеристик (табл. 7-1). Различают три типа мышечных волокон– быстросокращающиеся красные, быстросокращающиеся белые и медленносокращающиеся промежуточные. В зависимости от преобладания в мышцах конкретного типа мышечных волокон скелетные мышцы относят к "красным" и "белым" либо "быстрым" и "медленным". Таким образом, каждая мышца уникальна по спектру входящих в её состав типов мышечных волокон. Этот спектр генетически детерминирован (отсюда практика типирования мышечных волокон при отборе спортсменов-бегунов – спринтеров и стайеров). У бегунов-стайеров преобладают медленные волокна, у бегунов-спринтеров, штангистов – быстрые.

Таблица 7-1. Типы мышечных волокон и их свойства

Типы волокон Миозин Митохондрии Содержание
миоглобина
Утомляемость Содержание
гликогена
Быстрые красные Быстрый Много Высокое Медленно Высокое
Быстрые белые Быстрый Мало Низкое Утомляемые Высокое
Медленные промежуточные Медленный Много Высокое Медленно Низкое

РЕГЕНЕРАЦИЯ

В скелетной мышце постоянно происходит физиологическая регенерация – обновление мышечных волокон. При обновлении мышечных волокон клетки-сателлиты вступают в циклы пролиферации с последующей дифференцировкой в миобласты и их включением в состав предсуществующих мышечных волокон.

179

Мышечные дистрофии. Обновление скелетной мышечной ткани нарушено при дистрофиях. При этом резко уменьшен или отсутствует синтез дистрофина, что сопровождается потерей других белков дистрофин-дистрогликанового комплекса, особенно дистрогликанов, и нарушением связей цитоскелета с межклеточным матриксом. Мышечные волокна теряют структурную целостность и погибают, что сопровождается замещением мышечной ткани жировой.

СЕРДЕЧНАЯ МЫШЕЧНАЯ ТКАНЬ

Поперечнополосатая мышечная ткань сердечного типа образует мышечную оболочку стенки сердца (миокард). Основной гистологический элемент – кардиомиоцит. Кардиомиоциты присутствуют также в проксимальной части аорты и верхней полой вены.

КАРДИОМИОГЕНЕЗ

Миобласты происходят из клеток спланхнической мезодермы, окружающей эндокардиальную трубку. После ряда митотических делений G1-миобласты начинают синтез сократительных и вспомогательных белков и через стадию G0-миобластов дифференцируются в кардиомиоциты, приобретая вытянутую форму; в саркоплазме начинается сборка миофибрилл. В отличие от поперечнополосатой мышечной ткани скелетного типа в кардиомиогенезе не происходит обособления камбиального резерва, а все кардиомиоциты необратимо находятся в фазе G0 клеточного цикла.

КАРДИОМИОЦИТЫ

Различают рабочие, атипичные и секреторные кардиомиоциты.

Рабочие кардиомиоциты

Кардиомиоциты– морфофункциональные единицы сердечной мышечной ткани, имеют цилиндрическую ветвящуюся форму диаметром около 15 мкм (рис. 7-10). Клетки содержат миофибриллы и ассоциированные с ними цистерны и трубочки саркоплазматического ретикулума (депо Са2+), центрально расположенные одно или два ядра. Рабочие кардиомиоциты при помощи межклеточных контактов (вставочные диски) объединены в так называемые сердечные мышечные волокна – функциональный синцитий (см. рис. 17 на вклейке) – совокупность кардиомиоцитов в пределах каждой камеры сердца.

Сократительный аппарат

Организация миофибрилл и саркомеров в кардиомиоцитах такая же, что и в скелетном мышечном волокне. Одинаков и механизм взаимодействия тонких и толстых нитей при сокращении.

180

Рис. 7-10. Рабочий кардиомиоцит–удлинённой формы клетка. Ядро расположено центрально, вблизи ядра находятся комплекс Гольджи и гранулы гликогена. Между миофибриллами лежат многочисленные митохондрии. Вставочные диски (на врезке) служат для скрепления кардиомиоцитов и синхронизации их сокращения [38].
Рис. 7-10. Рабочий кардиомиоцит–удлинённой формы клетка. Ядро расположено центрально, вблизи ядра находятся комплекс Гольджи и гранулы гликогена. Между миофибриллами лежат многочисленные митохондрии. Вставочные диски (на врезке) служат для скрепления кардиомиоцитов и синхронизации их сокращения [38].

Сердечные миозины. Существует несколько генов для лёгких и тяжёлых цепей сердечного миозина, различающихся по активности АТФазы. В зрелом миокарде преимущественно синтезируется тяжёлая β-цепь сердечного миозина с низкой АТФазной активностью в отличие от α-цепи, обладающей высокой АТФазной активностью. Мутации гена тяжёлой β-цепи сердечного миозина, гена тропонина Т, гена тропомиозина приводят к развитию гипертрофической кардиомиопатии.

Выброс Са2+ из саркоплазматического ретикулума регулируется через рецепторы рианодина. Изменения мембранного потенциала открывают потенциалозависимые Са2+-каналы, в кардиомиоцитах незначительно повышается концентрация Са2+. Этот Са2+ активирует рецепторы рианодина, и Са2+ из депо выходит в цитозоль (кальций-индуцированная мобилизация Са2+). В момент расслабления кардиомиоцитов Са2+ закачивается в саркоплазматический ретикулум, а натрий-кальциевый анионообменник осуществляет обмен внутриклеточного Са2+ на внеклеточный Na+.

Т-трубочки в кардиомиоцитах – в отличие от скелетных мышечных волокон – проходят на уровне Z-линий. В связи с этим Т-трубочка контактирует только с одной терминальной цистерной. В результате вместо триад скелетного мышечного волокна формируются диады.

Митохондрии

Митохондрии расположены параллельными рядами между миофибриллами. Их более плотные скопления наблюдают на уровне I-дисков и ядер.

181

Вставочные диски

На концах контактирующих кардиомиоцитов имеются интердигитации (пальцевидные выпячивания и углубления). Вырост одной клетки плотно входит в углубление другой. На конце такого выступа (поперечный участок вставочного диска) сконцентрированы контакты двух типов: десмосомы и промежуточные. На боковой поверхности выступа (продольный участок вставочного диска) имеется множество щелевых контактов (nexus, нексус), передающих возбуждение от кардиомиоцита к кардиомиоциту.

Предсердные и желудочковые кардиомиоциты

Предсердные и желудочковые кардиомиоциты относятся к разным популяциям рабочих кардиомиоцитов. Предсердные кардиомиоциты относительно мелкие, 10 мкм в диаметре и длиной 20 мкм. В них слабее развита система Т-трубочек, но в зоне вставочных дисков значительно больше щелевых контактов. Желудочковые кардиомиоциты крупнее (25 мкм в диаметре и до 140 мкм в длину), они имеют хорошо развитую систему Т-трубочек. В состав сократительного аппарата миоцитов предсердий и желудочков входят разные изоформы миозина, актина и других контрактильных белков.

Секреторные кардиомиоциты

В части кардиомиоцитов предсердий (особенно правого) у полюсов ядер располагаются хорошо выраженный комплекс Гольджи и секреторные гранулы, содержащие атриопептин – гормон, регулирующий АД. При повышении АД стенка предсердия сильно растягивается, что стимулирует Предсердные кардиомиоциты к синтезу и секреции атриопептина, вызывающего снижение АД.

Атипичные кардиомиоциты

Этот устаревший термин относится к миоцитам, формирующим проводящую систему сердца. Среди них различают водители ритма и проводящие миоциты.

Водители ритма

Водители ритма (пейсмейкерные клетки, пейсмейкеры, рис. 7-11) – совокупность специализированных кардиомиоцитов в виде тонких волокон, окружённых рыхлой соединительной тканью. По сравнению с рабочими кардиомиоцитами они имеют меньшие размеры. В саркоплазме содержится сравнительно мало гликогена и небольшое количество миофибрилл, лежащих в основном по периферии клеток. Эти клетки имеют богатую васкуляризацию и двигательную вегетативную иннервацию. Так, в синусно-предсердном узле доля соединительнотканных элементов (включая кровеносные капилляры) в 1,5–3 раза, а нервных элементов (нейроны и двигательные нервные окончания) в 2,5–5 раз выше, чем в рабочем миокарде правого предсердия. Главное свойство водителей ритма– спонтанная деполяризация плазматической мембраны. При достижении критического значения возникает потенциал действия, распространяющийся по волокнам проводящей системы сердца и достигающий рабочих кардиомиоцитов. Главный водитель ритма– клетки синусно-

182

Рис 7-11 Атипичные кардиомиоциты А– водитель ритма синусно-предсердного узла, Б – проводящий кардиомиоцит пучка Гиса [64]
Рис 7-11 Атипичные кардиомиоциты А– водитель ритма синусно-предсердного узла, Б – проводящий кардиомиоцит пучка Гиса [64]

предсердного узла – генерирует ритм 60–90 импульсов в минуту. Нормально активность других водителей ритма подавлена.

Спонтанная генерация импульсов потенциально присуща не только водителям ритма, но и всем атипичным, а также рабочим кардиомиоцитам Так, in vitro все кардиомиоциты способны к спонтанному сокращению. В проводящей системе сердца существует иерархия водителей ритма: чем ближе к рабочим миоцитам, тем реже спонтанный ритм.

Проводящие кардиомиоциты

Проводящие кардиомиоциты – специализированные клетки, выполняющие функцию проведения возбуждения от водителей ритма. Эти клетки образуют длинные волокна.

Пучок Гиса. Кардиомиоциты этого пучка проводят возбуждение от водителей ритма к волокнам Пуркинье, содержат относительно длинные миофибриллы, имеющие спиральный ход; мелкие митохондрии и небольшое количество гликогена. Проводящие кардиомиоциты пучка Гиса входят также в состав синусно-предсердного и предсердно-желудочкового узлов.

Волокна Пуркинье. Проводящие кардиомиоциты волокон Пуркинье– самые крупные клетки миокарда. В них содержатся редкая неупорядоченная сеть миофибрилл, многочисленные мелкие митохондрии, большое количество гликогена. Кардиомиоциты волокон Пуркинье не имеют Т-трубочек и не образуют вставочных дисков. Они связаны при помощи десмосом и щелевых контактов. Последние занимают значительную площадь

183

контактирующих клеток, что обеспечивает высокую скорость проведения импульса по волокнам Пуркинье.

Сердечные аритмии – нарушения формирования импульса возбуждения или его проведения.

ИННЕРВАЦИЯ

На деятельность сердца – сложной авторегуляторной и регулируемой системы– оказывает влияние множество факторов, в т.ч. двигательная вегетативная иннервация – парасимпатическая и симпатическая. Парасимпатическая иннервация осуществляется терминальными варикозными окончаниями аксонов блуждающего нерва, а симпатическая – окончаниями аксонов адренергических нейронов шейного верхнего, шейного среднего и звёздчатого (шейно-грудного) ганглиев. Аксоны парасимпатических и симпатических вегетативных нейронов вместе проходят в составе небольших пучков. Терминальные отделы аксонов вблизи кардиомиоцитов имеют варикозные расширения (варикозности), регулярно расположенные по длине аксона на расстоянии 5–15 мкм друг от друга. Вегетативные нейроны не образуют нервно-мышечных синапсов, характерных для скелетной мышцы. Варикозности содержат нейромедиаторы, откуда и происходит их секреция. Расстояние от варикозностей до кардиомиоцитов в среднем составляет около 1 мкм. Молекулы нейромедиаторов высвобождаются в межклеточное пространство и путём диффузии достигают своих рецепторов в плазмолемме группы кардиомиоцитов. В контексте представления о сердце как о сложной авторегуляторной системе чувствительная иннервация сердца (как вегетативная, так и соматическая) должна рассматриваться как часть системы регуляции кровотока.

Двигательная вегетативная иннервация

Эффекты парасимпатической и симпатической иннервации реализуют соответственно мускариновые холинергические (м-холинорецепторы) и адренергические рецепторы плазмолеммы разных клеток сердца (кардиомиоциты рабочие и особенно атипические, внутрисердечные нейроны собственного нервного аппарата).

Парасимпатическое влияние вызывает отрицательный хронотропный эффект. Уменьшается частота генерации импульсов пейсмейкерами, снижается скорость проведения импульса в волокнах Пуркинье, уменьшается частота и сила сокращения рабочих кардиомиоцитов.

Ацетилхолин через м-холинорецепторы вызывает уменьшение частоты сердечных сокращений, ингибируя образование цАМФ и активируя образование цГМФ. цГМФ активирует цГМФ-зависимую киназу, подавляющую активность потенциалозависимых Са2+-каналов.

Активация симпатических нервов вызывает положительный инотропный эффект. Увеличивается частота спонтанной деполяризации мембран водителе ритма, облегчается проведение импульса в волокнах Пуркинье, увеличиваете частота и сила сокращения типичных кардиомиоцитов.

184

Действие катехоламинов на кардиомиоциты через β1-адренорецепторы обусловлено радом последующих событий: стимуляция β-адренорецептора адреномиметиком (например, норадреналином) → через G-белок активируется аденилатциклаза с образованием цАМФ → активация цАМФ-зависимой протеинкиназы → фосфорилирование белка р27 сарколеммы → в саркоплазму увеличивается вход кальция через открытые потенциалозависимые Са2+-каналы → усиливается кальций-индуцированная мобилизация Са2+ в цитозоль через активированные рецепторы рианодина → в саркоплазме значительно повышается концентрация Са2+ → связывание Са2+ с ТnС снимает ингибирующее действие тропомиозина на взаимодействие актина с миозином → образуется большее количество актомиозиновых связей → увеличивается сила сокращения.

Йодсодержащие гормоны Т3 и Т4 активируют гены, кодирующие Са2+-АТФазу, Nа++-АТФазу, β1-адренорецептор, транспортёр глюкозы, предсердный натрийуретический пептид. При повышенном содержании в крови Т3 и Т4 в кардиомиоцитах подавляется синтез тяжёлой β-цепи и увеличивается экспрессия гена, кодирующего тяжёлую α-цепь сердечного миозина.

МИФ-клетка – малая интенсивно флюоресцирующая клетка – разновидность нейронов, такие клетки найдены практически во всех вегетативных ганглиях. Это небольшая (диаметр 10–20 мкм) и безотростчатая (или с небольшим числом отростков) клетка, содержащая множество крупных гранулярных пузырьков диаметром 50–200 нм с катехоламинами.

РЕГЕНЕРАЦИЯ

При ишемической болезни сердца, кардиомиопатиях, миокардитах наблюдаются патологические изменения кардиомиоцитов, включая их гибель, что приводит к развитию сердечной недостаточности (нарушению насосной функции сердца). Репаративная регенерация кардиомиоцитов невозможна, т.к. они находятся в фазе G0 клеточного цикла, а аналогичные скелетномышечным клеткам-сателлитам G1-миобласты в миокарде отсутствуют. По этой причине погибшие кардиомиоциты замещаются соединительной тканью. Инфаркт миокарда– ишемический некроз участка сердечной мышцы, обычно обусловлен окклюзией коронарной артерии. Замещение погибших кардиомиоцитов соединительной тканью приводит к снижению сократительной способности миокарда и развитию сердечной недостаточности.

ГЛАДКАЯ МЫШЕЧНАЯ ТКАНЬ

Основной гистологический элемент гладкомышечной ткани – гладкомышечная клетка (ГМК), способная к гипертрофии и регенерации, а также к синтезу и секреции молекул межклеточного матрикса. 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.

185

миофиламенты – тонкие (актиновые) и толстые (миозиновые) нити – не образуют миофибрилл.

РАЗВИТИЕ

Камбиальные клетки эмбриона и плода (спланхномезодерма, мезенхима, нейроэктодерма) в местах закладки гладкой мускулатуры дифференцируются в миобласты, а затем – в зрелые ГМК, приобретающие вытянутую форму; их сократительные и вспомогательные белки формируют миофиламенты. ГМК в составе гладких мышц находятся в фазе G1 клеточного цикла и способны к пролиферации.

ГЛАДКОМЫШЕЧНАЯ КЛЕТКА

Морфофункциональная единица гладкой мышечной ткани – ГМК. Заострёнными концами ГМК вклиниваются между соседними клетками и образуют мышечные пучки, в свою очередь формирующие слои гладкой мускулатуры (см. рис. 18 на вклейке). В волокнистой соединительной ткани между миоцитами и мышечными пучками проходят нервы, кровеносные и лимфатические сосуды. Встречаются и единичные ГМК, например, в подэндотелиальном слое сосудов. Форма ГМК – вытянутая веретеновидная, часто отростчатая (рис. 7-12). Длина ГМК от 20 мкм до 1 мм (например, ГМК матки при беременности). Овальное ядро локализовано центрально. В саркоплазме у полюсов ядра расположены хорошо выраженный комплекс Гольджи, многочисленные митохондрии, свободные рибосомы, саркоплазматический ретикулум. Миофиламенты ориентированы вдоль продольной оси клетки. Базальная мембрана, окружающая ГМК, содержит протеогликаны, коллаген типов III и V. Компоненты базальной мембраны и эластин межклеточного вещества гладких мышц синтезируются как самими ГМК, так и фибробластами соединительной ткани.

Сократительный аппарат

В ГМК актиновые и миозиновые нити не формируют миофибрилл, характерных для поперечнополосатой мышечной ткани. Молекулы гладкомышечного актина образуют стабильные актиновые нити, прикреплённые к плотным тельцам и ориентированные преимущественно вдоль продольной оси ГМК. Миозиновые нити формируются между стабильными актиновыми миофиламентами при сокращении ГМК. Сборку толстых (миозиновых) нитей и взаимодействие актиновых и миозиновых нитей активируют ионы кальция, поступающие из депо Са2+. Непременные компоненты сократительного аппарата - кальмодулин (Са2+-связывающий белок), киназа и фосфатаза лёгкой цепи гладкомышечного миозина.

Депо Са2+ – совокупность длинных узких трубочек (саркоплазматически ретикулум) и находящихся под сарколеммой многочисленных мелких пузырь ков (кавеолы). Са2+-АТФаза постоянно откачивает Са2+ из цитоплазмы ГМК

186

Рис. 7-12. Гладкомышечная клетка. Центральное положение в ГМК занимает крупное ядро. У полюсов ядра находятся митохондрии, эндоплазматический ретикулум и комплекс Гольджи. Актиновые миофиламенты, ориентированные вдоль продольной оси клетки, прикреплены к плотным тельцам. Миоциты формируют между собой щелевые контакты [46].
Рис. 7-12. Гладкомышечная клетка. Центральное положение в ГМК занимает крупное ядро. У полюсов ядра находятся митохондрии, эндоплазматический ретикулум и комплекс Гольджи. Актиновые миофиламенты, ориентированные вдоль продольной оси клетки, прикреплены к плотным тельцам. Миоциты формируют между собой щелевые контакты [46].

в цистерны саркоплазматического ретикулума. Через Са2+-каналы кальциевых депо ионы Са2+ поступают в цитоплазму ГМК. Активация Са2+-каналов происходит при изменении мембранного потенциала и при помощи рецепторов рианодина и инозитолтрифосфата.

Плотные тельца (рис. 7-13). В саркоплазме и на внутренней стороне плазмолеммы находятся плотные тельца– аналог Z-линий поперечнополосатой мышечной ткани. Плотные тельца содержат α-актинин и служат для прикрепления тонких (актиновых) нитей.

Щелевые контакты связывают соседние ГМК и необходимы для проведения возбуждения (ионный ток), запускающего сокращение ГМК.

Сокращение

В ГМК, как и в других мышечных тканях, работает актомиозиновый хемомеханический преобразователь, но АТФазная активность миозина в гладкомышечной ткани значительно ниже активности АТФазы миозина поперечнополосатой мышцы. Медленное образование и разрушение актинмиозиновых мостиков требуют меньшего количества АТФ. Отсюда, а также из факта лабильности миозиновых нитей (их постоянная сборка и разборка при

187

Рис. 7-13. Сократительный аппарат гладкомышечной клетки. Плотные тельца содержат α-актинин, это аналоги Z-линий поперечнополосатой мышцы. В саркоплазме они связаны сетью промежуточных филаментов, в местах их прикрепления к плазматической мембране присутствует винкулин. Актиновые нити прикреплены к плотным тельцам, миозиновые миофиламенты формируются при сокращении [41].
Рис. 7-13. Сократительный аппарат гладкомышечной клетки. Плотные тельца содержат α-актинин, это аналоги Z-линий поперечнополосатой мышцы. В саркоплазме они связаны сетью промежуточных филаментов, в местах их прикрепления к плазматической мембране присутствует винкулин. Актиновые нити прикреплены к плотным тельцам, миозиновые миофиламенты формируются при сокращении [41].

сокращении и расслаблении соответственно) вытекает важное обстоятельство – в ГМК медленно развивается и длительно поддерживается сокращение.

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 мембранного потенциала открывают потенциалозависимые Са2+-каналы плазмолеммы, и в цитоплазме ГМК повышается концентрация Са2+. Этот Са2+ активирует рецепторы рианодина кальциевых депо.

Лиганд через свой рецептор активирует G-белок (Gp), который в свою очередь активирует фосфолипазу С. Фосфолипаза С катализирует образование инозитолтрифосфата. Инозитолтрифосфат активирует рецепторы инозитолтрифосфата, связанные с кальциевыми каналами саркоплазматического ретикулума.

Активация рецепторов рианодина и инозитолтрифосфата в кальциевых депо открывает их Са2+-каналы, и поступающий в миоплазму Са2+ связывается с кальмодулином.

Кальмодулин (аналог тропонинаС поперечнополосатой мышечной ткани) активирует киназу лёгких цепей миозина, катализирующую фосфорилирование одной из лёгких цепей миозина. Фосфорилирование лёгких цепей миозина служит сигналом 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

188

миофиламентов между миозиновыми. В результате гидролиза АТФ разрушаются актинмиозиновые 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 определяются концентрацией свободного Са2+, окружающего миофиламенты.

Расслабление

Лиганд связывается с рецептором и активирует G-белок (Gs), который в свою очередь активирует аденилатциклазу, катализирующую образование цАМФ. Последний активирует работу кальциевых насосов, откачивающих Са2+ из саркоплазмы в полость саркоплазматического ретикулума. При низкой концентрации Са2+ в саркоплазме фосфатаза лёгких цепей миозина осуществляет дефосфорилирование лёгкой цепи миозина, что приводит к инактивации молекулы миозина. Дефосфорилированный миозин теряет сродство к актину, что предотвращает образование поперечных мостиков. Расслабление ГМК заканчивается разборкой миозиновых нитей.

ИННЕРВАЦИЯ

Симпатические (адренергические) и отчасти парасимпатические (холинергические) нервные волокна иннервируют ГМК. Нейромедиаторы диффундируют из варикозных терминальных расширений нервных волокон в межклеточное пространство. Последующее взаимодействие нейромедиаторов с их рецепторами в плазмолемме вызывает сокращение либо расслабление ГМК. Существенно, что в составе многих гладких мышц, как правило, иннервированы (точнее находятся рядом с варикозными терминаяями 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.

ГУМОРАЛЬНАЯ РЕГУЛЯЦИЯ

Рецепторы плазмолеммы ГМК многочисленны. В мембрану ГМК встроены рецепторы ацетилхолина, гистамина, атриопептина, ангиотензина, адреналина, норадреналина, вазопрессина и множество других. Агонисты, связываясь со своими рецепторами в мембране ГМК, вызывают сокращение или расслабление ГМК. ГМК разных органов различно реагируют (сокращением либо расслаблением) на одни и те же лиганды. Это обстоятельство объясняется тем, что существуют разные подтипы конкретных рецепторов с характерным распределением в разных органах.

  • Гистамин действует на ГМК через Н1-рецепторы.
    Бронхиальная астма. Взаимодействие комплекса Аг–AT с тучной клеткой приводит к их дегрануляции и выбросу гистамина. Гистамин через

189

  • рецепторы типа Н1 плазмолеммы ГМК бронхов активирует Gp -белок, который в свою очередь активирует фосфолипазу С. Фосфолипаза С катализирует образование инозитолтрифосфата, стимулирующего высвобождение Са2+ из его депо. Повышение концентрации Са2+ в саркоплазме вызывает сокращение ГМК и, как следствие, сужение просвета бронхиального дерева – бронхоспазм.
  • Анафилактический шок. Выделяющийся в ответ на аллерген из базофилов гистамин активирует рецепторы типа Н1 в ГМК артериол. Через Gs-белок активируется аденилатциклаза, катализирующая образование цАМФ. цАМФ усиливает работу кальциевого насоса в мембране саркоплазматического ретикулума. Уменьшение концентрации Са2+ в саркоплазме ГМК вызывает их расслабление, что сопровождается резким падением АД (коллапс).
  • Норадреналин, выделяющийся из симпатических нервных волокон, взаимодействует с ГМК через адренорецепторы двух типов: α и β.
  • Вазоконстрикция. Норадреналин взаимодействует с α-адренорецепторами ГМК стенки артериол, что приводит к сокращению ГМК, вазоконстрикции и повышению АД.
    Перистальтика кишечника. Адреналин и Норадреналин подавляют перистальтику кишечника, вызывая расслабление ГМК через α-адренорецепторы.

ТИПЫ МИОЦИТОВ

В основе классификации ГМК находятся различия в их происхождении, функциональных и биохимических свойствах. По функциональным свойствам различают тонические и фазные ГМК. Агонист в тонических ГМК вызывает постепенную деполяризацию мембраны (ГМК пищеварительного тракта). Фазные ГМК (vas deferens) генерируют потенциал действия и имеют относительно быстрые скоростные характеристики.

Висцеральные ГМК

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 иннервацию висцеральных ГМК, обеспечивая вовлечение всех ГМК в процесс сокращения. Сокращение ГМК медленное, волнообразное. Промежуточные филаменты образованы десмином и виментином.

ГМК кровеносных сосудов

ГМК кровеносных сосудов развиваются из мезенхимы кровяных островков. Сокращение ГМК сосудистой стенки опосредуют иннервация и гуморальные факторы. Промежуточные филаменты содержат как десмин, так и виментин.

ГМК радужной оболочки

ГМК радужной оболочки имеют нейроэктодермальное происхождение. Они формируют мышцы, расширяющие и суживающие зрачок. Мышцы получают вегетативную иннервацию. Двигательные нервные окончания подходят к каждой ГМК

190

НЕМЫШЕЧНЫЕ СОКРАЩАЮЩИЕСЯ КЛЕТКИ

Миоэпителиальные клетки

Миоэпителиаяьные клетки имеют эктодермальный генез и экспрессируют белки, характерные и для эктодермального эпителия (цитокератины 5, 14, 17), и для ГМК (гладкомышечные актин, α-актинин). Миоэпителиальные клетки окружают секреторные отделы и выводные протоки слюнных, слёзных, потовых, молочных желёз, прикрепляясь при помощи полудесмосом к базальной мембране. От тела клетки отходят отростки, охватывающие эпителиальные клетки желёз (рис. 7-14). Стабильные актиновые миофиламенты, прикреплённые к плотным тельцам, и нестабильные миозиновые, формирующиеся в процессе сокращения, – сократительный аппарат миоэпителиальных клеток. Сходное строение актомиозинового хемомеханического преобразователя в миоэпителиальных клетках и в ГМК указывает на идентичный механизм сокращения этих клеток. Сокращаясь, Миоэпителиальные клетки способствуют продвижению секрета из концевых отделов по выводным протокам желёз. Ацетилхолин из холинергических нервных волокон стимулирует сокращение миоэпителиальных клеток- слёзных желёз, окситоцин – лактирующих молочных желёз.

Миофибробласты

Миофибробласты проявляют свойства фибробластов и ГМК. При заживлении раны часть фибробластов начинает синтезировать гладкомышечные актины и миозины. Дифференцирующиеся Миофибробласты способствуют сближению раневых поверхностей. Миофибробласты также встречаются при фиброматозах, фиброзах лёгких, печени, почек.

Движение клеток

Способность клеток к движению наблюдается уже в раннем эмбриогенезе (гаструляция, направленная миграция клеток в места закладки будущих органов). Во взрослом организме часть клеток утрачивает подвижность, формируя клеточные пласты, сети, ансамбли (эпителиальные клетки, нейроны,

Рис. 7-14. Миоэпителиальная клетка. Корзинчатой формы клетка окружает секреторные отделы и выводные протоки желёз. Клетка способна к сокращению, обеспечивает выведение секрета из концевого отдела [42]. Рис. 7-14. Миоэпителиальная клетка. Корзинчатой формы клетка окружает секреторные отделы и выводные протоки желёз. Клетка способна к сокращению, обеспечивает выведение секрета из концевого отдела [42].

191

миоциты), другие клетки должны активно перемещаться для выполнения своих функций (лейкоциты, камбиальные клетки при регенерации, сперматозоиды). Перемещение клеток осуществляется при помощи жгутика и/или посредством амебоидных движений.

Движение клетки при помощи жгутика

Жгутик содержит аксонему– мотор с тубулин-динеиновым хемомеханическим преобразователем. Подвижность сперматозоидов обеспечивает аксонема, расположенная в хвостовой нити.

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.

Адгезия. Амебоидное движение невозможно без адгезии клетки к субстрату. Молекулы точечной адгезии (интегрины) обеспечивают прикрепление клетки к молекулам межклеточного матрикса. Так, клетки нервного гребня имеют несколько интегриновых рецепторов к различным молекулам межклеточного матрикса. In vitro AT к СЕ β2 молекулы интегрина блокируют прикрепление клеток к фибронектину, ламинину, коллагенам.

  • Миграция нейтрофилов в зону воспаления начинается с адгезии к эндотелию. Интегрины (α4β7) 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.

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

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.

192


На главную
Комментарии
Войти
Регистрация
Status: 408 Request Timeout