• на главную
  • admin@modernmif.ru
 
 



.
Деловую Arcadia Быстрый старт .
 
 
.
Предыдущая | Содержание | Следующая

Процессы, протекающие в мышечной клетке сердца

Образование поперечных мостиков, которое происходит после активации мыш­ цы в качестве подготовки к сокращению, дает мышце возможность для развития силы и (или) укорочения. Произойдет ли первое или второе, или некая комбинация обоих явлений зависит, прежде всего, от того, что допустимо при условии внешних сил, при­ ложенных к мышце во время сокращения. Например, активация мышцы, чьи концы жестко фиксированы, заставляет ее развить напряжение, но она не может укорачи­ ваться. Это явление носит название изометрического (с фиксированной Миной) сокращения. Сила, которую развивает мышца во время изометрического сокращения, указывает на ее максимальную способность к развитию напряжения. В противопо­ложном случае активация нефиксированной мышцы заставляет ее сокращаться без развития силы, поскольку нет объекта, против которого данная сила могла бы быть приложена. Такой тип сокращения носит название изотонического (с фиксирован­ным напряжением). В данных условиях мышца укорачивается с максимально воз­ можной для нее скоростью (называемой V ), которая определяется максимально возможной скоростью протекания цикла образования поперечных мостиков. Если к мышце добавить нагрузку, то это снизит скорость и степень ее укорочения. Таким образом, процесс сокращения мышцы зависит как от внутренних свойств мышцы, так и от внешних сил, приложенных к мышце в процессе сокращения. Мышечные клетки стенки желудочка функционируют при действии различных сил во время различных фаз каждого сердечного цикла. Чтобы понять функцию желудочков, мы должны, преж­ де всего, исследовать, как сердечная мышца ведет себя, когда на нее воздействуют различные силы.

Изометрическое сокращение: взаимоотношения длины и напряжения.
Влияние длины мышцы на поведение сердечной мышцы во время изометрического
сокращения представлено на рис. 3-8. В верхней части показана экспериментальная
установка для измерения силы мышцы в покое и во время сокращения при трех раз­
личных вариантах ее длины. В средней части рисунка представлены временные харак­
теристики мышечного напряжения при каждом варианте первоначальной ее длины и
на нижней части рисунка показан график результатов исследования напряжения мыш­
цы в зависимости от ее длины. -Ш^"


Первый важный факт, который виден на рис. 3-8, заключается в том, что необхо­ дима сила для того, чтобы покоящуюся мышцу растянуть до различной длины. Эта сила носит название напряжения покоя. Нижняя кривая на графике на рис. 3-8 пока­зывает напряжение покоя, измеренное при различной длине мышцы, она называется кривой зависимости напряженияот длины в покое. Когда мышца стимулируется с целью вызвать ее сокращение, в то время как ее длина остается постоянной, данная мышца демонстрирует дополнительный компонент напряжения, называемый актив­ным напряжением. Общее напряжение, развиваемое мышцей во время сокращения, является суммой напряжения покоя и активного напряжения.


Второй важный факт, представленный на рис. 3**8, заключается в том*что актив­ ное напряжение, развиваемое сердечной мышцей во время процесса изометрического сокращения, в значительной степени, зависит от длины мышцы, при которой происхо­ дит сокращение. Активное напряжение достигает своего максимума при некой проме­ жуточной длине, обозначаемой как Lmax . Небольшое активное напряжение возникает при очень небольшой или при очень значительной длине мышцы. В норме сердечная мышца работает при длине, существенно меньшей, чем Lmax , так что увеличение длины мышцы приводит к увеличению напряжения, развиваемого во время изометрического сокращения

Существуют три отдельных механизма, которые предложены для объяснения вза­имоотношений между длиной мышцы и развиваемым ею напряжением. Первый меха­ низм предполагает, что данная взаимосвязь зависит от степени нахлеста толстой и тонкой нитей саркомера в покое. Гистологические исследования показывают, что из­ менения в длине покоя целой мышцы связаны с пропорциональными изменениями в отдельных саркомерах. Максимальное напряжение возникает в саркомере длиной от 2,2до2,Змкм. При длине саркомера менее = 2 мкм противостоящие тонкие волоконца могут пойти внахлест или изогнуться и поэтому помешать развитию активного напря­ жения, как показано в верхней части рис 3-8. При больших значениях длины сарко­ мера перехлест может быть не достаточен для оптимального образования поперечных мостиков.

Второй (и, возможно, самый важный) механизм основан на зависящем от длины изменении чувствительности миофиламентов к кальцию. При малой длине, по-види­ мому, активируется только часть потенциальных поперечных мостиков при данном по­ вышении концентрации кальция в клетке. При большей длине активируется большее количество поперечных мостиков, что ведет к повышению активного напряжения. Это изменение чувствительности к кальцию происходит мгновенно после изменения в длине без какой-либо временной отсрочки.Датчик, ответственный за определяемою длиной активацию сердечной мышцы, представляется связанным с молекулой тропонина С, но механизм этого действия не до конца понятен.

Третий механизм базируется па наблюдении, что на протяжении нескольких ми­нут после удлинения покоящейся сердечной мышцы, отмечается возрастание количе­ ства кальция, которое освобождается во время возбуждения, что сопряжено с даль­ нейшим увеличением силы сокращения Считается, что чувствительные к растяжению ионные каналы в клеточных мембранах могут быть ответственны за эту отсроченную реакцию

Не совсем ясно, в какой степени каждый из перечисленных механизмов вносит вклад в силу сокращения сердечной мышцы в каждый данный момент, но это и не очень важно для наших целей. В любом случае зависимость развития активного напряжения от длины мышцы является фундаментальным свойством сердечной мышцы, которое оказывает исключительно важное воздействие на функцию сердца

Изотоническое сокращение и сокращеннее постнагрузкой. Во время сокра­ щения, называемого изотоническим {с фиксированной нагрузкой-)), мышца сокра­ щается, преодолевая постоянную нагрузку Мышца сокращается изотонически при подъеме определенной массы, например, масса в 1 г, как показано на рис. 3-9 Данная масса в 1 г, помещенная на мышцу, приведет к определенному изменению ее длины в покое, что можно охарактеризовать кривой зависимости напряжения от длины мыш­ цы в покое

Если бы мышца изометрически сокращалась при данной длине, то она была бы способна создать определенное напряжение, например, 4,5 г, как показано пунктир ной линией на графике рис. 3-9.


Сократительное напряжение величиной в 4,5 г, очевидно, не может возникнуть при подъеме массы в i г. Когда мышца обладает сократительным потенциалом, превы­ шающим то напряжение, которое она реально развивает, то мышца укорачивается. Таким образом, при изотоническом сокращении длина мышцы уменьшается при по­ стоянном напряжении, как показано горизонтальной стрелкой из точки 1 в точку 3 на рис. 3-9.

По мере сокращения мышцы, между тем, ее сократительный потенциал уменьша­ ется, как изображено нисходящей частью кривой максимального изометрического напряжения на рис. 3-9. Существует определенная небольшая длина, при которой



мышца способна создавать напряжение величиной только в 1 г, и когда данная длина достигнута, дальнейшее сокращение должно быть прекращено". Таким образом, кри­ вая диаграммы зависимости напряжения от длины сердечной мышцы, которая показы­ вает, насколько большое изометрическое напряжение способна развить мышца при различных величинах длины, также указывает предел, до которого может происхо­ дить сокращение мышцы при различных нагрузках.

На рис. 3-9 также показан комплексный тип мышечного сокращения, называе­мого изотоническим сокращением с постнагрузкой, при котором нагрузка на поко­ ящуюся мышцу, преднагрузка, и нагрузка на мышцу во время сокращения, общая нагрузка, различны На примере, изображенном на рис 3-9, преднагрузка равна 1 г и, поскольку дополнительная нагрузка в 2 г (постнагрузка) добавляется во время сокращения, то общая нагрузка составляет 3 г.

Так как преднагрузка определяет длину мышцы в покое, то оба варианта изото­ нического сокращения, которые показаны на рис 3-9, начинаются с одинаковой длины Из-за различных условий нагрузки, тем не менее, мышца с постнагрузкой должна увеличить общее напряжение до 3 г, прежде чем начнется укорочение Пер­ воначальное напряжение будет развиваться изометрически и его можно предста­ вить, как происходящее из точки 1 в точку 4 на диаграмме зависимости напряжения от длины Поскольку мышца генерирует достаточное напряжение, чтобы уравнять общую нагрузку, ее выход напряжения фиксируется на величине вЗ г и теперь мыш­ ца будет сокращаться изотонически, поскольку ее сократительный потенциал все еще превышает ее выходпо напряжению Это изотоническое сокращение представ­лено в виде горизонтального отрезка на диаграмме зависимости напряжения от дли­ны вдоль линии из точки 4 в точку 5 Как при любом изотоническом сокращении, укорочение должно прекратиться, когда мышечный потенциал развития напряже­ ния существенно уменьшается в результате изменения длины, которая должна быть эквивалентна нагрузке на мышцу

Обратите внимание, что мышца, испытывающая постнагрузку, укорачивается в мень­ шей степени, чем мышца, не испытывающая постнагрузки, даже в том случае, если обе мышцы начали сокращение при одинаковой первоначальной длине Факторы, которые воздействуют на степень сокращения сердечной мышцы в условиях постнагрузки, пред­ставляют для нас особый интерес, поскольку, как мы увидим, ударный объем определяет­ ся тем, насколько сильно сокращается сердечная мышца при этих условиях.

Сократительная способность сердечной мышцы. Целая группа факторов, помимо первоначальной длины мышцы, может воздействовать на потенциал образова­ ния напряжения сердечной мышцы Любое вмешательство, увеличивающее макси­мальное изометрическое напряжение, которое может развитьмыища при фикси­ рованной длине, считается, что увеличивает сократительную способность сердечной мышцы В этом случае говорят, что такой фактор обладает положитель­ ным инотропным эффектом на сердце


Наиболее важным физиологическим регулятором сократительной способности сердечной мышцы является норадреналин. Когда норадреналин освобождается на мем­ браны клеток сердечной мышцы из симпатических нервов, он оказывает не только хронотропный эффект на частоту сердечных сокращений, что обсуждалось ранее, но и выраженный положительный инотропный эффект, который заставляет клетки сер­ дечной мышцы сокращаться быстрее и интенсивнее.

Положительное воздействие норадреналина на изометрический генерирующий напряжение потенциал представлен на рис 3-10, А Когда норадреналин содержится в растворе, омывающем сердечную мышцу, то последняя при любой длине развивает большее по величине изометрическое напряжение при условии стимуляции, чем это происходит при отсутствии норадреналина Кратко говоря, норадреналин увеличивает максимум кривой изометрического напряжения на графике зависимости напряжения от длины сердечной мышцы. Считается, что норадреналин увеличивает сократитель­ ную способность сердечной мышцы, так как он усиливает интенсивность сокращения мышцы, даже если ее длина остается постоянной. Изменения сократительной спо­ собности и первоначальной длины могут происходить одновременно, но, по определе­ нию, изменения сократительной способности подразумевают сдвиг от одного пика изометрической кривой зависимости напряжения от длины к другому.


На рис. 3-10, В показано, как подъем пика изометрической кривой зависимости напряжения от длины поддействием норадреналина увеличивает степень сокращения мышцы в условиях постнагрузки. При условии постоянства величин преднагрузки и общей нагрузки при наличии норадреналина происходит более мощное сокращение, чем в условиях отсутствия медиатора. Так происходит, потому что, когда сократи­ тельная способность возрастает, потенциал образования напряжения равен общей нагрузке при меньшей длине мышцы. Обратите внимание, что норадреналин не оказы­ вает воздействия на зависимость напряжения от длины в условиях покоя Таким обра­ зом, норадреналин вызывает более мощное сокращениепутем изменения конечной, а не начальной длины мышцы при сокращении в условиях постнагрузки

ния сигнала включает активацию G ^-протеин-цАМФ-протеинкиназы А, которая фос- форилирует Саг+ канал, увеличивая поток кальция внутрь клетки на этапе плато по­тенциала действия Это увеличение притока кальция не только обусловливает увели­ чение внутриклеточного содержания Са1* при данном сокращении, но также приводит к депонированию кальция в клетке, что позволяет использовать данный ион в большем количестве во время последующей деполяризации Это увеличение содержания сво­ бодного Са2+ во время активации позволяет образоваться большему количеству попе­ речных мостиков и развиться большему напряжению

Поскольку норадреналин также вызывает фосфорилирование регуляторного бел­ка, фосфоламбана, на кальциевом АТФазном насосе саркоплазматического ретикулу- ма, скорость возврата кальция в SR возрастает и интенсивность расслабления также увеличивается Это явление носит название положительного батмотропного эф­ фекта Таким образом, в присутствии катехоламинов систолическое сокращение не только более мощное, но и более краткое по времени12 |3

Показано, что увеличение парасимпатической активности оказывает на сердце небольшой отрицательный инотропный эффект Предполагается, что в предсердии, где данное воздействие наиболее выражено, отрицательный инотропный эффект воз­ никает благодаря сокращению времени потенциала действия я уменьшению количе­ства Са2+, которое поступает в клетки во время потенциала действия

Изменение частоты сердечных сокращений также оказывает влияние на сократи­ тельную способность сердца Помните, что небольшое количество внеклеточного Са3""" поступает в клетки во время фазы плато каждого потенциала действия По мере увели­чения частоты сердечных сокращений, в клетки поступает большее количество Са2+ в минуту Происходит накопление внутриклеточного Саг+ и большее количество Са2* поступает в саркоплазматический ретикулум при каждом потенциале действия Таким образом, вслед за внезапным увеличением частоты сердечных сокращений следует прогрессирующее увеличение силы сокращения до уровня высокого плато Такое яв­ ление носит название феномена лестницы (или treppe ) Изменения сократительной способности, возникающие в результате внутреннего механизма, иногда обозначают­ ся как гомометрическая ауторегуляцая Значение такой, связанной с частотой сер­ дечных сокращений, модуляции сократимости при нормальной деятельности желу­ дочков в настоящее время остается неясным

Сократительная способность изолированной сердечной мышцы часто оценивает­ся по максимальной скорости сокращения препарата мышцы во время изотонических сокращений при различных вариантах общей нагрузки Полученные данные исполь­ зуются для создания так называемой зависимости скорости от силы мышцы, как показано на рис 3-11 А Зависимость скорости от силы указывает на замену развития силы скоростью сокращения, заложенную в механизме сокращения всех мышц На изометрическую способность мышцы генерировать силу указывает точка, где кривая


пересекает ось силы Точка, где кривая зависимости скорости от силы пересекает ось скорости, носит название Vmax Эта точка Утал тесно коррелируете активностью актин- миозиновой АТФазы мышцы и как считается, указывает на максимально возможную скорость взаимодействия между тонкими и толстыми нитями в пределах саркомера Значение ^тахобычно используют как показатель сократительной способности изо­ лированной сердечной мышцы

На рис 3-11 В показано влияние норадреналина {или другого инотропного фактора) на зависимость скорости от силы Обратите внимание, что как пик изо­ метрического напряжения, так и Vmax возрастают по мере увеличения сократитель­ ной способности экспериментального препарата


.