Доброго дня. Если кто не знает Вам советует и консультирует — Стефания Волна. Рассказываю свой опыт и знания в юриспруденции, которого в совокупности больше 15 лет, это дает возможность дать правильные ответы, на то, что может необходимо в различных ситуациях и сейчас рассмотрим — Механизм сокращения гладких мышц. Если в Вашем конкретном случае потребуется мгновенный ответ в своем городе или же онлайн, то, конечно же, лучше получить помощью на сайте. Или еще проще спросить в комментариях у постоянных читателей, которые ранее сталкивались с таким же вопросом.
Аttention please, данные могут быть неактуальными в момент прочтения, законы очень быстро обновляются и дополняются, поэтому ждем Вашей подписки на нас в соц. сетях, чтобы Вы были в курсе всех обновлений.
Цели и задачи. Целью работы являлось создание математических моделей для исследования электрической и механической функций однородного и неоднородного миокарда и выявление при помощи этих моделей возможных молекулярно-клеточных механизмов взаимодействия между механическими и электрическими процессами, а также физиологической и патофизиологической значимости механо-электрической обратной связи и механической неоднородности миокарда.
• в рамках построенных математических моделей выяснить основные закономерности и механизмы взаимодействия между механически неоднородными виртуальными мышцами при различных задержках стимуляции мышц, имитирующих последовательность проведения возбуждения;
Математическое моделирование нарушений электрической и механической функции миокарда при перегрузке кардиомиоцитов кальцием 2022 год, кандидат физико-математических наук Сульман, Татьяна Борисовна
Классическая биомеханика сердечной мышцы основывалась на постулате об однородности миокарда. Однако к настоящему времени накоплен обширный экспериментальный материал, свидетельствующий о структурной и функциональной неоднородности миокарда даже в рамках отдельных камер сердца, где неоднородность миокарда проявляется на всех уровнях функциональной интеграции: от молекулярного, клеточного, до тканевого. В патофизиологии сердца описаны изменения региональной функции камер сердца на фоне сердечной недостаточности и при аритмиях различного вида. В то же время физиологическая и патофизиологическая значимость феномена неоднородности практически не изучена. Так, до сих пор не были сформулированы базовые принципы и механизмы координации функции неоднородных кардиомиоцитов при условии их динамического электрического и механического взаимодействия, не было рассмотрено взаимное влияние последовательности активации и процесса сокращения неоднородного миокарда. Поэтому исследование неоднородности миокардиальной системы как самостоятельного фактора регуляции ее электромеханической функции является актуальной задачей в физиологии сердца, и использование математических моделей для изучения этого существенно более сложного по сравнению с однородным объекта приобретает принципиальное значение для решения этой задачи.
В отличие от скелетных мышц сила сокращения миокарда в значительной степени зависит от концентрации кальция во внеклеточной жидкости . Дело в том, что хорошо развитая система Т-трубочек, открываясь в окружающее внеклеточное пространство, заполнена внеклеточной (интерстициальной) жидкостью с высоким содержанием кальция. Таким образом, внеклеточная жидкость проникает глубоко внутрь волокон по системе Т-трубочек и служит необходимым источником ионов кальция для развития мышечного сокращения.
При активации гладкомышечной клетки ионы кальция могут входить в через дигидропиридин-чувствительные, потенциал-зависимые кальциевые каналы L- типа, которые располагаются в кавеолах – инвагинациях плазматической мембраны, контактирующих с саркоплазматическим ретикулумом. Кальциевые потенциал-зависимые каналы L- типа также активируются в ответ на растяжение мембраны, и результатом является деполяризация мембраны. Концентрация Са 2+ во внеклеточной жидкости приблизительно в 10 000 раз больше, чем в саркоплазме. Поэтому ионы Са 2+ довольно быстро входят в клетку через Са 2+ каналы. Небольшие размеры гладкомышечной клетки создают благоприятные условия для быстрой диффузии ионов Са 2+ к внутриклеточным участкам связывания. В дальнейшем ионы Са 2+ инициируют выход Са 2+ из депо – саркоплазматического ретикулума и активацию процесса сокращения гладкой мышцы. Для некоторых гладкомышечных клеток, например, составляющих мышечную стенку артериол, вход ионов Са 2+ через потенциал-зависимые Са 2+ -каналы определяет уровень внутриклеточной концентрации ионов Са 2+ . Для других типов гладких мышц этот путь повышения концентрации ионов Са 2+ в саркоплазме не существенен. Потенциал действия может также быть вызван активацией быстрых потенцал-зависимых Na + -каналов, например vas deferens мыши .
Сила сокращения кардиомиоцитов зависит от внеклеточного кальция, а скелетных мышц — нет.
Особенностью электромеханического сопряжения в сердечной мышце является то, что при возбуждении миокарда ионы кальция поступают в саркоплазму не только из цистерн саркоплазматического ретикулума, но также из Т-трубоче к. Без этого дополнительного источника ионов кальция сокращение сердечной мышцы было бы недостаточно сильным. Дело в том, что в отличие от скелетной мышцы саркоплазматический ретикулум в кардиомиоцитах развит слабее .
электрической активности и возникновением силы тяги мышцы за кость или началом изменения какой-либо другой механической характеристики движения. Этот показатель, получивший название электромеханический интервал (ЭМИ) или электромеханическая задержка (ЭМЗ), стал предметом исследования отечественных [9, 32, 33, 34, 35, 39] и особенно зарубежных авторов [56, 57, 83, 92, 94, 113, 120,136].
Влияние методики регистрации ЭМИ на его величину
Объем и структура диссертационной работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, списка литературы, включающего 139 источников, из которых 100 на иностранных языках. В тексте диссертации имеется 17 рисунков и 14 таблиц.
Использование ЭМИ для обработки ЭМГ
Среднее значение ЭМИ-Р трехглавой мышцы голени достоверно (Р 0,01) уменьшается с увеличением момента силы (рис. 14). Так, при силе равной 40% от максимума среднее значение ЭМИ-Р навно 55,3 (а=12,0) мс, а при 100% оно значительно меньше — 29,5 (а=10,3) мс. Влияние фактора составляет 48,1%. По-видимому, это связано с тем, что по мере увеличения силы сокращения мышцы возрастает доля участия быстрых мышечных волокон, процессы активации и расслабления в которых происходят быстрее. Поскольку процесс расслабления мышцы не является пассивным, а требует затрат энергии и времени для возврата ионов Са из клеточного пространства в саркоплазматический ретикулум, то можно предположить, что величина ЭМИ-Р отражает интенсивность работы кальциевого насоса и тип мышечных волокон, обеспечивающих силу сокращения мышцы.
2) в результате деполяризация мембраны открываются потенциал-зависимые медленные кальциевые каналы (время жизни 200 мс), и ионы Са 2+ поступают из внеклеточной среды, где их концентрация ≈ 2 ∙10 3 моль / л, внутрь клетки (внутриклеточная концентрация Са 2+ ≈10-7 моль / л);
Электромеханическое сопряжение в мышцах
3. Происходит процесс электромеханического сопряжения: он представляет собой преобразование электрического потенциала действия в механическое «скольжение» протофибрилл по отношению друг к другу. Этот процесс происходит в несколько этапов с обязательным посредством ионов кальция!
Биология и медицина
В состоянии покоя скольжения нитей в миофибрилле не происходит, так как центры связывания на поверхности актина закрыты молекулами белка тропомиозина (рис. 7.3, А, Б). Возбуждение (деполяризация) миофибриллы и собственно мышечное сокращение связаны с процессом элетромеханического сопряжения, который включает ряд последовательных событий.
Рис. 2.13. Роль Са 2+ в запуске сокращения мышцы
В сердечной мышце вход Са 2+ через L-тип Са 2+ -каналов является крайне важным для увеличения [Ca 2+ ]i в непосредственной близости от рианодиновых рецепторов саркоплазматического ретикулума. Этот триггерный Са 2+ активирует соседние кластеры рианодиновых рецепторов и побуждает их к еще большему освобождению Са 2+ в цитоплазму (так называемое вызванное Са 2+ освобождение Са 2+ ). Поэтому, если сердце поместить в бескальциевый раствор, оно сразу прекратит сокращаться. Отдельный эпизод Са 2+ -вызванного освобождения Са 2+ обеспечивает значительное, но локальное увеличение [Са 2+ ]i, так называемый Са 2+ спарк (spark — вспышка). Его можно увидеть под конфокальным микроскопом при добавлении Са 2+ -чувствительного красителя. При одновременном открытии большого количества L-типа Са 2+ -каналов в сердечной мышце возникает множество Са 2+ спарков, что приводит к глобальному увеличению [Са 2+ ]i.
Механизм электромеханического сопряжения в миокарде. Электрическая активность сердца. Электрокардиограмма.
Рис. 2.15. Электро-механическое сопряжение в скелетной мышце
Затем концентрация Са 2+ начинает снижаться, что является сигналом к прекращению цикла образования поперечных мостиков и мышца начинает расслабляться
Необходимо подчеркнуть, что Са 2+ управляет сокращением через регуляторные белки, а не через прямое взаимодействие с сократительными белками. В отсутствие Са 2+ эти регуляторные белки блокируют взаимодействие актина и миозина и тормозят сокращение. Связывание Са 2+ с этими белками приводит к конформационным изменениям регуляторного комплекса белков, которые устраняют их блокирующее действие.
Сократительные белки превращают энергию гидролиза АТФ в механическую энергию. Процесс циклического образования поперечных мостиков (рис. 2.16.) можно разделить на 5 этапов. Вначале головка миозина прикрепляется к нити актина за счет выделения кинетической энергии от предыдущего цикла и после того, как актомиозиновый комплекс освободит аденозиндифосфат (АДФ). В отсутствие АТФ система будет находиться в “ригидном” состоянии неопределенно долго. В стадии ригидности головка миозина располагается под углом 45 о по отношению к нитям актина и миозина.
52. Сердце, его гемодинамические функции.
Молекулы осуществляющие функцию движения в нашем теле ( а- кинезин, б- динеин, в- миозин). Б) «Молекулярный мотор» кинезина, при помощи которого молекула переносит по микротрубочкам различные вещества.
Потребности работающей мышцы в АТФ удовлетворяются за счет следующих ферментативных реакций:
1. Резерв в виде креатинфосфата. Быстрая регенерация АТФ может быть достигнута за счет переноса фосфатной группы креатинфосфата на АДФ (ADP) в реакции, катализируемой креатинкиназой [2]. Однако и этот мышечный резерв «высокоэргического фосфата» расходуется в течение нескольких секунд. В спокойном состоянии креатинфосфат вновь синтезируется из креатина. При этом фосфатная группа присоединяется по гуанидиновой группе креатина (N-гуанидино-N-метилглицина). Креатин, который синтезируется в печени, поджелудочной железе и почках, в основном накапливается в мышцах. Здесь креатин медленно циклизуется за счет неферментативной реакции [3] с образованием креатинина, который поступает в почки и удаляется из организма.
2 Анаэробный гликолиз. В мышечной ткани наиболее важным долгосрочным энергетическим резервом является гликоген. В покоящейся ткани содержание гликогена составляет до 2% от мышечной массы. При деградации под действием фосфорилазы гликоген легко расщепляется с образованием глюкозо-6-фосфата, который при последующем гликолизе превращается в пируват. При большой потребности в АТФ и недостаточном поступлении кислорода пируват за счет анаэробного гликолиза восстанавливается в молочную кислоту (лактат), которая диффундирует в кровь.
3. Окислительное фосфорилирование. В аэробных условиях образующийся пируват поступает в митохондрии, где подвергается окислению. Окислительное фосфорилирование — наиболее эффективный и постоянно действующий путь синтеза АТФ. Однако этот путь реализуется при условии хорошего снабжения мышц кислородом. Наряду с глюкозой, образующейся при расщеплении мышечного гликогена, для синтеза АТФ используются и другие \»энергоносители\», присутствующие в крови: глюкоза крови, жирные кислоты и кетоновые тела.
4. Образование инозинмонофосфата [ИМФ (IMP)]. Другим источником быстрого восстановления уровня АТФ является конверсия АДФ в АТФ и АМФ (AMP), катализируемая аденилаткиназой (миокиназой). Образовавшийся АМФ за счет дезаминирования частично превращается в ИМФ (инозинмонофосфат), что сдвигает реакцию в нужном направлении.
Из всех способов синтеза АТФ наиболее продуктивным является окислительное фосфорилирование. За счет этого процесса обеспечиваются потребности в АТФ постоянно работающей сердечной мышцы (миокарда). Вот почему для успешной работы сердечной мышцы обязательным условием является достаточное снабжение кислородом (инфаркт миокарда — это следствие перебоев в поступлении кислорода).
В высокоактивных (красных) скелетных мышцах источником энергии для рефосфорилирования АДФ служит окислительное фосфорилирование в митохондриях. В обеспечении этих мышц кислородом принимает участие миоглобин (Mb) — близкий гемоглобину белок, обладающий свойством запасать кислород. В малоактивных скелетных мышцах, лишенных красного миоглобина и поэтому белых, главным источником энергии для восстановления уровня АТФ является анаэробный гликолиз. Такие мышцы сохраняют способность к быстрым сокращениям, однако они могут работать лишь короткое время, поскольку при гликолизе образование АТФ идет с низким выходом. Спустя некоторое время мышцы истощаются в результате изменения рН в мышечных клетках.
Расщепление гликогена контролируется гормонами. Процесс гликогенолиза стимулируется адреналином (через b-рецепторы) за счет образования цАМФ и активации киназы фосфорилазы. Активация фосфорилазы наступает также при увеличении концентрации ионов Са 2+ во время мышечного сокращения.