Шпаргалка по "Ботанике"

Во время следовой деполяризации  МП находится у критического уровня, поэтому даже допороговые стимулы  могут вызвать возбуждение клетки. Следовательно в этот момент ее возбудимость повышена. Эта фаза называется фазой  экзальтации или супернормальной  возбудимости.

В момент следовой гиперполяризации МП выше исходного уровня, т.е. дальше КУД и ее возбудимость снижена. Она  находится в фазе субнормальной  возбудимости. Следует отметить, что  явление аккомодации также связано  с изменением проводимости ионных каналов. Если деполяризующий ток нарастает  медленно, то это приводит к частичной  инактивации натриевых, и активации  калиевых каналов. Поэтому развития ПД не происходит.

 

9. Ультраструктура скелетного мышечного волокна. 

По морфологическим признакам  выделяют три группы мышц:

1) поперечно-полосатые мышцы (скелетные мышцы);

2) гладкие мышцы;

3) сердечную мышцу (или миокард).

Функции поперечно-полосатых  мышц:

1) двигательная (динамическая и статическая);

2) обеспечения дыхания;

3) мимическая;

4) рецепторная;

5) депонирующая;

6) терморегуляторная. Функции гладких мышц:

1) поддержание давления в полых органах;

2) регуляция давления в кровеносных сосудах;

3) опорожнение полых органов и продвижение их содержимого.

Функция сердечной мышцы  – насосная, обеспечение движения крови по сосудам.

Физиологические свойства скелетных  мышц:

1) возбудимость (ниже, чем в нервном волокне, что объясняется низкой величиной мембранного потенциала);

2) низкая проводимость, порядка 10–13 м/с;

3) рефрактерность (занимает по времени больший отрезок, чем у нервного волокна);

4) лабильность;

5) сократимость (способность укорачиваться или развивать напряжение).

Различают два вида сокращения:

а) изотоническое сокращение (изменяется длина, тонус не меняется); б) изометрическое сокращение (изменяется тонус без изменения длины волокна). Различают одиночные и титанические сокращения;

6) эластичность.

Физиологические особенности  гладких мышц.

Гладкие мышцы имеют те же физиологические свойства, что  и скелетные мышцы, но имеют и  свои особенности:

1) нестабильный мембранный потенциал, который поддерживает мышцы в состоянии постоянного частичного сокращения – тонуса;

2) самопроизвольную автоматическую активность;

3) сокращение в ответ на растяжение;

4) пластичность (уменьшение растяжения при увеличении растяжения);

5) высокую чувствительность к химическим веществам. Физиологической особенностью сердечной мышцы является ее автоматизм. Возбуждение возникает периодически под влиянием процессов, протекающих в самой мышце.

 

10. Механизмы сокращения и расслабления скелетных мышц.

Непосредственным источником энергии для мышечного сокращения является расщепление высокоэнергетического  вещества АТФ. В мышце происходит также промежуточная реакция, вовлекающая 2-ое высокоэнергетическое вещество –  креатинфосфат (КФ). Оно не может  действовать как непосредственный источник энергии, поскольку его  расщепление не оказывает влияние  на сократительные белки мышцы. КФ обеспечивает энергией ресинтез АТФ. В свою очередь, энергия для ресинтеза КФ обеспечивается окислением.

 Молекулярный механизм  сокращения мышечного волокна  состоит в том, что возникающий  на мембране в области концевой  пластинки потенциал действия  распространяется по системе  поперечных трубочек вглубь волокна,  вызывает деполяризацию мембран  цистерн саркоплазматического ретикулума  и освобождение из них ионов  кальция. Свободные ионы кальция  в межфибриллярном пространстве  запускают процесс сокращения. Совокупность  процессов, обуславливающих распространение  потенциала действия вглубь мышечного  волокна, выход ионов кальция  из саркоплазматического ретикулума, взаимодействие сократительных  белков и укорочение мышечного  волокна называют "электрическим  сопряжением". Энергия гребкового  движения одного мостика производит  перемещение на 1% длины актиновой  нити. Для дальнейшего скольжения  сократительных белков друг относительно  друга мостики между актином  и миозином должны распадаться  и вновь образовываться на  следующем центре связывания  Са2+-. Такой процесс происходит  в результате активации в этот  момент молекул миозина. Миозин  приобретает свойства фермента  АТФ-азы, который вызывает распад  АТФ. Выделившаяся при распаде  АТФ энергия приводит к разрушению  имеющихся мостиков и образованию  в присутствии Са2+новых мостиков  на следующем участке актиновой  нити. В результате повторения  подобных процессов многократного  образования и распада мостиков  сокращается длина отдельных  саркомеров и всего мышечного  волокна в целом. Максимальная  концентрация кальция в миофибрилле достигается уже через 3 мс после появления потенциала действия в поперечных трубочках, а максимальное напряжение мышечного волокна - через 20 мс.

 Весь процесс от  появления мышечного потенциала  действия до сокращения мышечного  волокна называется электромеханической  связью (или электромеханическим  сопряжением). В результате сокращения  мышечного волокна актин и  миозин более равномерно распределяются  внутри саркомера, и исчезает  видимая под микроскопом поперечная  исчерченность мышцы.

 

11. Энергетика мышечного сокращения.

При работе мышц химическая энергия превращается в механическую, т.е. мышца является химическим двигателем, а не тепловым. Для процессов сокращения и расслабления мышц потребляется энергия  АТФ. Расщепление АТФ с отсоединением  одной молекулы фосфата и образованием аденозиндифосфата (АДФ) сопровождается выделением 10 ккал энергии на 1 моль: АТФ = АДФ + Ф + Эн. . Однако запасы АТФ  в мышцах невелики (около 5 ммоль  • л-1). Их хватает лишь на 1 - 2 с  работы. Количество АТФ в мышцах не может изменяться, так как при  отсутствии АТФ в мышцах развивается  контрактура (не работает кальциевый насос  и мышцы не в состоянии расслабляться), а при избытке - теряется эластичность.

 Для продолжения работы  требуется постоянное восполнение  запасов АТФ. Восстановление АТФ  происходит в анаэробных условиях - за счет распада креатиносфата  (КрФ) и глюкозы (реакции гликолиза) - и в аэробных условиях - за  счет реакций окисления жиров  и углеводов. Энергосистемы, используемые  в качестве источников энергии,  обозначают как фосфагенная энергетическая  система или система АТФ-КрФ,  гликолитическая (или лактацидная)  система и окислительная (или  кислородная) система. 

 Быстрое восстановление  АТФ происходит в тысячные  доли секунды за счет распада  КрФ. АДФ + КрФ = АТФ + Кр. Наибольшей  эффективности этот путь энергообразования  достигает к 5-6-й секунде работы, но затем запасы КрФ исчерпываются,  так как их также немного  (около 30 ммоль ■ л-1).

 Медленное восстановление  АТФ в анаэробных условиях  обеспечивается энергией расщепления  глюкозы (выделяемой из гликогена) - реакцией гликолиза с образованием  в конечном итоге молочной  кислоты (лактата) и восстановлением  3 молекул АТФ. Эта реакция достигает  наибольшей мощности к концу  1-й минуты работы. Особое значение  этот путь энергообразования  имеет при высокой мощности  работы, которая продолжается от 20 с до 1 - 2 мин (например, при беге  на средние дистанции), а также  при резком увеличении мощности  более длительной и менее напряженной  работы (спурты и финишные ускорения  при беге на длинные дистанции)  и при недостатке кислорода  во время выполнения статической  работы. Ограничение использования  углеводов связано не с уменьшением  запасов гликогена (глюкозы) в  мышцах и в печени, а с угнетением  реакции гликолиза избытком накопившейся  в мышцах молочной кислоты. 

 Реакции окисления  обеспечивают энергией работу  мышц в условиях достаточного  поступления в организм кислорода,  т.е. при аэробной работе длительностью  более 2-3 мин. Доставка кислорода  достигает необходимого уровня  после достаточного развертывания  функций кислородтранспортных систем  организма (дыхательной, сердечнососудистой  систем и системы крови). Важным  показателем мощности аэробных  процессов является предельная  величина поступления в организм  кислорода за 1 мин - максимальное потребление кислорода (МПК). Эта величина зависит от индивидуальных возможностей каждого человека. У нетренированных лиц в 1 мин поступает к работающим мышцам около 2.5-3 л кислорода а у высококвалифицированных спортсменов - лыжников, пловцов, бегунов-стайеров и др. достигает 5-6л идаже7л в 1 мин.

 При значительной мощности  работы и огромной потребности  при этом в кислороде основным  субстратом окисления в большинстве  спортивных упражнений являются  углеводы, так как для их окисления  требуется гораздо меньше кислорода,  чем при окислении жиров. . При  использовании одной молекулы  глюкозы (С6Н12О6), полученной из  гликогена, образуется 38 молекул  АТФ, т.е. аэробный путь энергообразования  обеспечивает при том же расходе  углеводов во много раз больше  продукции АТФ, чем анаэробный  путь. Молочная кислота в этих  реакциях не накапливается, а  промежуточный продукт-пировиноградная  кислота сразу окисляется до  конечных продуктов - СО2 и Н20.

 В качестве источника  энергии жиры используются в  состоянии двигательного покоя,  при любой работе сравнительно  невысокой мощности (требующей до 50% МПК) и при очень длительной  работе на выносливость (требующей  около 70-80% МПК). Среди всех источников  энергии жиры обладают наибольшей  энергетической емкостью: при расходовании 1 моля АТФ выделяется около  10 ккал энергии, 1 моля КрФ - около  10.5 ккал, 1 моля глюкозы при анаэробном  расщеплении - около 50 ккал, а при  окислении 1 моля глюкозы - около  700 ккал, при окислении 1 моля жиров  - 2400 ккал (КоцЯ.М., 1982). Однако использование  жиров при работе высокой мощности  лимитируется трудностью доставки  кислорода работающим тканям. Работа  мышц сопровождается выделением  тепла. Теплообразование происходит  в момент сокращения мышц - начальное  теплообразование (оно составляет  всего одну тысячную всех энерготрат) и в период восстановления - запаздывающее  теплообразование.

 В обычных условиях  при работе мышц тепловые потери  составляют около 80% всех энерготрат. Для оценки эффективности механической  работы мышцы используют вычисление  коэффициента полезного действия (КПД). Величина КПД показывает, какая  часть затрачиваемой энергии  используется на выполнение механической  работы мышцы. Ее вычисляют  по формуле: 

 КПД= [А: (Е-е)] * 100%,

 где: А - энергия,  затраченная на полезную работу; Е - общий расход энергии; е  - расход энергии в состоянии  покоя за время, равное длительности  работы.

 У нетренированного  человека КПД примерно 20%, у спортсмена - 30-35%. При ходьбе наибольший КПД  отмечается при скорости 3.6-4.8. км  • час-1, при педалировании на  велоэргометре - при длительности  цикла около 1 с. С увеличением  мощности работы и включением "ненужных" мышц КПД уменьшается.  При статической работе, поскольку  А = 0, эффективность работы оценивается  по длительности поддерживаемого  напряжения мышц.

 

12. Одиночное мышечное сокращение, его фазы.

При единичном надпороговом раздражении двигательного нерва  или самой мышцы возбуждение  мышечного волокна сопровождается

 одиночным сокращением.  Эта форма механической реакции  состоит из 3 фаз: латентного или  скрытого периода, фазы сокращения  и фазы расслабления. Самой короткой фазой является скрытый период, когда в мышце происходит электромеханическая передача. Фаза расслабления обычно в 1.5-2 раза более продолжительна, чем фаза сокращения, а при утомлении затягивается на значительное время.

 

13. Суммация мышечных сокращений. Виды суммаций.

Суммация сокращений многих волокон. Когда центральная нервная  система посылает к мышце слабый сигнал, стимулируются преимущественно  более мелкие, а не крупные двигательные единицы. По мере увеличения силы сигнала  начинают возбуждаться все более  крупные моторные единицы, вплоть до самых крупных, часто имеющих  сократительную силу, превышающую до 50 раз силу мельчайших единиц. Этот процесс называют принципом размера. Он важен, поскольку во время слабых сокращений мышцы позволяет изменять силу сокращения постепенно, «шаг»  за «шагом». При необходимости развития сил большой величины «шаги» постепенно возрастают. Принцип размера основан  на том, что более мелкие двигательные единицы управляются тонкими  двигательными нервными волокнами, т.е. аксонами небольших мотонейронов спинного мозга, которые по сравнению  с крупными мотонейронами более  возбудимы и, естественно, возбуждаются первыми.

Другое важное свойство суммации сокращений многих мышечных волокон: разные двигательные единицы управляются  спинным мозгом асинхронно, поэтому  в сокращение вовлекаются поочередно, одна за другой, что обеспечивает плавное  сокращение даже при низких частотах нервных сигналов.