Meccanismo di contrazione muscolare brevemente

I processi di lavoro muscolare sono un complesso multi-livello di funzioni fisiologiche e biochimiche che sono vitali per il pieno funzionamento del corpo umano. Esternamente, tali processi possono essere osservati in esempi di movimenti volontari quando si cammina, si corre, si cambiano le espressioni facciali, ecc. Tuttavia, coprono una gamma molto più ampia di funzioni, compreso il lavoro dell'apparato respiratorio, degli organi digestivi e del sistema escretore. In ogni caso, il meccanismo della contrazione muscolare è supportato dal lavoro di milioni di cellule, in cui sono coinvolti elementi chimici e fibre fisiche.

Organizzazione muscolare strutturale

I muscoli sono formati da una varietà di fibre tissutali che hanno punti di attacco alle ossa dello scheletro. Si trovano in parallelo e interagiscono l'un l'altro nel processo di lavoro muscolare. Sono le fibre al ricevimento di impulsi che forniscono il meccanismo della contrazione muscolare. In breve, la struttura muscolare può essere rappresentata come un sistema costituito da molecole di sarcomero e miofibrille. È importante capire che ciascuno fibra muscolare formato da molteplici subunità di miofibrille, disposte longitudinalmente in relazione l'una con l'altra. Adesso è necessario considerare separatamente sarcomeri e filamenti. Perché svolgono un ruolo importante nei processi motori.

Sarcomeri e filamenti

I sarcomeri sono segmenti di fibre che sono separati dalle cosiddette piastre Z contenenti beta-actinina. I filamenti di actina si estendono da ciascuna piastra e gli spazi vuoti sono riempiti con analoghi della miosina spessi. Gli elementi di actina, a loro volta, sembrano stringhe di perline intrecciate in una doppia elica. In questa struttura, ogni perla è una molecola di actina e le molecole di troponina si trovano in aree con depressioni nelle spirali. Ciascuna di queste unità strutturali forma il meccanismo di contrazione e rilassamento della fibra muscolare, che si collega tra loro. Svolge un ruolo chiave nell'eccitazione delle fibre membrana cellulare. Contiene tubi invagination trasversali che attivano la funzione del reticolo sarcoplasmatico - questo sarà un effetto stimolante per tessuto muscolare.

Unità motrice

Ora vale la pena allontanarsi dalla struttura profonda del muscolo e considerare l'unità motoria nella configurazione generale del muscolo scheletrico. Questa sarà una collezione di fibre muscolari innervate dai processi del motoneurone. Il lavoro del tessuto muscolare, indipendentemente dalla natura dell'azione, sarà fornito dalle fibre incluse in un'unità motoria. Cioè, quando un motoneurone è eccitato, il meccanismo delle contrazioni muscolari viene attivato all'interno dello stesso complesso con i processi innervati. Una tale divisione nei motoneuroni consente di utilizzare in modo mirato muscoli specifici, senza inutili eccitanti unità motorie adiacenti. In realtà, l'intero gruppo muscolare di un organismo è diviso in segmenti di motoneuroni, che possono unirsi nel lavoro sulla contrazione o il rilassamento e possono agire in modo diverso o alternato. La cosa principale è che sono indipendenti l'uno dall'altro e funzionano solo con i segnali del loro gruppo di fibre.

Meccanismi molecolari del lavoro muscolare

In accordo con il concetto molecolare dei fili scivolanti, il lavoro del gruppo muscolare e, in particolare, la sua riduzione si realizza nel corso dell'azione scorrevole di miosine e actine. Si realizza un complesso meccanismo di interazione di questi fili, in cui si possono distinguere diversi processi:

• La parte centrale del filamento della miosina è collegata ai fasci di actina.
• Il contatto raggiunto di actina con la miosina promuove il movimento conformazionale delle molecole di quest'ultimo. Le teste entrano nella fase di attività e si svolgono. In questo modo, i meccanismi molecolari della contrazione muscolare vengono eseguiti sullo sfondo della ristrutturazione dei fili degli elementi attivi in ​​relazione l'uno con l'altro.
• Poi c'è una discrepanza reciproca tra miosine e actina, seguita dal ripristino della porzione di testa di quest'ultimo.

L'intero ciclo viene eseguito più volte, a seguito del quale i fili sopra menzionati vengono spostati, e i segmenti Z dei sarcomeri si uniscono e si accorciano.

Proprietà fisiologiche del lavoro muscolare

Tra le principali proprietà fisiologiche del lavoro muscolare, c'è la contrattilità e l'eccitabilità. Queste qualità, a loro volta, sono causate dalla conduttività delle fibre, dalla plasticità e dalla proprietà degli automatismi. Per quanto riguarda la conduttività, assicura la diffusione del processo di eccitabilità tra i miociti sul nesso - questi sono speciali circuiti elettricamente conduttivi responsabili della conduzione dell'impulso di contrazione muscolare. Tuttavia, dopo la contrazione o il rilassamento, viene eseguito anche il lavoro delle fibre.

La plasticità è responsabile del loro stato calmo in una certa forma, che determina il mantenimento di un tono costante, in cui si trova attualmente il meccanismo della contrazione muscolare. La fisiologia della plasticità può manifestarsi sia nella forma di conservazione dello stato abbreviato delle fibre, sia nella loro forma allungata. Proprietà interessante e di automatizzazione. Determina la capacità dei muscoli di entrare nella fase di lavoro senza collegare il sistema nervoso. Cioè, i miociti producono indipendentemente impulsi ritmicamente ripetitivi per certe azioni delle fibre.

Meccanismi biochimici del lavoro muscolare

Un intero gruppo di elementi chimici è coinvolto nel lavoro dei muscoli, tra cui calcio e proteine ​​contrattili come la troponina e la tropomiosina. Sulla base di questa fornitura di energia, vengono eseguiti i processi fisiologici discussi sopra. La fonte di questi elementi è l'adenosina trifosfato acido (ATP), e la sua idrolisi. Allo stesso tempo, lo stock di ATP nel muscolo è in grado di fornire la contrazione muscolare solo per una frazione di secondo. Nonostante questo, le fibre possono rispondere agli impulsi nervosi in modo continuo.

Il fatto è che i meccanismi biochimici di contrazione e rilassamento muscolare con supporto ATP sono associati al processo di sviluppo di una riserva di macroerg sotto forma di creatina fosfato. Il volume di questa riserva è più volte superiore al titolo ATP e allo stesso tempo contribuisce alla sua generazione. Oltre all'ATP, il glicogeno può anche fungere da fonte di energia per i muscoli. A proposito, le fibre muscolari rappresentano circa il 75% dello stock totale di questa sostanza nel corpo.

Coniugazione di processi eccitatori e contrattili

A riposo, i filamenti delle fibre non interagiscono l'uno con l'altro facendo scorrere, poiché i centri dei legamenti sono chiusi dalle molecole della tropomiosina. L'eccitazione può avvenire solo dopo l'accoppiamento elettromeccanico. Questo processo è anche diviso in diverse fasi:

• Quando una sinapsi neuromuscolare viene attivata sulla membrana della miofibrilla, si forma un cosiddetto potenziale postsinaptico che accumula energia per l'azione.
• L'impulso stimolante dovuto al sistema di tubi diverge lungo la membrana e attiva il reticolo. Questo processo alla fine contribuisce alla rimozione delle barriere dai canali della membrana, lungo i quali vengono rilasciati gli ioni legati alla troponina.
• La proteina della troponina, a sua volta, apre i centri dei legamenti dell'actina, dopo di che diventa possibile il meccanismo delle contrazioni muscolari, ma per avviarlo richiederà anche un impulso corrispondente.
• L'uso dei centri aperti inizierà nel momento in cui si uniscono alle teste di miosina secondo il modello sopra descritto.

Il ciclo completo di queste operazioni avviene in media entro 15 ms. Il periodo dal punto iniziale di eccitazione delle fibre a una riduzione completa è chiamato latente.

Il processo di rilassamento del muscolo scheletrico

Quando i muscoli sono rilassati, il trasferimento inverso degli ioni Ca ++ avviene con il reticolo e i canali di calcio collegati. Nel processo di rilascio di ioni dal citoplasma, il numero di centri legamentosi viene ridotto, risultando nella separazione di filamenti di actina e miosina. In altre parole, i meccanismi di contrazione e rilassamento muscolare collegano gli stessi elementi funzionali, ma operano con essi in modi diversi. Dopo il rilassamento, può verificarsi un processo di contrattura durante il quale si osserva una contrazione costante delle fibre muscolari. Questo stato può persistere fino all'azione successiva dell'impulso irritante. C'è anche una contrattura di una breve azione, i prerequisiti per i quali è la contrazione tetanica in condizioni di accumulo di ioni con grandi volumi.

Riduzione di fase

Quando la muscolatura è innescata da un impulso irritante della forza di soglia, si verifica una singola contrazione in cui si possono distinguere 3 fasi:

• Il periodo di riduzione già citato è di tipo latente, durante il quale le fibre accumulano energia per eseguire azioni successive. In questo momento, i processi di accoppiamento elettromeccanici avvengono e i centri dei legamenti si aprono. In questa fase, viene preparato il meccanismo di contrazione della fibra muscolare, che viene attivato dopo la propagazione dell'impulso corrispondente.
• La fase di accorciamento dura in media 50 ms.
• La fase di rilassamento dura anche circa 50 ms.

Modalità di riduzione del muscolo

Il lavoro con una singola contrazione era considerato un esempio di meccanica della fibra muscolare "pura". Tuttavia, in condizioni naturali tale lavoro non viene svolto, poiché le fibre sono in risposta costante ai segnali dei nervi motori. Un'altra cosa è che, a seconda della natura di questa risposta, il lavoro può verificarsi nelle seguenti modalità:

• Le abbreviazioni si verificano a una frequenza di impulsi inferiore. Se l'impulso elettrico si propaga dopo il completamento del rilassamento, segue una serie di singoli atti di contrazione.
• L'alta frequenza dei segnali di impulso può coincidere con la fase di rilassamento del ciclo precedente. In questo caso, l'ampiezza in cui funzionava il meccanismo di contrazione muscolare verrebbe sommata, il che fornirebbe una contrazione a lungo termine con atti di rilassamento incompleti.
• Nelle condizioni di un aumento della frequenza degli impulsi, i nuovi segnali agiranno durante i periodi di accorciamento, che provocheranno una contrazione prolungata che non sarà interrotta dal rilassamento.

Frequenze ottimali e pessime

Le ampiezze delle contrazioni sono determinate dalla frequenza degli impulsi che irritano le fibre muscolari. In questo sistema di interazione di segnali e risposte, si può distinguere l'optimum e il pessimo della frequenza. Il primo è la frequenza, che al momento dell'azione sarà sovrapposta alla fase di maggiore eccitabilità. In questa modalità, è possibile attivare un meccanismo di contrazione muscolare di ampiezza ampia. A sua volta, il pessimo determina una frequenza più alta, il cui impulso cade sulla fase di refrattarietà. Di conseguenza, in questo caso, l'ampiezza diminuisce.

Tipi di lavoro dei muscoli scheletrici

Le fibre muscolari possono funzionare in modo dinamico, statico e dinamico-inferiore. Il lavoro dinamico standard sta superando - cioè, il muscolo al momento della contrazione sposta gli oggetti o le sue parti componenti nello spazio. L'effetto statico del muscolo è alleviato in qualche modo di stress, poiché in questo caso non è previsto alcun cambiamento nel suo stato. Il meccanismo dinamicamente inferiore della contrazione del muscolo scheletrico si innesca quando le fibre funzionano in tensione. La necessità di un allungamento parallelo può anche essere dovuta al fatto che il funzionamento delle fibre implica l'esecuzione di operazioni con corpi esterni.

In conclusione

I processi di organizzazione dell'azione muscolare collegano una varietà di elementi e sistemi funzionali. Il lavoro coinvolge una serie complessa di partecipanti, ognuno dei quali svolge il proprio compito. Si può vedere che nel processo di attivazione del meccanismo di contrazione muscolare anche i blocchi funzionali indiretti funzionano. Ad esempio, questo si applica ai processi di generazione del potenziale energetico per l'esecuzione di un lavoro o di un sistema di blocco dei centri dei legamenti attraverso il quale avviene la connessione di miosine e actine.

Il carico principale cade direttamente sulle fibre che eseguono determinate azioni sui comandi delle unità motorie. Inoltre, la natura della performance di un particolare lavoro può essere diversa. Sarà influenzato dai parametri dell'impulso guidato, nonché dallo stato attuale del muscolo.