Тетания и трупное окоченение. Ригорный комплекс

Мышечное расслабление Механизм расслабления. Роль АТФ-аз, АТФ.

Регуляция саркоплазматического кальция

Стимуляция мышечной активности за счет роста саркоплазматического кальция начинается с передачи нервного возбуждения на уровне нервно-мышечных синапсов. Возбуждение вызывает деполяризацию сарколеммы, распространяющуюся на ассоциированную Т-тубулярную систему и глубоко внутрь мышечного волокна. В свою очередь, деполяризация Т-тубулы распространяется на саркоплазматический ретикулум (СР), в результате в мембранах СР открываются потенциало-зависимые ворота кальциевых каналов. Из них кальций устремляется в саркоплазму, близко к миофибриллам. Присутствие кальция в непосредственной близости к тропонину С (одной из субъединиц тропонина) приводит к перемещению миозина. Такое явление сохраняется до тех пор, пока концентрация кальция в этом месте превышает 1 микромоль.

В норме прекращение сократительной активности и развитие состояния расслабления наступает вслед за исчезновением электрическоой активности в нервно-мышечном синапсе. Саркоплазматическая мембрана возвращается к потенциалу покоя (снаружи заряд более положительный, разница - 60 мв,). То же самое происходит во всей Т-тубулярной системе и мембране саркоплазматического ретикулума (СР). Затем саркоплазматический кальций закачивается обратно в цистерны СР посредством исключительно активного АТФ-зависимого кальциевого насоса. Са²⁺-АТФаза является одним из основных белков мембраны СР. За счет гидролиза каждой молекулы АТФ из саркоплазмы выводятся два иона кальция. Таким образом концентрация саркоплазматического кальция падает до 0,1 мкмоль и ниже, что в 50-100 раз меньше того уровня, который требуется для присоединения кальция к тропонину-С.

В мембране эндоплазматического ретикулума, в области цистерн, содержится большое количество гликопротеина - кальсеквестрина. Кальсеквестрин жадно связывает кальций, уменьшая его концентрацию в цистерне. Это благоприятствует аккумуляции кальция. Ещё одним местом накопления саркоплазматического кальция является митохондриальный матрикс. У митохондрий имеется активный кальциевый насос, работа которого зависит от хемиосмотического потенциала, формирующегося за счет транспорта электронов. В аэробных условиях этот насос использует энергию транспорта электронов для закачки кальция в митохондриальный матрикс. Этот процесс идет даже в ущерб синтезу АТФ.

Тетания, состояние чрезмерного мышечного сокращения, иногда развивается при длительной, повторной и суммирующейся стимуляции мышц. Причиной является истощение АТФ и других высокоэнергетических фосфатов, которые помогают поддерживать нормальный уровень АТФ. К высокоэнергетическим фосфатам в данном случае относятся другие нуклеозид трифосфаты (НТФ), креатин фосфат (КФ) и АДФ (см. уравнения 5,6 и 7). Эти реакции катализируют нуклеозид дифосфокиназа, креатин киназа и аденилат киназа, соответственно.

НТФ + АТФ ® НДФ + АТФ Уравнение 5

КФ + АДФ ® Креатин + АТФ Уравнение 6

АДФ + АДФ ® АМФ + АТФ Уравнение 7

Тетаническая стимуляция приводит к нарастанию кальция в саркоплазме и уменьшению АТФ. В результате при сильном мышечном сокращении кальций связан с тропонином-С, но нет АТФ, достаточного для перекачки кальция в цистерны СР и разрыва актомиозиновых поперечных мостиков. Тогда митохондрии получают преимущественную возможность для закачки кальция в свой матрикс. Тем самым создаются условия для удаления кальция, связанного с тропонином-С; места связывания миозина на тонких нитях закрываются, и мышца переходит в расслабленное состояние. Однако отсутствие АТФ оставляет миозин в низкоэнергетическом конформационном состоянии. Поэтому новые циклы мышечной стимуляции хотя и приводят к сокращению мышц, но сила его невелика. Об этой физиологической реакции говорят, как о мышечном утомлении.

Смерть выравнивает все реакции. Одним из первых наступает ионное равновесие во всех отсеках организма из-за потери ионными насосами своих источников энергии. В мышцах это приводит к перемещению кальция из цистерн и извне клетки в саркоплазму. Там его концентрация достигает высокого уровня, что вызывает конформационные изменения в тропонин-тропомиозиновом комплексе. Эти изменения таковы, что места связывания на тонких нитях становятся доступны для миозина. Развивающаяся в результате некотролируемая сократительная активность ускоряет процесс истощения источников АТФ, где все или почти все молекулы миозина вовлечены в поперечно связанные актомиозиновые комплексы. Такое состояние развивается в мышцах вскоре после смерти. Оно обусловлено большим количеством поперечных связей между толстыми и тонкими нитями и известно как трупное окоченение.