Нервно-мышечный синапс гладкой мышцы

Унитарные и мультиунитарные типы гладких мышц иннервируются тремя категориями нервов: нервы вегетативной нервной системы (симатиче- ские — артерии, и парасимпатические — цилиарная мышца и пищеварительный тракт); нервы собственных сплетений в пределах гладкой мышцы (преимущественно пищеварительный тракт); нервы афферентных чувствительных нейронов, которые рефлекторно активируют гладкие мышцы.

Значение иннервации гладкой мышцы иллюстрируется тем фактом, что иннервация гладких мышц пищеварительного тракта осуществляется большим количеством нейронов, чем скелетной мускулатуры.
Нервные волокна распространяются по поверхности мышечного слоя и образуют при этом не концевые пластинки (как в скелетной мышце), а многочисленные расширения (варикозы) по ходу нервных волокон. В среднем варикозы в нервных волокнах, иннервирующих, например, гладкими мышцами артерий и вен, имеют размеры порядка 2 мкм в длину и 1 мкм в диаметре и встречаются с интервалом 5—10 мкм. В местах варикозов нервное волокно не имеет слоя шванновских клеток, и химические субстанции путем простой диффузии высвобождаются из варикозных расширений нервных волокон. В варикозах содержится два типа везикул, наполненных медиаторами. Маленькие плотные везикулы, в которых содержится ацетилхолин, норадреналин и АТФ, и большие плотные везикулы, содержащие норадреналин, АТФ и нейропептиды (кальцитонин-ген- связанный пептид, нейропептид Y и вазоактивный интестинальный пептид). Ацетилхолин и норадреналин являются медиаторами, высвобождающимися в гладкой мышце. Возбуждающий и тормозный эффект этих медиаторов обусловлен типом адрено- и холинорецепторов на мембране конкретной гладкой мышцы. Процесс высвобождения медиатора идентичен таковому в нервно-мышечном синапсе, однако такой синапс в гладкой мышце нередко называется контактным соединением. Так, в муль- тиунитарной гладкой мышце щель между мембраной гладкомышечной клетки и нервом очень мал (порядка 20—30 мкм) и в эта мышца имеет такой же латентный период реакции на действие медиатора, как в скелетной мышце. В случае, если расстояние для диффузии высвобождаемого в варикозах медиатора является большим (диффузионный контакт), то в ответ на возбуждение нерва сокращение гладкой мышцы начинается через 0,2—30 с.
Рецепторы на мембране гладкой мышцы связываются с субстанциями, которые циркулируют и крови или образуются локально в самих тканях. В результате гладкая мышца способна реагировать открытием ионных каналов в мембране гладкомышечных клеток, что вызывает эффекты сокращения или расслабления гладких мышц, обусловливающие функции внутренних органов: моторики и секреции в пищеварительном тракте, увеличение или уменьшение силы и частоты сокращения сердца, расслабление или сокращение гладких мышц кровеносных сосудов. Молекулярный механизм сокращения гладкой мышцы
Сокращение гладкой мышцы активируется так же, как и в скелетной мышце, увеличением внутриклеточной концентрации ионов кальция. В гладкомышечных клетках, в которых отсутствует саркоплазматический ретикулум, ионы Са2+ диффундируют через кальциевые ионные каналы из интерстициальной среды. Деполяризация мембраны гладкомышечных клеток и/или генерация потенциалов действия открывает потенциалзависимые натриевые и кальциевые ионные каналы, вызывая входящий внутрь клетки натриевый и кальциевый ток. Большинство ионов Са2+ диффундируют внутрь гладкомышечных клеток в результате открытия потенциалзависимых кальциевых ионных каналов саркоплазмы. Открытие каналов происходит в течение 200—300 мс после деполяризации мембраны, поэтому в гладкой мышце длительный латентный период начала сокращения после раздражения гладкой мышцы.
Некоторые гладкомышечные клетки содержат умеренно развитый саркоплазматический ретикулум, который соприкасается с углублениями, или кавеолами, сарколеммы (рис. 2.37). В этом случае потенциалы действия распространяются на мембрану кавеол, что вызывает выход ионов Са2+ из цистерн саркоплазматического ретикулума и повышение концентрации этих ионов в цитоплазме гладкомышечных клеток, что инициирует их сокращение. Высвобождение ионов Са2+ из саркоплазматического ретикулума гладкомышечных клеток может происходить в результате открытия кальциевых ионных каналов при участии системы G-белков, фосфолипазы С и вторичных посредников (инозитол-3-фосфата). В этом случае концен-

Рис. 2.37. Схематическое изображение кавеолы мембраны гладкомышечной клетки. В гладкомышечных клетках, в которых саркоплазматический ретикулум слабо развит и представлен лишь небольшими трубочками, мембрана образует специфические углубления, или кавеолы. Кавеолы наряду с небольшими размерами гладкомышечных клеток уменьшают расстояние диффузии ионов кальция из внеклеточного депо до сократительных филаментов, что связано с относительно медленной скоростью процессов сокращения и расслабления гладкой мышцы.

В мембране кавеол имеются потенциалзависимые кальциевые ионные каналы (Пк), хемозави- симые ионные каналы, через которые ионы кальция поступают внутрь гладкомышечных клеток и вызывают их сокращение. Ионы кальция из саркоплазмы гладкомышечных клеток с помощью вторично активного транспорта выводятся в интерстициальную среду, что сопровождается расслабление гладкой мышцы. ИФЗ — инозитол-3-фосфат, Ац — ацетилхолин, М — хо- линорецептор.
трация ионов Са2+ в саркоплазме увеличивается без увеличения проницаемости этих ионов через клеточную мембрану, что также сопровождается сокращением гладкой мышцы.
В условиях покоя в цитоплазме гладкомышечных клеток концентрация ионов кальция в среднем составляет незначительную величину — 100— 150 нМ/л. В покое концентрация ионов кальция в саркоплазме гладкомышечных клеток зависит от ионного состава цитозольной и внеклеточной сред, температуры тканей. Так, в цитозоле гладких мышц сосудов концентрация ионов кальция равна в среднем 79 нМ/л, а в сердечных — 155 нМ/л. Напротив, минимальная концентрация ионов кальция в цитозоле гладких мышечных клеток, при которой начинается мышечное сокращение, в среднем составляет 200 нМ/л, а максимальное сокращение гладкие мышцы развивают при концентрации в саркоплазме ионов Са2+ 0,8—1,0 мкМ/л. В зависимости от указанных концентраций ионов кальция в цитозоле прямо пропорционально изменяется сила сокращения гладкомышечных клеток. При этом в гладких мышцах увеличение концентрации ионов Са2+ может происходить под действием различных факторов (растяжение мембраны, спонтанная электрическая активность, действие нейротрансмиттеров, гормонов).
В гладкомышечных клетках отсутствует белок тропонин, с которым в скелетных мышечных клетках связываются ионы Са2+, инициируя их сокращение. В гладких мышцах функцию, аналогичную тропонину, выполняет белок кальмодулин. После повышения концентрации ионов Са2+ в саркоплазме гладкомышечных клеток выше пороговой величины они связываются с белком кальмодулином, и комплекс «ионы Са2+—кальмодулин» активирует фермент миозиновую киназу, который фосфорилирует одну из легких цепей головок миозина.

После этого головки поперечных мостиков миозина приобретают способность циклически связываться с актином по типу «замыкание—сокращение—размыкание» (как в скелетной мышце). АТФ является источником энергии для актомиозинового взаимодействия в гладкой мышце и необходима для отсоединения поперечных мостиков миозина от актинового филамента. Это обусловливает повторение цикла поперечных мостиков «замыкание—сокращение—размыкание».
Гладкая мышца в отличие от поперечно-полосатой имеет значительно больший латентный период в связи с медленной диффузией ионов Са2+ через мембрану гладкомышечных клеток из интерстициальной среды. Поэтому после распространения потенциалов действия по сарколемме гладкомышечных клеток они начинают сокращаться через 50—100 мс. Максимум сокращения достигается примерно через 500 мс после его начала, а затем в течение 1—2 с в гладких мышечных клетках медленно уменьшается сила сокращения, и они полностью расслабляются через 1—3 с. В разных группах гладких мышц период сокращения гладких мышц может варьировать от 0,2 до 30 с, например в гладкой мышце матки. Медленное начало и окончание мышечного сокращения в гладких мышцах обусловлено низкой скоростью работы цикла «замыкание—размыкание» поперечных мостиков и низкой скоростью процесса электромеханического сопряжения. Кроме того, цикл «замыкание—сокращение—размыкание» поперечных мостиков миозина в гладких мышечных клетках совершается с частотой примерно в 10—300 раз меньшей, чем в скелетной мышце. Наконец, поперечные мостики миозина могут находиться длительное время в замкнутом состоянии с нитями актина, что обусловлено низкой АТФаз- ной активностью головок поперечных мостиков миозина, медленным гидролизом АТФ.
В гладкой мышце взаимодействие сократительных филаментов актина и миозина имеет свою физиологическую особенность. Это проявляется в том, что в гладкой мышце после развития максимального напряжения происходит снижение степени активации сократительного аппарата, которое проявляется в замедлении процесса размыкания в циклической работе поперечных мостиков миозина. Подобный феномен получил название механизма «замка». Механизм «замка» дает возможность гладкой мышце не снижая силу сокращения, осуществлять процесс сокращения при низких энергетических затратах. Функциональное значение механизма «замка» заключается в поддержании длительного, на протяжении многих часов, тонического сокращения гладкой мышцы, как при минимальных затратах энергии, так и при незначительной активности нервов, иннервирующих гладкомышечные клетки. Низкий расход АТФ в процессе сокращения гладкомышечных клеток обусловлен тем, что миозиновых филаментов примерно в 15 раз меньше, чем тонких актиновых нитей. Поэтому скорость сокращения волокон гладких мышц и скорость расщепления в них АТФ в 100—1000 раз меньше, чем в скелетных мышцах. Считается, что для развития одного и того же по величине напряжения гладкой мышце требуется от '/ю до 7зоо части энергии скелетной мышцы. Это обусловлено низкой скоростью работы поперечных мостиков в цикле «замыкание—размыкание», на один цикл которого независимо от его длительности расходуется энергия одной молекулы АТФ. Этот механизм сокращения гладкой мышцы чрезвычайно экономичен для энергетики организма, поскольку в организме человека гладкие мышцу кишечника, мочевого пузыря и других полых органов находятся в практически постоянном тоническом сокращении. Молекулярный механизм расслабления гладкой мышцы
Расслабление гладкомышечных клеток осуществляется при участии фермента — миозиновой фосфатазы, от концентрации которой в саркоплазме зависит скорость расслабления гладкой мышцы. Прекращение генерации потенциалов действия на мембране гладкомышечной клетки вызывает снижение концентрации ионов Са2+ в ее саркоплазме ниже порогового уровня путем активного транспорта ионов кальция в саркоплазматический ретикулум при участии Са2+-АТФазы и выведения ионов кальция из цитозоля через сарколемму с помощью Са2+-АТФазы, а также путем облегченной диффузии при участии На+/Са2+-обменника. При низкой концентрации ионов Са2+ в цитозоле фермент миозиновая фосфатаза дефосфорили- рует легкую белковую цепь головки поперечного мостика миозина; в результате прекращается цикл «замыкание—размыкание» и гладкая мышца расслабляется до исходной длины мышечных волокон. Физиологические параметры сокращения гладкой мышцы
По аналогии с поперечно-полосатой мышцей, основными физиологическими параметрами сокращения скелетных мышц человека являются сила, скорость развития силы и укорочения мышцы, мощность и работа гладкой мышцы.
При сокращении гладкая мышцы развивает максимальную силу, которая нередко больше (4—6 кг/см2), чем сила сокращения скелетной мышцы (2—3 кг/см2). Гладкая мышца способна укорачиваться во время сокращения на 2/3 ее максимальной длины (скелетная мышца — не более ’/з—’А

А — исходная длина гладкомышечной клетки при расслаблении, Б — длина глакдомышечной клетки существенно уменьшается при ее сокращении. СПР — саркоплазматический ретикулум.
своей длины). Эта особенность гладких мышечных клеток делает возможным гладкомышечным висцеральным органам изменять свой диаметр в широком диапазоне. Объясняется это свойство тем, что в гладкомышной клетке актиновые филаменты имеют разную длину. Поэтому во время сокращения актиновые и миозиновые филаменты имеют оптимальную длину перекрывания, несмотря на изменение длины мышцы. Кроме того, широкий диапазон изменения диаметра висцеральных органов обусловлен тем, что актиновые филаменты в гладкомышечных клетках длиннее, чем в клетках скелетной мышцы, и поэтому могут продвигаться на большую длину относительно миозиновых филаментов (рис. 2.38). Гладкие мышцы полых висцеральных органов способны восстанавливать в течение нескольких секунд или минут начальную силу своего сокращения после укорочения или, наоборот, растяжения мышечных волокон. Это обусловлено наличием феномена в полых висцеральных органах так называемой стресс-релаксации. Суть феномена стресс-релаксации состоит в том, что механизм «замка» первочально препятствует растяжению стенки полых висцеральных органов. Затем в гладкомышечных волокнах совершается новый цикл «размыкание—замыкание» поперечных мостиков миозина с нитями актина. В результате длина гладкой мышцы может непрерывно изменяться, а напряжение стенки полых висцеральных органов остается постоянным. Благодаря этому феномену внутри них давление сохраняется на постоянном значении, несмотря на изменение их объема.
Например, увеличение объема жидкости в мочевом пузыре вызывает

растяжение его стенок и повышает внутрипузырное давление. В среднем через 15—60 с путем стресс-релаксации происходит увеличение длины гладкомышечных клеток и давление внутри мочевого пузыря восстанавливается до начального уровня.

<< | >>

↑

Источник: Ткаченко Б.И. Нормальная физиология человека. 2005

Еще по теме Нервно-мышечный синапс гладкой мышцы:

- Кардиология - Физиология человека - Философия здоровья -