1.2.3. Передача сигнала с плазмалеммы на сократительный аппарат миофибрилл

Сократительный аппарат скелетно—мышечного волокна приводится в активное состояние ионами Са²⁺.

Искусственное введение Са²⁺ в волокно тоже вызывает его сокращение. В покое концентрация ионов Са²⁺ в миоплазме весьма низка (10^—8 моль/л), она значительно ниже порога для запуска сокращения (10^—6 моль/л). В неповрежденное мышечное волокно этого типа даже при возбуждении внешний Са²+ входит в очень небольших количествах. Поэтому запуск сокращения здесь осуществляется за счет выброса Са²⁺ из его внутриклеточного депо — саркоплазматического ретикулума. Концентрация Са²⁺ в нем достигает 10^—4 моль/л.

То, что при возбуждении мышечных волокон в их миоплазме резко возрастает концентрация Са²⁺, демонстрируют опыты с экворином (белком светящихся медуз, реагирующим на Са²⁺ свечением). Если экворин введен в миоплазму волокна, то при каждом возбуждении (сокращении) регистрируется вспышка свечения (рис. 1.55). Выброс Са²⁺ из саркоплазматического ретикулума в миоплазму, а за ним и длительное сокращение (контрактура) могут быть провоцированы некоторыми фармакологическими агентами, например кофеином.

Проницаемость мембраны саркоплазматического ретикулума для Са²⁺ в покое мала, а утечка Са²⁺ компенсируется постоянной работой кальциевого насоса саркоплазматического ретикулума и, по—видимому, задерживается электрической поляризацией его мембраны. Выход Са²⁺ по концентрационному градиенту осуществляется при активации мембраны ретикулума, открытии в ней Са—каналов. Активация мембраны ретикулума происходит при распространении ПД внешней мышечной мембраны (ПД) на поперечные трубочки.

Рис. 1.55 Соотношение во времени потенциала действия мышцы (1), роста концентрации Са2+ в саркоплазме (2) и сокращения (3) на примере портняжной мышцы лягушки (при ОС)

Концентрацию Са2+ определяли с помощью экворина.

Рис. 1.56 Потенциалы действия наружной мембраны мышечного волокна (1) и мембраны его поперечных трубочек (2)

А — в норме; Б — ПДм и отсутствие ПД трубочек после разрушения последних; В, Г — соответствующие схемы регистрации.

Потенциал действия поперечной трубочки (Т—системы), как полагают, действует петлей своего тока на мембрану саркоплазматического ретикулума через электрический синапс, формируемый T—системой и концевой цистерной ретикулума (рис. 1.56). Локальное электрическое раздражение T—системы приводит к сокращению, локализованному в прилежащих саркомерах.

Таким образом, запуск сократительного акта производится следующей цепочкой процессов: ПД_м → ПД_{т—системы}→ активация мембраны саркоплазматического ретикулума → выход Са²⁺ в миоплазму → сокращение.

В мышцах, лишенных ПД_м, активация саркоплазматического ретикулума осуществляется петлей тока ПСП. После сокращения ионы Са²⁺ быстро всасываются в ретикулум и наступают расслабление, покой и вместе с тем готовность механизмов к новой реакции.

ПД Т—системы мышечного волокна регистрируется внутриклеточным микроэлектродом как дополнительный низкий и растянутый во времени пик, расположенный сразу вслед за пиком ПД_м. Функциональная мембранно—миофибриллярная (иначе электромеханическая) связь может быть нарушена. В частности, она нарушается при обработке мышцы гипертоническими растворами глицерина (400—800 ммоль/л) с последующей отмывкой нормальным раствором Рингера. В этой ситуации в связи с процессом вакуолизации Т—системы ликвидируются. При этом ПД_м полностью сохраняются, но исчезают ПД_{т—системы} и сократительные реакции в ответ на ПД поверхностной мембраны.