Механизм сокращения

В ГМК, как и в других мышечных элементах, работает актомиозиновый хемомеханический преобразователь, но АТФазная активность миозина в ГМК приблизительно на порядок величины ниже активности АТФазы миозина поперечнополосатой мышцы. Отсюда, а также из факта лабильности миозиновых нитей (их постоянная сборка и разборка при сокращении и расслаблении соответственно) вытекает важное обстоятельство — в ГМК медленно развивается и длительно поддерживается сокращение. При поступлении сигнала к ГМК (через рецепторы плазмолеммы и щелевые контакты, а также при растяжении ГМК) сокращение ГМК запускают ионы кальция, поступающие из кальциевых депо. Рецептор Ca²⁺ — кальмодулин. Таким образом, увеличение содержания Ca²⁺ в миоплазме — ключевое событие для сокращения ГМК.

 Регуляция Ca²⁺ в миоплазме ГМК — процесс, начинающийся с изменения мембранного потенциала (МП) и/или связывания рецепторов плазмолеммы с их лигандами (регистрация сигнала) и заканчивающийся изменением режима работы Ca²⁺‑каналов в депо кальция (открытое или закрытое состояние Ca²⁺‑каналов).

 Изменения мембранного потенциала ГМК происходят при передаче возбуждения от клетки к клетке через щелевые контакты, а также при взаимодействии агонистов (нейромедиаторы, гормоны) с их рецепторами. Изменения МП открывают потенциалозависимые Ca²⁺‑каналы плазмолеммы, и в цитоплазме ГМК повышается концентрация Ca²⁺. Этот Ca²⁺ активирует рецепторы рианодина кальциевых депо (см. рис. 7–5 в книге).

 Рецепторы плазмолеммы ГМК многочисленны. При взаимодействии агонистов с их рецепторами (например, норадреналина, гистамина) на внутренней поверхности плазмолеммы активируется фосфолипаза С, и образуется второй посредник инозитолтрифосфат (ИТФ). ИТФ активирует рецепторы ИТФ кальциевых депо (см. рис. 7–5 в книге).

 Активация рецепторов рианодина и инозитолтрифосфата в кальциевых депо открывает их Са²⁺‑каналы, и поступающий в миоплазму Са²⁺ связывается с кальмодулином.

 Сокращение и расслабление гмк

 Сокращение. При связывании Ca²⁺ с кальмодулином (аналог тропонина С поперечнополосатой мышечной ткани) происходит фосфорилирование лёгкой цепи миозина при помощи киназы лёгких цепей — сигнал для сборки миозиновых нитей и их последующего взаимодействия с тонкими нитями. Фосфорилированный (активный) миозин прикрепляется к актину, головки миозина изменяют свою конформацию, и совершается одно гребковое движение, т.е. втягивание актиновых миофиламентов между миозиновыми. В результате гидролиза АТФ разрушаются актин–миозиновые связи, головки миозина восстанавливают свою конформацию и готовы к образованию новых поперечных мостиков. Продолжающаяся стимуляция ГМК поддерживает формирование новых миозиновых миофиламентов и вызывает дальнейшее сокращение клетки. Таким образом, сила и продолжительность сокращения ГМК определяется концентрацией свободного Са²⁺, окружающего миофиламенты.

Двусторонняя полярность поперечных мостиков. Особенностью миозиновых нитей ГМК является двусторонняя полярность их поперечных мостиков. Шарнирные приспособления мостиков таковы, что мостики, прикреплённые к одной стороне миозиновых филаментов, тянут актиновые нити в одну сторону. Одновременно мостики, расположенные на другой стороне, тянут их в противоположную сторону. Особенность подобной организации гладкой мышцы позволяет ей укорачиваться во время сокращения до 80% и не ограничиваться 30%, как это имеет место в скелетной мышце. Более высокой степени укорочения способствует и тот факт, что актиновые нити прикреплены к плотным тельцам, а не к Z-линиям, и миозиновые мостики могут взаимодействовать с актиновыми нитями на значительно большей протяжённости их длины.

 Расслабление. При уменьшении содержания Ca²⁺ в миоплазме (постоянное откачивание Ca²⁺ в депо кальция) происходит дефосфорилирование лёгкой цепи миозина при помощи фосфатазы лёгких цепей миозина. Дефосфорилированный миозин теряет сродство к актину, что предотвращает образование поперечных мостиков. Расслабление ГМК заканчивается разборкой миозиновых нитей.

Запирательный феномен. Цикл поперечных мостиков, определяющий сокращение, зависит от интенсивности миозинкиназной и миозинфосфатазной ферментных систем. Полноценное сокращение, возникшее в ГМК, продолжает удерживаться длительное время, несмотря на то, что уровень активации может быть ниже исходного значения. Энергия для поддержания удерживаемого сокращения минимальна, иногда меньше 1/300 затрат энергии на подобное поддерживаемое сокращение скелетной мышцы. Этот феномен называется «запирательным механизмом». Его физиологическое значение заключается в поддержании длительного тонического сокращения мускулатуры большинства полых внутренних органов.

 Время сокращения и расслабления. Прикрепление миозиновых мостиков к актину, их освобождение от актина и новое прикрепление для очередного цикла в ГМК намного (в 10–300 раз) медленнее, чем в скелетной. Фазы укорочения и расслабления ГМК длятся в среднем от 1 до 3 сек, что в десятки раз продолжительнее сокращения скелетной мышцы.

 Сила сокращения гладкой мышцы, несмотря на небольшое количество миозиновых нитей и замедленный цикл поперечных мостиков, подчас превышает силу, развиваемую скелетной мышцей. В расчёте на поперечное сечение сила гладкой мышцы составляет от 4 до 6 кг на 1 см², в то время как для скелетной мышцы этот показатель равен 3–4 кг. Такая сила объясняется более продолжительным временем прикрепления миозиновых мостиков к актиновым нитям.

 Стресс-релаксация гладкой мышцы. Существенной особенностью гладкой мышцы является её способность возвращаться в несколько секунд или минут к исходной величине силы сокращения после удлинения или укорочения мышцы. Например, резкое увеличение объёма жидкости в мочевом пузыре так растягивает его мышцу, что немедленно приводит к повышению давления в пузыре. Однако спустя 15 сек или несколько более, несмотря на продолжающееся растяжение пузыря, давление возвращается к исходному уровню. Если давление снова повышается, то снова повторяется тот же эффект. Резкое уменьшение объёма пузыря приводит вначале к значительному падению давления, но несколько секунд или минут спустя оно возвращается к исходному уровню. Это явление получило название стресс-релаксация и обратная стресс-релаксация (обратная стабилизация напряжения). Стабилизация напряжения и обратная стабилизация напряжения происходят в результате изменения положения миозиновых поперечных мостиков на актиновых филаментах и необходимы для поддержания постоянного давления в полых внутренних органах.

 Энергия, необходимая для поддержания сокращения гладкой мышцы, составляет от 1/10 до 1/300 по сравнению со скелетной мышцей. Подобного рода экономное использование энергии важно, поскольку многие внутренние органы — мочевой пузырь, жёлчный пузырь и другие — поддерживают тоническое сокращение практически постоянно.

Немышечные сокращающиеся клетки

Помимо мышечных элементов, в организме присутствуют и немышечные клетки, способные осуществлять сокращение на основе актомиозинового хемомеханического преобразователя, реже при помощи аксонемы. К таким клеткам относятся миоэпителиальные, миофибробласты, клетки крови вне сосудистого русла и многие другие.

 Миоэпителиальные клетки находятся в слюнных, слёзных, потовых и молочных железах. Они расположены вокруг секреторных отделов и выводных протоков желёз. Стабильные актиновые нити, прикреплённые к плотным тельцам, и нестабильные миозиновые, формирующиеся в процессе сокращения, — сократительный аппарат миоэпителиальных клеток. Сокращаясь, миоэпителиальные клетки способствуют продвижению секрета из концевых отделов по выводным протокам. Ацетилхолин из холинергических нервных волокон стимулирует сокращение миоэпителиальных клеток слёзных желёз, окситоцин — лактирующих молочных желёз.

 Миофибробласты проявляют свойства фибробластов и ГМК. При заживлении раны часть фибробластов начинает синтезировать гладкомышечные актины, миозины и другие сократительные белки. Дифференцирующиеся миофибробласты способствуют сближению раневых поверхностей.