Возможный молекулярный механизм нелинейности мышечного сокращения и его экспериментальное обоснование

Возможный молекулярный механизм нелинейности мышечного сокращения и его экспериментальное обоснование

Исследованы сократительные процессы – изменения длины и силы мышечного волокна –при модулированной электростимуляции в зависимости от температуры физиологического раствора. Обнаруженные нелинейные эффекты мышечного сокращения объяснены в рамках оригинального молекулярного механизма. Досліджено скоро...

Повний опис

Збережено в:
Бібліографічні деталі
Опубліковано в: :Біополімери і клітина
Дата:2005
Автори: Ноздренко, Д.Н., Шут, А.Н., Прилуцкий, Ю.И.
Формат: Стаття
Мова:Russian
Опубліковано: Інститут молекулярної біології і генетики НАН України 2005
Теми:
Молекулярна біофізика
Онлайн доступ:https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/155120
Теги: Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:Возможный молекулярный механизм нелинейности мышечного сокращения и его экспериментальное обоснование / Д.Н. Ноздренко, А.Н. Шут, Ю.И. Прилуцкий // Біополімери і клітина. — 2005. — Т. 21, № 1. — С. 80-83. — Бібліогр.: 4 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
id nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-155120
record_format dspace
spelling Ноздренко, Д.Н.
Шут, А.Н.
Прилуцкий, Ю.И.
2019-06-16T09:21:32Z
2019-06-16T09:21:32Z
2005
Возможный молекулярный механизм нелинейности мышечного сокращения и его экспериментальное обоснование / Д.Н. Ноздренко, А.Н. Шут, Ю.И. Прилуцкий // Біополімери і клітина. — 2005. — Т. 21, № 1. — С. 80-83. — Бібліогр.: 4 назв. — рос.
0233-7657
DOI: http://dx.doi.org/10.7124/bc.0006E0
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/155120
577.3
Исследованы сократительные процессы – изменения длины и силы мышечного волокна –при модулированной электростимуляции в зависимости от температуры физиологического раствора. Обнаруженные нелинейные эффекты мышечного сокращения объяснены в рамках оригинального молекулярного механизма.
Досліджено скорочувальні процеси — зміни довжини і сили м'я­зового волокна — при модульованій електростимуляції залеж­но від температури фізіологічного розчину. Виявлені нелінійні ефекти м'язового скорочення витлумачено в рамках оригі­нального молекулярного механізму.
A study of the contracting processes of changing in the length and force of muscle fiber is carry ouied under the modulated electrical stimulation in the dependence of physiological solution temperature. The revealed nonlinear effects of muscle contraction are explained within the framework of molecular mechanism proposed.
ru
Інститут молекулярної біології і генетики НАН України
Біополімери і клітина
Молекулярна біофізика
Возможный молекулярный механизм нелинейности мышечного сокращения и его экспериментальное обоснование
Можливий молекулярний механізм нелінійності м'язового скорочення та його експериментальне обгрунтування
The possible molecular mechanism of the nonlinearity muscle contraction and its experimental substantiation
Article
published earlier
institution Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection DSpace DC
title Возможный молекулярный механизм нелинейности мышечного сокращения и его экспериментальное обоснование
spellingShingle Возможный молекулярный механизм нелинейности мышечного сокращения и его экспериментальное обоснование
Ноздренко, Д.Н.
Шут, А.Н.
Прилуцкий, Ю.И.
Молекулярна біофізика
title_short Возможный молекулярный механизм нелинейности мышечного сокращения и его экспериментальное обоснование
title_full Возможный молекулярный механизм нелинейности мышечного сокращения и его экспериментальное обоснование
title_fullStr Возможный молекулярный механизм нелинейности мышечного сокращения и его экспериментальное обоснование
title_full_unstemmed Возможный молекулярный механизм нелинейности мышечного сокращения и его экспериментальное обоснование
title_sort возможный молекулярный механизм нелинейности мышечного сокращения и его экспериментальное обоснование
author Ноздренко, Д.Н.
Шут, А.Н.
Прилуцкий, Ю.И.
author_facet Ноздренко, Д.Н.
Шут, А.Н.
Прилуцкий, Ю.И.
topic Молекулярна біофізика
topic_facet Молекулярна біофізика
publishDate 2005
language Russian
container_title Біополімери і клітина
publisher Інститут молекулярної біології і генетики НАН України
format Article
title_alt Можливий молекулярний механізм нелінійності м'язового скорочення та його експериментальне обгрунтування
The possible molecular mechanism of the nonlinearity muscle contraction and its experimental substantiation
description Исследованы сократительные процессы – изменения длины и силы мышечного волокна –при модулированной электростимуляции в зависимости от температуры физиологического раствора. Обнаруженные нелинейные эффекты мышечного сокращения объяснены в рамках оригинального молекулярного механизма. Досліджено скорочувальні процеси — зміни довжини і сили м'я­зового волокна — при модульованій електростимуляції залеж­но від температури фізіологічного розчину. Виявлені нелінійні ефекти м'язового скорочення витлумачено в рамках оригі­нального молекулярного механізму. A study of the contracting processes of changing in the length and force of muscle fiber is carry ouied under the modulated electrical stimulation in the dependence of physiological solution temperature. The revealed nonlinear effects of muscle contraction are explained within the framework of molecular mechanism proposed.
issn 0233-7657
url https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/155120
citation_txt Возможный молекулярный механизм нелинейности мышечного сокращения и его экспериментальное обоснование / Д.Н. Ноздренко, А.Н. Шут, Ю.И. Прилуцкий // Біополімери і клітина. — 2005. — Т. 21, № 1. — С. 80-83. — Бібліогр.: 4 назв. — рос.
work_keys_str_mv AT nozdrenkodn vozmožnyimolekulârnyimehanizmnelineinostimyšečnogosokraŝeniâiegoéksperimentalʹnoeobosnovanie
AT šutan vozmožnyimolekulârnyimehanizmnelineinostimyšečnogosokraŝeniâiegoéksperimentalʹnoeobosnovanie
AT priluckiiûi vozmožnyimolekulârnyimehanizmnelineinostimyšečnogosokraŝeniâiegoéksperimentalʹnoeobosnovanie
AT nozdrenkodn možliviimolekulârniimehanízmnelíníinostímâzovogoskoročennâtaiogoeksperimentalʹneobgruntuvannâ
AT šutan možliviimolekulârniimehanízmnelíníinostímâzovogoskoročennâtaiogoeksperimentalʹneobgruntuvannâ
AT priluckiiûi možliviimolekulârniimehanízmnelíníinostímâzovogoskoročennâtaiogoeksperimentalʹneobgruntuvannâ
AT nozdrenkodn thepossiblemolecularmechanismofthenonlinearitymusclecontractionanditsexperimentalsubstantiation
AT šutan thepossiblemolecularmechanismofthenonlinearitymusclecontractionanditsexperimentalsubstantiation
AT priluckiiûi thepossiblemolecularmechanismofthenonlinearitymusclecontractionanditsexperimentalsubstantiation
first_indexed 2025-11-26T01:43:00Z
last_indexed 2025-11-26T01:43:00Z
_version_ 1850605663690948608
fulltext I S S N 0233-7657. Біополімери і клітина. 2005 . Т. 2 1 . № 1 Возможный молекулярный механизм нелинейности мышечного сокращения и его экспериментальное обоснование Д. Н. Ноздренко, А. Н. Шут, Ю. И. Прилуцкий Киевский национальный университет имени Тараса Шевченко Ул. Владимирская, 64 , 0 1 0 3 3 Киев, Украина Исследованы сократительные процессы — изменения длины и силы мышечного волокна — при модулированной электростимуляции в зависимости от температуры физиологического раствора. Обнаруженные нелинейные эффекты мышечного сокращения объяснены в рамках оригинального молекулярного механизма. Ключевые слова: мышечное волокно, электростимуляция, нелинейный характер сокращения, молекулярные механизмы, температура, изотония. Введение. Мышца — это наиболее инерционный элемент двигательной системы, поэтому ее динами­ ка в значительной степени предопределяет свойст­ ва реальных движений биологических объектов. Есть основание [1, 2] полагать, что изменчивость динамических параметров мышцы обусловлена за­ висимостью скорости биохимических реакций, оп­ ределяющих образование и разрыв поперечных связей между актиновыми и миозиновыми фила- ментами, от величины температурного градиента и ряда параметров эфферентного стимуляционного воздействия. При этом изменение температуры при разнонаправленных деформациях мышечного во­ локна, связанных с частотными характеристиками стимулирующего сигнала, может быть обусловлено асимметрией скорости выхода из саркоплазматиче- ского ретикулума ионов кальция. В этой связи представляется актуальным ис­ следовать нелинейные эффекты мышечного сокра­ щения, вызванного модулированной электростиму- © Д. Н. НОЗДРЕНКО, А. Н. ШУТ, Ю. И. ПРИЛУЦКИЙ, 2005 ляцией при изменениях температуры раствора, ок­ ружающего мышечное волокно, с тем чтобы дать им адекватное молекулярное толкование. Материалы и методы. Исследовали процессы изменения длины и силы мышцы при фиксации внешней нагрузки и ступенчатом изменении часто­ ты электростимуляции в контроле температур омы­ вающего раствора. Эксперименты проводили с использованием специального механического устройства, в котором переход от изометрии к изотонии осуществлялся с помощью электроуправляемого механостимулятора [3]. Опыты выполняли на одиночных волокнах т. tibialis лягушки Rana temporaria. Для регистрации силы и длины сокращения одиночных мышечных волокон использовали оригинальный тензометриче- ский прибор [3]. Исследуемый объект помещали в плексигласо­ вую камеру с постоянно циркулирующим физиоло­ гическим раствором. Для поддержания постоянных температурных условий в камере использовали ох­ лаждающее устройство, смонтированное на основе охлаждающего кристалла и обратной термопары. 80 ВОЗМОЖНЫЙ МОЛЕКУЛЯРНЫЙ МЕХАНИЗМ МЫШЕЧНОГО СОКРАЩЕНИЯ 5 0 0 0 ( , МС 1 0 0 0 2 0 0 0 3 0 0 0 4 0 0 0 I, МС 1 0 0 0 5 0 0 0 I, МС 3 0 0 0 5 0 0 0 1.МС Рис. 1. А, Б — кривые генерации силы при применении модулируемого стимулирующего сигнала с максимальной частотой 30 Гц и изменяемой температуре омывающего раствора от 5 до 15 "С (а— кривые изменения силового ответа мышечного волокна; б— кривые изменения амплитуды длины; в — временная и геометрическая форма приложенной электрической стимуляции); А/, — время воздействия стимулирующих импульсов постоянной частоты; Д < 2 — время модуляции стимулирующего сигнала с начальной частотой, равной по величине конечной частоте в фазе Ы\; ДГз — усредненное время достижения длиной максимального значения в фазе модулированной стимуляции; Л<4 — усредненное время уменьшения длины, связанного с экспоненциальным уменьшением частоты стимуляции; ДЛ; — усредненное время достижения силой максимальной амплитуды. Стрелками показаны кривые изменения силовых параметров волокна при наибольшей (15 "О и наименьшей (5 "О температуре омывающего раствора Препарат стимулировали электрическими импуль­ сами прямоугольной формы продолжительностью 2 мс с частотой от 0 до 30 Гц (общая продолжи­ тельность 4 с) с помощью генератора низкочастот­ ных импульсов [3]. Результаты и обсуждение. Нелинейные эф­ фекты традиционно исследуют при медленных из­ менениях длины мышцы [2—4], сравнивая при этом усилия, развиваемые мышцей во время быст­ рых и медленных изменений ее длины, в зависимо­ сти от температуры. В представленной работе мы сопоставляли уси­ лия при экспоненциальных изменениях длины, вы­ званных трапециевидной модулированной стимуля­ цией, с различной скоростью нарастания частоты и изменения температуры (рис. I, А ) . Реакция мыш­ цы на изменение длины состояла из выраженной динамической компоненты и последующего перехо­ да к новому уровню силы. Отметим, что постоян­ ные времени спада динамической компоненты были больше в случае укорочения мышцы, что соответ­ ствует асимметрии временного течения сократи­ тельных процессов «температура—длина» мышцы. Установившиеся значения силы при экспоненци­ альных изменениях длины отличались от экстре­ мальных усилий в фазе удлинения, причем мышца развивала большее усилие во время медленного прямолинейного изменения длины, а при укороче­ нии соответствующие значения силы были доста­ точно близкими. Вместе с тем температурная зави­ симость проявлялась, в основном, в случае быстро­ го прироста частоты стимуляции (рис. I, А ) . При медленном прямолинейном изменении длины (рис. 1, Б) температурные зависимости на­ блюдались только на ранних стадиях изменения силы. Нелинейные эффекты, возникающие в мыш­ це в результате экспоненциальных изменений дли­ ны, приводили к фазовому опережению усилия: экстремальные значения силы существенно опере­ жали соответствующие экстремумы длины (участ­ ки Л/ 5 и А<3). Таким образом, устойчивые нелинейные изме­ нения силы мышцы, состоящие в ее увеличении при предшествующем удлинении и в уменьше­ нии — при укорочении, приводят к неоднозначно­ сти установления равновесной длины мышцы в 81 НОЗДРЕНКО Д. Н., ШУТ А. Н., ПРИЛУЦКИЙ ю. и . Рис. 2. Молекулярная схема возможного возникновения описан­ ных нелинейных эффектов в процессе сокращения скелетной мышцы зависимости от предыстории ее движения в иссле­ дованном диапазоне температур. Возникновение описанных нелинейных эффек­ тов в мышечной динамике , возможно, происходит по следующей схеме (рис. 2): в отсутствие актива­ ции мышечного волокна тропонин-тропомиозино- вый комплекс замедляет взаимодействие между актином и мышечными нитями миозина и предот­ вращает крепление поперечных мостиков. Актива­ ция , как известно [1 ] , высвобождает ионы каль­ ция , а их закрепление на тропонине вызывает перемещение двух тропомиозиновых спиралей в канавки на двойной спирали актина. Предполагая, что механическая податливость спиралей актина превышает тот же параметр для спиралей тропоми- озина, можно заключить, что дальнейшее увеличе­ ние внешней нагрузки после растяжения мышечно­ го волокна стимулирует дополнительное перемеще­ ние спиралей тропомиозина в двойную спираль актина. Эти механические процессы способны уве­ личивать эффективность формирования попереч­ ных мостиков при удлинении мышцы. Процессы укорачивания мышцы можно рассматривать анало­ гично, но в этом случае тропомиозиновые спирали должны двигаться из двойной спирали актина, уменьшая при этом растяжение из-за блокирова­ ния мест расположения актина , необходимых для закрепления поперечных мостиков. Основываясь на предложенной молекулярной модели, можно объяснить существенное изменение длины волокна на фазах уменьшения частоты раз­ дражения. Уменьшение частоты эфферентного воз­ действия может активировать силы взаимодействия между актином и мышечными нитями миозина, вызывая при этом удлинение саркомеров под влия­ нием внешней приложенной нагрузки, приводящей в результате к повышению эффективности сокра­ щения. Этот процесс можно рассматривать как доказательство наличия сильной отрицательной об­ ратной связи: чем быстрее происходит уменьшение частоты раздражения, тем больше повышается э ф ­ фективность сокращения. Несмотря на внутреннее растяжение саркомеров, длина целой мышцы дол­ жна оставаться неизменной до тех пор, пока эти противоположно направленные процессы не достиг­ нут равновесия. Процесс может продолжаться до достижения определенного порогового значения частоты раз­ дражения, затем инициируется быстрая деструкция границ поперечного мостика и мышца начинает удлиняться с высокой скоростью. Поэтому парадок­ сальное, на первый взгляд, фиксирование длины мышцы в течение уменьшающейся частоты стиму­ ляции можно рассматривать как комплексное вза­ имодействие противоположно направленных воз­ действий на мышцу, взаимно компенсирующих друг друга: уменьшение при нервном раздражении и повышение эффективности сокращения мышцы, связанное с растяжением саркомеров. Исходя из того, что сокращение мышцы представляет собой динамический колебательный процесс взаимообус­ ловленных реакций, можно предположить, что в условиях эксперимента должно иметь место опти­ мальное соотношение параметров стимуляции, спо­ собных привлечь максимальное количество струк­ тур саркомера для выполнения сокращения. Не исключено, что в возникновении описан­ ных нелинейных процессов, кроме актинового и миозинового филаментов, могут участвовать и дру­ гие фибриллярные структуры. В первую очередь это относится к гигантскому фибриллярному белку титину, который соединяет миозиновые филаменты с Z-дисками в саркомере и может выполнять роль эластичной компоненты, влияя на энергетику со­ кращения. D. N. Nozdrenko, А. N. Shut, Yu. I. Prylutskyy The possible molecular mechanism of the nonlinearity muscle contraction and its experimental substantiation Summary A study of the contracting processes of changing in the length and force of muscle fiber is carry ouied under the modulated electrical stimulation in the dependence of physiological solution temperature. 82 ВОЗМОЖНЫЙ МОЛЕКУЛЯРНЫЙ МЕХАНИЗМ МЫШЕЧНОГО СОКРАЩЕНИЯ The revealed nonlinear effects of muscle contraction are explained within the framework of molecular mechanism proposed. Key words: muscle fibre, electrical stimulation, nonlinear charac­ ter of contraction, molecular mechanisms, temperature, isotonic process. Д. M. Ноздренко, A. M. Шут, Ю. І. Прилуцький Можливий молекулярний механізм нелінійності м'язового скорочення та його експериментальне обгрунтування Резюме Досліджено скорочувальні процеси — зміни довжини і сили м'я­ зового волокна — при модульованій електростимуляції залеж­ но від температури фізіологічного розчину. Виявлені нелінійні ефекти м'язового скорочення витлумачено в рамках оригі­ нального молекулярного механізму. Ключові слова: м'язове волокно, електростимуляція, нелі­ нійний характер скорочення, молекулярні механізми, темпе­ ратура, ізотонія. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Pollack G. Я. Muscles and molecules: Uncovering the principles of biological motion.—New York: AIP, 1990 —234 p. 2. Kostyukov A. I., Korchak О. E. Length changes of the cat soleus muscle under frequency-modulated distributed stimula­ tion of efferents in isotony / / Neuroscience.—1998.—82, N 3.—P. 943—955. 3. Мірошниченко M. C, Зало'іло І. А., Ноздренко Д. M., Прилуцький Ю. І. Динаміка скорочення ізольованого м'я­ зового волокна / / Фізика живого.—2001.—9, № 2.— С. 71—78. 4. Гурфинкель В. С, Левик Ю. С. Последовательные фазы двигательной роботы в условиях зубчатого тетануса / / Биофизика.—1979.—23, № 8.—С. 758—760. УДК 577.3 Надійшла до редакції 24.12.04 83

Схожі ресурси