МЫШЕЧНАЯ ТКАНЬ

В мышечной оболочке большинства внутренних органов гладкие мышечные клетки имеют удлиненную (от 15 до 500 мкм) веретенообразную форму. В соответствии с формой клетки ядра вытянуты в длину, причем у млекопитающих при сокращении клетки ядро может приобретать штопорообразную форму. У нек-рых видов амфибий сокращение гладкой мышечной клетки сопровождается сжатием ядра вдоль оси (рис. 1). Эндоплазматический ретикулум) развита слабо.

По данным электронной микроскопии, ультраструктура гладких мышечных клеток характеризуется наличием многочисленных плазмо-леммальных виячиваний типа пиноцитозныхпузырьков (рис. 2). Предполагают, что с этими впячиваниями связана передача внутрь клетки раздражения, вызывающего ее возбуждение и сокращение.

Специфическим структурным признаком гладкой мышечной клетки, обнаруживаемым методом обычной световой микроскопии, является наличие в цитоплазме тонких волокон — миофибрилл, хорошо различимых на окрашенных железным гематоксилином микропрепаратах. На электронограммах выявляется, что миофибриллы состоят из более тонких волоконец — протофибрилл, или миофиламентов. Между клетками располагается строма гладкой М. т.— коллагеновые (ретикулярные) и эластические волокна, образующие плотные сети вокруг каждой клетки. Доказано, что гладкие мышечные клетки синтезируют волокна стромы при помощи шероховатой эндоплазматической сети.

Процесс сокращения в гладкой М. т. на обычных гистол, препаратах, окрашенных железным гематоксилином, обнаруживается по характерным уплотнениям (полосам сокращения), проходящим через многие ряды клеток. На электронограммах сокращение гладких мышечных клеток выявляется сгущением протофибрилл.

ПОПЕРЕЧНОПОЛОСАТАЯ МЫШЕЧНАЯ ТКАНЬ

Поперечнополосатая мышечная ткань (textus muscularis transverso-striatus) представлена скелетной и сердечной М. т.

Скелетная мышечная ткань

Скелетная мышечная ткань [textus muscularis striatus (sceleti)]. Гистогенез. Основной источник развития скелетной М. т. в эмбриогенезе — мезодерма сомитов, из к-рой возникают «текучие» (перемещающиеся от места закладки к скелетным частям) закладки, состоящие из мезенхимных клеток, формирующих первичные модели мышц на месте их дифференцировки. Дифференцирующаяся мезенхимная клетка принимает веретенообразную форму миобласта, характеризующую первый (клеточный) этап дифференцировки. Число миобластов увеличивается за счет митотических делений, а также, как предполагают, путем превращения клеток-сателлитов (немногочисленные одноядерные клетки с уплотненным расположением хроматина в ядре и слабым развитием цитоплазматических органелл). При переходе к следующему, второму этапу дифференцировки митотические деления прекращаются и миобласты сливаются концами, образуя мышечные трубочки (myotubuli), в к-рых ядра занимают центрально-осевое положение (рис. 3). В периферической зоне мышечных трубочек формируются фибриллярные и мембранные структуры. Дифференцировка миобластов и мышечных трубочек может происходить и в культуре ткани вне организма. Однако третий этап дифференцировки — превращение мышечных трубочек в мышечные волокна с периферическим расположением ядер и центрально-осевым расположением миофибрилл может происходить только в организме в результате взаимодействия с двигательными нервными волокнами (см. Мышцы).

Строение

Скелетная М. т. построена из удлиненных многоядерных образований — поперечнополосатых мышечных волокон (туо-fibra transversostriata), каждое из к-рых имеет форму цилиндра с округленными или заостренными концами, средние размеры волокон (у млекопитающих и человека) — до 80 мкм в диаметре и до 12 см в длину. Как правило, у позвоночных каждое волокно составляет одиночную нить. Характерная особенность поперечнополосатых мышечных волокон, определяемая с помощью светового микроскопа,— поперечная исчерченность, обусловленная чередованием полосок, или дисков, двулучепреломляющего (анизотропного) вещества — диски A [stria А (discus А)] и лишенного двулучепре-ломления (изотропного) вещества — диски I [stria I (discus I)] (рис. 4). Диски А и I входят в состав расположенных вдоль оси поперечнополосатого мышечного волокна тонких волоконец — миофибрилл (myofibril-lae transversostriatae), образуя так наз. саркомеры (рис. 5). Границы саркомеров имеют вид тонких перегородок, пересекающих диски I в поперечном направлении, — телофрагм (telophragma), или перегородок Т; по старой терминологии линия Z. Менее четко выявляется проходящая поперек диска А перегородка — мезофрагма (mesophragma); по старой терминологии — линия М. У амфибий, рептилий, птиц, млекопитающих и человека миофибриллы на поперечных срезах имеют очертания круга или многоугольника диам. 1—2 мкм. У многих видов рыб, а также у членистоногих, для к-рых характерна поперечнополосатая М. т., миофибриллы отличаются уплощенной формой и на поперечных срезах имеют вид удлиненных овалов. Поперечнополосатое мышечное волокно можно рассматривать как гигантскую многоядерную клетку, цитоплазма которой (называемая обычно саркоплазмой) оттеснена к периферии занимающими центрально-осевое положение миофибрилла-ми. У всех позвоночных уплощенные ядра эллипсоидальной формы располагаются по периферии волокна (для костистых рыб и членистоногих характерно центральноосевое расположение ядер).

Под базальной мембраной мышечных волокон на электронограммах обнаруживают клетки-сателлиты.

Процесс сокращения поперечнополосатых мышечных волокон при исследовании под световым микроскопом характеризуется укорочением и утолщением саркомеров, что сопровождается перераспределением анизотропного и изотропного веществ (рис. 6). Характерная морфол, черта динамики сокращения саркомера заключается в расщеплении диска А на два полудиска, между к-рыми появляется светлая полоска Н, или светлая зона (stria L, zona lucida). По мере сокращения саркомера анизотропное вещество расходится к сближающимся телофрагмам, образуя в результате этого движения полосы сокращения, замещающие собой диски I.

При электронно-микроскопическом исследовании поперечнополосатых мышечных волокон были выявлены тонкие детали строения миофибрилл и открыты слабо различимые при светооптическом исследовании мембранные структуры. Выяснилось, что миофибриллы поперечнополосатой М. т. состоят из ультраструктурных волоконец — протофибрилл, или миофиламентов, двух типов: толстых (ок. 11 нм в поперечнике) и тонких (ок. 5 нм). В составе саркомера толстые протофибриллы располагаются в зоне диска А, тонкие — в зоне диска I, образуя два полудиска, разделенные телофрагмой, к-рая построена концами тонких протофибрилл, сходящимися в виде заостренных арок (рис. 7). С помощью специфических биохим, методов исследования установлено, что протофибриллы построены из особых мышечных белков — толстые из миозина, тонкие в основном из актина. Строение молекул мышечных белков — см. ниже, раздел Биохимия мышечной ткани.

Мембранный аппарат поперечнополосатых мышечных волокон образует сложную систему, в состав к-рой входят четыре основных структурных компонента: 1) сарколемма (sarcolemma), или плазмолемма; 2) система поперечных трубочек (Т-трубочки, каналы Т-с ис те мы, от лат. transversus поперечный); 3) саркоплазматический ретикулум (reticulum sarcoplasmaticum), состоящий из двух отделов — цистер-нового, расположенного в зоне диска I, и канальцевого, составляющего продольно ориентированную сеть (L-канальцы, от лат. longitu-dinalis продольный) в зоне диска А; 4) типичные клеточные мембранные компоненты, входящие в состав пластинчатого комплекса (комплекса Гольджи) и эндоплазматической сети (эргастоплазмы), располагающиеся гл. обр. в околоядерной области (рис. 8). Сарколемма как специфическая оболочка поперечнополосатых мышечных волокон включает два структурных компонента — внутренний, гомогенный, и наружный, волокнистый, по реакциям на гистол, красители близкий к коллагену. При электронно-микроскопическом исследовании выяснилось, что на собственно клеточной, или внутренней, мембране, имеющей типичную для клеточных мембран толщину (ок. 7,5 нм) и структуру, располагается мембрана аморфного строения, содержащая полисахариды, к-рую часто называют базальной мембраной. Базальную мембрану покрывает оболочка, состоящая из тонких коллагеновых волокон. Плазмолемма в зонах телофрагмы образует пальцевидные впячивания (трубочки Т-системы) внутрь волокон между миофибриллами, окружая каждую из них кольцом. По трубочкам Т-системы возбуждение, распространяющееся по плазмолемме, достигает сократительных аппаратов, расположенных внутри волокна. В наиболее тесную связь трубочки Т-системы вступают с цистернами саркоплазматического ретикулума в зоне диска I, где стенки трубочек сближаются со стенками цистерн. На электронограммах профили срезов через области контакта трубочек Т-системы с цистернами саркоплазматического ретикулума имеют вид трех сближенных полостей, называемых триадами.

Цистерны саркоплазматического ретикулума располагаются вокруг миофибрилл в виде муфт, от к-рых вдоль миофибрилл отходят L-канальцы, образующие сеть в зоне мезофрагмы. Вдоль волокон между миофибриллами, занимая большей частью один или два саркомера, располагаются митохондрии (по старой терминологии саркосомы), к к-рым тесно прилежат трубочки Т-системы. Около ядер на электронограммах обнаруживаются типичные цитоплазматические органеллы: пластинчатые комплексы (см. рибосомы (см.), а также иногда комплексы центриолей.

Нервный аппарат поперечнополосатой М. т. состоит из афферентных (чувствительных) нервных структур — нервно-мышечных веретен, а также моторных, или двигательных (эфферентных) структур — моторных пластинок, или бляшек. Нервно-мышечные веретена, инервируются от чувствительных нейронов спинномозговых узлов и представляют собой сложные структуры, в состав к-рых входят специфические измененные (интрафузальные — «внутриверетенные») мышечные волокна, окруженные плотной волокнистой сумкой веретеновидной формы, и иннервирующие их нервные волокна. Моторные бляшки в скелетных мышцах получают нервные импульсы от мотонейронов передних рогов спинного мозга.

Дальнейшее распространение возбуждения по мышечному волокну связано с плазмолеммой и трубочками Т-системы, посредством к-рых возбуждение охватывает внутренние сократительные структуры волокна.

Структурно-функциональные типы мышечных волокон

В скелетной мускулатуре позвоночных, включая млекопитающих и человека, различают два основных типа мышечных волокон: белые, обеспечивающие быструю (фазную) двигательную активность, и красные, способные к длительному неколебательному поддержанию сокращения. Состав почти всех мышц смешанный; в них имеются как белые, так и красные волокна. Преимущественное содержание тех или иных волокон определяет принадлежность мышц к тому или другому типу. Белые мышечные волокна по своей гистол, структуре отличаются высоким содержанием миофибрилл при сравнительно небольшом объеме саркоплазмы, а также более тонкими телофрагмами. Биохимически эти волокна отличаются отсутствием или незначительным содержанием миоглобина, от к-рого зависит окраска мышц. Гистохимически белые мышечные волокна отличаются отсутствием триглицеридов, а также высоким содержанием гликогена и гликолитических ферментов, обеспечивающих энергетические потребности волокна. Для красных мышечных волокон наряду с высоким содержанием миоглобина, обусловливающим их красный цвет, характерно обилие цитоплазматических органелл, в особенности митохондрий в саркоплазме, а также наличие триглицеридов.

Сердечная мышечная ткань (textus muscularis cardiacus)

Гистогенез

Источник развития сердечной М. т. в эмбриогенезе—целомический эпителий, из которого возникает мезенхимный зачаток, подвергающийся дифференцировке в сердечную М. т. Развивающиеся из мезенхимного зачатка миобласты превращаются в сердечные мышечные клетки — кардиомиоциты (myocytus cardiacus), формирующие подобия волокон, в к-рых миобласты не сливаются в мышечные трубочки, а сохраняют клеточную структуру, отделяясь друг от друга вставочными пластинками (см. Сердце).

Строение

В отличие от скелетной сердечная М. т. построена из клеток, связанных в сеть посредством крупных ветвлений, составляющих подобия мышечных волокон. Вследствие такого расположения кардиомиоциты имеют неправильно цилиндрическую форму со ступенчатыми основаниями, к-рые на продольных гистол, срезах имеют вид ступенчатой линии — вставочной пластинки, или вставочного диска (discus intercalatus). В отличие от скелетной М. т. в сердечных мышечных клетках ядра занимают централ ьно-осевое положение, в то время как миофибриллы образуют плотную муфту вокруг ядерной зоны, распространяющуюся до плазмолеммы. При гистол, исследовании с помощью светового микроскопа поперечная исчерченность миофибрилл кажется такой же, как и в миофибриллах скелетной мышечной трубочки. Однако электронно-микроскопическое исследование открывает между ними нек-рые различия, связанные с клеточным строением сердечной М. т. (рис. 9). Т-система в сердечной М. т. развита более интенсивно: трубочки впячиваются вместе с базальной мембраной в саркоплазму. Разделение саркоплазматического ретикулума на цистерно-вый (прилежащий к полудискам I ) и канальцевый (расположенный в зоне диска А) отделы выражено менее значительно, чем в скелетной М. т.: каждый саркомер заключен в муфту из переплетающихся канальцев с небольшими цистернами, к-рые образуют с трубочками Т-системы триады в зоне телофрагм. Характерный признак сердечной М. т.— обилие митохондрий, к-рые локализуются цепочками между миофибриллами, нередко располагаясь в саркомере так, что их концы соприкасаются с телофрагмами. Полости эргастоплазмы, рибосомы и пластинчатые комплексы обнаруживаются гл. обр. около ядер. В связи с клеточным строением сердечной М. т. миофибриллы прерываются в зонах вставочных пластинок, где тонкие (актиновые) нити образуют специфические опорные структуры в виде заостренных арок. Более мощная система Т-тру-бочек и миофибрилл М. т. сердца, возможно, связана с необходимостью обеспечения повышенной прочности сердечной мышцы. По гистол, картине сокращения сердечная М. т. сходна со скелетной. Электронномикроскопическая картина сокращения сердечной М. т. трактуется с позиций теории скольжения, разработанной для скелетной М. т.

Возрастные изменения

Специфическая особенность скелетной М. т. заключается в относительной стабильности ее структурного состава: константное число мышечных волокон в каждой скелетной мышце устанавливается вскоре после рождения и сохраняется до начала старческой инволюции. Возрастные изменения скелетной М. т. характеризуются уменьшением объема мышечных волокон. Те же закономерности, возможно, распространяются и на сердечную М. т., для к-рой также характерны возрастные изменения объема кардиомиоцитов. В связи с отмиранием отдельных мышечных волокон в скелетной М. т. и замещением их соединительной тканью в старческом возрасте уменьшаются эластичность и упругость М. т. Однако в ряде случаев (при правильном гиг. режиме и адекватной мышечной активности) нормальная структура скелетной и сердечной М. т. сохраняется до глубокой старости.

Возрастные изменения гладкой М. т. изучены недостаточно.

Изменения мышечной ткани при патологических состояниях

Гладкая М. т. оболочек органов дыхательной, пищеварительной, мочеполовой систем, а также стенки кровеносных сосудов может подвергаться патол, изменениям гл. обр. в результате нарушения нервной и эндокринной регуляции, а также витаминного, солевого и микроэлементного баланса. Патол. изменение гладкой М. т. (инфильтрация гладких мышечных клеток жировыми и известковыми включениями) наблюдается при атеросклеротическом поражении стенки кровеносных сосудов. Участки гладкой М. т. могут подвергаться малигнизации под влиянием общих этиол, факторов опухолевого роста (см. лейомиосаркомы (см.), исходящие из гладкой М. т. ряда органов: кишечника, бронхов и др.

Для скелетной М. т. характерна специфическая структурная реакция на различные нарушения метаболизма: дистрофия миофибриллярного и мембранного аппарата, появление жировых включений, вакуолизация саркоплазмы и особенно гиалиновое перерождение мышечных волокон, выражающееся в развитии в них поперечно расположенных глыбок, полос и узлов (так наз. ценкеровская дегенерация). Денервационная атрофия скелетных мышц на первом этапе характеризуется повышением уровня синтетических процессов (увеличением содержания РНК), усилением пластической активности и структурными изменениями, типичными для регенерационных процессов (переход ядер в центральноосевое положение, развитие миобластов, расщепление мышечных волокон); на более поздних этапах происходит истончение мышечных волокон, ожирение саркоплазмы, дистрофия мышечных волокон с последующим замещением соединительной тканью. Денервационная атрофия скелетных мышц на первом этапе при соответствующих леч. мероприятиях обратима. Постденервацион-ному восстановлению подвергаются гл. обр. моторные бляшки. По данным Р. П. Женевской (1974) нервно-мышечные веретена после длительной денервационной атрофии не восстанавливаются.

Сердечная М. т. реагирует специфическими структурными изменениями на различные патогенные воздействия, включая длительное ги-перфункциональное напряжение, к-рое может вызывать гипертрофию сердечной М. т., выражающуюся гл. обр. в утолщении мышечных волокон. При систематическом отравлении (напр., алкоголем, никотином) наблюдается жировая дистрофия стромы сердечной М. т.

При экспериментальном инфаркте, вызванном перевязкой венечных сосудов, наблюдаются характерные ишемические изменения сердечной М. т.: набухание и разрушение митохондрий, сверхсокращение саркомеров (высокая степень их укорочения) с дезорганизацией протофибриллярного аппарата и саркотубулярной системы. И в скелетной, и в сердечной М. т. могут наблюдаться как доброкачественные (см. Рабдомиосаркома) новообразования.

Пластическая активность мышечной ткани выражается в процессах первичного (эмбрионального) и вторичного (регенерационного, трансплантационного , ренервационного, гиперфункционального) гистогенеза. Гладкая М. т. обладает достаточно высокими пластическими свойствами, обеспечивающими возможность регенерации при ее повреждениях. Демонстративным примером высокой пластической активности гладкой М. т. является гиперплазия гладкомышечной стенки матки при беременности. В эксперименте доказано, что в этом состоянии гладкая М. т. матки, перенесенная путем аутотрансплантации в измельченном виде на место удаленной скелетной мышцы, может формировать гладкомышечную модель скелетной мышцы. В этом случае мышца состоит из гладких мышечных клеток, образующих по форме подобие скелетной мышцы, связанной посредством сухожилий с определенными точками скелета; сухожилия, очевидно, формируются как фибробластами, так и гладкими мышечными клетками.

Вопрос о способе самообновления гладкой М. т. недостаточно изучен. Школой А. А. Заварзина разработана гипотеза о камбиальном механизме этого процесса (дифференцировка гладкой М. т. происходит за счет особых камбиальных клеток соединительнотканной природы). При изучении регенерации гладкой мышечной ткани в эксперименте наблюдаются митотические деления гладких мышечных клеток.

Как установлено в эксперименте А. Н. Студитским, А. Р. Стригано-вой (1951), А. Н. Студитским (1959, 1978), Р. П. Женевской (1974), регенерационная и трансплантационная активность поперечнополосатой М. т., вопреки старым представлениям о низком уровне ее пластических свойств, оказалась весьма высокой.

Трудность непосредственного применения разработанных в эксперименте методов свободной аутопластики М. т. в хирургической практике заключается в недостаточной изученности видовых пластических свойств скелетной М. т. человека. Тесты, разработанные в эксперименте для испытания пластической активности М. т. (аутотрансплантация измельченной М. т. под кожу, денервация-реиннервация М. т., стимуляция вторичного развития М. т. введением в пищевой рацион тиреоидина, повышающего основной обмен), требуют специального исследования применительно к человеческому организму. Опыт сравнительного (на разных видах животных) изучения свободной аутопластики мышц (либо в измельченном состоянии, либо после предварительной денервации или травматизации) показал, что М. т. собаки обладает высокой пластической активностью. При помощи указанных выше приемов подготовки М. т. у собак удается замещать крупные (до 7 см в длину) фрагменты мышц, что обеспечивает полное восстановление их функции.

По существовавшим ранее представлениям, сердечная М. т. обладает невысокой пластической активностью; доказательством этого положения считалось то, что некротизированные участки сердечной М. т., возникающие в результате инфаркта, замещаются соединительной тканью.

Однако рядом исследователей установлено, что сердечная М. т. обладает специфическим механизмом самовосстановления, к-рый обеспечивается, с одной стороны, соединительнотканным каркасом, замещающим в течение сравнительно короткого срока участок поврежденной сердечной М. т. (напр., омертвевший в результате инфаркта) соединительнотканным рубцом, и более медленно реагирующим на повреждение блоком собственно кардиомиоцитов, за счет к-рых возникает рабочая гипертрофия и гиперплазия сохранившихся участков сердечной мышцы. Существенную роль в самообновлении сердечной М. т. играет внутриклеточная регенерация кардиомиоцитов, включающая постепенную замену функционировавших определенный срок цитоплазматических и ядерных органелл новообразованными (как путем их размножения и разрастания, так и путем молекулярной перестройки).

БИОХИМИЯ МЫШЕЧНОЙ ТКАНИ

Химический состав скелетной мышечной ткани

В скелетной М. т. млекопитающих содержится от 72 до 80% воды, ок. 20—28% веса М. т. составляет сухой остаток, гл. обр. белки. Помимо белков, в состав М. т. входят экстрактивные азотсодержащие вещества, безазотистые вещества (гликоген и другие углеводы, различные липиды, соли органических веществ и др.), а также соли неорганических к-т и другие хим. соединения (табл. 1).

Белки скелетной М. т. делятся на три основные группы: саркоплазматические, миофибриллярные и белки стромы. По данным H. Н. Яковлева (1974), на долю саркоплазматических белков приходится ок. 35%, миофибриллярных — 45% и белков стромы — 20% всего мышечного белка. Указанные группы белков резко отличаются друг от друга по растворимости в воде и солевых средах с различной ионной силой р-ра (полусуммы произведений концентрации каждого иона на квадрат его заряда).

Саркоплазматические белки растворяются в воде и в солевых средах с низкой ионной силой. Существовавшее ранее подразделение саркоплазматических белков на мио ген, глобулин X, миоальбумин и белки-пигменты рядом авторов отрицается. Термин «мио-ген» является собирательным. В частности, в состав белков группы миогена входит ряд соединений, наделенных ферментативной активностью, напр, ферменты гликолиза {альдолаза, глицеральдегид-3-фосфат-дегидрогеназа, глицерол-3-фосфат-дегидрогеназа, фосфорилаза, лактат-дегидрогеназа и др.). При солевом фракционировании во фракцию миогеновых белков попадает и миоальбумин, близкий или даже идентичный по своим свойствам альбуминам сыворотки крови. К саркоплазматическим белкам относят также днхательный пигмент миоглобин (см.) и разнообразные ферменты, локализованные гл. обр. в митохондриях и катализирующие процессы тканевого дыхания, окислительного фосфорилирования, а также нек-рые реакции азотистого и липидного обмена. Лики (P. Lehky, 1974) и другие открыли новую группу саркоплазматических белков — парвальбумины, к-рые способны связывать ионы кальция, однако физиол, роль парвальбуминов остается недостаточно ясной.

Миофибриллярные белки — миозин, актин и актомиозин растворяются в солевых средах с высокой ионной силой. К миофибриллярным белкам относятся также так наз. регуляторные белки — тропомиозин, тропонин, альфа-актинин, бета-актинин, образующие в мышце с актомиозином единый комплекс.

Главный миофибриллярный белок — миозин составляет 50—55% сухого веса миофибрилл. Работами В. А. Энгельгардта и М. Н. Любимовой показано, что миозин обладает АТФ-азной активностью, т. е. является ферментом со способностью катализировать расщепление АТФ на АДФ и фосфорную к-ту. Хим. энергия АТФ, освобождающаяся в ходе ферментативной реакции, идущей при участии миозина, превращается в механическую энергию сокращающейся мышцы. Относительный мол. вес (масса) миозина скелетных мышц человека ок. 500 000. Молекула миозина, обладающая вытянутой формой (длина ее 150 нм), состоит из двух тяжелых полипептидных цепей с относительным мол. весом 205 000—210 000 и нескольких коротких легких цепей с относительным мол. весом ок. 20 000. Тяжелые цепи образуют длинную закрученную а-спираль («хвост» молекулы), конец каждой тяжелой цепи совместно с легкими цепями создает глобулу («головку» молекулы), способную соединяться с актином. Эти головки выдаются из основного стержня молекулы. Легкие цепи, находящиеся в головке миозиновой молекулы и принимающие участие в проявлении АТФ-азной активности миозина, гетерогенны по аминокислотному составу. Количество легких цепей в молекуле миозина у различных видов животных и в разных типах мышц неодинаково. Молекулы миозина, определенным образом ориентированные в пространстве, образуют так наз. толстые миозиновые нити (толстые миофиламенты) в саркомере.

Актин, составляющий ок. 20% сухого веса миофибрилл, открытый Ф. Штраубом в 1942 г., существует в двух формах: глобулярный актин (Г-актин) и фибриллярный актин (Ф-актин). Молекула Г-актина с относительным мол. весом 42 000 состоит из одной полипептидной цепочки, в образовании к-рой принимают участие 374 аминокислотных остатка. Ф-актин, являющийся продуктом полимеризации Г-актина, имеет структуру двухтяжевой спирали, детали к-рой еще не вполне выяснены.

При мышечном сокращении миозин вступает в соединение с Ф-актином, образуя новый белковый комплекс— актомиозин. Последний обладает АТФ-азной активностью. Однако АТФ-азная активность актомиозина отличается от АТФ-азной активности миозина: актомиозин активируется ионами магния и ингибируется этилендиаминтетраацетатом (ЭДТА) и АТФ в высокой концентрации, тогда как мгозиновая АТФ-аза ингибируется ионами магния, активируется ЭДТА и не ингибируется высокой концентрацией АТФ. Оптимальные значения pH для обеих АТФ-аз также различны.

Содержащиеся в миофибриллах тропомиозин, тропонин и нек-рые другие регуляторные белки непосредственно участвуют в регуляции процесса мышечного сокращения. Молекула тропомиозина, открытого Бейли (К. Bailey) в 1946 г., состоит из двух а-спиралей и имеет вид стержня длиной 40 нм; относительный мол. вес тропомиозина 65 000. На долю тропомиозина приходится ок. 4—7% всех миофпбриллярных белков. Тропонпн — глобулярный белок, открытый Эбаси (S. Ebashi) в 1963 г.; его относительный мол. вес ок. 80 000. В скелетных мышцах человека тропонин составляет лишь ок. 2% всех миофпбриллярных белков.

Тропонин, соединяясь с тропомио-зином, образует комплекс, названный Эбаси нативным тропомиозином. Этот комплекс прикрепляется к актиновым филаментам и придает актомиозину скелетных мышц позвоночных чувствительность к ионам кальция.

Показано, что тропонин способен фосфорилироваться при участии протеинкиназ, зависимых от циклического аденозин-З',5'-монофосфата (цАМФ). Вопрос о том, имеет ли отношение фосфорилирование тропонина в целостном организме к регуляции мышечного сокращения, остается пока неясным.

Белки стромы в скелетной М. т. представлены в основном эластином (см.). Строма скелетной М. т., остающаяся после исчерпывающей экстракции мышечного гомогената солевыми р-рами с высокой ионной силой, состоит в значительной мере из соединительнотканных элементов стенки сосудов и нервов, а также сарколеммы и нек-рых других структур.

Экстрактивные азотсодержащие вещества скелетной М. т. представлены адениновыми нуклеотидами — АТФ, АДФ и АМФ (см. Аденозинфосфорные кислоты), нуклеотидами неаденинового ряда, креатинфосфатом, креатином, креатинином, карнозином, ансерином, свободными аминокислотами и др. По данным И. И. Иванова (1969), содержание адениновых нуклеотидов в скелетной М. т. кролика (в мкмоль/г сырого веса ткани) составляет: АТФ — 4,43; АДФ — 0,81; АМФ — 0,93. Содержание нуклеотидов неаденинового ряда в М. т. по сравнению с количеством адениновых нуклеотидов очень мало.

На долю азота Фосфагены), по данным Д. Л. Фердмана (1966), приходится до 60% небелкового азота мышц. Креатинфосфат и креатин участвуют в хим. процессах, связанных с мышечным сокращением.

Имидазолсодержащие дипептиды — ансерин (см.) — способны восстанавливать работоспособность утомленных мышц и влиять на передачу нервных импульсов с нерва на мышцы.

Из свободных аминокислот в М. т. наиболее высока концентрация фосфатидов (см.): фосфатидилхолин, фосфатидилэтаноламин, фосфатидил-серин и др.

Эти соединения играют важную роль в структуре М. т., входя в состав клеточных мембран. Фосфатиды принимают участие также в обменных процессах, в частности в качестве субстратов тканевого дыхания. Другие азотсодержащие вещества М. т.: мочевина, мочевая к-та, аденин, гуанин, ксантин и гипоксантин— содержатся в небольшой концентрации и, как правило, являются либо промежуточными, либо конечными продуктами азотистого обмена.

Безазотистые вещества скелетной М. т. представлены в основном гликогеном (см.); его концентрация колеблется от 0,3 до 3% в пересчете на сырой вес. На долю других представителей углеводов приходятся десятые и сотые доли процента. В М. т. находят лишь следы свободной глюкозы и очень мало гексозофосфатов. В процессе метаболизма глюкозы, а также аминокислот в М. т. образуются молочная, Пировиноградная и много других карбоновых к-т. Обнаруживаются также в том или ином количестве нейтральные жиры и холестерин.

Неорганические соли в скелетной М. т. содержатся в виде ионов. Среди катионов наибольшую концентрацию имеют микроэлементы (см.) — кобальт, алюминий, никель, бор, цинк и др.

Некоторые особенности химического состава гладкой и сердечной мышечной ткани у млекопитающих. Данные о хим. составе гладкой и сердечной М. т. получены в основном на лаб. животных; сведения о хим. составе этих групп М. т. у человека весьма ограничены. Сердечная М. т. по содержанию ряда хим. соединений занимает промежуточное положение между скелетной и гладкой М. т. Так, общее содержание белкового азота в скелетной М. т. кролика— 30—31 мг/г ткани, в миокарде — ок. 23,5 мг/г, а в гладкой мускулатуре матки (миометрий) — в пределах 20,3 мг/г ткани.

Сердечная и особенно гладкая М. т. содержат по сравнению со скелетной М. т. меньше миофпбриллярных белков. Так, содержание миофибрилляр-ных белков (в мг азота на 1 г ткани) в скелетной мускулатуре кролика 17,31, в миокарде — 7,32, а в миометрии — 3,90. Концентрация же белков стромы в миокарде и гладкой М. т. выше, чем в скелетной мускулатуре.

По данным И. И. Иванова (1961), на долю азота белков стромы в скелетной мускулатуре кролика приходится 10,1% от общего азота М. т., в миокарде — 28,2%, а в миометрии — 40,4%. В мышце левого желудочка сердца содержание миофибрилл ярных белков, в частности актомиозина, значительно выше, чем в предсердиях и в ткани миокарда в целом, что, несомненно, связано с более выраженной сократительной функцией этого отдела миокарда. Имеются особенности и во фракционном составе саркоплазматических белков миокарда; так, белков группы миогена в процентном отношении содержится мало, но содержание миоальбумина больше, чем в саркоплазме скелетной мускулатуры.

Содержание АТФ в сердечной М. т. (2,60 мкмоль/г ткани) ниже, чем в скелетной (4,43 мкмоль/г), и выше, чем в гладкой М. т. (1,38 мкмоль/г). Установлено, что содержание АТФ и креатинфосфата неодинаково в различных отделах миокарда. В стенках желудочков сердца, выполняющих значительную работу, этих высокоэргических соединений, обеспечивающих работу мышц энергией, содержится на 40% больше, чем в предсердиях.

По содержанию гликогена, карнозина и ансерина сердечная М. т. также занимает промежуточное положение между скелетной и гладкой М. т. Концентрация имидазол-содержащих дипептидов в миокарде ок. 10 мг/100 мл, в гладкой М. т. обнаруживаются лишь следы ансерина и карнозина.

Имеется определенная зависимость между характером деятельности мышц и содержанием фосфолипидов. Миокард по сравнению со скелетной и гладкой М. т. богаче фосфолипидами (табл. 2), окисление к-рых, невидимому, доставляет значительную часть энергии, необходимой для его сокращения.

Изменение химического состава скелетной мышечной ткани млекопитающих в онтогенезе

Эмбриональная скелетная М. т. по хим. составу значительно отличается от скелетной М. т. взрослых особей. В мышцах эмбрионов содержится больше воды, чем в функционально зрелой М. т. Соответственно общее содержание белка в М. т. эмбрионов (в пересчете на сырую ткань) оказывается более низким, чем в мышцах животных того же вида в постнатальном периоде развития. У куриного эмбриона на 1 г сырой М. т. приходится 10 мг, а у четырех дневных цыплят 32 мг белкового азота. По сравнению с М. т. взрослого организма в функционально незрелой мышце ниже содержание миофибриллярных белков (миозина и актомиозина) и выше — белков стромы, а также миоальбумина и других белков. По мере развития плода содержание миофибриллярных белков повышается и возрастает АТФ-азная активность в мышечных экстрактах.

Для эмбриональной М. т. характерно высокое содержание нуклеопротеидов, а также рибонуклеиновой и дезоксирибонуклеиновой к-т. По мере развития эмбриона содержание нуклеопротеидов и нуклеиновых к-т в М. т. быстро уменьшается. Макроэргических соединений (АТФ и креатинфосфата) в функционально незрелой М. т. значительно меньше, чем в мышцах зрелых особей. Имидазолсодержащие дипептиды (ансерин и карнозин) появляются в составе М. т. в строго определенный период онтогенеза; время их появления тесно связано с началом двигательной функции, формированием рефлекторной дуги, обеспечивающей возможность двигательного рефлекса, появлением кальций-чувствительности актомиозина и началом работы «ионных насосов» (см. лактатдегидрогеназы (см.); в скелетных мышцах 3—5-месячного эмбриона на долю изоферментов лактатдегидрогеназы — ЛДГ3 и ЛДГ2 приходится соответственно 40 и 31% от общей активности лактатдегидрогеназы. В процессе эмбрионального развития в скелетной мускулатуре происходит постепенное возрастание активности изоферментов ЛДГ4 и ЛДГ5 и снижение активности изоферментов ЛДГ1, ЛДГ2 и ЛДГ3, так что у взрослых особей в скелетной мускулатуре наибольшей активностью обладают уже изоферменты ЛДГ5 и ЛДГ4.

Функциональная биохимия поперечнополосатой мышечной ткани

Основной функцией мышц является сокращение. При этом осуществляется работа, связанная с превращением хим. энергии в механическую (см. мышечное сокращение (см.). Затем наступает диссоциация актомиозина на миозин и актин, и одновременно начинается новый акт «зарядки» (фосфорилирования) миозина путем взаимодействия его с АТФ в присутствии ионов магния.

Источники энерргии мышечной деятельности

Сократительный аппарат мышечной клетки обеспечивается достаточным количеством энергии в форме АТФ за счет непрерывного ресинтеза этого макроэргического соединения, который происходит прежде всего вследствие трансфосфорилирования АДФ креатинфосфатом. Данная реакция катализируетя ферментом креатинкиназой:

Креатинкиназный путь ресинтеза АТФ является чрезвычайно быстрым и максимально эффективным (за счет каждой молекулы креатинфосфата образуется молекула АТФ). Именно поэтому ряду исследователей не удавалось долгое время установить снижение концентрации АТФ и соответственно повышение концентрации АДФ даже при достаточно продолжительном тетанусе. Лишь применив специфический ингибитор креатинкиназы (1-фтор-2,4-д1 нитрофенол), а также агенты, препятствующие оксидативному превращению АДФ в АТФ, Кейн (D. Cain) и соавт. (1962) смогли продемонстрировать прямой распад АТФ с одновременным приростом неорганического фосфата и АДФ при одиночном сокращении изолированной мышцы лягушки. Эти результаты в дальнейшем были подтверждены рядом других авторов.

Нек-рое количество АТФ может ресинтезироваться в ходе аденилаткиназной (миокиназной) реакции:

Для любой ткани, в т. ч. и мышечной, имеются два фундаментальных биохим, процесса, в ходе к-рых генерируются богатые энергией фосфорные соединения. Один из этих процессов — Трикарбоновых кислот цикл).

Имеются данные, доказывающие, что креатинфосфат в сердечной М. т. способен выполнять роль не только своего рода депо легко мобилизуемых макроэргршеских фосфатных групп, но и играть также роль транспортной формы макроэргических фосфатных связей, образующихся в процессе тканевого дыхания и связанного с ним окислительного фосфорилирования. По концепции, предложенной В. А. Саксом и др. (1975), перенос энергии из митохондрий в цитоплазму клетки миокарда происходит по следующей схеме: АТФ, образующийся в результате окислительного «фосфорилирования и попадающий в матрикс митохондрий, переносится через внутреннюю мембрану митохондрий с участием специфической АТФ — АДФ-транслоказы на активный центр митохондриального пзофермента креатинкиназы, к-рый расположен на внешней стороне внутренней мембраны; в межмембранном пространстве (в присутствии ионов магния) при наличии в среде креатина образуется равновесный тройной фермент-субстратный комплекс — креатин-креатинкиназа — АТФ — Mg²⁺; этот комплекс затем распадается с образованием креатинфосфата и АДФ — Mg²⁺. Креатинфосфат диффундирует в цитоплазму, где используется в миофибриллярной креатинкиназной реакции для рефосфорилирования АДФ, образовавшегося в акте сокращения. Высказываются предположения, что не только в сердечной, но и в скелетной М. т. имеет место подобный путь транспорта энергии из митохондрий в миофибриллы.

При умеренной работе мышца может покрывать свои энергетические затраты за счет аэробного метаболизма. Однако при больших нагрузках, когда возможность снабжения кислородом отстает от потребности в нем, в мышцах используется гл политический путь снабжения энергией. При интенсивной мышечной работе скорость расщепления гликогена или глюкозы с образованием молочной к-ты увеличивается в сотни раз. Соответственно содержание молочной к-ты в М. т. может повышаться до 100—120 мг в 100 мл и выше. Молочная к-та с током крови в значительном количестве поступает в печень, где за счет энергии окислительных процессов ресинтезируется в глюкозу и гликоген (глюконеогенез).

Перечисленные механизмы ресинтеза АТФ при мышечной деятельности включаются в строго определенной последовательности. Наиболее экстренным является креатинкиназный механизм, и лишь после — 20 сек. интенсивной работы начинается усиление гликолиза, этот процесс достигает максимума через 40—80 сек. При менее интенсивной работе большее значение приобретает аэробный путь ресинтеза АТФ.

Содержание АТФ и креатинфосфата в сердечной М. т. ниже, чем в скелетной мускулатуре, а расход АТФ весьма велик, поэтому ресинтез АТФ в миокарде проходит намного интенсивнее, чем в скелетной М. т. Для сердечной мышцы теплокровных животных и человека основным путем образования богатых энергией фосфорных соединений является путь окислительного фосфорилирования (см.), связанный с поглощением кислорода. Регенерация АТФ в процессе анаэробного расщепления углеводов (гликолиз) в сердце человека практического значения не имеет. Именно поэтому сердечная мышца очень чувствительна к недостатку кислорода. Характерной особенностью обмена веществ сердечной М. т. по сравнению со скелетной является также и то, что аэробное окисление веществ неуглеводной природы при работе сердечной мышцы имеет большее значение, чем при сокращении скелетной мышцы. Только 30—35% кислорода, поглощаемого сердцем в норме, расходуется на окисление углеводов и продуктов их превращения. Главным же субстратом дыхания в сердечной мышце являются жирные к-ты. Окисление неуглеводных веществ в норме обеспечивает ок. 65—70% потребности миокарда в энергии. Однако при повышении уровня углеводов в крови (напр., сразу после еды) потребление их сердечной мышцей увеличивается. Расход кислорода на окисление углеводов резко возрастает, а скорость окисления жирных к-т в миокарде снижается. Наоборот, натощак и при голодании энергетические потребности сердца в основном покрываются за счет окисления жирных к-т.

Биохимические изменения в скелетной мышечной ткани при патологии

Общим для большинства заболеваний мышц (прогрессирующие мышечные дистрофии, атрофия мышц на почве их денервации, полимиозит, поражения мышц при нек-рых авитаминозах и др.) является резкое снижение в мышцах содержания миофибриллярных белков, возрастание концентрации белков стромы и нек-рых саркоплазматических белков, в т. ч. миоальбу-мина. Наряду с изменением фракционного состава мышечных белков при поражениях мышц наблюдается снижение концентрации АТФ и креатинфосфата. Отмечается также снижение АТФ-азной активности сократительных белков (миозина), уменьшение содержания имидазол-содержащих дипептидов. Считают, что снижение содержания ансерина и карнозина связано! не с нарушением биосинтетических процессов, а с усилением распада дипептидов.

При прогрессирующих мышечных дистрофиях и других заболеваниях мышц, связанных с распадом мышечной ткани, часто отмечаются сдвиги в фосфолипидном составе мышц: значительно снижается содержание фосфатидилхолина и фосфатидилэтаноламина, концентрация же сфингомиелина и лизофосфатидилхолина повышается. Механизмы изменения фосфолипидного состава М. т. при патологии еще не выяснены, неизвестна также роль этих сдвигов в патогенезе мышечных дистрофий.

Для многих форм патологии М. т. характерно нарушение метаболизма креатина и его усиленное выделение с мочой — Креатин).

При патологии М. т. можно наблюдать определенную закономерность в изменении активности ферментов в мышцах: уменьшается активность энзимов, локализованных в саркоплазме; незначительно изменяется активность ферментов, связанных с митохондриями; заметно возрастает активность лизосомальных ферментов. Наконец, показано, что при многих заболеваниях мышечной системы наступают сдвиги в системе циклического аденозинмонофосфата (цАМФ): в М. т. снижается содержание цАМФ, повышается активность фосфодиэстеразы, и нарушается способность аденилатциклазы активироваться под влиянием адреналина и фторида натрия.

Таблицы

Таблнца 1. Химический состав скелетной мышечной ткани млекопитающих (по И. И. Иванову, 1974)

Таблица 2. Содержание фосфолипидов в различных видах мышечной ткани кролика

Библиография: Бендолл Дж. Мышцы, молекулы и движение, пер. с англ., М., 1970, библиогр.; Биофизика и биохимия мышечного сокращения, под ред. Г.М. Франка, М., 1976; Введение в клиническую биохимию, под ред. И, И. Иванова, Л., 1969; Гранит Р. Основы регуляции движений, М., 1973; Женевская Р. П., Нервно-трофическая регуляция пластической активности мышечной ткани, М., 1974, библиогр.; Иванов И. И. и Юрьев В. А. Биохимия и патобиохимия мышц, Л., 1961, библиогр.; Иванов И.И., Коровкин Б.Ф. и Пинаев Г. П., Биохимия мышц, М., 1977, библиогр.; Катц Б. Нерв, мышца и синапс, пер. с англ.,М., 1968; Леви А. и Сикевиц Ф. Структура и функции клетки, пер. с англ., М., 1971; Метаболизм миокарда, под ред. Е. И. Чазова и Ю. Браунвальда, М., 1975; Поглазов Б. Ф. Структура и функции сократительных белков, М., 1965; Развитие сократительной функции мышц двигательного аппарата, под ред. Л. Г. Магазаника и Г. А. Наследова, Л., 1974, библиогр.; Студитский А. Н. Трансплантация мышц у животных, М., 1977, библиогр.; он же, Механизм сокращения мышц, М., 1979, библиогр.; Яковлев Н.Н. Биохимия спорта, М., 1974; Adams R, Diseases of muscle, Hagerstown a. o., 1975; Carlson B. M. The regeneration of minced muscles, Basel a.o., 1972; Thompson N. Autogenous free grafts of sceletal muscle, Plast. reconstr. Surg., v. 48, p. 11, 1971.

A. H. Студитский; Б. Ф. Коровкин (биохим.).