Лабораторная работа №7.1

Рефлекс растяжения и определение скорости проводимости.

Приборы и принадлежности:

Универсальная установка Кобра3; источник питания, 12 В;информационный кабель RS 232; программное обеспечение для универсального самописца установки Кобра3; биоусилитель; ЭМГ- электроды, 3 шт.; кабель для собирания электродов; крем для наложения электродов; молоточек для тестирования рефлексов; соединительный шнур, 32 A, 25 см, красный; соединительный шнур, 32 A, 25 см, синий; клейкая лента; (напр. антибактериальный пластырь); ПК с системой Windows^® 95 или выше.

Цель работы - Вызвать рефлекс растяжения в мышцах голени постукиванием по ахилловому сухожилию (рефлекс ахиллового сухожилия). Записать общий потенциал действия и определить латентный период рефлекса и скорость проводимости.

Краткая теория

Мышечная активность - это одно из общих свойств высоко­организованных живых организмов. Независимо от на­значения, особенностей строения и способов регуляции прин­цип работы различных мышц организма одинаков.

Мышечная клетка отличается от других возбудимых клеток свойством сократимости то есть способность генерировать механическое напряжение и укора­чиваться. Мышцы являются генератором тепла, причем не только при мышечной работе, холодовой дрожи, но и в режиме нетонического термогенеза.

Мышечная активность в процессе жизнедеятельности обес­печивает работы отдельных органов и целых систем: работу опорно-двигательного аппарата, легких, сосудистую актив­ность, желудочно-кишечного тракта, сократительную способ­ность сердца. Нарушение работы мышц (например, определяющих функционирование легких, сердца) может приводить к патологиям, а ее прекращение - даже к летальному исходу.

Мышечная ткань представляет собой совокупность мышеч­ных клеток {волокон), внеклеточного вещества (коллаген, эла­стин и др.) и густой сети нервных волокон и кровеносных сосу­дов. Мышцы по строению делятся на: гладкие - мышцы кишечника, стенки сосудов, и поперечно-полосатые - скелет­ные, мышцы сердца. Независимо от строения все они имеют близкие механические свойства, одинаковый механизм акти­вации и близкий химический состав.

Поперечно-полосатая структура мышечных волокон имеет диаметр 20 - 80 мкм и окружено плазматичес­кой мембраной толщиной 10 нм. Каждое отдельное волокно -это сильно вытянутая клетка. Длина отдельных волокон (кле­ток) может существенно варьироваться, в зависимости от вида мышцы, от сотен микрон до нескольких сантиметров. Внутри волокна, кроме известных органелл (ядро, ядрышко, митохон­дрии, аппарат Гольджи и др.), находятся сократительный ап­парат клетки, состоящий из 1000 - 2000 параллельно располо­женных миофибрилл диаметром 1-2 мкм, а также клеточные органеллы: саркоплазматический ретикулум и система попе­речных трубочек - Т-система.

Рис. 7.1. Схематическое изображение миофибриллы мышечного волокна: а - состояние покоя, б - растяжение (подробности в тексте).

Справа - схема расположения актина и миозина на поперечном срезе.

В миофибриллах различают (рис. 7.1): А-зону - темные поло­сы, которые в поляризованном свете дают двойное лучепрелом­ление, то есть обладают свойством анизотропии (отсюда и назва­ние: А-зона), 1-зону - светлые полосы, не дающие двойного лучепреломления, то есть изотропные (отсюда название: 1-зона). В области I-зоны проходит темная узкая полоса - Z-диск (от нем. zwischenscheibe - промежуточный диск). Промежуток между двумя Z-дисками называется саркомером и является элементар­ной сократительной единицей мышечной клетки.

Саркомер - это упорядоченная система толстых и тонких ни­тей, расположенных гексагонально в поперечном сечении. Тол­стая нить имеет толщину ==12 нм и длину =1,5 мкм и состоит из белка миозина. Тонкая нить имеет диаметр 8 нм, длину 1 мкм и состоит из белка актина, прикрепленного одним кон­цом к Z-диску.

Рис. 7.2. Микроструктура саркомера

Актиновая нить состоит из двух закрученных один вокруг дру­гого мономеров актина толщиной по 5 нм (рис. 7.2). Эта струк­тура похожа на две нитки бус, скрученные по 14 бусин в витке. В цепях актина регулярно примерно через 40 нм встроены моле­кулы тропонина, а сама цепь охватывает нить тропомиозина. При сокращении мышцы тонкие нити вдвигаются между тол­стыми. Происходит относительное скольжение нитей без изме­нения их длины. Этот процесс обусловлен взаимодействием осо­бых выступов миозина - поперечных мостиков с активными центрами, расположенными на актине. Мостики отходят от тол­стой нити периодично на расстоянии 14,5 нм друг от друга.

В расслабленном состоянии миофибрилл молекулы тропо­миозина блокируют прикрепление поперечных мостиков к актиновым цепям (рис. 7.3, а).

Рис. 7.3. Процесс активации мостика и генерации усилия в саркомере

Ионы Са²⁺ активируют мостики и открывают участки их прикрепления к актину (рис. 7.3,6). В результате мостики миозина прикрепляются к актиновым нитям, расщепляются молекулы АТФ и изменяется конформация мостиков: их головки поворачиваются внутрь саркомера (рис. 7.3, в). Это приводит к генерации силы, скольжению актина относительно толстой нити миозина к центру саркомера, что вызывает укорочение мышцы. После окончания ак­тивации мостик размыкается и саркомер возвращается в ис­ходное состояние. При укорочении объем саркомера практи­чески не меняется, а следовательно, он становится толще, что и подтверждается на снимках поперечного сечения мышц с помощью электронной микроскопии. Каждый цикл замыка­ние-размыкание сопровождается расщеплением одной моле­кулы АТФ. Таким образом, актин-миозиновый комплекс яв­ляется механохимическим преобразователем энергии АТФ. Рассмотренная структура и последовательность процессов на­зывается моделью скользящих нитей.

Электромиография — метод электрофизиологической диагностики поражений нервно-мышечной системы, состоящий в регистрации электрической активности (биопотенциалов) скелетных мышц.

Электромиограмма (электро- + миограмма, ЭМГ) — кривая, отражающая изменения во времени разности потенциалов электрического поля (биопотенциалов) скелетной мышцы..

Различают спонтанную электромиограмму, отражающую состояние мышц в покое или при мышечном напряжении (произвольном или синергическом), а также вызванную, обусловленную электрической стимуляцией мышцы или нерва. Э. позволяет проводить топическую диагностику поражения нервной и мышечной систем (надсегментарных пирамидных и экстрапирамидных структур, мотонейронов передних рогов, спинномозговых корешков и нервов, нервно-мышечного синапса и собственно иннервируемой мышцы), оценивать тяжесть, стадию, течение заболевания, эффективность применяемой терапии.

Аппаратура для Э. состоит из двух основных блоков — электромиографа и электростимулятора. Электромиограф усиливает мышечные биопотенциалы и обеспечивает минимальный уровень помех («шумов»). Современные электромиографы — компактные компьютерные системы, с помощью которых проводят исследование по заданной программе. Аппаратура позволяет получать запись минимальных по амплитуде биопотенциалов, производить автоматический оперативный обсчет амплитуды, частоты и длительности латентных периодов, спонтанных и вызванных потенциалов мышц и нервов, осуществлять их спектральный анализ. Возможность усреднения кривых, высокий коэффициент усиления при низком уровне «шумов» обеспечивают возможность использования этих аппаратов и при записи и анализе стволовых и корковых вызванных потенциалов. Используются различные модели электромиографов и электростимуляторов: двухканальный электромиограф ЭМГ СТ-01, а также электромиографы М-440, М-500 и др.

Отведение потенциалов действия мышцы осуществляют при помощи поверхностных электродов, накладываемых на кожу над исследуемой мышцей, или игольчатых, вводимых в мышцу. Поверхностные электроды представляют собой парные металлические пластины (олово, серебро, и др.) размером 10´5 мм, которые накладывают на расстоянии друг от друга 20—25 мм для взрослых и 10—15 мм для детей.

Они используются для регистрации биоэлектрической активности значительного участка мышцы, включающего десятки и сотни функционирующих единиц, результирующая электромиограммы носит название глобальной. Игольчатые электроды применяются для локального отведения биопотенциалов отдельных двигательных единиц (локальная электромиограмма). Оба метода отведения используются самостоятельно или в сочетании, однако у новорожденных и детей раннего возраста чаще исследуют глобальную электромиограмму.

Электрическую стимуляцию мышц и нервов для исследования вызванных мышечных и невральных потенциалов осуществляют обычно с помощью поверхностных стимулирующих электродов с межэлектродным расстоянием от 10 до 20 мм. Применяют пластинчатые или вилочковые электроды в зависимости от глубины залегания стимулируемого нервного ствола. Исследованию подвергают не только те мышцы, которые наиболее патологически изменены. но и симметричные им, а также другие группы мышц, находящиеся в функциональной взаимосвязи с преимущественно пораженными. Каждую мышцу исследуют в нескольких режимах: в покое, при синергических непроизвольных мышечных напряжениях и при максимальном по силе мышечном сокращении. С мышцы, находящейся в состоянии максимально возможного расслабления, т.е. в режиме покоя, биоэлектрическая активность в норме не регистрируется. При слабом мышечном сокращении появляются осцилляции с амплитудой 100—150 мкВ. При максимальном произвольном мышечном сокращении амплитуда осцилляций индивидуальна, как и сила людей, различающихся по возрасту и физическому здоровью, и может достигать в норме 1000)—3000 мкВ. В этих случаях регистрируется так называемая интерференционная кривая, обусловленная асинхронным возбуждением клеток передних рогов спинного мозга и двигательных единиц мышцы, потенциалы действия которых становятся более интенсивными и продолжительными.

Мышцы выполняют две основные функции - производят усилие и реагируют на нарушения. Мышца должна быть подобна пружине, чтобы реагировать соответствующим образом; этому способствует рефлекс растяжения мышцы. Когда мышца испытывает кратковременное неожиданное увеличение длины, ее реакцией является рефлекс растяжения.

Рефлекс - возникновение, изменение или прекращение функциональной активности органов, тканей или целостного организма, осуществляемое при участие ЦНС в ответ на раздражение рецепторов организма.

Рефлекс растяжения мышцы - рефлекс, вызывающий сокращение мышцы в ответ на ее растяжение.

Рефлекс растяжения включает, по меньшей мере, два компонента. Один из них - реакция кратковременной латентности, которую, как полагают, вызывает нервная схема, ограниченная спинным мозгом. Второй компонент характеризуется долговременной латентной и более сложной структурой, которая, очевидно, включает двигательную область коры головного мозга.

Время рефлекса - складывается из латентного периода возбуждения рецептора, времени проведения ПД по нервному пути, центрального времени, времени проведения возбуждения по эффекторному пути и латентного ответа эффектора.

Ахиллово сухожилие – это самое большое сухожилие у человека. Оно образуется в результате слияния брюшек икроножной мышцы и камбаловидной мышцы, которые соединяются в единое сухожилие. Это сухожилие прикрепляется к бугру пяточной кости. Между поверхностью пяточной кости и сухожилием имеется слизистая сумка. Ее цель – уменьшение трения между костью и тканью сухожилия. Иногда, после травм эта сумка может воспаляться. В этом случае возникает бурсит ахиллова сухожилия.

Разрыв ахиллова сухожилия чаще всего возникает у лиц 30 - 50 лет. Обычно место разрыва сухожилия находится в 4 – 5 см от места прикрепления его к пяточной кости. Это связано с тем, что в этом месте сухожилия кровоснабжение у него ухудшено.

Причины разрыва ахиллова сухожилия может быть как прямая травма (например, удар по сухожилию твердым предметом), так и непрямое воздействие резкого сокращения мышц голени. Чаще разрывы происходят при внезапной резкой нагрузке на сухожилие при старте у спринтеров, во время прыжка, при резком тыльном сгибании стопы – падение с высоты. При прямой травме режущим предметом может возникнуть частичное повреждение сухожилия.

Способ Ендрашика (Е. Jendrassik, 1858-1921, венгерский врач) - метод

выявления заторможенного коленного рефлекса с помощью отвлечения внимания обследуемого тем, что ему предлагают растягивать сцепленные кисти рук.