Деннис Тейлор – Биология. В 3-х томах. Т. 3 (страница 8)
17.5.4. Мышечные веретена и рефлекс на растяжение
В скелетных мышцах имеются проприоцепторы, называемые мышечными веретенами (рис. 17.28). В середине каждого такого веретена находится несколько видоизмененных, несократимых мышечных волокон, названных интрафузальными волокнами, которые заключены в соединительнотканную оболочку. Их обвивают аннулоспиральные нервные окончания, принадлежащие афферентному нерву, который идет к спинному мозгу. Вокруг веретена параллельно интрафузальным волокнам лежат обычные мышечные (экстрафузальные) волокна. В обоих концах веретена содержатся сократимые мышечные волокна, которые иннервируются эфферентными нервами, идущими от центральной нервной системы.
Рис. 17.28. А. Мышца позвоночного, мышечное веретено и сухожильный орган. Б. Мышечное веретено (детали строения). Стрелками показано направление передачи нервных импульсов
При растягивании мышцы в аннулоспиральных окончаниях веретена возникает напряжение, вызывающее залп нервных импульсов, которые идут по афферентным нейронам к спинному мозгу. Эти нейроны образуют синапсы непосредственно с эфферентными нейронами, которые посылают импульсы к экстрафузальным мышечным волокнам, вызывая их рефлекторное сокращение. Это рефлекс на растяжение. Чем сильнее будет растянуто веретено, тем больше импульсов пойдет в спинной мозг и тем сильнее сократится мышца. Таким образом, этот рефлекс направлен на поддержание постоянной длины мышцы при изменении нагрузки на нее.
Мышечные веретена работают не все одновременно: разные веретена возбуждаются в разное время в зависимости от нужд организма. В любой момент времени всегда есть несколько веретен, стимулируемых непрерывным потоком сигналов из центральной нервной системы. Это поддерживает частично сокращенное состояние мышц, называемое мышечным тонусом. Для хорошего мышечного тонуса нужна систематическая работа мышц, например физические упражнения.
Важную роль в поддержании мышечного тонуса играют концевые участки веретена. При стимуляции их импульсами эфферентного нерва они сокращаются, и этим обеспечивается некоторое напряжение ненагруженной мышцы. Если бы мышца не поддерживалась в таком состоянии, то в случае внезапной нагрузки она могла бы быть повреждена в результате чрезмерного растяжения.
17.5.5. Тормозные рефлексы
Для перемещения конечности в том и другом направлении нужны по меньшей мере две противоположно действующие мышцы или группы мышц. Когда одна из них сокращается, другая должна расслабляться. Достигается это благодаря простым тормозным рефлексам. Как мы уже видели, сигналы, возникшие в мышечном веретене, поступают от мышцы по афферентному нейрону в спинной мозг и в конце концов возвращаются к той же мышце и вызывают ее сокращение. Афферентный нейрон образует также синапсы с промежуточными нейронами в сером веществе спинного мозга (рис. 17.29). При соответствующей стимуляции они блокируют эфферентные нейроны, идущие к мышце-антагонисту, и эта мышца, таким образом, оказывается неспособной к сокращению и остается расслабленной.
Рис. 17.29. Реципрокное торможение. При сокращении мышцы А импульсы направляются в спинной мозг, где они передаются на промежуточный тормозный нейрон; торможение им соответствующего двигательного нейрона, иннервирующего мышцу Б, заставляет эту мышцу расслабиться
Хорошим примером может служить механика ходьбы. Сначала конечность сгибается, чтобы стопа оторвалась от земли. Во время сгибания мышцы-антагонисты — разгибатели — растягиваются, но рефлекторное торможение делает их сокращение невозможным. Затем согнутая конечность выпрямляется и стопа вновь опускается на землю. По окончании сокращения мышц-сгибателей торможение с мышц-разгибателей снимается, и теперь становится возможным рефлекс на растяжение, приводящий к сокращению мышцы-разгибателя. Когда конечность выпрямлена, мышечное веретено разгибателя не подвергается больше растяжению и рефлекс на растяжение исчезает. После этого весь процесс может начаться снова.
17.5.6. Сухожильные рецепторы
Рецепторы растяжения есть и в сухожилиях, однако они реагируют только на очень сильное растяжение. Импульсы от них поступают в центральную нервную систему и воздействуют на тормозные промежуточные нейроны, которые затормаживают сокращение мышцы и ее активное противодействие растяжению. Этот процесс очень важен, так как он предотвращает повреждение мышц, возможное при внезапной перегрузке или при излишне сильном сокращении в ответ на большую нагрузку.
17.6. Различные способы локомоции у беспозвоночных
17.6.1. Амебоидное движение
Для амебоидного движения характерно образование в клетке временных выступов — так называемых псевдоподий. Этим способом перемещаются простейшие класса Rhizopoda и лейкоциты (белые кровяные клетки) позвоночных. При движении в клетке намечается "передний" конец — место, где образуются новые псевдоподии. Изучение амебы показало, что ее цитоплазма состоит из наружного вязкого слоя — плазмагеля, или эктоплазмы, которым окружен более жидкий слой — плазмазоль, или эндоплазма. Как полагают, движение происходит благодаря поочередным изменениям коллоидного состояния цитоплазмы, обусловленным переходами золь гель, и перетеканию плазмазоля в псевдоподию (разд. 4.1). В месте образования псевдоподии плазмагель разжижается, превращаясь в плазмазоль; теперь плазмазоль перетекает в эту часть клетки и дальше во вновь образующуюся псевдоподию. В наружной зоне псевдоподии плазмазоль быстро переходит в плазмагель, образующий вокруг псевдоподии плотный воротничок. В заднем конце амебы плазмагель быстро превращается в плазмазоль и перетекает вперед (рис. 17.30)[3].
Рис. 17.30. Образование псевдоподии у амебы. Согласно теории фонтанирования, плазмазоль затвердевает, и образующийся плазмагель сокращается, проталкивая таким образом в псевдоподию еще больше плазмазоля
Существует несколько гипотез, объясняющих амебоидное движение. Согласно одной из них, плазмазоль проталкивается вперед в формирующуюся псевдоподию в результате сокращения заднего конца амебы. Изменения вязкости цитоплазмы, сопровождаемые небольшими изменениями давления в разных частях клетки, по мнению исследователей, приводят к перетеканию цитоплазмы внутри клетки. Сторонники более распространенной гипотезы "фонтанирования" утверждают, что клетка перемещается вперед за счет сокращения цитоплазмы на переднем ее конце. Белковые молекулы плазмазоля находятся здесь в растянутом состоянии, а при превращении плазмазоля в плазмагель они спирализуются и укорачиваются. В это время молекулы белка в заднем конце клетки автоматически растягиваются, переходя в состояние плазмазоля, который проталкивается к переднему концу.
Возможно, что вскоре эти гипотезы придется пересмотреть, так как сейчас установлено, что во всех эукариотических клетках имеются белки актин и миозин, и показано, что актин, присутствующий в виде тонких нитей, обратимо связывается с миозином; эта реакция сопровождается гидролизом АТФ. Таким образом, механизмы амебоидного движения в целом, а может быть, и перетекания цитоплазмы в клетке, возможно, окажутся в основе своей сходны-ми с механизмом мышечного сокращения.
17.6.2. Реснички и жгутики
Электронные микрофотографии показывают, что реснички и жгутики имеют одинаковое внутреннее строение. Реснички — это просто укороченный вариант жгутиков, и в отличие от жгутиков они чаще всего располагаются группами, а не поодиночке. На поперечных срезах видно, что и другие органеллы состоят из двух центральных фибрилл, окруженных девятью периферическими (рис. 17.31), — так называемая структура "9 + 2". Этот пучок фибрилл — аксонема — окружен мембраной, которая является продолжением плазматической мембраны.
Рис. 17.31. Строение реснички или жгутика. А. Схема расположения трубочек и сопутствующих компонентов (вид сбоку). Б. Поперечный разрез. Каждый дублет состоит из микротрубочек А и В. А — микротрубочка имеет пару отростков ('ручек'). Обратите внимание, что на поперечном разрезе А — трубочка представляется полым цилиндром, причем часть ее стенки становится общей для обеих трубочек дублета. По всей длине трубочек через определенные интервалы отходят 'спицы', которые соединяют дублеты с 'осевым футляром', окружающим центральные трубочки. В. Дублет микротрубочек в увеличенном виде
Все периферические фибриллы построены из белка тубулина и состоят из микротрубочек А и В. Каждая А-микротрубочка несет по паре "ручек", образованных другим белком — динеином, который обладает способностью гидролизовать АТФ, т.е. действует как АТФаза. Центральные фибриллы соединены с А-микротрубочками периферических фибрилл при помощи радиальных перекладин.
В месте прикрепления к клетке ресничка или жгутик оканчивается базальным тельцем, которое по строению почти идентично аксонеме (имеет структуру 9 + 0) и является производным центриоли. От центриоли оно отличается лишь наличием у его основания сложной структуры, названной "колесом со спицами". Как полагают, базальное тельце в процессе формирования ресничек и жгутиков служит матрицей для сборки микротрубочек. Нередко от базального тельца в цитоплазму отходят волоконца, фиксирующие его в определенном положении. Но хотя реснички и жгутики имеют одинаковый план строения, способы их работы заметно различаются.