Начало >> Статьи >> Архивы >> Основы патологической физиологии

Типовые нарушения скелетных мышц - Основы патологической физиологии

Оглавление
Основы патологической физиологии
Основы учения о здоровье, предболезни и болезни
Внутренние причинные факторы
Роль условий в происхождении болезни
Патогенез
Общие механизмы патологических процессов
Формирование симптоматики болезни
Методы патологической физиологии
Барьерные механизмы
Гематоэпителиальные барьеры
Гематолимфатический барьер
Гистогематические барьеры
Циркуляторно-органные барьеры
Параиммунитет
Неспецифическая клеточная защита
Специфическая иммунная защита
Метаболизм антигенов
Антитела
Регуляция антителообразования
Реакции антиген-антитело
Иммунодефициты
Специфическая клеточная защита
Типовые клеточные патологические процессы
Типовые нарушения клеточной защиты
Повреждение клетки
Патохимические проявления повреждения клетки
Повреждение цитоплазматической мембраны
Нарушение трансмембранного транспорта
Нарушение рецепторной функции мембран
Функции органелл в поврежденной клетке
Цитозоль поврежденной клетки
Ядро поврежденной клетки, типовые нарушения
Патологические процессы при общих нарушениях обмена веществ
Типовые нарушения механизма компенсации недостаточности тканевого дыхания
Виды гипоксии
Патофизиологическое обоснование методов повышения устойчивости к гипоксии
Патология углеводного обмена
Дефекты энергетического использования углеводов
Нарушение утилизации моносахаридов
Врожденные нарушения утилизации моносахаридов
Мукополисахаридозы
Типы недостаточности инсулина
Патология жирового обмена
Внутриклеточное метаболизирование транспортных форм липопротеидов
Гиперлипопротеидемии
Ожирение
Патология белкового обмена
Белково-энергетическая недостаточность
Частичное голодание
Недостаточность растепления и всасывания белков в кишечнике
Типовые нарушения синтеза сывороточных белков
Диспротеинемии
Типовые нарушения внутриклеточного обмена белков
Пуриновый обмен
Патология обмена витаминов
Патология обмена витамина C
Патология обмена витамина A
Патология обмена коферментной группа витаминов
Патология обмена гормоноподобной группы витаминов
Патология обмена незаменимых микроэлементов
Марганец, медь
Магний
Молибден, селен, хром, фтор
Типовые нарушения водно-электролитного обмена
Нарушения объемного гомеостаза
Нарушения внеклеточного осмотического гомеостаза
Нарушения внутриклеточного осмотического гомеостаза
Местные нарушения объемного и осмотического гомеостаза
Типовые нарушения обмена кальция
Типовые нарушения обмена фосфора
Типовые нарушения кислотно-основного состояния
Дисфункция буферных систем - нарушения кислотно-основного состояния
Неспецифическое острое воспаление
Соединительная ткань в процессе воспаления
Противовоспалительная защита
Медиаторы воспаления
Системные проявления острого воспаления
Динамика местного острого воспаления
Хроническое воспаление
Лихорадка
Типовые нарушения регенерации
Неспецифическая над клеточная регуляция клеточной регенерации
Специфические регуляторы клеточной регенерации
Малигнизации клеток
Химический канцерогенез
Физический канцерогенез
Вирусный канцерогенез
Особенности малигнизированных клеток
Самозащита малигнизированных клеток
Противоопухолевая защита организма
Опухолевая болезнь
Боль
Рецепторы болевой чувствительности
Проводящие пути боли
Антиноцицептивная система
Специфическая рецепция опиоидных пептидов
Механизмы действия опиоидных пептидов в ЦНС
Опосредованное действие опиоидных пептидов
Острая боль
Хроническая боль
Стресс
Острый физиологический стресс
Хронический физиологический стресс
Патологический стресс
Типовые нарушения иммунитета
Атопия
Тестирование гиперчувствительности немедленного типа, иммунная аутоагрессия
Болезни иммунных комплексов
Гиперчувствительность замедленного типа
Трансплантационная иммунопатология
Инфекционный процесс
Радиационное повреждение
Повреждающее действие высоких и низких температур
Температурный анализатор
Эфферентные звенья терморегуляции
Типовые нарушения теплового баланса в организме
Ожоговая болезнь
Система крови
Энзимопатические гемолитические анемии
Органические повреждения клеток эритроидного ряда
Экстракорпускулярные гемолитические анемии
Кровопотеря
Возрастные и функциональные изменения эритропоэза
Белая кровь
Нейтрофилы
Эозинофилы
Базофилы
Пул агранулоцитов
Пул лимфоидных клеток
Пул тромбоцитов
Лейкозы
Гемостаз
Противосвертывающая система крови
Фибринолитическая система крови
Нарушения гемостаза
Сердечно-сосудистая система
Нарушения автоматизма сердца
Номотопные аритмии
Гетеротопные аритмии
Сердечная недостаточность
Адаптация к нагрузкам неповрежденного сердца - сердечная недостаточность
Адаптация к нагрузкам поврежденного сердца - сердечная недостаточность
Миокардит
Тампонада сердца
Венечное кровообращение
Механизмы повреждения венечных сосудов
Постинфарктные осложнения
Механизмы повреждения сосудистой системы
Механизмы быстрой регуляции артериального давления
Механизмы долгосрочной регуляции артериального давления
Система микроциркуляции
Комбинированные повреждения артериальных сосудов
Алиментарные факторы в патогенезе артериальной гипертензии
Атеросклероз
Нарушения регуляции обмена липопротеидов - атеросклероз
Патология лимфатической системы
Патология венозной системы
Дыхательная система
Нарушения нервной регуляции внешнего дыхания
Дыхательная недостаточность
Бронхиальная астма
Асфиксический синдром
Рестриктивная недостаточность дыхания
Отек легких
Патология плевры
Пищеварение в ротовой полости
Механизмы повреждений слизистой оболочки полости рта
Слюнные железы
Регуляция секреции слюнных желез
Нарушения деятельности слюнных желез
Жевание
Глотание
Пищеварительный транспортный конвейер
Нейроэндокринная регуляция моторной и секреторной функции желудка
Механизмы нарушения пищеварения в желудке
Гастрит
Механизмы язвообразования в желудке
Оперированный желудок
Пищеварение в кишечнике
Иммунная система тонкой кишки
Моторика тонкой кишки
Механизмы нарушения функций тонкой кишки
Острый перитонит
Пищеварение в толстой кишке
Типовые нарушения функции толстой кишки
Поджелудочная железа
Типовые нарушения внешнесекреторной функции поджелудочной железы
Панкреатит
Печень
Защита гепатоцитов
Типовые нарушения функций гепатоцитов
Гепатит
Печеночная недостаточность
Генетические дефекты функций печени, регенерация
Желтуха
Желчевыводящие пути
Структура и функции почек
Типовые повреждения нефрона
Типовые нарушения функций почек
Почечная недостаточность
Мочевыводящие пути
Костная ткань скелета
Регуляция активности остеогенных клеток
Типовые нарушения опорно-двигательного аппарата
Компенсационная перестройка кости
Искусственная активация репаративного остеогенеза
Остеопатии
Артропатии
Типовые нарушения суставов
Артрит
Скелетные мышцы
Адаптация скелетных мышц к режиму работы
Типовые нарушения скелетных мышц
Нарушения нервно-мышечной передачи возбуждения и нейротрофических влияний
Общая характеристика гормонов
Типовые нарушения функций эндокринных клеток
Гипофиз
Эпифиз
Паращитовидные железы
Корковое вещество надпочечников
Щитовидная железа
Женская репродуктивная система
Гормональная дисфункция у женщин
Мужская репродуктивная система
Типовые нарушения функций яичек и придатков
Дисфункция гипоталамо-гипофизарно-гонадной системы у мужчин
Типовые нарушения функций предстательной железы
Врожденная дисфункция гормональной регуляции репродуктивной функции у мужчин

Возрастная инволюция скелетных мышц характеризуется снижением супраспинального контроля активности больших альфа-мотонейронов, иннервирующих быстрые мышечные волокна и одновременным повышением активности малых альфа-мотонейронов, иннервирующих медленные волокна. При этом снижается масса мышечной ткани в связи с уменьшением количества быстрых гликолитических волокон, окислительно-гликолитические быстрые волокна в составе стареющих мышц сохраняются более длительное время. Однако в мышцах стареющих людей постепенно исчезают характерные метаболические и функциональные различия между быстрыми и медленными волокнами, хотя быстрые двигательные единицы стареют обычно быстрее, чем медленные.
При возрастной инволюции в мышцах на 30—50 % снижается потребление кислорода, на 25—35 % — содержание АТФ, на 40— 50 % — уровень фосфокреатина. В то же время в мышцах возрастает содержание АДФ и свободного креатина. Снижение интенсивности окислительно-восстановительных процессов происходит на фоне угнетения активности сукцинатдегидрогеназы в митохондриях стареющих мышечных волокон.
В происхождении нарушений метаболизма и функционального состояния стареющих мышечных волокон важную роль играют снижение высвобождения ацетилхолина в пресинаптических окончаниях, недостаточность его гидролиза в синаптической щели, увеличение плотности холинорецепторов и ионной проницаемости постсинаптической мембраны. В этих условиях повышается уровень критической деполяризации, снижается амплитуда ПД и возрастает его длительность. Поэтому мышцы утрачивают способность к быстрым сокращениям и могут функционировать преимущественно в замедленном темпе. Возрастные изменения двигательной активности скелетных мышц могут отягощаться при гипокинезии. Этот фактор включен в механизм снижения силы мышечных сокращений, атрофии и дегенерации мышечных волокон и мионевральных соединений.
Гиподинамия с сохранением изотонического режима сократительной деятельности скелетных мышц свойственна длительному строгому постельному режиму, невесомости, сидячему образу жизни. В этих условиях резко уменьшается афферентации с рецепторов органов движения — мышц, сухожилий и суставов, что ведет к снижению нисходящих активирующих влияний ретикулярной формации на нейроны сегментов спинного мозга. В результате наступает угнетение активности гамма-системы, регулирующей возбудимость рецепторов растяжения мышц. Следствием этого является ослабление влияния мотонейронов на быстрые мышечные волокна, снижение мышечного тонуса и дефицит нервнотрофического влияния на мышцы. В мышцах уменьшаются энергозатраты, увеличивается число открытых артериоловенулярных анастомозов, снижается капиллярный кровоток, что приводит к гипоксии, разобщению окислительного фосфорилирования с дыханием и торможению синтеза макроэргов. Энергетический дефицит ослабляет деятельность кальциевых насосов и тормозит активность системы ДНК—РНК—белок в клетках, начинает преобладать катаболизм над анаболизмом с усилением деградации миофибриллярных протеинов, особенно в быстрых мышечных волокнах. В свою очередь это ведет к снижению количества миофибрилл без изменения уровня и состава саркоплазматического белка, к установлению пластического и энергетического обменов на более низком уровне, к атрофии преимущественно быстрых мышечных волокон с уменьшением в них числа саркомеров, снижением возбудимости и сократимости. Масса мышц и сила сокращений значительно снижаются. В то же время на пассивные растяжения мышц частота разрядов первичных и вторичных афферентных окончаний во время динамической и статической фазы больше, чем в нормальной мышце. Это указывает на определяющую роль эфферентной иннервации в происхождении дистрофического процесса при гипокинезии.
Гиподинамия при перерезке сухожилия носит ограниченный характер. В ранний период укорочения мышцы с поврежденным сухожилием в сократившихся волокнах в течение нескольких суток отсутствуют изменения активности ферментов, уровня МП, входного сопротивления. В поздний период начинает проявляться дефицит нервнотрофических влияний на мышцу, возникают дробление и разрывы саркомеров, в мышечных волокнах в саркоплазме появляются разрозненные пучки миофибрилл. В мышечной ткани возрастает содержание коллагена, замедляется скорость сокращений, что связано с изменениями содержания разных типов волокон в результате преобладания волокон типа II.
Длительная адинамия скелетных мышц всегда имеется при разных видах иммобилизации органов движения (наложение гипсовых повязок, анкилозирование суставов и др.). Адаптационная перестройка волоконного состава определяется в этих случаях положением мышечного органа, подвергающегося иммобилизации и ее длительностью.
Иммобилизация органов движения в состоянии укорочения мышц приводит к снижению активности рецепторного аппарата в состоянии физиологического покоя, и при произвольных сокращениях мышца может работать только в изометрическом режиме. В таких условиях возникает резкое угнетение активности мотонейронов спинного мозга, иннервирующих иммобилизированные мышцы, в нейромоторных единицах развивается истончение моторных нервных волокон, дегенерация в виде разрывов нервных терминалей, происходит обнажение постсинаптических складок. Эти изменения сочетаются с угнетением нервнотрофических влияний, появлением в зоне концевых пластинок разрастания нервных терминалей. Начиная с первой недели иммобилизации в мышечной ткани снижается интенсивность окислительных процессов, увеличивается содержание ионов Na+ и Сl-, уменьшается концентрация РНК, снижается скорость синтеза белка и начинается передифференцировка мышечных клеток.
В быстрых гликолитических волокнах уже на 1-й неделе после иммобилизации происходит усиление аэробного окисления и снижение анаэробного гликолиза при сохранении его в качестве основного источника энергообеспечения клетки. На протяжении 2—3 нед происходит угнетение синтеза белка, утрата имеющихся саркомеров (до 40 %), уменьшение массы волокон, атрофия преимущественно быстрых мышц. Наряду с этим возникает уменьшение активности миозиновой АТФазы, Са2+-зависимой АТФазы миофибрилл, увеличивается скорость поглощения Са2+ везикулами саркоплазматической сети. Это является причиной уменьшения пиковой амплитуды и скорости спада тетанических сокращений и увеличения продолжительности одиночных сокращений.
Медленные оксидативные волокна на 1-й неделе иммобилизации практически не претерпевают изменений, но на 5—6-й неделе в них заметно снижается эндогенное дыхание и усиливается анаэробный гликолиз, уменьшается содержание АТФ и увеличивается способность образовывать молочную кислоту. Одновременно угнетается синтез белка и ускоряется его распад, развивается атрофия волокон, уменьшается число саркомеров, активируются лизосомальные протеазы, в результате чего снижается масса медленных мышц. Помимо этого в мышечных волокнах уменьшается активность миозиновой АТФазы и Са2+-зависимой АТФазы миофибрилл, что ведет к снижению пиковой амплитуды одиночных и тетанических сокращений, скорости нарастания и спада напряжения и к уменьшению продолжительности одиночных сокращений.
Иммобилизация органов движения в состоянии удлинения мышц приводит к сохранению не только афферентации, но и электрогенных свойств мотонейронов и их нервнотрофического влияния на мышечные волокна. В течение 2—3 нед иммобилизации в удлиненной мышце происходит новообразование саркомеров (до 20 %), и степень натяжения снижается. Атрофия быстрых мышечных волокон развивается очень медленно и в течение ряда месяцев их функциональные свойства остаются нормальными. Медленные волокна обычно гипертрофируются во всей массе иммобилизованной мышцы.
Динамичность волоконного состава скелетных мышц, зависимость их сократительных свойств от условий моторной активности являются важными критериями в установлении механизмов заболевания органов движения.
Гипердинамия — выполнение продолжительной тяжелой механической работы в процессе производственной, спортивной и иной деятельности. Гипердинамия характеризуется стадийностью изменений сократительных свойств и метаболизма в работающих мышцах. Стадия усиления сократительной способности работающих мышц характеризуется увеличением количества активных двигательных единиц, синхронизацией их деятельности, возрастанием частоты и амплитуды импульсов в ЭМГ и максимальной силой сокращений. Это состояние поддерживается за счет увеличения потребления кислорода, гормонов, нейромедиаторов и энергетических субстратов. В этот период в мышечных волокнах катехоламины усиливают активный транспорт ионов Na+ и К+, примерно на 10 % повышают уровень МП. Одновременно увеличиваются поглощение из крови глюкозы и распад внутриклеточных запасов гликогена, особенно в быстрых гликолитических мышечных волокнах. При окислении глюкозы пируват декарбоксилируется и в виде ацетил-КоА используется в цикле Кребса. Стадия усиления сократительной способности может продолжаться, пока мышечные волокна располагают запасом гликогена. Для этой стадии наиболее неблагоприятным фактором является ишемия мышечной ткани. В этом случае в работающих мышцах возрастает метаболизм за счет максимального напряжения процессов синтеза АТФ и креатинфосфата, что ведет к гиперпродукции молочной кислоты. При повышении содержания лактата в пределах 100— 150 ммоль/л сократительная способность угнетается, так как лимитирующим фактором при сокращении мышцы в условиях ишемии является повышение содержания ионов Н+, АДФ и неорганического фосфата, а не истощение энергетических субстратов.
Стадия угнетения сократительной способности мышц развивается при истощении запаса гликогена, снижении содержания глюкозы в крови и недостаточном поступлении ее в мышечные волокна. В мышечных волокнах, особенно в быстрых гликолитических, накапливается лактат, развивается ацидоз, который ингибирует активность фосфофруктокиназы, креатинкиназы, что способствует созданию дефицита макроэргов. Содержание креатинфосфата и АТФ падает на 50 % и более, так как снижается скорость рефосфорилирования АДФ. Энергетическое голодание мышечных волокон может частично компенсироваться за счет мобилизации липидов, развития гиперлипидемии и усиления бета-окисления НЭЖК в мышцах, в которых 30—60 % энергозатрат начинает обеспечиваться за счет этого механизма. Одновременно в работающих мышцах резко усиливается синтез аланина при участии аланинаминотрансферазы, что совпадает с возрастанием дезаминирования аминокислот и окисления кетокислот. При стимуляции катаболизма в плазме крови повышается концентрация небелкового азота, мочевины и мочевой кислоты. Подобный вид компенсации энергетического обмена ведет к возникновению массивного образования и накопления в мышечных клетках ацетил- КоА, а также к активации эндогенных фосфолипаз, повреждающих мембранные структуры. Кроме того, повышение уровня ацетил- КоА ингибирует активность пируватдегидрогеназы и активирует карбоксилазу. Это угнетает окисление углеводов, в плазме крови снижается концентрация лактата и возрастает уровень кетоновых тел. Развитие нарушений метаболизма совпадает с угнетением синтеза катехоламинов, глюкокортикоидов и возникновением их дефицита, что в свою очередь еще более снижает интенсивность окислительных процессов и активность ионных насосов, локализованных в мембранах мышечных волокон. В совокупности закисление саркоплазмы и нарушение транспорта ионов приводят к уменьшению сродства к ионам Са2+ связующих центров тропонина, возрастанию содержания и угнетению освобождения ионов Са2+ в терминальных цистернах саркоплазматической сети, а также к затруднению прохождения ПД в Т-системе. Наряду с этим увеличивается порог раздражения из- за прогрессирующего снижения синхронного выброса нейромедиатора, уменьшается частота МП КП, снижается способность постсинаптической мембраны генерировать ПКП при полном сохранении ее чувствительности к ацетилхолину. Последнее связано со снижением возбудимости спинальных моторных нервных центров, урежением разрядов мотонейронов за счет активации тормозных рефлексов с гипердинамичных мышц. При этом резко возрастают энергетические затраты на мышечную работу, возникает рефлекторное вовлечение в моторную деятельность дополнительных мышц, что вызывает дискоординацию сокращений отдельных мышц при выполнении двигательных актов. Существенно изменяются функциональные показатели — сила сокращений уменьшается до 25 % от исходной, нервно-мышечная эффективность — до 50 % от должной, амплитуда М-волны на ЭМГ снижается до 33 % от должной, посттетаническая потенциация — до 50 % от исходной, внутриклеточный pH — до 6,4 и менее. Для стадии угнетения сократительной способности работающих мышц характерен также повышенный уровень активности систем кровообращения и дыхания.
Острое переутомление скелетных мышц — обычный исход чрезмерной физической нагрузки — бега до изнеможения, длительных судорог и др. Переутомление развивается быстрее при коротких, но интенсивных мышечных усилиях, чем при длительных и легких нагрузках на мышечную систему. Немедленное переутомление возникает обычно у спортсменов сразу после выполнения чрезмерной мышечной нагрузки; его продолжительность может достигать 2 ч, в течение которых имеются мышечная ригидность, уменьшение силы сокращений при произвольных движениях и мышечная боль. Если чрезмерная нагрузка прекращается до начала переутомления, возможно быстрое восстановление исходных показателей функционального состояния: через 5 мин обычно нормализуется М-волна на ЭМГ, через 15 мин — внутриклеточный pH, содержание фосфокреатина и сила сокращений. При чрезмерной нагрузке вплоть до переутомления в мышце возникает прогрессирующая деструкция митохондрий, особенно в быстрых волокнах, появляются дегенеративные изменения миофиламентов в виде разволокнения и лизиса фибрилл, резко замедляется ресинтез гликогена и креатин- фосфата, образуется саркоплазматический детрит и замедляется его удаление, появляются митозы среди клеток-сателлитов и образуются миобласты. Регенерация мышцы, поврежденной при чрезмерной нагрузке, затягивается на длительный срок — до 30 сут и более.
Хроническая ишемия скелетных мышц возникает при хронической сердечной недостаточности, гиподинамии, гиповолемии, особенно при их сочетаниях. Ограничение объема кровотока и удаления из мышечной ткани продуктов распада вызывает развитие прогрессирующего дефицита потенциальных источников энергии мышечного сокращения. Угнетение деятельности энергетического челнока, обеспечивающего утилизацию жирных кислот, ослабляет фосфорилирование креатина при участии креатинфосфокиназы в митохондриях мышечных волокон и уменьшает перенос креатинфосфата в миофибриллы. Недостаточное энергоснабжение мышечных сокращений активирует в них гликогенолиз и снижает содержание гликогена. В то же время замедляется превращение образующегося при сокращениях пирувата в аланин. Поступление аланина из мышечной ткани в кровь снижается, что ограничивает поглощение его печенью с последующим использованием в процессе глюконеогенеза. В условиях дефицита энергетического снабжения мышечной ткани резко возрастает катаболизм мышечных белков, что сравнительно быстро приводит к недостаточности содержания их в мышечных волокнах и нарушениям обмена. В мышцах накапливается лактат, развивается ацидоз, ингибируется активность фосфофруктокиназы и креатин- киназы. В результате появляется дефицит креатинфосфата, снижается скорость рефосфорилирования АДФ и повышается проницаемость сарколеммы, что служит причиной повышения внутриклеточной концентрации ионов Са2+. Избыток этого катиона способен вызывать разрушение миофибрилл за счет активации в саркоплазме протеаз, Са2+-зависимого высвобождения кислых гидролаз из лизосом, а также в результате деполимеризации миофиламентов. Развитие дистрофического процесса в мышечных волокнах ведет к их гибели и замещению соединительной тканью.
Острая ишемия скелетных мышц — обычное последствие эмболии артериальных сосудов, сосудистых кровотечений, требующих наложения кровоостанавливающих жгутов, операций на крупных сосудах с временным выключением кровотока. В этих условиях степень повреждения мышечной ткани определяется сроком прекращения в ней кровообращения. Прекращение кровотока сроком до 2 ч характеризуется резким снижением РO2, угнетением поглощения свободных жирных кислот (на 50 % и более), мобилизацией гликогена, активацией анаэробного гликолиза, развитием вне- и внутриклеточного ацидоза. Через 60—90 мин после прекращения кровотока концентрация молочной кислоты в мышцах возрастает на 300 % и более. В мышечных волокнах приблизительно в два раза выше нормы усиливаются катаболизм мышечных белков, продукция и выделение аденозина во внеклеточную среду. В ишемизированных мышцах значительно угнетается синтез макроэргов и усиливается их распад. Дефицит креатинфосфата достигает 60 % уже через 30—60 мин после блокады кровообращения. Наряду с этим в мышцах снижается содержание катехоламинов, ослабляется нервнотрофическое обеспечение мышечной ткани. Нарушение обмена веществ приводит к снижению синтеза ингибиторов свободнорадикального окисления, что является причиной накопления продуктов перекисного окисления липидов в мембранах саркоплазматической сети, ингибирования ферментов транспорта кальций-зависимой АТФазы. На этом фоне в мышцах резко возрастает энергетическая стоимость полезной работы, ее осуществление быстро потенцирует недостаточность энергетических ресурсов и приводит к развитию необратимых процессов повреждения мембран, особенно сарколеммы в виде нарушения ионного транспорта и распределения одновалентных ионов (потеря К+, увеличение содержания внутриклеточного Na+ и Сl-), угнетения транспорта Са2+ и других поливалентных ионов. В свою очередь изменения ионного обмена приводят к гиперосмии, отеку и набуханию клеток, увеличению диффузионного расстояния, уменьшению доступа в клетку кислорода, метаболитов, энзимов, к ослаблению и даже полному выпадению мышечных сокращений. Несмотря на выраженные обменные и функциональные нарушения, в ишемизированных мышцах возникают незначительные изменения ультраструктуры клеток. В этот период при реперфузии мышц в клетках полностью восстанавливается содержание АТФ, креатинфосфата, гликогена и других энергетических субстратов. В обратимую стадию в ишемически поврежденных мышцах замедляются распространение и длительность ПД, спектр ЭМГ сдвигается в сторону более низких частот, наступает селективное блокирование низкопороговых афферентов Н-рефлекса при почти полной сохранности проведения возбуждения по эфферентам. При угнетении мышечной афферентации нарушается координация деятельности спинномозговых центров, иннервирующих мышцы синергисты и антагонисты.
Прекращение кровотока до 7 ч и более приводит к более тяжелым нарушениям всех видов обмена веществ в мышечной ткани, резкому возрастанию перекисных процессов, активации эндогенных фосфолипаз, деструкции органелл и внутриклеточному протеолизу. При реперфузии в необратимо поврежденных мышечных волокнах происходят дальнейшее возрастание анаэробного гликолиза и резкая активация продукции свободных радикалов, что способствует гибели мышечных волокон.
Прямое повреждение мышцы (механическое, поверхностно активными веществами — желчными кислотами, детергентами, жирорастворимыми продуктами — эфиром, хлороформом, фторотаном и др.) находится в прямой зависимости от интенсивности и длительности действия патогенных агентов и может распространяться на разные компоненты мышечных волокон. Повреждение сарколеммы сочетается с дефицитом синтеза АТФ, особенно в быстрых гликолитических и гликолитически-окислительных волокнах, с нарушением активного и пассивного трансмембранного транспорта ионов Na+, К+ и Сl, угнетением генерации ПД и передачи его на Т-систему. В отсутствии возбуждения Т-системы не возникает электрической поляризации мембран саркоплазматического ретикулума, не происходит структурной перестройки Са-зависимой АТФазы и превращения ее в гидрофильный канал, по которому осуществляется выход ионов Са2+ из цистерн саркоплазматической сети в саркоплазму. В саркоплазме создается дефицит ионизированного кальция, что делает невозможным запуск сократительной системы мышечного волокна. Повреждение саркоплазматической сети характеризуется накоплением продуктов перекисного окисления липидов — перекисных кластеров в мембранах, нарушением белковолипидного взаимодействия в области контакта Са2+-зависимой АТФазы с липидной фазой мембраны, а также изменением Са2+-связующих участков. Резко возрастает пассивная проницаемость мембран для ионов Са2+ и угнетается активность Са2+-зависимой АТФазы, повышается содержание ионизированного кальция в саркоплазме. В этих условиях увеличивается эффективность действия Са2+-активируемых протеаз, которые частично разрушают миофибриллы, вызывают разбухание митохондрий с утратой матрикса и фрагментацией крист, что в итоге нарушает сократительную способность мышечных волокон и может приводить к их гибели. При механической травме скелетных мышц период деструкции переходит в период регенерации мышечных волокон. Клетки-сателлиты превращаются в миобласты, т.е. происходит их генерация из ядерно-саркоплазматических участков мышечных волокон, расположенных под базальной мембраной.
Иммунные повреждения скелетных мышц возникают вследствие образования мышечных антигенных субстанций при некрозе мышечных волокон. Последующее образование противомышечных антител индуцирует развитие цитотоксических иммунных реакций, повреждающих мышечную ткань.
Метаболическое повреждение скелетных мышц развивается наиболее часто при белково-калорийной недостаточности — полном и неполном голодании, при которых возникает тяжелый дефицит продукции макроэргов, ведущий к повреждению главным образом гликолитическо-окислительных волокон. Гликолитические волокна обнаруживают большую устойчивость, так как они обладают более эффективным механизмом митохондриального окисления жирных кислот и кетоновых тел.
Ценкеровский некроз связан с местными повреждениями мышечных волокон. В ответ на повреждение в мышечных волокнах возникают зона сверхсокращения (первичный узел сокращения), распад протофибрилл, разрушение участков саркоплазматической сети и Т-системы. Это завершается развитием вакуолизации мышечных волокон. В прямой зависимости от распространенности ценкеровского некроза нарушается сократительная способность мышц.
Особую группу патологии мышечной системы представляют заболевания, связанные с избыточной продукцией в организме глюкокортикоидов или недостатком поступления витаминов, необходимых для метаболизма в мышечной ткани.
Стероидная миопатия развивается при длительном повышении концентрации глюкокортикоидов в организме (болезнь Кушинга, длительное парентеральное введение больших доз глюкокортикоидов). Избыточное поступление больших доз глюкокортикоидов в мышечные волокна сопровождается массивным связыванием их со специфическими рецепторами, изменениями обмена веществ с характерным угнетением синтеза и увеличением распада мышечных белков, повышением соотношения Na+/K+ за счет возрастания внутриклеточного содержания Na+. В результате развивается частичная деполяризация преимущественно быстрых гликолитических волокон, снижаются порог генерации ПД и сила сокращений главным образом быстрых мышц.

Схема 84. Обмен креатина при врожденной мышечной дистрофии

Е-авитаминоз — миопатия, возникающая главным образом из-за изменения деятельности Са2+-каналов, Са2+-насосов и нарушения кальциевого метаболизма в мышечных волокнах. Наиболее ярким проявлением этой патологии является накопление продуктов перекисного окисления липидов (перекисные кластеры) в мембранах саркоплазматической сети, нарушения белок-липидного взаимодействия в области контакта Са2+-АТФазы с липидной фазой мембраны. Это резко увеличивает проницаемость фрагментов саркоплазматической сети для Са2+ и повышает содержание ионизированного Са2+ в саркоплазме. В таких условиях ингибируется действие Са2+-зависимой АТФазы, увеличивается функция Са2+-активируемых протеаз, нарушается механизм сокращения миофибрилл, развивается атрофия Z-дисков (начальная стадия распада миофибрилл), возрастает концентрация тропонина. Несмотря на сохранение достаточно высокого уровня снабжения макроэргами, образующимися в процессе окислительного фосфорилирования и креатин-трансфосфорилирования, в мышечных волокнах нередко набухают митохондрии, утрачивается матрикс, фрагментируются кристы, снижается уровень фосфорилирования АДФ, угнетаются функции электронно-транспортной системы, которые являются основой развития дистрофии в скелетных мышцах.
Помимо приобретенных нарушений энергетического снабжения мышечных сокращений, большая группа заболеваний мышечной ткани обусловлена врожденными нарушениями энергетики сократительного механизма (миопатии). Данные заболевания проявляются в виде дефектов сократительной способности скелетных мышц — слабости, патологического утомления и др.
Врожденный дефицит креатинфосфокиназы возникает при изменении функции гена в Х-хромосоме матери и наследственной передаче этого дефекта плоду. Заболевание манифестируется в виде различных форм мышечной дистрофии, в основе которых лежит угнетение функции энергетического челнока, участвующего в утилизации жирных кислот. Это ведет к выпадению фосфорилирования креатина при участии креатинкиназы, локализованной в митохондриях и саркоплазме. Развивается недостаточность переноса фосфокреатина в межфибриллярное пространство, нарушается его дефосфорилирование с образованием АТФ и затрудняется транспорт креатина из межфибриллярного пространства в митохондрии. В мышечной ткани возникает хронический дефицит креатинфосфата и АТФ, что сопровождается ограничением утилизации креатина плазмы крови и усилением его выделения с мочой (схема 84).
Врожденное нарушение состава мембранных фосфолипидов (врожденная мышечная дистрофия) характеризуется снижением содержания фосфатидилхолина в сарколемме и увеличением концентрации фосфатидилэтаноламина, сфингомиелина, инозитол- и серинофосфатидов. Одновременно в 2—3 раза возрастает ацетилхолинэстеразная активность. В сарколемме формируются перфорации, более выраженные в медленных, чем быстрых мышечных волокнах. Поэтому в медленных мышцах (камбаловидной и др.) развиваются более тяжелые патологические изменения, чем в быстрых мышцах. В поврежденных мышцах возрастает степень васкуляризации с повышением плотности капилляров на поверхности сарколеммы. В то же время поврежденные мышечные волокна приобретают способность к эндоцитозу, тесно связанному с лизосомной системой, что в норме отсутствует. Эти волокна характеризуются увеличением времени развития одиночных сокращений, периода его полуспада и полного интервала сокращения. Нарушения сократительной функции сочетаются со снижением амплитуды ПД мышечных волокон, утратой способности генерировать полноценный ПД на фоне сохранения нервно-мышечной передачи возбуждения и генерации полноценных ПКП и МПКП. С поврежденных мышц сохраняется афферентация, и реакции мышечных волокон на денервацию практически те же, что в нормальной мышце. Это указывает, что при врожденной мышечной дистрофии афферентные и эфферентные системы не претерпевают заметных нарушений.
Псевдогипертрофическая прогрессирующая миопатия Дюшенна является первичной миопатией исключительно у мальчиков с рецессивным наследованием патогенного гена через Х-хромосому матери. У больных отсутствует синтез белка дистрофина в мышечных волокнах, что вызывает энзиматические, функциональные и структурные дефекты сарколеммы. В поврежденных мышечных волокнах снижается активность ферментов анаэробного гликолиза и повышается активность изоцитратдегидрогеназы, что сочетается с увеличением включения аминокислот (тирозин и др.) в мышечные белки. Морфофункциональные проявления заболевания в динамике не однородны.
Начальная стадия заболевания характеризуется частичной деструкцией небольших участков сарколеммы в виде фокальной дегенерации с последующим восстановлением структуры и функции мышечных волокон и развитием умеренно выраженной слабости скелетных мышц. В позднюю стадию появляются сегментарные некрозы в мышечных волокнах с массивной деструкцией сарколеммы, лизисом Z-дисков и распадом митохондрий. Резкое повышение проницаемости альтерированных мембран ведет к выходу энзимов мышечного происхождения в межуточную жидкость и затем в кровь. В опустевших футлярах фагоцитированных некротизированных волокон откладывается коллаген, миобластоподобные клетки пролиферируют, что служит причиной развития псевдогипертрофии пораженных отделов скелетных мышц.
Миотония — наследуемое заболевание скелетных мышц с генетически обусловленными функциональными и структурными повреждениями сарколеммы, характеризующееся повышением возбудимости и замедлением расслабления мышц после произвольного рефлекторного сокращения. В поврежденных мышечных волокнах снижается проводимость хлора и одновременно повышается постоянная времени инактивации натриевой проводимости и пиковой калиевой проводимости. Сокращения мышц сопровождаются миотоническими разрядами — сериями электрических импульсов малой длительности и высокой частоты. Они состоят из трехфазных волн или положительных острых волн с характерным падением амплитуды и частоты разрядов. При миотонии снижается скорость проведения электрических импульсов по моторным нервным волокнам, в пораженных мышцах уменьшается число двигательных единиц без каких- либо отклонений от нормы плотности распределения холинорецепторов на сарколемме.
Нейрогенные повреждения скелетных мышц возникают при сдавлении или перерезке двигательных нервных стволов, гибели мотонейронов черепных и спинальных центров в результате ишемии, поражении нейротропными ядами, инфицировании нейротропными цитолитическими вирусами. При любом виде повреждения мотонейронов или их аксонов прекращается ретро- и ортоградный транспорт аксоплазмы, скелетная мышца лишается функционального и трофического нервного влияния в связи с выключением доставки квантов нейромедиатора и нейротрофических материалов через мионевральный синапс. Денервация ведет к замедлению и ослаблению сокращений быстрых и медленных мышц и к исчезновению различий в их энзиматической активности. В денервированных мышцах уменьшаются величина мышечных волокон, амплитуда одиночных сокращений и тетанического напряжения; уменьшаются также величина ПД и скорость их проведения по сарколемме. Динамика нарушений функции и структуры скелетной мышцы, например при механическом разрушении двигательного нервного ствола, имеет четко очерченные стадии. В течение первых 10—12 ч после перерезки нерва возникает резкое повышение частоты МПКП, спустя 2—3 ч генерация МПКП полностью прекращается, в волокнах периферического конца перерезанного нерва замедляется проведение электрических импульсов, вызываемых электрической стимуляцией. В последующие 12 ч происходит распад нервных волокон и концевых пластинок на фрагменты, терминали аксонов поглощаются леммоцитами, которые затем формируют контакты с постсинаптическими мембранами мышечных волокон. С этого момента включаются механизмы денервационных процессов в мышце.
В быстрых гликолитических мышечных волокнах растормаживается продукция ферментов, участвующих в аэробном обмене, что служит причиной повышения потребности в кислороде и усиления дыхания при одновременном угнетении анаэробного гликолиза. В этот период ускоряется обновление фосфорных соединений, уменьшается расщепление креатинфосфата, до 3 % от нормы снижается активность холинацилтрансферазы, до 2 % от нормы угнетается синтез ацетилхолина, возрастает активность ложной холинэстеразы. Нарушения обмена веществ существенно отражаются на функциональном состоянии мышечных волокон — повышается проницаемость для К+ в состоянии покоя, уменьшается число нормальных натриевых каналов, появляется популяция медленных натриевых каналов, устойчивых к тетродотоксину. Резко повышается чувствительность Na+— К+-АТФазы к экзогенному ацетилхолину, появляются спонтанные фибрилляционные ПД, изменяются пассивные электрические свойства сарколеммы — возрастают входное электрическое сопротивление и емкость плазматической мембраны, и она приобретает способность уменьшать уровень поляризации при механических воздействиях на мышечное волокно. Наряду с усилением синтеза ферментов при денервации возрастает продукция поли- и олигопептидных цепей в саркоплазматической сети; в аппарате Гольджи активируются синтез и накопление холинорецепторов, которые затем транспортируются в саркоплазму и встраиваются в сарколемму. Повышение плотности холинорецепторов во внесинаптической области сенсибилизирует мышечное волокно. Оно начинает реагировать на допороговые концентрации ацетилхолина, циркулирующего в жидких средах организма, несмотря на значительное уменьшение содержания ацетилхолина в саркоплазме. Такая парадоксальная чувствительность, возможно, связана с уменьшением деградации холинорецепторов в лизосомах. Изменение обмена и функционального состояния мышечных волокон сочетаются с увеличением размеров везикул саркоплазматической сети и содержанием свободного кальция в саркоплазме. В этих условиях замедляются и ослабляются вызванные сокращения мышечного волокна. С другой стороны, снижение синтеза и концентрации РНК, уменьшение синтеза белка при отсутствии изменений содержания ДНК приводит к выраженной атрофии мышечных волокон в пределах 40 сут после перерезки нерва. Атрофия мышечных волокон сопровождается перемещением филаментов с периферии фибрилл в интерфибриллярное пространство, где они расщепляются при участии лизосом; при этом центр фибрилл остается сохранным. В медленных окислительных волокнах при денервации угнетается активность ключевых ферментов цикла трикарбоновых кислот, цитохромоксидазы, снижается сопряженность и эффективность окислительного фосфорилирования, резко снижается окислительное расщепление жирных кислот. Одновременно возрастает активность глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы, каталазы, усиливается анаэробный гликолиз и уменьшается продукция макроэргов. В денервированных мышечных волокнах повышается также активность протеолитических энзимов, ускоряется деградация белков и снижается их содержание. Последнее сопровождается быстрым развитием изменений структуры актина и миозина, избирательным снижением концентрации легких цепей миозина, незначительным уменьшением или увеличением размеров мышечного волокна, ускорением и усилением его вызванных сокращений. Несмотря на общее снижение концентрации белков, в денервированном мышечном волокне происходит накопление свободных рибосом и агранулярной сети в периферических отделах саркоплазмы. Это создает благоприятные условия для транспорта холинорецепторов из аппарата Гольджи и встраивания во внесинаптических областях многочисленных холинорецепторов с периодом полураспада до 38 ч (вместо 12—13 сут в норме). Высокая плотность холинорецепторов обусловливает сенсибилизацию мышечных волокон к циркулирующему в крови ацетилхолину.
Атрофия денервированных мышечных волокон наступает в пределах 100—120 сут после повреждения нервного ствола. Наряду с развитием атрофии в денервированных мышцах увеличивается размер клеток-сателлитов, которые уже через 2—3 нед формируют незрелые мышечные волокна.
Если денервация скелетной мышцы происходит только в результате селективного повреждения передних корешков спинного мозга, то сохранившиеся афферентные структуры сильно изменяют свои функциональные свойства. По мере развития денервационного синдрома изменяются вязко-эластические свойства интрафузальных мышечных волокон, повышается проницаемость сенсорной мембраны для ионов Na+, возрастает чувствительность мышечных веретен к растяжению, что проявляется в резком усилении динамического (начало растяжения) и статического (стационарное растяжение) ответов первичных окончаний. Наряду с этим возрастает спонтанная электрическая активность чувствительных нервных окончаний в денервированной мышце.
Реиннервация денервированных скелетных мышц происходит путем спонтанного прорастания двигательных нервных волокон или после оперативного соединения отрезков перерезанного нервного ствола. Различают два вида реиннервации. Прямая реиннервация осуществляется двигательными нервными волокнами, растущими из центрального отрезка перерезанного нерва. Этот процесс протекает поэтапно. На первом этапе в мионевральных синапсах вначале разрушаются пресинаптические и вторично постсинаптические структуры, удаляются путем фагоцитоза продукты дегенерации и уменьшается нутритивный кровоток в денервированной мышце (уоллеровская дегенерация). На втором этапе индуцируется спрутинг — рост нервных волокон центрального конца перерезанного нерва за счет высвобождения денервированными мышечными волокнами и шванновыми клетками стимуляторов роста — фактора роста нервов (ФРН) и фактора молекулярной адгезии. Продукция ФРН в денервированной мышце значительно повышается через 10—12 сут после перерезки нерва. Этот фактор играет роль хемотаксического вещества, определяющего направление роста нервных волокон. ФРН связывается рецепторами терминалей аксонов чувствительных и вегетативных нейронов, путем адсорбционного эндоцитоза проникает в аксоны и с ретроградным аксональным током попадает в область перикариона, где участвует в регуляции синтеза нейрональных белков.
Скорость прорастания волокон зависит от степени удаления места перерыва нервного ствола от соответствующего двигательного центра, характера повреждения, состояния внеклеточной среды, особенно базальной пластинки, синтезируемой леммоцитами количества ганглиозидов, стимулирующих рост терминалей аксона. Прорастающие нейротерминали высвобождают фактор молекулярной агрегации, который стимулирует образование новых синаптических зон или увеличивает размер имеющихся синапсов.
На третьем этапе растущие нервные волокна достигают денервированной мышцы и образуют контакты с ее клетками. Мотонейроны реиннервируют главным образом те мышцы, которые развились из сомитов, соответствующих данному сегменту спинного мозга. Это объясняется присутствием антигенов, специфичных для синаптической области в структурах оставшихся концевых пластинок, в денервированной мышце. В этот период в соме регенерирующих мотонейронов усиливается синтез белков, ускоряется их транспорт с аксотоком к растущему концу, где формируются конусы роста. В сарколемме денервированных мышечных волокон образуются локусы, предназначенные для прикрепления конусов роста, возникающих в нодальных и терминальных участках регенерирующего аксона. Эти аксоны вначале формируют полинейрональную иннервацию волокон мышцы-мишени и при полном отсутствии электрической импульсной активности в течение 7 сут образуют «примитивные» синапсы в ранее иннервированных синаптических областях мышечного волокна. В этих синапсах происходит агрегация холинорецепторов в субсинаптические кластеры. При создании достаточно высокой плотности кластеров в мышечных волокнах возможна генерация одиночных ПД при выделении в терминалях аксона мотонейрона лишь небольшого количества квантов нейромедиатора.
При электрическом раздражении регенерирующего нерва появляются множественные ПКП. После образования «примитивных» синапсов реиннервируемая мышца-мишень восстанавливает синтез ФРН, и он в результате ретроградного акостока начинает поступать в область перикариона, где сосредоточены структуры, продуцирующие все основные компоненты аксоплазмы, распространяющиеся ортоградно — микротрубочки, адгезивный гликопротеин, микровезикулы и др.
Четвертый этап — дифференцировка и формирование полноценного синапса путем созревания «примитивного» синапса. Для этого необходимо восстановление импульсной активности регенерирующего аксона, индуцирующей образование синаптических складок, синтез и накопление ацетилхолинэстеразы в базальной пластинке, покрывающей субсинаптическую мембрану. После завершения этих процессов до 1 мес укорачивается время открытия ионных каналов, исчезают множественные терминали и наступает селективная стабилизация одиночного нервного окончания на концевой пластинке с установлением ширины синаптической щели в пределах 50 нм и заполнение ее аморфным внеклеточным матриксом. Параллельно утрачиваются способность внесинаптической области сарколеммы образовывать дополнительные синапсы за счет деградации холинорецепторов и сосредоточения их только в области вновь образованных концевых пластинок. Восстановление нейротрофического контроля приводит к нормализации нутритивного кровотока в реиннервируемой мышце. Однако при реиннервации мышцы уменьшается число мышечных веретен и сухожильных рецепторов.
Непрямая (перекрестная) реиннервация возникает при оперативном соединении центрального конца перерезанного нерва быстрой мышцы с периферическим концом перерезанного нерва медленной мышцы или при подшивании центральных концов перерезанных нервов к неадекватному мышечному эффектору. Фазы реиннервации здесь те же, что и в случае гомологичности регенерирующего нерва и денервированной мышцы, но они имеют некоторые особенности.
При реиннервации нервным стволом быстрой мышцы медленной мышцы синаптические связи образуются поздно (в пределах 22 нед), так как нарушена координация репрограмированного синтеза тропонина, миозина, тропомиозина, характерного для медленных мышц. В каждом мышечном волокне проявляются сократительные белки, свойственные быстрой мышце. Скорость и сила сокращений медленной мышцы, реиннервируемой нервом быстрой мышцы, значительно возрастает. Наряду с этим увеличивается гликолитическая активность. Чувствительность к ацетилхолину сосредоточивается главным образом в области концевой пластинки, прекращаются спонтанные электрические разряды. В реиннервированной мышце уменьшается число мышечных веретен и сухожильных рецепторов.
При реиннервации нервным стволом медленной мышцы быстрой мышцы также более поздно образуются синаптические связи с волокнами реиннервируемой мышцы в сочетании с нарушением синтеза тропонина, миозина, тропомиозина, характерного для быстрой мышцы. По мере реиннервации в мышечных волокнах начинают синтезироваться белки, свойственные медленной мышце, а функциональные свойства изменяются — значительно замедляется скорость и ослабляется сила сокращений быстрой мышцы, в ней повышается активность окислительных ферментов; снижается интенсивность гликолиза. Наряду с этим появляется чувствительность сарколеммы к ацетилхолину, как у медленной мышцы.



 
« Основы иммунологии (Ярилин)   Основы педиатрии »