筋収縮における力学履歴現象の解析(滑走説における問題点)

1991 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 02640565
• 研究機関: 帝京技術科学大学
• 研究代表者: 土屋 禎三 帝京技術科学大学, 情報学部, 教授 (30091036)
• キーワード: 骨格筋 / クロスブリッジ / stiffness / 張力

研究概要

筋収縮の滑走説では、張力は太いフィラメントと細いフィラメントの重なり合いの程度により決定されるとされている。しかし実際には横紋筋の発生する張力はその履歴により大きく異なってくる。例えば収縮中の骨格筋をゆっくり一定速度で数%伸長すると、張力は伸長中には滑走説により説明されるより大きな張力を発生し続ける。この機構に関しては前年度に詳しく研究を行った。反対に収縮中に数%筋肉の長さをゆっくり一定速度で短縮させると、張力は短縮後においても低下し続けることが知られている。本年度は上記二つの力学履歴現象のうち後者の現象の解析を試みた。カエル前脛骨筋から単一筋繊維を分離し、一端をサ-ボモ-タに結合し、他端を張力計に結合し、0ー3℃で電気的に刺激し等尺性強縮張力を発生させ、サ-ボモ-タ-により、種々の速度、大きさの短縮を与えた。短縮中は張力は最初やや速く減少し、次第にゆっくり一定の張力に達し、そして短縮が終了すると張力は回復を始めるこの短縮終了後張力低下は短縮の速度が遅いほどまた短縮が大きい程、大きいことが判明した。これは従来知られていた結果を定量的に示したものである。この張力低下の機構をさらに調べるため、単一筋繊維の表面に炭素粒を付着させ、高速度ビデオカメラにより筋繊維の長軸に沿っての短縮の局在を調べた。その結果は予想外にも、筋長全体が短縮しても、筋繊維の中央部はほとんど短縮していない事が判明した。これは従来知られていた結果を定量的に示したものである。この張力低下の機構をさらに調べるため、単一筋繊維の表面に炭素粒を付着させ、高速度ビデオカメラにより筋繊維の長軸に沿っての短縮の局在を調べた。その結果は予想外にも、筋長全体が短縮しても、筋繊維の中央部はほとんど短縮していない事が判明した。この現象中における結合しているクロスブリッジの数の変化を知るため、サ-ボモ-タ-により筋繊維に1KHzの微小振動を与え、stiffnessを測定した。stiffnessは短縮中、短縮後共に張力と非常に平行した変化を示した。以上の結果を総合すると短縮による張力の低下は筋繊維の短縮が不均一におこり、それによりアクチンとミオシンの相互作用が低下するために発生すると結論される。

研究成果

• [文献書誌] Tsuchiya,T.: "Pressure responses and conduction of peristaltic wave in guineaーpig ureter." Jap.J.Physiol.40. 139-149 (1990)
• [文献書誌] Tsuchiya,T.: "Studies of the radial muscle of an echinothuriid sea urchin Asthenosoma ijimai II.the fine Structure." in“Biology of Echinodermata"A.A.Balkeme,Rotterdam.551-558 (1991)
• [文献書誌] Tsuchiya,T.: "Nonーcatch contraction in paramyosinーcontaining muscle in an echinothuriid sea urchin,Asthenosoma ijimai." J.exp.Biol.162. 361-365 (1992)
• [文献書誌] Sato,K.: "Myosin phosphorylationーindependent contraction induced by phorbol ester in vascular smooth muscle." J.Pharmacol.Exp.Ther.(1992)
• [文献書誌] Hori,M.: "Receptor agonist induce myosin phosphorylationーdependent and independent contraction in vascular smooth muscle." J.Pharmacol.Exp.Ther.(1992)
• [文献書誌] 土屋 禎三: "カルシュムと情報伝達系8章8節 平滑筋の動く力学的性質の測定法" 文永堂出版, 286-295 (1991)
• [文献書誌] Tsuchiya,T.: "Human Physiology(Part II.Muscle)(translation into Japanese)" Springer Verlag, (1992)