background image

1

 

 

Lec 8                                

Physiology

               Dr Hanan Luay 

 

Smooth muscles 

 

Objectives 
1-Describe the structural morphology of the smooth muscles and their types? 
2-Explain the bases of contraction of smooth muscles? 
3-list the factors affecting the smooth muscle contraction? 
4- How does changing the length of smooth muscle affect its tension? 
 

 

Morphology: 

1-  Lack visible cross striations. 
2-  Actin and myosin are present. 
3-  There are dense bodies instead of Z lines. 
4-  Contain tropomyosin but toponin absent. 
5-  Poorly  developed  sarcoplasmic  reticulum  (

so  Ca2  released  from  this 

organelle  may  account  for  only  the  initial  phase  of  smooth  muscle 
contraction

)

 

6-  Few mitochondria so depend on glycolysis in their metabolism. 

 

Types: 

1-  Visceral smooth muscle (unitary or single unit).  
2-   Multi-unit smooth muscle. 

 

Unitary or visceral smooth muscles (or syncytial smooth muscles): 
  It  occurs  in  large  sheets,  has  low-resistance  bridges  between  individual 
muscle cells, and functions in a syncytial fashion, they contract together as a 
single unit. It is found primarily in the walls of hollow viscera. 
   The cell membranes are joined by gap junctions through whom ions can 
flow freely from one muscle cell to another. 
 
Multi-unit smooth muscle:      
 It is made up of individual units without interconnecting bridges. It is found 
in structures such as the iris of the eye, in which fine, graded contractions 
occur. It is not under voluntary control. 
 


background image

2

 

 

 

 

Electrical & Mechanical Activity: 

Visceral smooth muscle: 
   It is characterized by the instability of its membrane potential and by the 
fact that it shows continuous, irregular contractions that are independent of 
its nerve supply. 
 
 This maintained state of partial contraction is called tonus or tone. 
 There is no true "resting" value for the membrane potential, but it averages 
about -50 mV, when the muscle active it becomes low and high during 
inhibition. 
Superimposed on the membrane potential are waves of various types: 
These are:  
-Slow sine wave-like. 
-Sharp spikes.   
-Pacemaker potentials. 
           Thus, In addition to being graded, the excitation-contraction coupling 
in  visceral  smooth  muscle  is  a  very  slow  process  compared  with  that  in 
skeletal and cardiac muscle, in which the time from initial depolarization to 
initiation  of  contraction  is  less  than  10  ms.  The  slowness  of  contraction  is 
related  to  the  fact  that  myosin  ATPase  in  smooth  muscle  is    slower  in  its 
action (splitting ATP  for the cross-bridge cycle) than it is  in striated muscle.     

                                                                                                

 

 

 


background image

3

 

 

 

 

Molecular Basis of Contraction

1-Binding of Ach to Muscarinic reseptors. 

2-Ca

2+

 influx from the ECF via Ca

2+

 channels (the greater the depolarization, 

the more Ca2 will enter the cell and the stronger will be the smooth muscle   
contraction).

 

 

 

3-Ca

2+

 binds to calmodulin, and the resulting complex activates calmodulin-

dependent myosin light chain kinase. This enzyme catalyzes the 
phosphorylation of the myosin light chain.                                                               

 

4-The  phosphorylation  allows  the  myosin  ATPase  to  be  activated,  and  actin 
slides on myosin, producing contraction. 

5-Myosin is dephosphorylated by myosin light chain phosphatase in the cell. 

6-Relaxation of the smooth muscle. 

7- Dephosphorylation of myosin light chain kinase does not necessarily lead 
to  relaxation  of  the  smooth  muscle.    a  latch  bridge  mechanism  by  which 
myosin  cross-bridges  remain  attached  to  actin  for  some  time  after  the 
cytoplasmic  Ca

2+

  concentration  falls.  This  produces  sustained  contraction 

with  little  expenditure  of  energy,  which  is  especially  important  in  vascular 
smooth  muscle, 

and  in  the  walls  of  hollow  organs  which  must  sustain 

contractions for long periods of time.  

 

 


background image

4

 

 

Stimulation of the smooth muscles: 

1-Stretch:

 

It contracts when stretched in the absence of any extrinsic innervations. 
Stretch is followed by a decline in membrane potential, an increase in the 
frequency of spikes and a general increase in tone.

 

2-Chemical mediators: 
    Epinephrine or norepinephrine :

 

The membrane potential usually becomes larger, the spikes decrease in 
frequency, and the muscle relaxes

 
 
   Acetylcholin: 
Has an effect opposite to that of norepinephrine on the membrane potential 
acetylcholine causes the membrane potential to decrease and the spikes 
become more frequent, with an increase in tonic tension and the number of 
rhythmic contractions. 
 Released by stimulation of cholinergic nerves (similar to cold and stretch in 
vitro). 
 
3- Other chemicals: like progesterone which decreases the activity and 
estrogen which increase it (in uterine smooth muscles). 

 

4-Thermal stimuli: like cold which causes spasm. 

 

Function of the Nerve Supply to Smooth Muscle: 

 It has two important properties: (1) its spontaneous activity in the absence 
of nervous stimulation, and  
(2) Its sensitivity to chemical agents released from nerves locally or brought 
to it in the circulation.

 

 

The function of the nerve supply is not to initiate activity in the muscle but 
rather to modify it (control).  
It has dual nerve supply from 2 divisions of the autonomic nervous system. 
Stimulation of one division usually increases smooth muscle activity, whereas 
stimulation of the other decreases it.

 

(i.e if noradrenergic increase ,the Acetylcholine decrease and visa versa). 
 

Relation of Length to Tension; Plasticity: 

 It is the variability of the tension it exerts at any given length. If a piece of 
visceral smooth muscle is stretched, it first exerts increased tension

,

 if the 


background image

5

 

 

muscle is held at the greater length after stretching, the tension gradually 
decreases. It is consequently impossible to correlate length and developed 
tension accurately. 
In  intact  humans,  For  example,  the  tension  exerted  by  the  smooth  muscle 
walls  of  the  bladder  can  be  measured  at  different  degrees  of  distention  as 
fluid is infused into the bladder via a catheter Initially there is relatively little 
increase  in  tension  as  volume  is  increased,  because  of  the  plasticity  of  the 
bladder  wall.  However,  a  point  is  eventually  reached  at  which  the  bladder 
contracts forcefully. 

This phenomenon is called stress relaxation and reverse 

stress-relaxation.  Its  importance  is  that  its  ability  to  return  to  nearly  its 
original force of contraction seconds or minutes after it has been elongated 
or shortened. 

     Smooth muscles must be able to contract even when greatly stretched—in 
the urinary bladder, for example, the smooth muscle cells may be stretched 
up to two and a  half times their resting length. The smooth  muscle cells of 
the uterus may be stretched up to eight times their original length by the end 
of  pregnancy

.  Striated  muscles,  because  of  their  structure,  lose  their  ability 

to contract when the sarcomeres are stretched to the point where actin and 

myosin no longer overlap.                                                                                            

 

 

MULTI-UNIT SMOOTH MUSCLE: 
 

-It is nonsyncytial . 
-Contractions do not spread widely through it (discrete, fine and more 
localized). 
- Very sensitive to circulating chemical substances and is normally activated 
by chemical mediators (acetylcholine and norepinephrine)

-

 Norepinephrine tends to persist in the muscle and to cause repeated firing 

of the muscle after a single stimulus rather than a single action potential. 
Therefore, the contractile response produced is usually an irregular tetanus 
rather than a single twitch.  
The simple muscle twitch resembles the twitch contraction of skeletal muscle 
except that its duration is ten times longer.

 

 

The differences between the three types of the muscles:                              

 


background image

6

 

 

Cardiac muscles

 

Smooth muscles

 

Skeletal muscles

 

 

 

in voluntary

 

 

 

in voluntary 

 

voluntary 

 

The Control 

In the heart 

In the walls of viscera 

Attached to 

bones 

Site of action 

striated 

Not striated 

striated 

Morphology 

Cylindrical and 

branched 

 

slow 

 

yes 

 
Spindle shaped 
 
Very slow(cross-
bridge heads have 
less 
ATPase activity than 
in skeletal muscle). 
 
  Yes for some 
smooth muscles 

 

Long cylindrical 

Fast -slow 

 

No 

 

cell shape 

Speed of 

contraction 

 

Capable of 
spontaneous 
contraction 

Excitation or 

inhibition 

Excitation or 

inhibition(modulation 

of contraction) 

Excitation(contro

l of contraction) 

Effect of nerve 
stimulation 

long 

 

Short 

Membrane 

refractory 

period  

single 

 

single 

 

many 

 

Nuclei in each 
cell 

 

Connected by 

intercalated 

Connected by gap 

No anatomical or 
functional 

Connection 


background image

7

 

 

discs  

 

 

junctions and bridges 

 

 

connections 

 

 

between cells 

 

 

 

 

 

 
 
 
 
 
 
 

 

 




رفعت المحاضرة من قبل: Abdalmalik Abdullateef
المشاهدات: لقد قام 10 أعضاء و 143 زائراً بقراءة هذه المحاضرة








تسجيل دخول

أو
عبر الحساب الاعتيادي
الرجاء كتابة البريد الالكتروني بشكل صحيح
الرجاء كتابة كلمة المرور
لست عضواً في موقع محاضراتي؟
اضغط هنا للتسجيل