Fizjologia zw. notatki do mechanika skurczu mięsni szkieletowych PDF

Preview

Summary

Notatki szczegółowe przedstawiające mechanizm skurcz mięśni szkieletowych ...

Description

Fizjologia zwierząt Mięśnie gładkie, serce, krążenie, krew Mięśnie gładkie Występowanie i funkcje   

w ścianach naczyń krwionośnych, ścianach i śluzówkach narządów jamistych i przewodów, między innymi układu pokarmowego, dróg oddechowych, pęcherza moczowego, dróg rodnych. Tkanka mięśniowa gładka pełni funkcje żywotne, nadaje kształt soczewkom, poszerza źrenice, reguluje przepływ krwi przez naczynka krwionośne, przesuwa pokarm w układzie pokarmowym. Bardzo ważna jest jej odporność na znużenie, czyli zdolność do pozostawiania w długotrwałym skurczu, nawet w warunkach niedoboru tlenu.

Molekularna budowa: Mięśnie gładkie-> pęczek włókien mięśniowych->włókna mięśniowe -> miofybryle-> miocyt

   

 

Mięśnie gładkie składają się z jednojądrzastych komórek o kształcie wrzecionowatym, nie wykazują poprzecznego prążkowania wnętrze komórek wypełnia SARKOPLAZMA, w której wyróżniamy liczne długie i cienkie nitki ułożone w grupy i pęczki biegnące nieregularnie cienkie nitki to włókienka aktynowe natomiast grubsze- włókienka miozynowe cienkie nitki są przyczepione do zagęszczeń cytoplazmatycznych tzw. Ciałek gęstych lub bezpośrednio do błony komórkowej. Nitki biegną w obu kierunkach od każdego ciałka gęstego . ciałka gęste odpowiadają strukturalnie i funkcjonalnie liniom Z w mięśniu szkieletowym brak troponiny

Rodzaje mięśni gładkich:

1. Wielojednostkowe mięśnie gładkie:  Składają się z małych pęczków lub z pojedynczych komórek mięśniowych, kurczących się niezależnie i wyłącznie pod wpływem impulsów w zaopatrujących te kom. Nerwach autonomicznych  Występowanie: w tęczówce, ciałku rzęskowym, mięśniach wyprostnych włosów, ścianach naczyń krwionośnych 2. Trzewne mięśnie gładkie/ jednostkowe:  Składają się z warstwy równolegle ułożonych komórek, które ściśle przylegają do siebie. Miejsca kontaktowe między nimi wykazują obecność mostków i niski opór elektryczny, z dużą przewodnością dla bioprądów dzięki czemu stan pobudzenia jest szybko przenoszony z kom. Na kom. , a wchodzę w skład warstwy miocytów działają jak czynnościowe syncytium, są w ciągłym pobudzeniu.  Występowanie: w ścianach przewodu pokarmowego, moczowodach, macicy

Molekularny Mechanizm skurczu mięśni gładkich Kolejne etapy w mechanizmie skurczu i rozkurczu trzewnych mięśni gładkich unerwionych przez nerwy cholinergiczne: 1. Wiązanie neurotransmitera acetylocholiny do receptorów muskarynowych w błonie miocytów 2. Otwieranie kanałów wapniowych bramkowanych napięciem i prąd jonów

2+¿ do miocytów. Ca¿ 3. Aktywacja kalmodulinozależnej kinazy lekkich łańcuchów miozynowych 4. Katalizowanie przez kinazę fosforylacji miozyny 5. Fosforylowana miozyna wykazuje działanie ATP-azowe i rozkłada ATP oraz tworzy mostki poprzeczne z aktyną, dzięki czemu aktyna ślizga się po miozynie 6. Skurcz mięśnia gładkiego 7. Defosforylacja miozyny przez różne fosfatazy 8. Rozkurcz lub utrzymujący się skurcz, dzięki mechanizmowi „ryglowania” mostków „lacht state” poprzecznych , czyli utrzymywania się przez pewien czas połączeń aktyny z miozyną, pomimo spadku stężenia

2+¿ w Ca¿

sarkoplazmie W mięśniu gładkim, podobnie jak w szkieletowym, skurcz regulowany jest przez

2+¿ , Ca¿

wzrost tego jonu powoduje pobudzenie skurczowe. W mięśniach gładkich nie ma złożonego układu siateczki sarkoplazmatycznej i uk. Białek regulatorowych troponina-tropomiozyna więc jony

2+¿ pochodzą ze środowiska zewnątrzkomórkowego i przenikają do Ca¿

sarkoplazmy w chwili depolaryzacji błony poprzez bramkowane potencjałem kanały dla

2+¿ Ca¿

Zespolenie miozyny z aktyną i powstanie mostków poprzecznych odbywa się przy udziale fosforylacji tzw. Łańcuchów lekkich miozyny ( łańcuchów P) .Łańcuchy te hamują wiązanie główek mostków poprzecznych miozyny z aktyną w spoczynku mięśnia i umożliwiają ślizganie się nitek aktyny względem nitek miozyny. Dochodzi wtedy do zapoczątkowania skurczowych cykli przyłączania i odłączania główek miozyny do i od nitek aktyny.

Fosforylację lekkich łańcuchów powoduje swoisty, zależny od wapnia enzym- kinaza lekkich łańcuchów miozyny. Aktywacje tej kinazy-> początek skurczu wyzwala KALMODULINA z 4 molami

2+¿ (4 Ca¿

2+¿ + kalmodulina) wiąże się z kinazą w chwili zwiększenia stężenia Ca¿

zjonizowanego wapnia wewnątrz komórki mięśnia gładkiego. Ten kompleks umożliwia interakcję cząsteczek aktyny i miozyny. We wszystkich typach mięśni energia wyzwolona z ATP służy do ruchu mostków poprzecznych miozyny i ślizgania się nitek kurczliwych względem siebie. Następuje skurcz , który zachodzi podczas depolaryzacji błony mięśniowej. Jak długo utrzymuje się podwyższone stężenie jonów

2+¿ Ca¿

w miocytach, tak długo

utrzymuje się ślizganie nitek cienkich na grubych i trwa skurcz. Rozkurcz zachodzi podczas repolaryzacji, spowodowany jest usuwaniem wapnia z sarkoplazmy na zewnątrz błony komórkowej. Wapń dysocjuje od kalmoduliny, dochodzi do defosforylacji lekkich łańcuchów miozyny, który ponownie zaczynają blokować wiązania miozyny z aktyną, co sprowadza oddzielenie główek miozyny od aktyny. W obecności ATP. Zostaje aktywowana wolno pompa wapniowa, która aktywnie transportuje jony warunkując rozkurcz oraz powrót mięśnia do stanu spoczynkowego. Mięśnie gładkie, zwłaszcza trzewne , kurczą się znacznie wolniej i również rozkurczają się wolniej , niż poprzecznie prążkowane. Mechaniczne właściwości mięśni gładkich  

Są zdolne do utrzymania długotrwałego aktywnego przykurczu-> tonus mięśni gładkich Cechy tonusu mięśni gładkich: o Może wzrastać lub obniżać się w zależności od czynników o Nie wykazuje potencjałów czynnościowych: zależy od potencjału spoczynkowego o Małe depolaryzacje-wzrost przykurczu pojedynczych miofibryl i napięcia całego mięśnia, natomiast hiperpolaryzacja – zmniejszenie przykurczu i spadek napięcia o Depolaryzacja powoduje wzrost przepuszczalności dla jonów sodowych i wapniowych. o Im większa depolaryzacja, tym więcej jonów wapnia wnika do komórek , prowadząc do większego przykurczu o Po osiągnięciu wartości progowej depolaryzacja wywołuje powstanie potencjału czynnościowego i skurcz mięśnia\ o Szybkie i silnie rozciąganie mięśnia powoduje depolaryzację błony kom., wzrost przepuszczalności dla jonów wapnia i skurcz rozciąganego mięśnia

o

o

o

Nagłe rozciągnięcie mięśnia gładkiego wywołuje najpierw przykurcz, a następnie stopniowe rozluźnienie. Tonus mięśniowy początkowo się podnosi, a potem opada. Mięsień gładki wykazuje dużą plastyczność, czyli zdolność do jego zmiany długości bez większej zmiany napięcia, jest to związane z ciśnieniem wewnątrz mięśni Tonus mięśni gładkich i jego zmiany nazywane są skurczami tonicznymi Są niezależne od skurczów rytmicznych występujących w tych mięśniach

Potencjały czynnościowe mięśni gładkich Spoczynkowy potencjał błonowy mięśni gładkich wynosi ok -50 mV i wykazuje wahania od -40mV do -60 mV Wzrost pobudliwości wyraża się powolnym spadkiem potencjału błonowego, który w głównej mierze zależy od stężenia jonów

2+¿ we wnętrzu miocytu. Ca¿

Prąd jonowy, poprzez błonę komórkową podczas depolaryzacji, prowadzi do powstania potencjału czynnościowego który trwa zwykle od 50-500 ms i wolniej się rozprzestrzenia wzdłuż włókien mięśni gładkich. Skurcz poprzedzony jest przez potencjał spoczynkowy, ale rozpoczyna się po długim okresie utajonego pobudzenia i osiąga maksimum wraz z uwolnieniem neurotransmiterów z zakończeń nerwowych lub jest wynikiem aktywności w samych miocytach lub też zwykłego rozciągania mechanicznego mięśnia. Mięśnie typu wielojednstkowego są typu neurogennego: ulegają pobudzeniu przez impulsy w nerwach anatomicznych. Tworzą jednostki motoryczne obejmujące kilkanaście miocytów, z których każda unerwiona jest przez osobny neuron autonomiczny.

Mięśnie typu trzewnego są typu miogennego: są pobudzane dzięki spontanicznym i rytmicznym cyklom depolaryzacji i repolaryzacji błony komórkowej niektórych miocytów, działających jako kom. Rozrusznikowe. Kom. Te tworzą fale wolne które prowadzą do depolaryzacji sięgającej wartości progowej, wtedy może powstać potencjał czynnościowy i następuje skurcz mięśnia. Miocyty o niestałym potencjale błonowym generują samoistne i rytmiczne pobudzenia w postaci fal wolnych, które następnie szerzą się na miocyty sąsiednie. Pełnią one funkcję rozruszników, które narzucają kom. Mięśniowym własny rytm pobudzenia. Częstotliwość fal wolnych wyznacza częstotliwość skurczów, ponieważ tylko w okresie depolaryzacji fali wolnej może nastąpić potencjał czynnościowy i skurcz mięśnia. Przeciętnie 40-60% fal wolnych wytwarza potencjały czynnościowe i skurcze mięśniowe. Same fale wolne nie wywołują skurczów, ale tylko w okresie ich depolaryzacji z powstaniem potencjałów czynnościowych mogą być generowane skurcze

Aktywność eklektyczna mięśni gładkich Aktywność Mięśni Wielojednostkowych i jednojednostkowych jest zależna od nerwów autonomicznych i neurotransmiterów uwalnianych na ich zakończeniach -> acetylocholina i noradrenalina. Zakończenia tych nerwów tworzą złącza nerwowo-mięśniowe z włóknami mięśni wielojednostkowych, natomiast w mięśniach jednostkowych przechodzą między komórkami mięśniowymi, tworząc zgrubienia/żylakowatości na przebiegu aksonu, zawierają pęcherzyki uwalniające neurotransmitery. Uwolnione transmitery oddziaływują na odpowiednie receptory kom. Mięśniowych, powodując depolaryzację lub hiperpolaryzację błony. Poza uk. Współczulnym noradrenalina i adrenalina uwalniane są w postaci hormonów i drogą krwi, docierają do mięśni gładkich, pobudzając ich receptory. W mięśniach gładkich występują 2 rodzaje receptorów adrenergiczne (receptory α 1 β 2 ) znajdują się w błonie miocytu w pobliżu zakończeń nerwów autonomicznych i cholinergiczne ( receptory typu M-muskarynowe) znajdujące się w sąsiedztwie zakończeń przywspółczulnych. Noradrenalina wykazuje większe powinowactwo do receptorów adrenalina do receptorów β .

α

i

,natomiast

W zależności od stężenia przy przewadze receptorów α dochodzi do depolaryzacji kom. Miocytu co wywołuje skurcz, natomiast przy przewadze receptorów β zachodzi hiperpolaryzacja i rozkurcz mięśni gładkich. receptory α występują w miocytach naczyń skórnych, wieńcowych, mięśniowych, nerkowych i trzewnych, tęczówki i ciałka rzęskowego, mięśniówki żołądka i jelit oraz zwieraczy przewodu pokarmowego, moczowodu i zwieracza pęcherza i macicy. receptory β występują w miocytach mięśnia rzęskowego, tętnic wieńcowych, mięśniowych, drzewa oskrzelowego , ścian przewodu pokarmowego, pęcherza moczowego i macicy receptory

α można zahamować/blokować stosując fentolaminę, prazosynę

receptory

β

można zahamować/blokować stosując propranolol , atenolol

Na receptory adrenergiczne oddziaływuje noradrenalina natomiast na receptory cholinergiczne acetylocholina

Mięśnie poprzecznie prążkowane szkieletowe Występowanie i funkcje: o o o o

o

Budują mięśnie szkieletowe Odpowiadają za poruszanie się Ma zdolność do zamiany potencjalnej energii chemicznej substancji organicznych na energię mechaniczną ruchu Mięśnie szkieletowe kurczą się pod wpływem impulsów nerwowych pochodzących z Ośrodkowego uk. Nerwowego i przewodzonych przez ruchowe nerwy somatyczne typu neurogennego Wykazują poprzeczne prążkowanie

Podstawowe elementy budujące mięsień Mięśnie gładkie> pęczek włókien mięśniowych>włókno mięśniowe>Miofilamenty>miofybryle Miocyt/włókno mięśniowe jest pojedynczą komórką wielojądrzastą, o kształcie cylindrycznym, średnicy 10-100 μm . Włókna są zwykle ułożone równolegle względem siebie i biegną przez całą długość mięśnia, tworząc pęczki otoczone blaszkami łącznotkankowymi. Pęczki wnikają pomiędzy poszczególne włókna (endomysium), otaczają większe pęczki włókien (perimysium) lub tworzą pochwkę dla całego mięśnia (epimysium) Odpowiadą za wykonywanie ruchów, mając zdolność do transdukcji chemicznomechanicznej. Wykazują 3 ważne właściwości fizjologiczne: 1. Pobudliwością: zdolność do wytwarzania potencjału czynnościowego w odpowiedzi na działanie bodźców 2. Zdolność do przewodzenia fali pobudzenia na całej linii kom. 3. Kurczliwością: zdolnością skracania się pod wpływem pobudzenia Pobudliwość i przewodzenie potencjałów czynnościowych związane jest z sarkolemą natomiast kurczliwość jest właściwością miofibryli Pojedyncze włókno mięśniowe zbudowane jest z nitek białek kurczliwych tzw. Miofilamentów

(m cz =43000) i miozyny m =460 m =70 000 000) a także z tropomiozyny ( ) i troponiny II ( cz cz Miofilamenty zbudowane są z cząsteczek dwóch białek: aktyny

Troponina składa się z 3 podjednostek: troponiny I, troponiny T i troponiny C

Miofibryle W świetle spolaryzowanym włókna mięśnia szkieletowego i sercowego wykazują wyraźne poprzeczne prążkowanie, czyli obecność na przemian i regularnie ułożonych odcinków o większym i mniejszym współczynniku załamywania światła. Linie Z- przecinają fibryle dzieląc je na segmenty. Każdy segment ograniczony błonami tworzącymi linie Z nazywamy SARKOMEREM, STANOWI PODSTAWOWĄ JEDNOSTKĘ KURCZLIWĄ MIĘŚNIA Prążki A (anizotropowe)- odcinki silniej załamujące światło, grubsze, ciemniejsze, zbudowane z miozyny i tityny Prążki I (izotropowe)-odcinki słabiej załamujące światło, cieńsze, jaśniejsze, zbudowane z aktyny, tropomiozyny i troponiny, przyczepione są na obu końcach do linii Z Filamenty cienkie są polimerami powstałymi z dwóch łańcuchów aktyny tworzącymi długą podwójną spirale. Cząst.Tropomiozyny tworzą długie filamenty znajdujące się w rowkach między dwoma łańcuchami aktyny. Każdy prążek I zawiera 300-400 cząst. Aktyny i 40-60 Tropomiozyny. Cząst. Troponiny znajdują się w przerwach między cząst. Tropomiozyny.  Troponina T wiąże inne składowe troponiny d tropomiozyny  Troponina I przeciwdziała interakcji miozyny z aktyną



Troponina C- ma miejsca wiązania

2+¿ , inicjuje skurcz Ca¿

Pasma/Prążki H- znajdują się w środku pasm A, są polami, w których przy zwiotczaniu mięśnia cienkie filamenty nie nakładają się na filamenty grube, składa się wyłącznie z filamentów grubych. Jest przedzielona błoną środkową M Linia M- jest miejscem przeciwstawnej polaryzacji cząsteczek miozyny w każdym grubym filamencie, znajdują się tutaj połączenia utrzymujące grube filamenty we właściwym układzie. Linie Z- przecinają fibryle dzieląc je na segmenty. Łączą się z filamentami cienkimi Aktynina wiąże aktynę do linii Z. Białko titina łączy linie Z z liniami M, tworząc rusztowanie dla sarkomeru. Desmina łączy linie Z z błoną komórkową Każdy filamenty gruby jest otoczony przez 6 filamentów cienkich tworzących regularny wzór/układ heksagonalny, a wokół każdego cienkiego filamentu znajdują się 3 grube filamenty.

W części prążka A, gdzie cienkie i grube filamenty zachodzą na siebie stwierdza się obecność licznych, promieniście wysterczających wyrostków nitek miozyny zw. Mostkami poprzecznymi, które stanowią element strukturalny grubych filamentów. Mostki poprzeczne są ułożone spiralnie wokół grubych filamentów.

Poza miofibrylami i sarkoplazmą włókna mięśniowe zawierają aparat Golgiego, liczne mitochondria, służące jako źródło ATP , ziarenka glikogenu (źródło energii chemicznej do produkcji ATP) , na obwodzie pod sarkolemą kilkanaście jąder. Układ sarkotubularny Składa się z układu cewek poprzecznych T i siateczki sarkoplazmatycznej. Siateczka sarkoplazmatyczna ze zbiornikami końcowymi otacza każdą miofybryle. Zbiorniki końcowe są cały czas w kontakcie z układem cewek T w miejscu zetknięcia się prążków A i I,

tworząc triadę umożliwiającą szybkie przenoszenie potencjałów czynnościowych z sarkoplazmy do siateczki, z której uwalniane są jony

2+¿ inicjujące skurcz mięśnia. Ca¿

Siateczka sarkoplazmatyczna jest związana z ruchem jonów wapniowych i metabolizm mięśni *Układ dystrofino-glikoproteinowy Dystrofina tworzy rdzeń łączący cienkie filamenty aktynowe z przezbłonowym białkiem βdystroglikanem w sarkolemie. W macierzy zewnątrzkomórkowej łączy się z laminą przez α -dystroglikan Dystroglikany związane z kompleksem 4 przezbłonowych glikoprotein tworzą układ dystrofino-glikoproteinowy który nadaje mięśniom siłę, podparcie włókienkom łącząc je ze środowiskiem zewnątrzkomórkowym

Molekularna podstawa skurczu mięśniowego- Cykl mostków poprzecznych (Konturek) W skurczu mięśniowym biorą udział aktyna, na której powierzchni znajduje się troponina i tropomiozyny oraz miozyna na której końcu znajduje się globularne zgrubienie tzw, poprzeczny mostek zakończony kulistą główką. Mostki te wysterczają w kierunku otaczających cienkich nitek aktyny i zawierają 2 miejsca aktywne. W skład włókienek Miofilamentów wchodzą 2 białka aktyna i miozyna II Miozyna II    

 

Kształt walca, na końcu znajduje się globularne zgrubienie, stanowiące poprzeczny mostek zakończony kulistą główką. Mostki zawierają miejsca wiążące aktynę i miejsca w których zachodzi hydroliza ATP Składa się z 2 łańcuchów ciężkich i 4 łańcuchów lekkich Łańcuchy lekkie i N-końcowe łańcuchy ciężkie łączą się tworząc głowę mostka poprzecznego , a C-końce łańcuchów ciężkich wchodzą w skład ogona cząst. Miozyny, który jest ułożony równolegle do przebiegu nitki miozyny Głowa miozyny może się poruszać i odginać o 45 ° od osi miofilamentu W głowie miozyny występują 2 miejsca aktywne: 1-enzymatyczny rozpad ATP, miozyna jest ATP-azą i 2 miejsce, w którym cząsteczka miozyny zaczepia się o cząsteczkę aktyny

Tropomiozyna:  Zbudowana jest z 2 łańcuchów polipeptydowych skręconych w superhelisę, dzięki czemu przyjmuje kształt pałeczki. Łańcuhcy te przebiegają równolegle do nitek aktynowych i znajdują się w rowkach nici F-aktyny Troponina:  Jest kompleksem złożonym z 3 białek:

o o o

troponiny T do łączenia z tropomiozyny troponiny I odpowiada za hamowanie interakcji aktyny z miozyną Troponiny C wiąże się z jonami wapnia

Cykl mostków poprzecznych dzielimy na 4 etapy: 1. Formowanie mostków poprzecznych 2. Przesunięcie 3. Rozłączenie mostków poprzecznych 4. Reaktywacja główki miozynowej Cykl mostków poprzecznych zachodzi w sarkomerze, podczas skurczu. Uwolnione ( w wyniku działania potencjału czynnościowego) z sarkoplazmy jony , ��2+. wiążą się z troponiną C. . Zanim dojdzie do powstania mostków poprzecznych głowa miozyny musi zostać aktywowana Przebieg aktywacji główki miozyny: główka miozyny zbudowana jest z 2 miejsc aktywnych: 1-enzymatyczny rozpad ATP, ATP ulega hydrolizie do ADP i ,�-�. i en. ,�-�. wzmacnia wiązanie główki miozyny z aktyną a energia uwolniona z hydrolizy ATP zostaje zużyta do aktywacji główki i sprowadza ją do pozycji spoczynkowej i 2 miejsce wiążące się z aktyną. Połączenie aktyny z troponiną I ulega osłabieniu co powoduje zmianę konformacji tropomiozyny, przemieszczenie cząst. Tropomiozyny i odsłonięcie miejsca aktywnego monomerów G-aktyny gotowych do interakcji z głowami miozyny. Aktywowana główka miozynowa łączy się z aktyną tworząc mostek poprzeczny. II) ADP jest uwalniane a główka miozyny zmienia kształt przesuwając aktynę do centrum sarkomeru III) Gdy kolejna cząst. ATP jest przyłączana do główki miozynowej to wiązanie między miozyną i aktyną słabnie a główka miozynowa odłącza się od aktyny IV) ATP jest hydrolizowane do ADP i ,�-�. . Uwolniona energia reaktywuję główkę miozynową i powoduje przejście jej do pozycji spoczynkowej. W tym okresie przy rozluźnieniu mięśnia troponina I jest silnie związana z aktyną i tropomiozyny zasłaniając miejsce, w którym głowa

miozyny mogłaby się związać z aktyną ten kompleks troponino-tropomiozynowy uważany jest za białka rozkurczające które hamują wtórne oddziaływanie między aktyną a miozyną.  Jeżeli transport ,��-2+. do siateczki jest zahamowany to rozkurcz nie następuje, a powstaje „przykurcz” . En. Potrzebna na czynnego transportu , ��-2+. do wnętrza siateczki pochodzi z rozpadu ATP. Pobudzenie ŚSr. W wyniku depolaryzacji i uwalniania z niej ,��-2+. zachodzi za pośrednictwem receptoró...