Właściwości skurczu mięśni PDF

Preview

Summary

Download Właściwości skurczu mięśni PDF

Description

Mięśnie cz.2 

skurcz mięśnia szkieletowego pojedynczy

depolaryzacja i refrakcja wygaszają w czasie powstawania wstępującego ramienia skurczu pojedynczego



Czas trwania potencjału czynnościowego w mięśniu szkieletowym wynosi od 5ms do 10ms



Czas trwania skurczu w mięśniu szkieletowym wynosi od 7,5 ms do 120 ms

Istnieją trzy mechanizmy regulacji siły skurczu mięśnia : 1. przez zmianę stopnia wstępnego rozciągnięcia 2. przez zmianę częstotliwości pobudzeń 3. na drodze rekrutacji jednostek motorycznych Zależność siły skurczu od wstępnego rozciągnięcia mięśnia : 

mięsień nie rozciągnięty kurczy się z małą siłą



w miarę rozciągania mięśnia skurcze stają się coraz silniejsze aż do optymalnego rozciągnięcia, przy którym mięsień kurczy się z maksymalną siłą



dalsze rozciąganie mięśnia powoduje stopniowe zmniejszanie siły skurczów

SIŁA MIĘŚNIA cz.1 ✓ wstępne rozciągnięcie -długość spoczynkowa mięśnia –rozciągnięcie mięśnia pomiędzy przyczepami kostnymi -optymalne wstępne rozciągnięcie mięśnia –jest to taka długość mięśnia, przy której w skurczu izometrycznym rozwija on największe napięcie, na poziomie mikroskopowym ilość mostków poprzecznych pomiędzy aktyną i miozyną w sarkomerze jest największa - nadmierne rozciągnięcie mięśnia zmniejsza możliwą do uzyskania siłę –przekroczona optymalna długość sarkomeru –mniej mostków poprzecznych -napięcie spoczynkowe –spoczynkowe napięcie mięśniowe, zależy od elastyczności mięśnia, odruchów rdzeniowych, działania ośrodków nadrdzeniowych

-napięcie bierne –napięcie mięśnia nie podlegającego czynności skurczowej, jest proporcjonalna Zależność siły skurczu od długości mięśnia

Siła skurczu mięśnia zależy od stopnia zachodzenia na siebie cienkiego i grubego filamentu. a –brak zachodzenia. a-b –liniowy wzrost związany ze wzrostem ilości połączeń, b-c –w okolicy optymalnej długości mięśnia (L0), siła jest stała ze względu na brak główek miozyny w środkowej części filamentu. c-d –siła zaczyna się zmniejszać w wyniku pokrywania się cienkich filamentów. d-e –przy małych długościach grube filamenty wytwarzają sprężystą siłę odpychającą. Siła pasywna istnieje bez względu na aktywacje i jest związana ze sprężystymi własnościami grubego filamentu(mięsień w stanie rozkurczu można porównać do rozciągniętej sprężyny, a w stanie maksymalnego skurczu, do ściśniętej sprężyny). Siła całkowita jest sumą siły pasywnej i aktywnej.

Zależność między długością a siłą skurczu mięśnia Mięsień rozkurczony kurczy się słabo. Wstępne rozciągnięcie mięśnia zwiększa siłę skurczu (najkorzystniejsze ułożenie włókien aktyny i miozyny względem siebie) L max – najkrótsza długość mięśnia rozwijającego max. siłę (ok. 20% rozciągnięcia)

Zależność siły skurczu od częstotliwości pobudzeń 

Im większa częstotliwość pobudzenie tym większa jest siła skurczu



Maksymalna siła jaką mięsień rozwija w czasie skurczu tężcowego jest proporcjonalna do częstotliwości pobudzeń dzięki sumowaniu skurczów



Jeśli przerwa pomiędzy pobudzeniami jest krótsza niż okres refrakcji mięśnia reaguje on na co 2, co 3 bodziec wobec tego częstość pobudzeń nie zwiększa się, ale spada

SIŁA MIĘŚNIA cz.2 ✓częstotliwość pobudzeń Pojedyncza depolaryzacja ---> uwolnienie z siateczki sarkoplazmatycznej określonej porcji jonów Ca2+---> wytworzenie określonej liczby mostków poprzecznych pomiędzy filamentami aktyny i miozyny ---> wywołanie pojedynczego skurczu o określonej sile ---> wychwyt zwrotny jonów Ca2+do siateczki sarkoplazmatycznej ---> rozłączenie filamentów aktyny i miozyny ---> rozkurcz Kolejna depolaryzacja (bodziec) powoduje uwolnienie z siateczki sarkoplazmatycznej kolejnej puli jonów Ca2+. Przy określonej częstotliwości bodźców stężenie jonów Ca2+utrzymuje się stale na podwyższonym poziomie, to umożliwia ciągłe tworzenie się mostków poprzecznych i wzrost ich liczby, zwiększa się przez to siła pojedynczego skurczu. Zwiększenie częstotliwości pobudzania mięśnia bodźcami o określonej sile (ponad progowej) powoduje zwiększenie siły jego skurczu. Regulacja siły skurczu mięśnia szkieletowego

Jednostka motoryczna



Jednostką motoryczną nazywamy jedną komórkę nerwową z jej aksonem i wszystkie komórki mięśniowe przez niego unerwiane



Wszystkie komórki mięśniowe wchodzące w skład tej samej jednostki motorycznej są tego samego typu metabolicznego



Kiedy motoneuron przekazuje impuls elektryczny wszystkie komórki mięśniowe do których dochodzą zakończenia nerwowe, kurczą się



Średnia liczba komórek mięśniowych na jednostkę wynosi 150, ale ich liczba może się wahać od 4 do setek

Podział jednostek motorycznych  I

II

- małe motoneurony

- duże motoneurony

- wysoka Pobudliwość motoneuronów

- niska pobudliwość motoneuronów

- szybkie przewodzenie we włóknach nerwowych

- bardzo szybkie przewodzenie we włóknach nerwowych

- mała liczba komórek mięśniowych

- duża liczba komórek mięśniowych

- głównie komórki mięśniowe czerwone

- głównie komórki mięśniowe białe



Mechanizmem nerwowym umożliwiającą uzyskanie dużej szybkości skurczów jest selektywna rekrutacja jednostek szybko kurczących się, które w miarę zmęczenia zastępowane są przez jednostki wolno kurczące



Na szybkość skracania się mięśnia ma wpływ ogólna liczba rekrutowanych jednostek



Mięśnie związane z wykonywaniem bardzo precyzyjnych ruchów – małej ednostki (oko, palce)



duże mięśnie związane z lokomocją - duże jednostki, mniejsza precyzja

Siła mięśniowa 

Maksymalną siłę rozwija mięsień w czasie skurczu izometrycznego, w czasie którego aktywowane są wszystkie jednostki motoryczne



Jest ona sumą siły skurczu wszystkich mięśni która z kolei zależy od ilości włókienek kurczliwych w nich zawartych



Obok uwarunkowań morfologicznych bardzo ważną rolę w wyzwalaniu siły i generowaniu mocy mięśniowej odgrywa efektywność produkcji energii w komórkach mięśniowych



Siła maksymalna zależy od przekroju fizjologicznego mięśnia a więc od ilości włókien i ich grubości



Siła bezwzględna - siła skurczu wyrażoną w gramach lub kilogramach, które mięsień może udźwignąć



Siła względna - wartość siły bezwzględnej podzielonej przez przekrój poprzeczny mięśnia wyrażony w cm2



Maksymalna siła mięśniową kończyn górnych i dolnych u człowieka wynosi ok. 40 N/cm2 przekroju poprzecznego

Regulacja szybkości skracania mięśnia szkieletowego



Szybkość skracania mięśnia zmniejsza się wraz ze zwiększaniem obciążenia. Gdy obciążenie jest równe połowie siły maksymalnej osiąganej w warunkach izometrycznych, szybkość skracania osiąga około 1/5 wartości maksymalnie możliwej (obserwowanej bez obciążenia)



Szybko skracający się mięsień rozwija mniejszą siłę niż mięsień skracające się wolniej. (lub poprzednio rozciągnięty)



Duży ciężar jeśli w ogóle może być podniesiony to tylko wolno. Szybkie ruchy natomiast możliwe tylko wtedy gdy nie wymagają dużej siły

 maksymalna wielkość mocy generowanej przez mięśnie zależy w większym stopniu od maksymalnej szybkości skracania się mięśnia aniżeli od wielkości maksymalnej siły mięśniowej. Głównym czynnikiem warunkującym maksymalną szybkość skracania mięśnia jest skład włókien mięśniowych.  Maksymalna (bez obciążenia) szybkość skracania sarkomeru jest równa maksymalnej prędkości ślizgania aktyny i miozyny względem siebie. Tym szybciej odbywa się to przesuwanie im większa jest aktywność ATP- azowa miozyny. Ponieważ sarkomery w miofibrylach położone są szeregowo, skracania ich są sumowane, więc przy takiej samej szybkości skracania sarkomeru długi mięsień będzie skracał się szybciej, niż mięsień krótki. Szybkość skracania obciążonego mięśnia w skurczu izotonicznym będzie zależała od stopnia obciążenia. Zależność między szybkością skurczu, a obciążeniem mięśnia

mięsień kurczy się szybciej, im mniej jest obciążony.



Prawo średnich obciążeń - zależność między wartością obciążenia mięśnia która pozwala się skracać a wartością która zapewnia rozwinięcie pewnej siły



Maksymalna praca wykonywana jest przy 1/3 obciążenia maksymalnego i prędkości skurczu 1/3 V max

Zmęczenie mięśnia Ważnym czynnikiem warunkującym możliwości rozwijania siły i generowania mocy jest zmęczenie ▪ Zmęczenie, wg Edwardsa definiujemy jako utratę zdolności generowania wymaganej lub spodziewanej wielkości mocy Rodzaje zmęczenia Zmęczenie ośrodkowe - związane z pogorszeniem funkcjonowania OUN Przyczyny: ▪Hipoglikemia ▪Hipertermia ▪Toksyczne działanie amoniaku ▪Zaburzenia stężeń neurotransmiterów Zmęczenie obwodowe - występujące w mięśniach szkieletowych Przyczyny: ▪Wysiłki max. krótkotrwałe – zużycie materiałów zapasowych mięśnia (fosfokreatyna) , spadek ilości energii uzyskiwanej z hydrolizy ATP, akumulacja metabolitów, jak H+, Pi, ADP, NH3 ▪Wysiłki długotrwałe –żużycie glikogenu, wzrost stężeń ADP, AMP, IMP, NH3 Przyczyny zmęczenia ▪Wyczerpanie zapasów energetycznych ▪Spadek zawartości ATP na skutek znacznej przewagi zużycia nad produkcją ▪Niewystarczające uwalnianie acetylocholiny (wyczerpanie Ach) ▪Spadek Ca2+ w sarkoplaźmie ▪Nagromadzenie mleczanu i ADP ▪Niewystarczająca ilość tlenu ▪Kumulacja protonów (spadek pH) w sarkoplaźmie komórek mięśniowych ▪Spadek pH (kumulacja kwasu mlekowego) zmniejsza szybkość resyntezy ATP przez fosfokreatynę, zwalnia uwalnianie Ca+2z siateczki sarkoplazmatycznej i zmniejsza wrażliwość układów kurczliwych na Ca+2 .

Zużycie tlenu Tkanka mięśniowa ma dwa źródła tlenu. ▪Z krwi ▪uwolniony z mioglobin w w obrębie komórek Oddychanie tlenowe wymaga O2 do produkcji ATP przy długiej aktywności ▪zwiększona siła oddychania przy wysiłku Uzupełnianie niedoborów: ▪zwiększone zużycie po wysiłku (dług tlenowy) ▪mleczan zamieniany do pirogronianu Zjawisko zmęczenia mięśnia i ograniczenie jego możliwości skurczowych zachodzi głównie w obrębie synapsy nerwowo-mięśniowej ▪Złącze nerwowo-mięśniowe męczy się dość szybko. Działa ono jak bezpiecznik chroniąc włókno mięśniowe przed uszkodzeniem w skutek zbyt długiego okresu kurczenia się. (Ach może być wypierana z połączenia z receptorem np, przez kwas mlekowy). ▪W dalszej kolejności męczy się mięsień Cechy mięśnia zmęczonego -wydłużony czas utajonego pobudzenia -zmniejszona amplituda skurczu -dłuższy czas rozkurczu -zmniejszona pobudliwość i przewodnictwo -Zmniejszona szybkość narastania skurczu i maksymalna siła skurczu

Klasyfikacja komórek mięśni szkieletowych ▪Komórki różnią się między sobą właściwościami morfologicznymi, czynnościowymi, układami enzymatycznymi, szybkością narastania skurczu i odpornością na zmęczenie. ▪Występują 2 podstawowe typy włókien: 

włókna wolno kurczące się (ST lub typu I)



włókna szybko kurczące się (FT lub typu II), w których wyróżnia się 2 podgrupy: oksydacyjne (Fta lub IIa) i glikolityczne ( Ftb lub IIb).

ST (typ I) czerwone o metaboliźmie tlenowym ▪Skurcze pojedyncze cechują się powolnym narastaniem siły ▪Skurcze tężcowe utrzymują się długo bez oznak zmęczenia ▪Intensywnie wytwarzają ATP w toku oksydatywnychfosforylacji ▪gęsta sieć naczyń włosowatych i duża zawartość mioglobiny zapewnia dostawę tlenu ▪Posiadają dużo mitochondriów ▪Powoli rozwijające się skurcze i tlenowe drogi odtwarzania ATP chronią komórki przed szybkim zmęczeniem. FTb (typ IIb) szybkie (białe) o przewadze metabolizmu beztlenowego ▪Zawierają mało mioglobiny i mało mitochondriów ▪Bezpośrednim źródłem ATP są procesy: glikoliza beztlenowa i fosfokreatyna ▪Siła skurczu narasta szybciej niż w komórkach czerwonych ▪Silny skurcz tężcowy utrzymuje się krótko z powodu rozwijającego się szybko zmęczenia będącego skutkiem wyczerpania ATP i zakwaszenia komórek. FTa (typ IIa) grupa pośrednia komórek szybkich (czerwone), ale o przewadze metabolizmu tlenowego ▪Siła skurczu narasta szybko ▪Zawierają mitochondria i mioglobinę, ale mniej niż w komórkach ST ▪Aktywność enzymów przemian tlenowych jest 20 –50 % większa niż w Ftb ▪Zmęczenie w tych komórkach występuje później niż w FTb, ale wcześniej niż w ST

Wszystkie mięśnie zbudowane są z komórek wszystkich typów ▪Ich ilościowy stosunek zależy od funkcji mięśnia. ▪Komórki typu I (powolne, czerwone) przeważają w mięśniach zaangażowanych w utrzymaniu postawy ciała, które wykonują długotrwałe skurcze tężcowe (np. m.grzbietu i m. prostowniki kończyn dolnych) ▪Komórki typu II przeważają w mięśniach wykonujących szybkie, ale krótkotrwałe skurcze (mięsnie ramienia) ▪Jednostka motoryczna zawiera jeden typ kom. Elektromiografia -EMG ▪Polega na badaniu i rejestrowaniu potencjałów czynnościowych mięśni w spoczynku i w czasie wysiłku fizycznego. ▪Rejestruje potencjały pojedynczych jednostek motorycznych. ▪Pozwala wykryć zaburzenia dotyczące samych mięśni, neuronu ruchowego oraz przewodnictwa nerwowo –mięśniowego. Rodzaje EMG ▪Globalna –oparta na zapisie z mięśnia jako całości za pomocą elektrod powierzchniowych. ▪Elementarna lub ilościowa (głęboka) –oparta na ilościowej analizie zapisu potencjałów za pomocą elektrod igłowych wkłutych do badanych mięśni. Elementy prawidłowego zapisu elektromiograficznego ▪ Zapis spoczynkowy – stanowi linię izoelektryczną (tzw. cisza elektryczna) ▪ Zapis wysiłkowy w zależności od mocy skurczów: ▪Mały wysiłek: zapis prosty lub pojedynczych wychyleń (pojedyńcze wychylenia o częstotliwości 4 -12 Hz) ▪Umiarkowany wysiłek: zapis pośredni (ubogi lub bogaty w zależności od liczby rekrutacji jednostek motorycznych) ▪Maksymalny wysiłek: zapis interferencyjny (potencjały jednostek nakładają się na siebie

Analiza elektromiogramu ▪ Pojedyncze potencjały oceniane są według kształtu (liczba faz), amplitudy i czasu trwania. ▪ Prawidłowo przeważają potencjały 2 –3 fazowe (wielofazowe nie przekraczają 8%) ▪ Amplituda bywa zmienna (odchylenia powyżej 40% dopiero są istotne) ▪ Czas trwania jest najistotniejszy (zależy od badanego mięśnia i wieku osoby badanej.) Cechy patologicznego EEG ▪Dodatnie fale wolne ▪Fibrylacje ▪Fascykulacje ▪Ciągi miototyczne ▪Ciągi rzekomo-miasteniczne EMG umożliwia ▪Wykrycie uszkodzeń, które nie ujawniają się w obrazie klinicznym ▪Ustalenie miejsca uszkodzenia jednostki motorycznej ▪Śledzenie dynamiki procesu chorobowego i efektywności leczenia Rodzaje ciepła wytwarzanego przez mięsień : ▪Ciepło początkowe, tj. ciepło powstające od momentu pobudzenia do zakończenia aktywacji układów kurczliwych : 1.Ciepło aktywacji, powstaje przez cały czas aktywacji układów kurczliwych 2.Ciepło skracania 3.Ciepło rozkurczu ▪Ciepło wypoczynku wydziela się w toku procesów tlenowych resyntezy ATP...