Medical knowledge | Hematology » Dr. Kollai Márk - Ideg- és izomműködés

Ideg- és izomműködés Jegyzet Dr. Kollai Márk Semmelweis Egyetem Klinikai Kisérleti Kutató és Humán Élettani Intézet 2000. 2 Az izomműködés élettana vázizom simaizom (egy egységes) • hosszabb, párhuzamosan kapcsolt rostok - rövidebb, sorba kapcsolt rostok • rostok működése független - rostok egységben működnek • akaratlagos kontroll - autonóm kontroll • alapállapotban relaxált - tónusos működés A vázizom működése sarcomer: A, I, Z és M vonalak Sarcomer 1. ábra A sarcomer molekuláris szerkezete vékony filamentum: actin tropomiozin troponin T, C, I 3 vastag filamentum: miozin 1 nehéz, 2 könnyűlánc fej – actint köt – ATP-áz 2. ábra A csúszó filamentum mechanizmus . Az izomösszehúzódás mechanikája változók: hossz erő (F) feszülés vagy tenzió (F/l) egy szakaszra merőlegesen ható erő esetén, a hosszegységre jutó erő feszültség vagy stressz (F/A) egy felületre merőlegesen

ható erő esetén, a felület egységre jutó erő rövidülés sebessége (v) 4 erő függ: nyugalmi hossz keresztmetszet, azaz az egyszerre működő kereszthidak száma sebesség függ: teher kereszthíd-ciklus forgási sebessége, azaz az aktomiozin ATP-áz aktivitása sorbakapcsolt sarcomerek száma erő – nyugalmi hossz összefüggés izometriás összehúzódás optimális sarcomer hossz, amelyet élettani körülmények között az anatómiai felépítés biztosít sebesség – erő (terhelés) összefüggés izotóniás összehúzódás V V o F o F 3. ábra Az összehúzódás sebessége a terhelés függvényében Vo – maximális sebesség, terhelés nélkül – egy rostban állandó – gyors és lassú rostokban különböző – az aktomiozin ATP-áz aktivitását tükrözi Fo – maximális terhelés összehúzódás nélkül – izometriás összehúzódás határa 5 Az izomösszehúzódás szabályozása 4. ábra Az actin (A) és

myosin (M) ciklikus kapcsolódásának folyamata a Ca2+ forrása a sarcoplasmatikus reticulum jelentős cc. gradiens (cytosol 10-7 mol) Ca2+ csatornák a membránban Ca2+-pumpa (ATP-áz) – sequestráció calsequestrin elektro-mechanikai kapcsoltság T-tubulus, ciszternák – triád dihidropiridin – rianodin receptorok a Ca2+ felszabadulás és sequestáció egyensúlya 6 5. ábra A Ca2+ szerepe a kontrakció szabályozásában M − myosin-fej, A − actin filamentumok, Tr − tropomyosin, C, T és I a troponin molekula részei. A sötétített részek az actin és a myosin kötőhelyeit jelölik. kontrakció szummáció – tetania kontrakció AP AP 1 AP egyszeri rángás 2 szummáció 6. ábra Az elektromos és mechanikus történések időviszonyai 7 a szummáció lehetőségei: akciós potenciál frekvenciájának, illetve a kontrakcióban részt vevő egységek számának növekedése Az izomösszehúzódás energia (ATP) forrásai direkt foszforiláció,

kreatinfoszfát anaerob glycolízis oxidatív foszforiláció Gyors és lassú izomrostok kétféle mechanikai és energetikai igénybevétel rövid, intenzív – m. gastrocnemius hosszantartó, mérsékelt – m. soleus gyors lassú ATP-áz aktivitás nagy mérsékelt sarcopl. ret Ca2+-pumpa gyors lassú glycolitikus aktivitás nagy kicsi oxidatív kapacitás * kicsi lagy átmérő nagy kicsi fáradás jelentős csekély * oxidatív kapacitás: kapilláris ellátottság myoglobin koncentráció mitokondriumok száma Oxigén adósság: intenzív izommunka befejezése után az O2 fogyasztás tartósan magasabb szinten marad glycolitikus, gyors izmok működése során alakul ki elsősorban 8 végzett munka (kiadás) A O fogyasztás, aerob energiatermelés (bevétel) 2 V 7. ábra Az oxigénadósság fogalma, A – adósság, V – visszafizetés 9 A simaizom működése Belső szervek falát alkotja, nem kapcsolódik a csontvázhoz Funkciója: •

fázisos: motilitás (bél) akciós potenciál váltja ki • tónusos: egy szerv alakjának megtartása a belső nyomással szemben (ér) akciós potenciáltól független Felépítés (vázizommal való összehasonlításban) hasonlóság – actin, miozin, tropomiozin – sarcoplasmatikus reticulum – elemi sarcomer (dense body) különbség – nincs troponin – nincs T-tubulus sejtek egymással összeköttetésben vannak mechanikai kapcsolódás ingerületterjedés (gap junction) Típusai • több egységes simaizom (multiunit) egyes rostok külön beidegzést kapnak akciós potenciált generálnak rostok között nincs kapcsolat finomabb mozgások kivitelezésében játszanak szerepet (pupilla) 10 • egy egységes simaizom (single unit) kevésbé függ külső idegi hatástól a kontrakciót nem feltétlenül előzi meg akciós potenciál a rostok között kapcsolat van együttes, koordinált mozgást végeznek (érfal simaizom) A simaizom kontrakció mechanikája

relaxál feszülés (s) P S r s = P· w kontrahál P L 0 S hossz 8. ábra Aktív feszültség – hossz összefüggés Az érfal simaizomban az aktív feszültség-hossz összefüggés a kontrakció során lefelé tolódik, mert az ér sugara (r) csökken, falvastagsága (w) nő. Az érfal sima-izom így kevesebb energiaráfordítással tud ellenállni az érfalat feszítő nyomásnak. sebesség – erő v. feszülés összefüggés • az üreges szervek (ér, belek) falában lévő simaizmok összehúzódása során a feszültség egyértelműbben mérhető mint az erő; 11 • az öszefüggés hasonló a vázizom működése során megismert összefüggéshez, de egyetlen rost működése is egy görbe-sereggel jellemezhető; a görbék helyzete attól függ, hogy hány kereszthíd van aktív állapotban; az aktív kereszthidak száma szabályozás alatt áll (lásd később), minél nagyobb az aktív kereszthidak száma, annál nagyobb a maximális sebesség a

maximális sebesség %-ában sebesség és a maximálisan kifejtett erő. 100 maximális aktiváció a kereszthidak 50%-a mûködik 50 50 100 feszültség a maximális feszültség %-ában 9. ábra A Vo és az Fo az aktív kereszthidak számának függvénye A kereszthidak kialakulásának szabályozása • a simaizomban a miozin (M) fej csak akkor tud az aktinhoz (A) kötődni, ha foszforilált állapotban van • a foszforilációt a miozin könnyű-lánc kináz végzi (MKLK) Ca2+-calmodulin aktiváció hatására ATP energia terhére 12 • a foszforilált miozin, illetve aktomiozin komplex, a vázizomnál megismert módon ATP-áz aktivitással rendelkezik; az ATP a kereszthíd ciklust energizálja • a kontrakció megszűnésekor, amikor a cytosol Ca2+ koncentrációja csökken, a miozin foszfatáz (MP) a miozin fejet defoszforilálja MKLK + Ca 2 + + c almodulin ATP A+ M ADP kontrakc ió P A+ M relaxác ió ATP P M P A• M ADP + P 10. ábra A

miozin fej foszforilációja és a gyors ciklus • ha a simaizom aktivációja csak részleges, azaz a cytosol Ca2+ koncentrációja csak mérsékelten emelkedik, akkor az MKLK és az MP enzimek egyaránt aktívak és egy un. lassú kereszthíd-ciklus alakul ki: az MKLP a miozin fejet foszforilálja kialakul a AMP komplexum az MP a miozin fejet defoszforilálja az AM ATP-áz aktivitása csökken az A és M szétválása késleltetve alakul ki. 13 MKLK + Ca 2 + + calmodulin ATP ADP P A+ M A+ M A• M A• M ATP ADP + P P P M 11. ábra A lassú ciklus – a fenntartott feszülés mechanizmusa A myoplasma Ca2+ koncentrációjának szabályozása A szabályozás összetett, mert: a simaizom funkciója sokrétű; az egyes sejtek működése koordinált; a miozin fej foszforilációja a Ca2+ szint pontos szabályozását igényli A Ca2+ szint változásainak forrása: extracelluláris tér sarcoplazmatikus retikulum A Ca2+ szint emelkedésének mechanizmusai:

feszültség vezérelt Ca2+ csatorna ligand vezérelt Ca2+ csatorna receptor aktiváció G protein PLC IP3 14 sarcoplazmatikus reticulum membránjának Ca2+ permeabilitása nő Ca2+ felszabadulás A Ca2+ eltávolítása a sejtből: Ca2+-pumpa (ATP-áz) Ca2+-Na+ antiport, majd Na+-K+ pumpa