Αποστολία Χατζηευθυμίου Αν. Καθηγήτρια Ιατρικής Φυσιολογίας Φεβρουάριος 2016

Transcript

1 Αποστολία Χατζηευθυμίου Αν. Καθηγήτρια Ιατρικής Φυσιολογίας Φεβρουάριος 2016

2 Δομή Μοριακοί μηχανισμοί συστολής Νευρομυϊκή σύναψη Μηχανική συστολής απλής ίνας Ενεργειακός μεταβολισμός σκελετικού μυός Τύποι σκελετικών μυϊκών ινών Συστολή ολόκληρου μυός

3

4 Γραμμωτοί μύες Εκούσια κίνηση Διατήρηση στάσης σώματος έναντι της βαρύτητας Παραγωγή θερμότητας Λείες μυϊκές ίνες Ακούσιες κινήσεις Τοιχώματα κοίλων οργάνων Καρδιακός μυς

5

6 Μυϊκή ίνα: μυοκύτταρο Μυς: μυϊκές ίνες συνδεδεμένες με συνδετικό ιστό Οι μυϊκές ίνες είναι προσανατολισμένες στον επιμήκη άξονα του μυός Πηγή: cture%20page.htm

7 Οι σκελετικές και καρδιακές ίνες εμφανίζουν αλληλουχία σκοτεινών και φωτεινών λωρίδων, κάθετων στον επιμήκη άξονα της ίνας. Λόγω της γράμμωσης αυτής οι δύο τύποι αυτοί μυϊκών ινών ονομάζονται ραβδωτοί ή γραμμωτοί μύες Πηγή: e%20picture%20page.htm Το ραβδωτό σχέδιο στις σκελετικές ίνες προκύπτει από την παρουσία των παχιών και λεπτών νηματίων που είναι οργανωμένα σε κυλινδρικές δέσμες τα μυοϊνίδια (1-2 μm)

8 Κάθε μυοϊνίδιο αποτελείται από παχιά και λεπτά νημάτια τοποθετημένα σε επαναλαμβανόμενο σχέδιο (σαρκομέριο) κατά μήκος του Τα παχιά νημάτια αποτελούνται από μυοσίνη και τα λεπτά από ακτίνη, τροπονίνη και τροπομυοσίνη Τα παχιά νημάτια είναι στο μέσο του σαρκομερίου ζώνη Α Κάθε σαρκομέριο περιέχει δύο σειρές λεπτών νηματίων προσδεδεμένες σε δίκτυο αλληλοσυνδεδεμένων πρωτεϊνών γραμμή ή δίσκος Ζ Δύο επακόλουθες γραμμές Ζ ορίζουν ένα σαρκομέριο

9 Ζώνη Ι (φωτεινή λουρίδα) βρίσκεται μεταξύ δύο ζωνών Α γειτονικών σαρκομερίων και περιέχει τμήμα λεπτών νηματίων Ζώνη Η, σχετικά διαφανής ζώνη που ορίζεται από τις άκρες δύο σειρών λεπτών νηματίων (περιέχει μόνο παχιά νημάτια) Ζώνη Μ, στενή σκοτεινή λουρίδα στο μέσον της ζώνης Η Τιτίνη

10 Μυοσίνη: σφαιρική άκρη προσδεδεμένη σε επιμήκη ουρά. Η ουρά βρίσκεται κατά μήκος του άξονα των παχιών νηματίων και η σφαιρική κεφαλή σχηματίζει την εγκάρσια γέφυρα. Κάθε σφαιρική κεφαλή φέρει δύο περιοχές σύνδεσης: μια για την ακτίνη και μια για ΑΤΡ Η θέση πρόσδεσης ΑΤΡ λειτουργεί και ως ένζυμο Σε κάθε παχύ νημάτιο τα συστατικά του μορίου της μυοσίνης είναι προσανατολισμένα σε αντίθετη κατεύθυνση κατά τη βράχυνση τα προσδεδεμένα λεπτά νημάτια κινούνται από τα άκρα του σαρκομερίου προς το κέντρο

11 Ακτίνη: σφαιρική πρωτεΐνη που πολυμερίζεται και σχηματίζει δύο ελικοειδείς αλυσίδες που αποτελούν τον πυρήνα των λεπτών νηματίων Κάθε ελικοειδής στροφή ενός νηματίου (F-ακτίνη) αποτελείται από 13 μονομερή ακτίνης Η F-ακτίνη συνδέεται με την τροπομυοσίνη. Η τροπομυοσίνη αποτελείται από δύο ίδιες α έλικες που τυλίγονται σπειροειδώς η μια γύρω από την άλλη και κάθονται στην αύλακα που σχηματίζεται από τις έλικες της ακτίνης Τροπονίνη

12 Η τροπονίνη είναι ετεροτριμερές που αποτελείται από την Πηγή: τροπονίνη Τ δεσμεύεται σε ένα μόριο τροπομυοσίνης τροπονίνη C δεσμεύει ασβέστιο τροπονίνη Ι δεσμεύεται στην ακτίνη και αναστέλλει τη συστολή Πηγή nc.html

13 Εξαγωνική διάταξη λεπτών ινιδίων Κάθε λεπτό νημάτιο περιβάλλεται από τριγωνική διάταξη παχιών νηματίων Συνολικά διπλάσιος αριθμός λεπτών νηματίων σε σχέση με τον αριθμό παχιών

14 Ο χώρος μεταξύ γειτονικών παχιών και λεπτών νηματίων γεφυρώνεται από προεκτάσεις μορίων μυοσίνης που ονομάζονται εγκάρσιες γέφυρες Στη μυϊκή συστολή οι εγκάρσιες γέφυρες εφάπτονται στα λεπτά νημάτια και εξασκούν δύναμη

15 ΓΡΑΜΜΩΤΟΙ ΜΥΕΣ

16 Συστολή δεν σημαίνει κατ ανάγκη βράχυνση του μυός αλλά ενεργοποίηση των σημείων δυναμογένεσης των εγκάρσιων γεφυρών σε μια μυϊκή ίνα Μηχανισμός διολίσθησης νηματίων: περιστροφική κίνηση όπως τα κουπιά της βάρκας. Τα παχιά και λεπτά νημάτια δεν αλλάζουν μήκος. /watch?v=edhzkydxrkc

17 Πρόσδεση ενεργοποιημένης εγκάρσιας γέφυρας στην ακτίνη Α+Μ*ADP-Pi A-M*-ADP-Pi

18 Αποδέσμευση αποθηκευμένης ενέργειας κίνηση προσδεδεμένης εγκάρσιας γέφυρας και απελευθέρωση ADP & Pi A-M*-ADP-Pi Α-Μ+ADP+Pi

19 Απόσχιση της εγκάρσιας γέφυρας με την πρόσδεση ΑΤΡ (αλλοστερική ρύθμιση, συγγένειας μυοσίνηςακτίνης) Α-Μ+ΑΤΡ A+M-ΑΤΡ

20 Διάσπαση ΑΤΡ αλλαγή τρισδιάστατης δομής εγκάρσιας γέφυρας ενεργοποιημένη εγκάρσια γέφυρα (προσδεδεμένο ADP-Pi) A+M-Α ΤΡ Μ*-ADP-Pi

21 Κάθε εγκάρσια γέφυρα επιτελεί τον δικό της κύκλο ανεξάρτητα από τις άλλες γέφυρες Σε μια δεδομένη στιγμή, κατά τη συστολή, μόνο το 50% των εγκάρσιων γεφυρών είναι προσδεδεμένο στα λεπτά νημάτια παράγοντας κίνηση Το ΑΤΡ δρα ως τροποποιητικό μόριο το οποίο ελέγχει την πρόσδεση της ακτίνης στη μυοσίνη

22 (1) Η απελευθερούμενη ενέργεια από την υδρόλυση του ΑΤΡ παρέχει τελικά την ενέργεια για την κίνηση της εγκάρσιας γέφυρας (2) Η πρόσδεση του ΑΤΡ στη μυοσίνη σπάει τον σχηματισμένο σύνδεσμο ακτίνης-μυοσίνης Η απελευθέρωση ενέργειας και η υδρόλυση ΑΤΡ δεν συμβαίνουν ταυτόχρονα Πηγή: /2_go Μεταθανάτια ακαμψία

23

24 Σε κατάσταση ηρεμίας παρεμποδίζεται ο σχηματισμός εγκάρσιων γεφυρών από τις πρωτεΐνες-ρυθμιστές τροπονίνη και τροπομυοσίνη Η τροπομυοσίνη καλύπτει τις θέσεις πρόσδεσης της ακτίνης και παραμένει στη θέση αυτή με τη δράση της τροπονίνης (μικρή σφαιρική πρωτεΐνη) Η δραστηριότητα των εγκάρσιων γεφυρών πυροδοτείται από το ασβέστιο που προσδένεται πάνω στην τροπονίνη

25

26 Η εντολή για σύσπαση φτάνει στους μυς με τους κινητικούς νευρώνες

27 Κινητικοί νευρώνες: νευρικά κύτταρα των οποίων τα σώματα βρίσκονται στα πρόσθια κέρατα του ΝΜ και οι νευράξονες (εμμύελοι, μεγάλης διαμέτρου) νευρώνουν τις ίνες σκελετικού μυός. Άγουν τα δυναμικά ενεργείας με μεγάλη ταχύτητα Κινητική μονάδα: Κινητικός νευρώνας μαζί με τις μυϊκές ίνες που νευρώνει Όταν το δυναμικό ενεργείας παράγεται σε ένα κινητικό νευρώνα όλες οι μυϊκές ίνες της κινητικής μονάδας συστέλλονται

28 Νευρομυϊκή σύναψη: o σύναψη ενός τερματικού άξονα με μια τελική κινητική πλάκα Τελική κινητική πλάκα: o επιφάνεια της κυτταροπλασματικής μεμβράνης της μυϊκής ίνας που βρίσκεται κάτω από τη νευρική απόληξη της κινητικής νευρικής ίνας

29 Ο νευροδιαβιβαστής στη νευρομυϊκή σύναψη είναι η ακετυλοχολίνη και οι υποδοχείς της στην τελική κινητική πλάκα είναι νικοτινικοί

30 Πηγή:

31 ΕΡΡ: εκπόλωση μετασυναπτικής μεμβράνης λόγω δέσμευσης ακετυλοχολίνης σε νικοτινικούς υποδοχείς Συνήθως το ΕΡΡ μπορεί να παράγει δυναμικό ενεργείας στη μυϊκή ίνα

32 Μiniature end-plate potentials (MEPPS). MEPPS είναι πολλαπλάσια του 0.5 mv και αντιπροσωπεύουν εκπόλωση της μεμβράνης του μυϊκού κυττάρου λόγω απελευθέρωσης ακετυλοχολίνης (κυστίδια) σε συνθήκες ηρεμίας

33

34 Κουράριο δηλητήριο στα τόξα ινδιάνων του Αμαζονίου. Αλκαλοειδές από το φυτό Στρύχνος 1932: κλινική χρήση σε τέτανο και σπαστικές ασθένειες 1942: μυϊκή χαλάρωση σε γενική αναισθησία

35 Ζιζανιοκτόνα, βιολογικά όπλα Sarin: οργανοφωσφορική ένωση Μπορεί να είναι θανατηφόρο ακόμα και σε πολύ χαμηλές συγκεντρώσεις. Ο θάνατος μπορεί να συμβεί μέσα σε 1-10 λεπτά μετά την εισπνοή μίας θανατηφόρου δόσης, λόγω μυϊκή παράλυσης και ασφυξίας, εκτός εάν διατίθεται αντίδοτα, τυπικά ατροπίνη και oxime (pralidoxime) Sarin (red), acetylcholinesterase (yellow), acetylcholine (blue) SAITAMA, JAPAN - NOVEMBER 17

36 Αλλαντίαση (αλλαντική τοξίνη) Μυασθένεια

37

38

39 Αλλαντίαση

40

41 Η σύζευξη διέγερσηςσυστολής αναφέρεται στην αλληλουχία γεγονότων που επιφέρει ένα δυναμικό ενέργειας στο σαρκείλημα μιας μυϊκής ίνας και καταλήγει σε κυκλική δραστηριότητα της εγκάρσιας γέφυρας

42 Ένα δυναμικό ενεργείας διαρκεί 1-2ms και ολοκληρώνεται πριν την έναρξη της μηχανικής δραστηριότητας (συστολή) Η μηχανική δραστηριότητα διαρκεί 100ms Άρα Η ηλεκτρική δραστηριότητα (δυναμικό ενεργείας) δεν επιδρά άμεσα στις πρωτεΐνες συστολής ασβέστιο

43 Το ασβέστιο στο κυτταρόπλασμα πριν τη συστολή είναι 10-7 Μ mol/l Πηγή αύξησης του ασβεστίου είναι το σαρκοπλασματικό δίκτυο

44 Εγκάρσιοι σωλήνες: o εξωκυττάριος χώρος o διασχίζουν τις μυϊκές ίνες σε κάθε σημείο συμβολής ζωνών Α-Ι o Άγουν το δυναμικό ενεργείας

45

46 Παρουσιάζουν ομολογία αμινοξέων με τους Lτύπου τασεοεξαρτώμενους διαύλους Ca 2+ παρόλα αυτά δεν λειτουργούν σαν κλασικοί δίαυλοι Ca 2+. Το δυναμικό ενεργείας που άγεται στους Τ-σωληνίσκους οδηγεί σε μεταβολή της στερεοδιάταξης των διαύλων της διϋδροπυριδίνης. Συνδέονται με τους διαύλους ριανοδίνης του σαρκοπλασματικού δικτύου

47 Στους σκελετικους μύς βρίσκοναι οι RyR1 τύπου που αλληλεπιδρούν άμεσα με τους διαύλους διϋδροπυριδίνης Στις ίνες του μυοκαρδίου βρίσκοναι οι RyR2 τύπου που αλληλεπιδρούν έμμεσα με τους διαύλους διϋδροπυριδίνης (απαιτούν την είσοδο Ca 2+ στο κύτταρο).

48 Λήξη της συστολής-απομάκρυνση ασβεστίου Αντλία ασβεστίου

49 Ο ρόλος του ΑΤΡ στη μυϊκή συστολή Το ΑΤΡ εξυπηρετεί: (1) Η απελευθερούμενη ενέργεια από την υδρόλυση του ΑΤΡ παρέχει τελικά την ενέργεια για την κίνηση της εγκάρσιας γέφυρας (2) Η πρόσδεση του ΑΤΡ στη μυοσίνη σπάει τον σχηματισμένο σύνδεσμο ακτίνης-μυοσίνης (3) Χρειάζεται για παροχή ενέργειας στην αντλία ασβεστίου

50 ClC-1 in skeletal muscle stabilizes membrane potential. ClC-1 loss-of-function mutations causes myotonia. b ClC-Kb in the basolateral membrane of kidney distal tubular cells facilitates transepithelial sodium chloride absorption, through coordinated activity with the apical bumetanide-sensitive Na + /K + /2Cl - cotransporter, apical potassium channel (to recycle potassium in the tubule lumen) and basolateral Na + /K + -ATPase. c ClC-5 in kidney proximal tubule epithelial cells facilitates endocytosis and endosomal acidification. ClC-5 loss-of function mutations cause proteinuria and kidney stones (Dent's disease). Organellar ClCs such as ClC-5 and ClC- 7 function as electrogenic Cl - /H + exchangers. d ClC-7 chloride transport in bone osteoclasts facilitates net secretion of HCl into the lacuna for bone demineralization. ClC-7 loss-offunction mutations cause osteopetrosis. ACh, acetylcholine.

51 Figure 4: ClC-1 is the major muscle chloride channel. (A) In skeletal muscle, the resting membrane potential is determined by the potassium gradient across the sarcolemmal and t-tubular membrane. Action potentials results in the opening of L-type calcium channels (DHPR) that in turn open intracellular channels (RyR) releasing calcium from the sarcoplasmic reticulum needed for the contraction of the muscle. (B) A train of action potentials results in the displacement of potassium through channels to the extracellular side. As the diffusion of ions from the t-tubules is slow, potassium accumulates and causes transient changes of the potassium reversal potential which are, however, offset by the high sarcolemmal chloride conductance. (C) In muscle fibers expressing dysfunctional ClC-1 channels, t-tubular depolarization is propagated to the surface membrane and can trigger spontaneous generation of new action potentials even after the end of the voluntary movement. This after-depolarization is marked in red. (D) Representative recordings from mutant ClC-1 channels carrying disease-causing mutations illustrating the diverse results of single amino acid exchanges on ClC-1 gating.

52 Myotonia and muscle fiber type changes. Mutations in Na + (1) or Cl (2) channels or the lack of the sarcolemmal chloride channel (ClC- 1; 2) can lead to overexcitability of the sarcolemma (myotonia). Normal muscle responds with single action potentials upon single stimuli, whereas myotonic muscle often responds with runs of action potentials. Increased membrane excitation can cause protein kinase C (PKC) activation in the nucleus and changes in the pattern of myogenic regulating factors (MRF). The myogenic factors control gene transcription and therewith couple membrane excitation to the muscle fiber type. A second signaling pathway involves cytoplasmic Ca 2+. The propagation of action potentials into the transverse tubule system (TT) activates the L-type Ca 2+ channel and stimulates Ca 2+ release from the sarcoplasmic reticulum (SR) via the ryanodine receptor (RyR). A Ca 2+ signaling pathway into the nucleus is suggested.

53

54

55 Μυϊκή τάση: η δύναμη που ασκείται από τον συστελλόμενο μυ πάνω σε ένα αντικείμενο Φορτίο: η δύναμη που ασκείται από ένα αντικείμενο πάνω στο μυ

56 Ισομετρική συστολή: ο μυς αναπτύσσει τάση αλλά ούτε βραχύνεται ούτε επιμηκύνεται Οι εγκάρσιες γέφυρες είναι προσδεδεμένες υπό γωνία στην ακτίνη δεν μετακινούν όμως τα λεπτά νημάτια αλλά ασκούν δύναμη πάνω σε αυτά

57 Ισοτονική συστολή: το φορτίο που ασκείται πάνω στο μυ παραμένει σταθερό Οι εγκάρσιες γέφυρες είναι προσδεδεμένες υπό γωνία στην ακτίνη κινούνται υπό γωνία προκαλώντας βράχυνση των σαρκομερίων

58 Επιμηκυνόμενη συστολή: το φορτίο έλκει το μυ σε επιμήκυνση παρά την αντίθετη δύναμη που παράγεται από τις εγκάρσιες γέφυρες

59 Όλα τα είδη μυϊκής συστολής συμβαίνουν φυσιολογικά κατά την κίνηση του σώματος. Το είδος της συστολής καθορίζεται από το μέγεθος του φορτίου

60

61 Σύσπαση: η μηχανική απόκριση μιας μυϊκής ίνας σε ένα δυναμικό ενεργείας Κύρια χαρακτηριστικά ισομετρικής σύσπασης: Λανθάνουσα περίοδος (διεργασίες σύζευξης διέγερσηςσυστολής) Χρόνος συστολής: χρόνος από την έναρξη ανάπτυξης τάσης μέχρι τη κορύφωση της τάσης

62 Όλες οι μυϊκές ίνες δεν έχουν τον ίδιο χρόνο συστολής: Βραδείες ίνες >100 ms Ταχείες ίνες 10 ms

63 Μετά από μια διέγερση, οι εγκάρσιες γέφυρες αρχίζουν να αναπτύσσουν δύναμη, αλλά η βράχυνση αρχίζει μόνο όταν η τάση υπερβεί το φορτίο που εφαρμόζεται στην ίνα. Επομένως πριν τη βράχυνση υπάρχει ένας χρόνος ισομετρικής συστολής κατά την οποία η τάση αυξάνεται Αν αυξάνεται το φορτίο και φτάσει σε μια τιμή που ο μυς αδυνατεί να το ανυψώσει, η ταχύτητα και η απόσταση βράχυνσης μηδενίζονται και η συστολή μετατρέπεται πλήρως σε ισομετρική

64 Σύσπαση μυϊκής ίνας-ισοτονική συστολή Στην ισοτονική σύσπαση τα χαρακτηριστικά της (λανθάνων χρόνος, μέγεθος σύσπασης) εξαρτάται από το μέγεθος του φορτίου Σε βαρύτερα φορτία η καθυστέρηση πριν τη βράχυνση (λανθάνουσα περίοδος) είναι μεγαλύτερη, η ταχύτητα βράχυνσης (απόσταση βράχυνσης/μονάδα χρόνου) είναι ελαττωμένη η διάρκεια σύσπασης είναι ελαττωμένη

65 Ισομετρική συστολή Ισοτονική συστολή Για την ίδια μυϊκή ίνα Στην ισοτονική σύσπαση ο χρόνος μεταξύ δυναμικού ενεργείας και έναρξης βράχυνσης (λανθάνουσα περίοδος) είναι μεγαλύτερος σε σύγκριση με τον χρόνο σε μία ισομετρική συστολή (μεσαίο φορτίο) Το μηχανικό φαινόμενο της βράχυνσης διαρκεί λιγότερο στην ισοτονική σε σύγκριση με την ισομετρική

66 Ταχοδυναμική σχέση: η ταχύτητα με την οποία μια μυϊκή ίνα βραχύνεται μειώνεται με την αύξηση του ασκούμενου φορτίου Η ταχύτητα βράχυνσης είναι μέγιστη σε μηδενικό φορτίο και μηδέν όταν το φορτίο ισούται προς τη μέγιστη ισομετρική τάση. Σε μεγαλύτερα φορτία έχουμε επιμηκυνόμενη συστολή. Η ίνα επιμηκύνεται με αυξανόμενη ταχύτητα όσο αυξάνεται το φορτίο και σε πολύ ψηλά φορτία η ίνα διαρρηγνύεται Η ταχύτητα βράχυνσης καθορίζεται από το ρυθμό με τον οποίο κάθε γέφυρα εκτελεί τη λειτουργία της (ρυθμός διάσπασης ΑΤΡ)

67 Τινίνη: διαθέτει ιδιότητες ανάλογες με αυτές του ελατηρίου, που είναι υπεύθυνες για το μεγαλύτερο τμήμα των παθητικών, ελαστικών ιδιοτήτων των χαλαρωμένων μυών. Έκταση μυών αύξηση παθητικής τάσης

68 Ενεργός τάση: η τάση που αναπτύσσεται σε ένα μυ πέραν της παθητικής Μηκοδυναμική σχέση: Η ενεργός τάση που αναπτύσσει ο μυς κατά τη συστολή μεταβάλλεται όταν μεταβληθεί το μήκος της ίνας πριν από τη συστολή Το μήκος στο οποίο η ίνα αναπτύσσει τη μέγιστη τάση ονομάζεται βέλτιστο μήκος (l o )

69

70 Άθροιση ισομετρικών συστολών Η αύξηση της μηχανικής απόκρισης (δύναμης) μιας μυϊκής ίνας σε συνεχόμενα δυναμικά ενέργειας υψηλής συχνότητας χαρακτηρίζει τη συχνοδυναμική σχέση και το φαινόμενο αυτό είναι γνωστό ως άθροιση συστολών

71 Η συνεχής συστολή σε απόκριση επαναληπτικού ερεθισμού είναι γνωστή ως τέτανος

72

73

74 Η ανάγκη της ΑΤΡ στη μυϊκή συστολή (ανάλογα με το είδος της μυϊκής ίνας) κατά την άσκηση, αυξάνεται κατά 20-αρκετές 100 φορές) Τα αποθέματα ΑΤΡ επαρκούν μόνο για λίγες συστολές Η μυϊκή ίνα μπορεί να σχηματίσει ΑΤΡ: (1) από φωσφοκρεατίνη (γρήγορος τρόπος σχηματισμού ΑΤΡ στην έναρξη συστολής) (2) με οξειδωτική φωσφορυλίωση (3) μέσω της γλυκολυτικής οδού

75 Η χρήση της φωσφοκρεατίνης παρέχει μερικά αναγκαία δευτερόλεπτα στις πολυενζυματικές οδούς της οξειδωτικής φωσφορυλίωσης και της γλυκόλυσης έτσι ώστε να αυξήσουν το ρυθμό παραγωγής ΑΤΡ σε επίπεδο ισοφάρισης του ρυθμού αποδόμησης ΑΤΡ

76 το μεγαλύτερο ποσό ΑΤΡ που χρησιμοποιείται για τη μυϊκή συστολή σχηματίζεται από την οξειδωτική φωσφορυλίωση Τα πρώτα 5-10 λεπτά άσκησης, το μυϊκό γλυκογόνο είναι το κύριο καύσιμο που τροφοδοτεί την οξειδωτική φωσφορυλίωση Τα επόμενα 30 λεπτά η γλυκόζη και τα λιπαρά οξέα του αίματος συμβάλλουν σχεδόν ισόποσα στην οξειδωτική φωσφορυλίωση και στη συνέχεια τα λιπαρά οξέα καταλαμβάνουν προοδευτικά σπουδαιότερη σημασία και ο ρόλος της παροχής γλυκόζης μειώνεται

77 Η γλυκόλυση συμβάλλει με αυξημένο ποσοστό στη συνολική αναγέννηση ΑΤΡ στο μυ Αναερόβια γλυκόλυση όσο αυξάνεται η ένταση συστολής παραγωγή γαλακτικού οξέος το οποίο διασπάται σε ιόντα γαλακτικού και υδρογόνου

78 Με το τέλος της άσκησης, μειώνονται τα επίπεδα της φωσφοκρεατίνης και γλυκογόνου στον μυ Χρέος οξυγόνου (κατανάλωση οξυγόνου μετά το πέρας της συστολής για την ανασύνθεση του γλυκογόνου και της φωσφοκρεατίνης)

79 Με το τέλος της άσκησης, μειώνονται τα επίπεδα της φωσφοκρεατίνης και γλυκογόνου στον μυ Χρέος οξυγόνου (κατανάλωση οξυγόνου μετά το πέρας της συστολής για την ανασύνθεση του γλυκογόνου και της φωσφοκρεατίνης)

80 Η μείωση της μυϊκής άσκησης εξ αιτίας της προηγούμενης συσταλτικής δραστηριότητας, ορίζεται ως μυϊκός κάματος Η έναρξη του καμάτου και ο ρυθμός ανάπτυξης του εξαρτάται από τον τύπο σκελετικής ίνας που χρησιμοποιείται και από την ένταση και τη διάρκεια συστολικής δραστηριότητας Κόπωση κεντρικής εντολής: ανικανότητα αρμόδιων περιοχών εγκεφαλικού φλοιού να στείλει διεγερτικά σήματα προς τους μυς

81 Ανικανότητα των αντίστοιχων περιοχών του εγκεφαλικού φλοιού να στείλει διεγερτικά σήματα στους κινητικούς νευρώνες μπορεί να οδηγήσει τη μυϊκή ίνα σε ανικανότητα συστολής. Μπορεί να οφείλεται σε πλεόνασμα σεροτονίνης

82

83 Οι διάφορες μυϊκές ίνες ταξινομούνται με βάση: (1) τη μέγιστη ταχύτητα βράχυνσης: ταχείες και βραδείες (2) τη κύρια μεταβολική οδό που χρησιμοποιείται για το σχηματισμό ΑΤΡ: οξειδωτικές και γλυκολυτικές ίνες

84 Οι ταχείες και βραδείες μυϊκές ίνες περιέχουν ισο-ένζυμα μυοσίνης τα οποία αποδομούν ΑΤΡ με διαφορετικό μέγιστο ρυθμό που καθορίζει και το μέγιστο ρυθμό ανακύκλησης των εγκάρσιων γεφυρών και κατ επέκταση τη μέγιστη ταχύτητα συστολής της μυϊκής ίνας Ο ρυθμός ανακύκλησης των εγκάρσιων γεφυρών είναι 4 φορές ταχύτερος στις ταχείες ίνες σε σύγκριση με τις βραδείες Η δύναμη που παράγεται και στους δύο τύπους ινών είναι η ίδια

85 Οξειδωτικές ή ερυθρές ίνες: Ίνες με υψηλή ικανότητα οξειδωτικής φωσφορυλίωσης, πολλαπλά μιτοχόνδρια. Η παραγωγή ΑΤΡ εξαρτάται από τη ροή του αίματος και τη παροχή οξυγόνου και καύσιμων ουσιών (περιβάλλονται από πολλά τριχοειδή). Περιέχουν μεγάλες ποσότητες μυοσφαιρίνης (αυξάνει το ρυθμό διάχυσης οξυγόνου) Γλυκολυτικές ίνες: Έχουν λιγότερα μιτοχόνδρια, υψηλή συγκέντρωση γλυκογόνου και γλυκολυτικών ενζύμων. Περιορισμένη χρήση οξυγόνου, περιβάλλονται από λιγότερα αιμοφόρα Περιέχουν μικρότερη ποσότητα μυοσφαιρίνης

86 Οξειδωτικές ή ερυθρές ίνες: Ίνες με υψηλή ικανότητα οξειδωτικής φωσφορυλίωσης, πολλαπλά μιτοχόνδρια. Η παραγωγή ΑΤΡ εξαρτάται από τη ροή του αίματος και τη παροχή οξυγόνου και καύσιμων ουσιών (περιβάλλονται από πολλά τριχοειδή). Περιέχουν μεγάλες ποσότητες μυοσφαιρίνης (αυξάνει το ρυθμό διάχυσης οξυγόνου) Γλυκολυτικές ίνες: Έχουν λιγότερα μιτοχόνδρια, υψηλή συγκέντρωση γλυκογόνου και γλυκολυτικών ενζύμων. Περιορισμένη χρήση οξυγόνου, περιβάλλονται από λιγότερα αιμοφόρα Περιέχουν μικρότερη ποσότητα μυοσφαιρίνης

87 Οξειδωτικές ή ερυθρές Γλυκολυτικές Οι γλυκολυτικές ίνες έχουν μεγαλύτερη διάμετρο Η πυκνότητα παχιών και λεπτών νηματίων ανά μονάδα εγκάρσιας διατομής είναι ίδια και στους δύο τύπους Η μέση γλυκολυτική ίνα αναπτύσσει μεγαλύτερη τάση από την οξειδωτική

88 Βραδείες οξειδωτικές ίνες (τύπος Ι): χαμηλή δραστηριότητα μυοσινικής ΑΤΡασης και υψηλή οξειδωτική ικανότητα Ταχείες οξειδωτικές ίνες (τύπος ΙΙα): υψηλή δραστηριότητα μυοσινικής ΑΤΡασης και υψηλή οξειδωτική ικανότητα Ταχείες γλυκολυτικές ίνες (τύπος ΙΙα): υψηλή δραστηριότητα μυοσινικής ΑΤΡασης και υψηλή οξειδωτική ικανότητα

89 Κύρια πηγή παραγωγής ΑΤΡ Βραδείες οξειδωτικές ίνες (Ι) Οξειδωτική φωσφορυλίωση Ταχείες οξειδωτικές ίνες (ΙΙα) Οξειδωτική φωσφορυλίωση Μιτοχόνδρια Πολλά Πολλά Λίγα Τριχοειδή Πολλά Πολλά Λίγα Περιεκτικότητα μυοσφαιρίνης Δραστηριότητα γλυκολυτικών ενζύμων Περιεκτικότητα γλυκογόνου Ρυθμός ανάπτυξης καμάτου Δραστηριότητα μυοσινικής ΑΤΡασης Ταχύτητα συστολής Υψηλή (ερυθρός μυς) Υψηλή (ερυθρός μυς) Ταχείες γλυκολυτικές ίνες (ΙΙβ) γλυκόλυση Χαμηλή Ενδιάμεση υψηλή Χαμηλή Ενδιάμεση υψηλή Χαμηλή (λευκός μυς) Αργός Ενδιάμεσος Γρήγορος Χαμηλή Υψηλή Υψηλή Αργή Γρήγορη Γρήγορη Διάμετρος ινών Μικρή Ενδιάμεση Μεγάλη Μέγεθος κινητικών μονάδων Μέγεθος κινητικών νεύρων Μικρό Ενδιάμεσο Μεγάλο Μικρό Ενδιάμεσο Μεγάλο

90

91 Όλες οι μυϊκές ίνες μιας κινητικής μονάδας είναι του ίδιου τύπου Οι περισσότεροι μύες αποτελούνται από κινητικές μονάδες και των τριών ειδών αναμεμιγμένες μεταξύ τους

92 Με βάση τις αναλογίες των τριών τύπων μυϊκών ινών που περιέχουν οι μύες μπορεί να διαφέρουν μεταξύ τους σημαντικά σε μέγιστη ταχύτητα συστολής, δύναμη και ανθεκτικότητα στη κόπωση πχ κεντρομελικοί μύες βραδείες οξειδωτικές ίνες Μύες χεριών ταχείες γλυκολυτικές ίνες

93 Η συνολική τάση που μπορεί να αναπτύξει ένας μυς εξαρτάται από: (1) την ποσότητα τάσης που αναπτύσσει κάθε μυϊκή ίνα (2) τον αριθμό μυϊκών ινών που συστέλλονται ανά δεδομένη χρονική στιγμή Ελέγχοντας αυτούς τους δύο παράγοντες το νευρικό σύστημα ελέγχει την ταχύτητα συστολής και την παραγόμενη τάση ολόκληρου του μυός

94 (Ι) Παραγόμενη τάση από κάθε μυϊκή ίνα Α. συχνότητα δυναμικών ενεργείας (σχέση συχνότηταςτάσης) Β. μήκος ίνας (σχέση μήκους-τάσης) Γ. διάμετρος ίνας Δ. κάματος (ΙΙ) Αριθμός ενεργών ινών Α. αριθμός ινών ανά κινητική μονάδα Β. αριθμός ενεργών κινητικών μονάδων

95 (1) αριθμός μυϊκών ινών σε κάθε κινητική μονάδα (μέγεθος κινητικής μονάδας) ποικίλει σημαντικά από μυ σε μυ πχ μύες χεριού (μικρές κινητικές μονάδες) vs μύες πλάτης (εκατοντάδες έως χιλιάδες ίνες) (2) αριθμός ενεργών κινητικών μονάδων

96 Η διαδικασία κατά την οποία αυξάνεται ο αριθμός των ενεργοποιημένων κινητικών μονάδων σε μια δεδομένη χρονική στιγμή ονομάζεται επιστράτευση Επιτυγχάνεται με την αύξηση διεγερτικών συναπτικών εισερχόμενων δεδομένων στους κινητικούς νευρώνες Όσο μεγαλύτερος είναι ο αριθμός των ενεργών κινητικών νευρώνων, τόσο μεγαλύτερη είναι η τάση του μυός

97 Οι βραδείες κινητικές ίνες επιστρατεύονται πρώτες, έπονται οι ταχείες οξειδωτικές κινητικές μονάδες και τελικά οι ταχείες γλυκολυτικές κινητικές μονάδες

98 Η ταχύτητα συστολής μιας μυϊκής ίνας εξαρτάται από: (1) το φορτίο της ίνας (2) το είδος της ίνας (ταχείες και βραδείες) Δηλαδή για τον μυ κατ αναλογία ισχύει: (1) φορτίο ολόκληρου του μυός (2) τύποι κινητικών μονάδων (3) επιστράτευση κινητικών μονάδων

99 Αερόβια άσκηση (κολύμπι, τρέξιμο μεγάλων αποστάσεων) συστηματική άσκηση σχετικά μικρής έντασης αλλά μεγάλης διάρκειας: αύξηση μιτοχονδρίων, αγγειοβρίθεια Αναερόβια προπόνηση συστηματική άσκηση υψηλής έντασης και μικρής διάρκειας επηρεάζει τις ταχείες γλυκολυτικές ίνες Έλλειμμα οξυγόνου

100 Ατροφία απονεύρωσης Ατροφία αχρηστίας Υπερτροφία

101

102 Ο συστελλόμενος μυς εξασκεί μόνο ελκτική δύναμη Κάμψη: μείωση της γωνίας σε μια άρθρωση Έκταση: αύξηση της γωνίας σε μια άρθρωση Ανταγωνιστικοί μύες: μύες ή ομάδες μυών που παράγουν αντιθετικά κατευθυνόμενες κινήσεις Πχ δικέφαλοςτρικέφαλος

103 Η συστολή κάποιο μυών (πχ γαστροκνήμιος) μπορεί να οδηγήσει σε δύο ειδών κινήσεις οι οποίες εξαρτώνται από τη δράση άλλων μυών πάνω στο ίδιο μέλος (τετρακέφαλος)

104 Οι μύες, τα οστά και οι αρθρώσεις του σώματος διευθετούνται σε ένα σύστημα μοχλών Μηχανικό μειονέκτημα που αντισταθμίζεται από την αυξημένη ικανότητα ελιγμού Το σύστημα μοχλών μεγεθύνει την ταχύτητα συστολής του μυός έτσι ώστε βραχείες και αργές σχετικά κινήσεις παράγουν γρήγορες κινήσεις στο χέρι

105 Μυϊκή κράμπα (ακούσια τετανική σύσπαση) Πολυομελίτιδα (καταστροφή κινητικών νευρώνων) Μυϊκή δυστροφία

106 Συμπτώματα Τετανία. Αυτόματες μυϊκές συσπάσεις που οφείλονται σε αυξημένη διαγερσιμότητα του νευρομυικού συστήματος Παραισθησίες γύρω από την περιοχή του στόματος, αιμωδίες στα άκρα Πετέχειες

107

108 Ca mg/dl

109 Επιπλοκές του μπορεί να απειλήσουν τη ζωή Λαρυγγόσπασμος Καρδιακές αρρυθμίες Αλλαγές στο ηλεκτροκαρδιογράφημα: Διεύρυνση QT Διεύρυνση ST διαστήματος Στη χρόνια υπασβεστιαιμία παρατηρούνται καταρράκτης και επασβεστώσεις των βασικών γαγγλίων

110 Vander τόμος Ι σελ Ganong σελ. 129/144, 163/167 Martin W. Berchtold, Heinrich Brinkmeier, Markus Müntener Calcium Ion in Skeletal Muscle: Its Crucial Role for Muscle Function, Plasticity, and Disease Physiological Reviews 2000 Vol. 80 no. 3, Stölting G, Fischer M, Fahlke Ch. CLC channel function and dysfunction in health and disease (2014) Frontiers in Physiology %20Notes/Fall%202011/chapter_12%20Fall% htm