University of Cyprus Biomedical Imaging and Applied Optics ΗΜΥ 370 Εισαγωγή στη Βιοϊατρική Μηχανική Μυοσκελετική Φυσιολογία
Μύες Αποτελούν τη μεγαλύτερη ομάδα ιστών στο σώμα Σκελετικός (30-40% BW), λείος και καρδιακός (10% BW) Ελεγχόμενη σύσπαση των μυών επιτρέπει Σκόπιμη κίνηση ολόκληρου του σώματος ή μερών του σώματος Χειρισμό αντικειμένων Προώθηση του περιεχομένου διαφόρων κοίλων εσωτερικών οργάνων Κένωση του περιεχομένου ορισμένων οργάνων προς το εξωτερικό περιβάλλον Τρεις τύποι μυών Σκελετικός μυς (εκούσιος) Συνθέτει το μυϊκό σύστημα Καρδιακός μυς (ακούσιος) Βρίσκεται μόνο στην καρδιά Λείος μυς (ακούσιος) Εμφανίζεται σε όλα τα συστήματα του σώματος ως μέρος της δομής των κοίλων οργάνων και αγωγών 2
Δομή των σκελετικών μυών Ο μυς αποτελείται από ομάδες μυϊκών ινών συνδεδεμένων με τα οστά Συνδετικός ιστός καλύπτει τον μυ και τον χωρίζει εσωτερικά σε δέσμες Ο συνδετικός ιστός εκτείνεται πέρα από τα άκρα του μυός και σχηματίζει τους τένοντες Οι τένοντες συνδέουν του μύες με τα οστά 3
Δομή των σκελετικών μυών Ο μυς αποτελείται από έναν αριθμό μυϊκών ινών που βρίσκονται παράλληλα η μια προς την άλλη και συγκρατούνται μεταξύ τους με συνδετικό ιστό Ένα σκελετικό μυϊκό κύτταρο είναι γνωστό και ως μια μυϊκή ίνα Πολυπύρηνο Μεγάλο, επίμηκες, και κυλινδρικό σχήμα Οι ίνες συνήθως εκτείνονται σε όλο το μήκος του μυός Muscle fiber (a single muscle cell) Tendon Muscle Connective tissue Muscle fiber Dark A band Light I band Myofibril 4
Νευρομυϊκή Σύναψη Η απόληξη του άξονα του κινητικού νευρώνα δημιουργεί μια νευρομυϊκή σύναψη με ένα μυϊκό κύτταρο Ένας νευρώνας μπορεί να στείλει άξονές σε μία ή περισσότερες μυϊκές ίνες 5
Νευρομυϊκή Σύναψη Τα σήματα περνούν από τις νευρικές απολήξεις στις μυϊκές ίνες με τη βοήθεια του νευροδιαβιβαστή ακετυλοχολίνη (ACh) ΔΕ του κινητικού νευρώνα φτάνουν στην απόληξη Τασεοελεγχόμενοι δίαυλοι Ca 2+ ανοίγουν Απελευθερώνεται ACh με εξωκυττάρωση Η ACh διαχέεται σε όλη τη σύναψη και προσδένεται στους υποδοχείς της μετασυναπτικής κυτταρικής μεμβράνης των μυών Η πρόσδεση ενεργοποιεί το άνοιγμα διαύλων κατιόντων Na + μετακινείται (περισσότερο από K + ), εκπολώνει τον μυ και παράγει μετασυναπτικά δυναμικά Τοπική ροή ρεύματος μεταξύ της εκπολωμένης σύναψης και της παρακείμενης κυτταρικής μεμβράνης φέρνει τις παρακείμενες περιοχές στο κατώφλι Δυναμικά ενεργείας ξεκινούν και διαδίδονται σε όλη την μυϊκή ίνα Vesicle of acetylcholine Action potential propagation in muscle fiber Voltage-gated Na + channel Acetycholinesterase Acetylcholine receptor site Chemically gated cation channel Action potential propagation in motor neuron Voltage-gated calcium channel Contractile elements within muscle fiber Myelin sheath Axon terminal Terminal button Motor end plate 6
Νευρομυϊκή Σύναψη Εστεράση της Ακετυλοχινής (Acetylcholinesterase) Βρίσκεται στους υποδοχείς της ACh στη νευρομυϊκή σύναψη Αδρανοποιεί την ACh (καθώς τα μόρια ACh προσδένονται και αποσυνδέονται από τους υποδοχείς) Τερματίζει τα μετασυναπτικά δυναμικά και τα δυναμικά ενεργείας Εξασφαλίζει άμεση τερματισμό της σύσπασης 7
Νευρομυϊκή Σύναψη Η νευρομυϊκή σύναψη είναι ευάλωτη σε χημικούς παράγοντες και ασθένειες Δηλητήριο αράχνης Black Widow Προκαλεί εκρηκτική έκκριση ACh Παρατεταμένη εκπόλωση Οι δίαυλοι Na+ παραμένουν απενεργοποιημένοι Θάνατος από αναπνευστική ανεπάρκεια λόγω σπασμών παράλυσης Τοξίνη Αλλαντίασης (Botulism toxin) Από τα τρόφιμα που έχουν μολυνθεί με Clostridium Botulinum αλλαντίαση Παρεμποδίζει την απελευθέρωση ACh Θάνατος από αναπνευστική ανεπάρκεια λόγω παράλυσης Curare Δηλητηριώδη βέλη ιθαγενών του Αμαζονίου Προσδένεται στον υποδοχέα της ACh αλλά δεν τον ενεργοποιεί και δεν αδρανοποιείται Θάνατος από αναπνευστική ανεπάρκεια λόγω παράλυσης Οργανοφωσφορικά (Organophosphates) Φυτοφάρμακα και στρατιωτικό αέριο νεύρων Εμποδίζουν την απενεργοποίηση της ACh με αναστολή της AChE Αποτέλεσμα παρόμοιο με το δηλητήριο αράχνης Black Widow Βαριά μυασθένεια (Myasthenia gravis) Αυτοάνοση πάθηση (αντισώματα έναντι των υποδοχέων ACh) Αδρανοποιεί τους υποδοχείς της ACh Το αντίδοτο είναι neostigmine (αναστέλλει την AChE και παρατείνει τη δράση της ACh) 8
Σύνδεση Διέγερσης-Σύσπασης (Excitation-Contraction Coupling) Μυϊκή ίνα (Muscle fiber) Κύτταρο (cell) Πολλά μυϊκά ινίδια (myofibrils) Muscle fiber Dark A band Light I band Μυϊκά Ινίδια (Myofibrils) Συσταλτικές (contractile) μονάδες της μυϊκής ίνας Σειρά από σαρκομέρια Myofibril Σαρκομέριο (Sarcomere ) Λειτουργική μονάδα (Functional unit) του σκελετικού μυός Προκαλεί την σύσπαση 9
Σύνδεση Διέγερσης-Σύσπασης (Excitation-Contraction Coupling) Ισχυρή Ώθηση (Power Stroke) Ca 2+ απελευθερώνεται από το σαρκοπλασματικό δίκτυο (sarcoplasmic reticulum) Περιοχές πρόσδεσης ελευθερώνονται Τα παχέα νημάτια τραβούν τα λεπτά νημάτια Ισχυρή Ώθηση (power stroke) Υδρόλυση του ATP μεταφέρει ενέργεια στο σαρκομέριο και το επαναφέρει στην αρχική διαμόρφωση της Αν δεν υπάρχει ATP Μεταθανάτια ακαμψία (Rigor Mortis) 10
Σύνδεση Διέγερσης-Σύσπασης (Excitation-Contraction Coupling) Συσταλτική δραστηριότητα Το ΔΕ είναι πολύ σύντομο (1-2 msec) Η σύσπαση δεν ξεκινά μέχρι να απελευθερωθεί αρκετό Ca 2+ Κενή περίοδος Η διαδικασία της σύσπασης απαιτεί χρόνο για να ολοκληρωθεί Χρόνος σύσπασης (~ 50 msec) Η χαλάρωση απαιτεί επίσης χρόνο για να ολοκληρωθεί Χρόνος χαλάρωσης (~ 50 msec) Σύσπαση - Συρρίκνωση μιας μυϊκής ίνας από ένα μόνο ΔΕ Παράγεται από μόνο δυναμικό ενεργείας Σύντομη και ασθενής σύσπαση Πάρα πολύ σύντομη και πολύ αδύναμη για να είναι χρήσιμη Κατά κανόνα δεν παρουσιάζεται υπό φυσιολογικές συνθήκες στο σώμα Latent period Stimulation Contraction time Contractile response Action potential Relaxation time Muscle twitch 11
Σύνδεση Διέγερσης-Σύσπασης (Excitation-Contraction Coupling) Άθροιση συσπάσεων Ξεχωριστές συσπάσεις μπορεί να προστεθούν Τα ΔΕ είναι πιο σύντομα από τη σύσπαση Πολλαπλά ΔΕ πριν τελειώσει η σύσπαση Το ενδοκυτταρικό Ca2+ παραμένει παρατεταμένα ψηλό Η σύσπαση συνεχίζεται και αθροίζεται. Contractile activity Single twitch Twitch summation Tetanus Stimulation ceases or fatigue begins Μυϊκός Τέτανος (Tetanus) Μυϊκές ίνες διεγείρονται τόσο γρήγορα που δεν προλαβαίνουν να χαλαρώσουν Σύσπαση 3-4x πιο δυνατή από μια μόνη σύσπαση (twitch) Μην το μπερδέψετε με την ασθένεια! Action potentials Muscle fiber restimulated after it has completely relaxed Muscle fiber is restimulated before it has completely relaxed Muscle fiber is stimulated so rapidly that it does not have an opportunity to relax at all between stimuli 12
Μηχανική των Σκελετικών Μυών Σύσπαση των μυών Οι συσπάσεις ολόκληρων μυών μπορεί να είναι ποικίλης δύναμης Δύο πρωτογενείς παράγοντες μπορούν να ρυθμιστούν για να επιτευχθεί διαβάθμιση στη δύναμη Η ένταση που αναπτύσσεται από κάθε ίνα που συσπάται Ο αριθμός των μυϊκών ινών που συσπούνται παράλληλα μέσα σε ένα μυ 13
Μηχανική των Σκελετικών Μυών Επιστράτευση Κινητικών Μονάδων Κινητική Μονάδα Ένας κινητικός νευρώνας και οι μυϊκές ίνες που ενευρώνει Ο αριθμό των μυϊκών ινών ποικίλλει μεταξύ των διαφόρων κινητικών μονάδων Αριθμό των μυϊκών ινών ανά κινητική μονάδα και ο αριθμός των κινητικών μονάδων ανά μυ ποικίλλουν ευρέως Οι μύες που παράγουν ακριβείς, λεπτές κινήσεις περιέχουν λιγότερες ίνες ανά κινητική μονάδα Οι μύες που εκτελούν ισχυρές, τραχείς κινήσεις έχουν μεγαλύτερο αριθμό ινών ανά κινητική μονάδα Ασύγχρονη επιστράτευση των κινητικών μονάδων βοηθά στην καθυστέρηση ή την πρόληψη της κόπωσης Οι μυϊκές ίνες που κοπώνονται πιο εύκολα επιστρατεύονται αργότερα Μπορεί να συμμετέχουν σε δραστηριότητες αντοχής για μεγάλο χρονικό διάστημα, αλλά μπορούν να προσφέρουν πλήρη ένταση μόνο για σύντομες χρονικές περιόδους Spinal cord = Motor unit 1 = Motor unit 2 = Motor unit 3 14
Μηχανική των Σκελετικών Μυών Συστήματα μοχλών Οστά, μύες και αρθρώσεις αλληλεπιδρούν για να σχηματίσουν συστήματα μοχλών Τα οστά λειτουργούν ως μοχλοί Οι αρθρώσεις λειτουργούν ως υπομόχλια Οι σκελετικοί μύες παρέχουν δύναμη και κινούν τα οστά Οι μύες συνήθως ασκούν περισσότερη δύναμη από ό, τι το πραγματικό βάρος του φορτίου! Πλεονεκτήματα: μεγαλύτερη ταχύτητα, μεγαλύτερη απόσταση Fulcrum Biceps Fulcrum for lever Insertion of biceps 15
Τύποι Μυών Τύποι Κινητικών Μονάδων Κόκκινες μυϊκές ίνες Οξειδωτικές ίνες που περιέχουν περισσότερα μιτοχόνδρια και μυοσφαιρίνη και να αιματώνονται περισσότερο κόκκινο κρέας Αργή σύσπαση, μπορούν να διατηρήσουν τη σύσπαση παρατεταμένα Λευκό μυϊκές ίνες Λίγα μιτοχόνδρια, αναερόβιος μεταβολισμός Γρήγορη σύσπαση και κόπωση Γρήγορες κινητικές μονάδες Μεγαλύτερης διαμέτρου, ταχύτερης αγωγιμότητας νευρώνες Λευκές ίνες (κόπωση σε σύντομο χρονικό διάστημα) Αργές κινητικές μονάδες Μικρότερης διαμέτρου, πιο αργής αγωγιμότητας νευρώνες Κόκκινες ίνες (αργή κόπωση) 16
Προσαρμογή & Επισκευή Μυών Οι μύες έχουν ψηλό βαθμό πλαστικότητας Βελτίωση της οξειδωτικής ικανότητας Από τακτική αερόβια άσκηση Τριχοειδή αγγεία και αύξηση των μιτοχονδρίων Υπερτροφία Από αναερόβια άσκηση υψηλής έντασης Διάμετρος των μυϊκών ινών αυξάνεται (περισσότερη ακτίνη και μυοσίνη) Κυρίως γρήγορες-γλυκολυτικές ίνες Τεστοστερόνη και άλλα στεροειδή αυξάνουν τη σύνθεση ακτίνης και μυοσίνης Κατάχρσηση στεροειδών Οι μυϊκές ίνες αλληλομετατρέπονται Οξειδωτικές γλυκολυτικές Αλλά ΟΧΙ γρήγορες αργές Μυϊκή ατροφία Ατροφία μη-χρήσης (π.χ. εξερεύνηση του διαστήματος) Ατροφία απονεύρωση (π.χ. παράλυση) Οι μύες έχουν περιορισμένες ικανότητες επισκευής Υποστηρικτικά κύτταρα μπορούν να δημιουργήσουν μερικούς μυοβλάστες που συγχωνεύονται και δημιουργούν μερικές μυϊκές ίνες 17
Μεταβολισμός των Σκελετικών Μυών Βήματα Σύσπασης- Χαλάρωσης που απαιτούν ATP Διάσπαση του ATP παρέχει ενέργεια για την ισχυρή ώθηση Χαλάρωση του σαρκομερίου στο τέλος της ισχυρής ώθησης, ώστε ο κύκλος να μπορεί να επαναληφθεί Ενεργητική μεταφορά Ca 2+ πίσω στο σαρκοπλασμικό δίκτυο κατά τη διάρκεια της χαλάρωσης επίσης χρειάζεται ενέργεια προέρχεται από διάσπαση του ATP 18
Μεταβολισμός των Σκελετικών Μυών Πηγές Ενέργειας για τη σύσπαση Αποθηκευμένο ATP Πρώτη ενεργειακή αποθήκη που μπορεί να αξιοποιηθεί κατά την έναρξη της συσταλτικής δραστηριότητας Μικρής διάρκειας ή εκρηκτική άσκηση ~ 160g ή 12,5 kcal Π.χ. δρόμος 100 μέτρων ή άρση βαρών Γλυκόλυση σε αναερόβιες συνθήκες Διάσπαση γλυκόζης χωρίς οξυγόνο Υποστηρίζει αναερόβια ή άσκηση ψηλής έντασης Λιγότερο αποδοτική και μικρής διάρκειας αλλά πολύ γρήγορη Μειώνει γρήγορα τις προμήθειες γλυκογόνου Παράγεται γαλακτικό οξύ Πόνος που συμβαίνει κατά τη διάρκεια έντονης άσκησης (όχι μετά) Εξάντληση ενέργειας και ph συμβάλλουν στην κόπωση των μυών Οξειδωτική φωσφορυλίωση Αερόβια άσκηση ή άσκηση αντοχής Μόνο εάν υπάρχει επαρκές O 2 Βαθύτερη & γρηγορότερη αναπνοή, καρδιακή συχνότητα και συστολή, διαστολή των αιμοφόρων αγγείων Χρησιμοποιεί γλυκόζη ή λιπαρά οξέα Γλυκόζη που είναι αποθηκευμένη στους μύες Περιορισμένη ποσότητα ( ~ 150g ή 600 kcal ) Οι αθλητές μπορούν να αποθηκεύσουν περισσότερη ( 2000 kcal για τους δρομείς μαραθωνίου ) Γλυκόζη που προέρχεται από τις αποθήκες του ήπατος Περιορισμένη ( ~ 80-200g ή 320-800 kcal ) Λιπαρά οξέα που προέρχονται από τα λιπώδη κύτταρα Πολλά από αυτά! (~ 15kg ή 135.000 kcal) 19
Μεταβολισμός των Σκελετικών Μυών Sport Creatine & Glycolisis Glycolysis & Oxidative Golf swing 95 5 Sprints 90 10 Oxidative Volleyball 80 5 15 Gymnastics 80 15 5 Tennis 70 20 10 Basketball 60 20 20 Soccer 50 20 30 Skiing 33 33 33 Rowing 20 30 50 Distance running 10 20 70 Swimming 1.5km 10 20 70 - ATP - Αποθήκες ATP - Αναερόβια γλυκόλυση - Οξειδωτική φωσφορυλίωση - Συνολική απόδοση Table adapted from Fox E. L. et al, The Physiological Basis for Exercise and Sport, 1993 20
Κόπωση (Fatigue) Η μυϊκή δραστηριότητα δεν μπορεί να διατηρηθεί επ 'αόριστον Κόπωση Μυϊκή κόπωση Εμφανίζεται κατά την άσκηση όταν οι μύες δεν μπορούν πλέον να ανταποκριθούν σε κάθε διέγερση με το ίδιο βαθμό συσταλτικής δραστηριότητας Μηχανισμός άμυνας που προστατεύει από το να φτάσουν οι μύες στο σημείο όπου να μην μπορούν πλέον να παράγουν ATP Οι αιτίες της κόπωσης των μυών είναι ασαφείς. Εμπλέκονται: Αύξηση ADP ( παρεμβαίνει στην πρόσδεση και στην επαναπρόσληψη Ca 2+ στο SR ) Συσσώρευση γαλακτικού οξέος (μπορεί να αλληλεπιδράσει με σημαντικά ένζυμα που παράγουν ενέργεια) Συσσώρευση εξωκυτταρικού Κ + (μείωση στο δυναμικό της μεμβράνης) Εξάντληση της αποθηκευμένη γλυκόζης Κεντρική Κόπωση Εμφανίζεται όταν το ΚΝΣ δεν ενεργοποιεί πλέον επαρκώς τους κινητικούς νευρώνες των ασκούμενων μυών Συχνά ψυχολογική βάση: Δυσφορία, πλήξη ή κούραση Οι μηχανισμών που εμπλέκονται στην κεντρική κόπωση είναι ελάχιστα κατανοητοί Ανάκτηση Υπερκατανάλωση Ο 2 μετά την άσκηση βοηθά Επαναφορά φωσφορικής κρεατίνης (λίγα λεπτά) Αναπλήρωση του ATP Μετατροπή του γαλακτικού οξέος σε πυροσταφυλικό για την οξειδωτική παραγωγή ATP Κάλυψη αυξημένης γενικής ζήτησης O 2, λόγω της ψηλότερης θερμοκρασίας Αναπλήρωση θρεπτικών ουσιών και ηλεκτρολυτών (1-2 ημέρες μετά από ένα μαραθώνιο) 21
Έλεγχος της Κίνησης Μετωπιαίος Λοβός (Frontal lobe) Πρωτοταγής Κινητικός Φλοιός (Primary Motor Cortex) Έλεγχος της εκούσιας κίνησης των μυών Ελέγχει την κίνηση στην αντίθετη πλευρά του σώματος Διαδρομές από τον φλοιό διασταυρώνουν, στο επίπεδο του στελέχους πριν ακολουθήσουν στο νωτιαίο μυελό Καταστροφή της δεξιάς πλευράς κινητικό έλλειμμα στην αριστερή πλευράς Περιοχές του σώματος χαρτογραφούνται τοπογραφικά Οι περιοχές κάθε οργάνου δεν αντιπροσωπεύουν μέγεθος Ανάλογες τις ακρίβειας και πολυπλοκότητας της κίνησης Motor Homonculus 22
Έλεγχος της Κίνησης Απαγωγές οδοί Πρωτοταγής κινητικός φλοιός άνω κινητικοί νευρώνες στέλεχος (περνούν στην άλλη πλευρά) νωτιαίος μυελός κάτω κινητικοί νευρώνες Είσοδοι κάτω κινητικών νευρώνων Από τους άνω κινητικούς νευρώνες (πρωτοταγής κινητικός φλοιός) Υπεύθυνοι για εθελούσια κίνηση Από προσαγωγούς νευρώνες Συνήθως μέσω διάμεσων νευρώνων Υπεύθυνοι για τα νωτιαία αντανακλαστικά (π.χ. απόσυρση) Receptor Stimulus Afferent pathway Primary motor cortex Muscle Spinal cord Interneurons Muscles Response Corticospinal tracts Efferent pathway 23
Έλεγχος της Κίνησης Κίνηση Ο Κινητικός Φλοιός (motor cortex) από μόνος του δεν προκαλεί κίνηση Μετωπιαίος Λοβός (Frontal lobe) Στρατηγική (Strategy) Με εισόδους από τον βρεγματικό (parietal) λοβό (χάρτης του σώματος και του κόσμου) Προκινητικός (Premotor) και Συμπληρωματικός Κινητικός (Supplementary motor) Φλοιός Προγραμματισμός Κινητικός Φλοιός Εκτέλεση Παρεγκεφαλίδα (Cerebellum) Συντονισμός Βασικά Γάγγλια (Basal Ganglia) Αρχικοποίηση και διόρθωση Primary motor cortex (Voluntary movement) Supplementary motor area (programming of complex movement) Premotor cortex (coordination of complex movements) Cerebellum (coordination, muscle tone, posture) Posterior parietal cortex (integration of somatosensory and visual input) 24
Έλεγχος της Κίνησης Παρεγκεφαλίδα (Cerebellum) Το πολύ αναδιπλωμένο (highly folded) οπίσθιο μέρος του εγκεφάλου Σημαντική για Ισορροπία (Balance) Συντονισμό της εθελούσιας κίνησης Διαδικαστική μνήμη (π.χ. κινητικές δεξιότητες που αποκτήθηκαν μέσω επαναλαμβανόμενης εξάσκησης) Δραστηριότητες Διατήρηση της ισορροπίας, έλεγχος των κινήσεων των ματιών Ρύθμιση του μυϊκού τόνου (ενίσχυση, αντίθετα με τα βασικά γάγγλια), συντονισμός των εξειδικευμένων εθελούσιων κινήσεων Σχεδιασμός και αρχικοποίηση της εθελούσιας δραστηριότητας Ασθένειες της Παρεγκεφαλίδας Προθετικός τρομός (Intention tremor) παρουσιάζεται κατά την διάρκεια της κίνησης 25
Έλεγχος της Κίνησης Βασικά Γάγγλια (Basal Ganglia) Περιοχές φαιάς ουσίας μέσα στη λευκή ουσία Οι ενέργειες τους μεταβάλλουν τη δραστηριότητα των κινητικών διαδρομών Καταστέλλουν τον μυϊκό τόνο (muscle tone) Ισορροπία ανασταλτικών και διεγερτικών νευρώνων διατηρούν τον σωστό τόνο Επιλέγουν και συντηρούν σωστή κίνηση και ταυτόχρονα καταστέλλουν ανεπιθύμητες κινήσεις Ελέγχουν και συντονίζουν αργές και συνεχείς συσπάσεις Ιδιαίτερα αυτές που έχουν να κάνουν με στάση και στήριγμα του σώματος Νόσος του Parkinson Βλάβη στα βασικά γάγγλια και νευρώνες ανεπάρκεια σε δοπαμίνη Αυξημένος μυϊκός τόνος ή ακαμψία Τρόμος (δηλ. ανεπιθύμητες κινήσεις) Βραδύτητα στην έναρξη και διεξαγωγή κινητικών συμπεριφορών Globus Pallidus Caudate Nucleus Putamen 26
Μυϊκοί Αισθητήρες Αισθητήρες είναι απαραίτητοι για τον προγραμματισμό και τον έλεγχο περίπλοκων κινήσεων και για την ισορροπία Ο εγκέφαλος λαμβάνει πληροφορίες από όλους τους μύες και τις αρθρώσεις του σώματος ιδιοδεκτικότητα (proprioception) Δύο τύποι αισθητήρων των μυών Μυϊκές άτρακτοι (Muscle spindles ) Παρακολούθηση του μήκους των μυών και της έντασης Τενόντια Όργανα του Golgi (Golgi tendon organs) Παρακολούθηση της ολικής τάσης των μυών 27
Μυϊκοί Αισθητήρες Μυϊκές άτρακτοι (Muscle Spindles) Μια ομάδα από εξειδικευμένες μυϊκές ίνες = ενδοατράκτιες ίνες (intrafusal fibers) Παράλληλα με τον μυ Μέσα σε ένα περίβλημα συνδετικού ιστού που μοιάζει με άτρακτο Τα άκρα μπορούν να συστέλλονται (contractile ends) ενώ το κεντρικό μέρος όχι Κάθε άτρακτος έχει τη δική της εννεύρωση Προσαγωγοί (Afferent - Ia) Απαγωγοί (Efferent) γ κινητικοί νευρώνες (Gamma motor neurons) Ελέγχουν το μήκος του μυός Περιμετρικοί άξονες νευρώνων Ia Παίζουν ρόλο στο μυοτακτικό αντανακλαστικό (stretch reflex) Alpha motor neuron axon Gamma motor neuron axon Secondary (flower-spray) endings of afferent fibers Extrafusal ( ordinary ) muscle fibers * Efferent neurons to extrafusal fibers are called alpha motor neurons Capsule Intrafusal (spindle) muscle fibers Contractile end portions of intrafusal fiber Noncontractile central portion of intrafusal fiber Primary (annulospiral) endings of afferent fibers 28
Μυϊκοί Αισθητήρες Συγχρονισμένη ενεργοποίηση (coactivation) α και γ κινητικών νευρώνων Extrafusal skeletal muscle fiber Κατά τη διάρκεια της σύσπασης του μυός Η άτρακτος συσπάται για να μειωθεί το μήκος της Προσαρμογή ώστε να παραμείνει ευαίσθητη σε επιμήκυνση Spinal cord γ α Intrafusal muscle spindle fiber Χωρίς συγχρονισμένη ενεργοποίηση Χαλαρή άτρακτος Δεν παρέχει σήμα μετά από επιμήκυνση 29
Μυϊκοί Αισθητήρες Μυοτακτικό αντανακλαστικό (Myotatic Reflex) Τάνυση του μυός Ο μυς τείνει να επανέλθει στο προηγούμενο μήκος Βρόγχος ανάδρασης Ο ρυθμός πυροδότησης ΔΕ του αισθητήριου νεύρου είναι ανάλογος του μήκους του μυός Μονοσυναπτικό (Monosynaptic) Παράδειγμα Αντανακλαστική εκτίναξη του ποδιού (knee-jerk reflex) Extensor muscle of knee (quadriceps femoris) Muscle spindle Patellar tendon Alpha motor neuron 30
Μυϊκοί Αισθητήρες Πιο πολύπλοκα αντανακλαστικά Κάμψη Κάμψη Έκταση Έκταση 31
Μυϊκοί Αισθητήρες Τενόντιο Όργανο του Gogli (Gogli Tendon Organ) Σε σειρά με τον μυ Εξειδικευμένοι νευρώνες ενσωματωμένοι στους τένοντες (Ib) Ανάδραση σχετικά με την ολική τάση (tension) του μυός Ενσωματώνει όλους του παράγοντες που μπορεί να επηρεάσουν την τάση Τάνυση του τένοντα ασκεί πίεση στις απολήξεις των νευρώνων Αυξάνεται ο ρυθμός των ΔΕ Πληροφορίες φτάνουν μέχρι και την ενσυνείδητη επίγνωση (conscious awareness) Αισθανόμαστε την τάση (αλλά όχι το μήκος) στους μύες 32
Σκελετικό Σύστημα Τα οστά είναι φτιαγμένα από διάφορους ιστούς Κατά κύριο λόγο κολλαγόνο και υδροξυαπατίτη - Ca 10 (PO 4 ) 6 (OH) 2 Περίπου 206 οστά στο ανθρώπινο σώμα Λειτουργίες του σκελετικού συστήματος ΥΠΟΣΤΗΡΙΞΗ: Σκληρό πλαίσιο που υποστηρίζει και σταθεροποιεί τα μαλακά όργανα του σώματος. ΠΡΟΣΤΑΣΙΑ: Περιβάλλει όργανα όπως τον εγκέφαλο και το νωτιαίο μυελό. ΚΙΝΗΣΗ: Επιτρέπει την προσκόλληση των μυών, συνεπώς, είναι τα οστά που χρησιμοποιούνται ως μοχλοί. ΑΠΟΘΗΚΕΥΣΗ: Μέταλλα και λιπίδια αποθηκεύονται στο υλικό των οστών. ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΑΙΜΟΣΦΑΙΡΙΩΝ: Ο μυελός των οστών είναι υπεύθυνος για την παραγωγή κυττάρων του αίματος. 33
Οστά και Αρθρώσεις Χαρακτηριστικά ενός μακρού οστού: Επίφυση: Στο τέλος του οστού. Διάφυση: Η άτρακτος του οστού που περιβάλλει τη μυελική κοιλότητα. Χόνδρος: Προστατεύει τα άκρα των οστών και επιτρέπει την ομαλή κίνηση. Δομή των οστών Περιόστεο - σκληρό εξωτερικό περίβλημα Τα κύτταρα για την ανάπτυξη και την επισκευή Συμπαγές οστό - σκληρό ισχυρό στρώμα Κύτταρα των οστών, αιμοφόρα αγγεία, πρωτεΐνη με Ca και Ρ Σπογγώδες οστό - στα άκρα των μακρών οστών Έχει μικρό ανοιχτούς χώρους για να ελαφρύνει το βάρος Μυελική κοιλότητα άδεις χώρος στη μέση των μακρών οστών Μυελός των Οστών Ερυθρός μυελός - παράγει κύτταρα του αίματος και παράγοντες πήξης Βρίσκετε στο βραχιόνιο οστό, μηριαίο οστό, στέρνο, πλευρά, σπονδύλους, και πύελο Παράγει 2 εκατομμύρια ερυθρά αιμοσφαίρια ανά δευτερόλεπτο Κίτρινος μυελός - αποθηκεύει το λίπος Βρίσκετε σε πολλά οστά 34
Οστά και Αρθρώσεις Οτεοπόρωση Μείωση της Οστικής Πυκνότητας Επαναρρόφηση των οστών> Εναπόθεση των οστών Αύξηση του κινδύνου για κάταγμα κατάγματα συμπίεσης των σπονδύλων καταγμάτα του ισχίου Ρόλος του ασβεστίου, βιταμίνης Δ, οιστρογόνων, και άσκησης Κατάγματα των Οστών Κάταγμα είναι ένα σπάσιμο στο οστό Απλά ή Σύνθετα (Complex) κατάγματα Αναγέννηση των οστών: Σπογγώδες οστό παράγεται από τις πρώτες ημέρες Αιμοφόρα αγγεία ξαναδημιουργούνται και το σπογγώδες οστό σκληραίνει Πλήρης θεραπεία χρειάζεται 1-2 μήνες Ικανότητα επούλωσης μειώνεται με την ηλικία 35
Οστά και Αρθρώσεις Αρθρώσεις Χόνδρος καλύπτει τις άκρες των οστών κινητών Μειώνει την τριβή Λιπαίνεται με υγρό από τα τριχοειδή αγγεία Αρθρίτιδα: Οστεοαρθρίτιδα: 90% του πληθυσμού. Από την ηλικία των 40 Χρόνια φλεγμονή του αρθρικού χόνδρου Μπορεί να είναι φυσιολογική αλλαγή που εξαρτάται από την ηλικία Μπορεί επίσης να οφείλεται σε παθολογικά αίτια Αλλαγές σχετίζονται με την ηλικία Μείωση της παροχής αίματος Τραύμα 36