Fizjologia mięśni

Fizjologia mięśni

poprzecznie prążkowanych

poprzecznie prążkowanych

Rodzaje miocytów

Rodzaje miocytów

Typ I – miocyty powolne (czerwone) o przewadze

metabolizmu tlenowego

• Powolny rozwój skurczów pojedynczych
• Długo utrzymujące się skurcze tężcowe
• Intensywne wytwarzanie ATP na drodze oksydatywnej

fosforylacji

• Duża zawartość mioglobiny (czerwona barwa)
• Duża ilość mitochondriów ułożonych miedzy

miofibrylami i podbłonowo

• Motoneurony o niskiej częstotliwości impusacji
• Długotrwałe skurcze utrzymujące postawę ciała

 Mięśnie długie na grzbiecie

Typ IIa – miocyty szybkie (białe) o przewadze

metabolizmu beztlenowego

• Szybki rozwój skurczów pojedynczych
• Krótko utrzymujący się skurcz tężcowy (wyczerpanie

ATP, zakwaszenie komórek)

• Bardzo mało mioglobiny i mitochondriów
• Wytwarzanie ATP na drodze beztlenowej glikolizy i

transfosforylacji kosztem fosfokreatyny

• Motoneurony o wysokiej częstotliwości impulsacji
• Delikatne i precyzyjne ruchy

 Mięśnie zewnętrzne gałki ocznej, niektóre mięśnie ręki

Typ IIb – miocyty szybkie (pośrednie) o przewadze

metabolizmu tlenowego

• Szybki rozwój napięcia w czasie pobudzenia
• Męczą się później niż komórki typu IIa, jednak

wcześniej, niż komórki typu I

• Rzadko występują u ludzi

Typy miocytów

Typ I

Typ IIa

Typ IIb

Inne właściwości

Miocyty

czerwone o

powolnym

metabolizmie

tlenowym

Miocyty białe o

szybkim

metabolizmie

beztlenowym

Miocyty

pośrednie o

szybkim

metabolizmie

tlenowym

Aktywność ATPazowa

miozyny

izoenzymatyczna

wolne

szybkie

szybkie

Zdolność stężania

jonów Ca

2+

w siateczce

sarkoplazmatycznej

umiarkowana

wysoka

wysoka

Średnica

przeciętna

duża

mała

Wydajność glikolityczna

umiarkowana

wysoka

wysoka

Aktywność utleniająca

(współzależna z ilością

mitochondriów,

gęstością sieci naczyń

włosowatych,

zawartością mioglobiny)

wysoka

niska

niska

Od czego zależą właściwości typów miocytów?

• Od unerwiających je motoneuronów
• Od warunków ich pracy

Np.: Przełożenie nerwu ruchowego unerwiającego mięsień

o przewadze włókien czerwonych do mięśnia o
przewadze włókien białych powoduje, że proporcja jego
komórek zmienia się na korzyść włókien czerwonych.

sprinterzy – przewaga włókien

białych

maratończycy – przewaga włókien

czerwonych

Niewydolność serca

Niewydolność serca

upośledzenie ukrwienia mięśnia (zmniejszenie objętości minutowej,

zwiększenie napięcia ścian naczyń krwionośnych)

Utrwalony zwiększony opór przepływu

Niewydolny układ krążenia nie pokrywa zapotrzebowania mięśnia

sercowego w tlen

Przekształcanie się włókien czerwonych o metabolizmie tlenowym we

włókna białe o metabolizmie beztlenowym

 Chorzy z niewydolnością serca bardzo łatwo się męczą.
 Po uzyskaniu poprawy na skutek leczenia męczliwość utrzymuje

się przez dłuższy czas; po pewnym czasie następuje

przekształcenie się części białych komórek mięśniowych w

czerwone.

Źródła energii i metabolizm

Źródła energii i metabolizm

ATP

ATP

- Bezpośrednie źródło

energii dla skurczu

mięśnia

- 1-2 s

ATP + H

2

O  ADP + H

3

PO

4

+ 7,3 kcal

Mechanizmy odnawiania ATP:

Mechanizmy odnawiania ATP:

• Fosforylacje oksydatywne
• Hydroliza fosfokreatyny
• Glikoliza beztlenowa
• Z 2 cząsteczek ADP (reakcja

katalizowana przez kinazę adenylanową)

Fosforylacje oksydatywne

Fosforylacje oksydatywne

Substraty:
- pirogronian
- wolne kwasy tłuszczowe
- ciała ketonowe

Warunek

: Stała dostawa tlenu z krwi lub mioglobiny.

glukoza + 2 ATP 6 CO

2

+ 6H

2

O + 40 ATP

glikogen + 1 ATP

• Glikogen jest zmagazynowany w mięśniu w postaci

granulek w pobliżu prążków I.

fosforylaza glikogenowa b
kinaza
fosforylaza glikogenowa a

glikogen

glukoza

adrenalina

Ca

2+

AMP

Hydroliza fosfokreatyny

Hydroliza fosfokreatyny

•

Synteza fosfokreatyny odbywa się na drodze
transfosforylacji kosztem ATP mitochondrialnego

•

Wysokoenergetyczne wiązanie fosfokreatyny jest
głównym zapasem energii w mięśniu

•

Fosfokreatyna ulega hydrolizie w miejscu łączenia
się aktyny z głowami miozyny, tworząc ATP z ADP 

przedłużanie się skurczów

fosfokreatyna + ADP kreatyna + ATP

Synteza ATP z 2 cząsteczek ADP

Synteza ATP z 2 cząsteczek ADP

Kinaza adenylanowa

ADP + ADP ATP + AMP

Glikoliza beztlenowa

Glikoliza beztlenowa

glukoza + 2 ATP 2 mole kwasu

mlekowego + 4 mole

glikogen + 1 ATP ATP

Samoograniczenie:
Na skutek gromadzenia się w mięśniach kwasu

mlekowego może dojść do przekroczenia pojemności
buforowej tkanki - obniżenie pH prowadzi do
zahamowania aktywności enzymatycznej.

Rodzaj wysiłku

Czas

Odległość

% energii z

procesów

beztlenowych

Bieg sprinterski

10 s

100 m

85%

Bieg

krótkodystansow

y

10 min

2 mile

20%

Bieg

długodystansowy

60 min

> 3000 m

5%

Metabolizm mięśnia sercowego

Metabolizm mięśnia sercowego

Ilość całkowitej energii uwolnionej dostarczana przez

procesy beztlenowe:

warunki normalne - <1%

hipoksja –

do 10%

węglowodany

35%

ketony i aminokwasy

5%

tłuszcze

60%

Dostarczanie energii w warunkach spoczynkowych:

Dług tlenowy

Dług tlenowy



Po zakończeniu wysiłku fizycznego następuje
dodatkowe pobieranie tlenu w celu:

1) Usunięcia nadmiaru mleczanu;
2) Odnowy zmagazynowanej fosfokreatyny;
3) Odnowy ATP;
4) Uzupełnienia niewielkiej ilości O

2

z mioglobiny.

Dług tlenowy:
Ilość dodatkowo pobranego tlenu, proporcjonalna do

zapotrzebowania energetycznego w czasie wysiłku
fizycznego, który przewyższał wydajność procesów
tlenowych potrzebnych do magazynowania energii.

Zużycie tlenu po wysiłku fizycznym – podstawowy

pobór tlenu =

DŁUG TLENOWY

• Wielkość długu tlenowego może sześciokrotnie

przekroczyć podstawowe zużycie tlenu.

• Gwałtowny wysiłek fizyczny jest możliwy przez krótki

okres czasu; mniej intensywny wysiłek może trwać
dłuższy czas.

Sztywność mięśni

Sztywność mięśni

• Pozbawienie mięśnia ATP i fosfokreatyny wywołuje stan

maksymalnej sztywności.

Mechanizm:
Głowy cząsteczek miozyny łączą się z cząsteczkami aktyny

w

sposób oporny na ruchy bierne.

Rigor mortis – stężenie pośmiertne, sztywność występująca

po

śmierci organizmu. Powstaje zwykle 2-4 godzin po śmierci,
ustępuje po 3-4 dniach.

Wytwarzanie ciepła przez

Wytwarzanie ciepła przez

mięsień

mięsień

Do czego mięsień potrzebuje energii?
- do wykonywania pracy;
- do tworzenia wysokoenergetycznych związków

fosforanowych;

- do wytwarzania ciepła.

Stosunek całkowitej wydajności mechanicznej mięśnia
szkieletowego do całkowitego wydatkowania energii przez
mięsień:

Skurcz izotoniczny – 50%

Skurcz izometryczny –

0%

Ciepło spoczynkowe

– wydzielane w spoczynku,

zewnętrzny przejaw podstawowych procesów
metabolicznych.

Ciepło początkowe

– wydzielane w czasie skurczu,

przewyższa ciepło spoczynkowe.

Ciepło odnowy

– wydzielane przez 30 min po skurczu, w

następstwie procesów przywracających mięśniowi stan
przedskurczowy. W przybliżeniu równe ciepłu
początkowemu.

Ciepło rozkurczu

– zewnętrzny przejaw pracy wykonanej

przy rozkurczu mięśnia.

Ciepło
aktywacji

Ciepło skracania

(wytwarzane
podczas skurczu)

(proporcjonalne do długości, o
którą skrócił się mięsień)

Zmęczenie mięśnia

Zmęczenie mięśnia

• Spadek szybkości i siły skurczu

Mechanizmy:

1. Kumulacja protonów (spadek pH) w

sarkoplazmie miocytów.

2. Spadek zawartości ATP na skutek znacznej

przewagi zużycia nad produkcją.