Fizjologia tkanki mięśniowej:

Rodzaje tkanki mięśniowej

• m. szkieletowe

• umięśnienie somatyczne

• poprzecznie prążkowane

• nie kurczą się przy braku pobudzenia nerwowego

• nie mają czynnościowych i anatomicznych połączeń między miocytami

• skurcze ich stanowią ruchy dowolne

• budowa:

• rozpoczyna się ścięgnem

• otacza go namięsna, śródmięsna, omięsna

• mięsień dzieli się na: pęczki włókien mięśniowych, włókna mięśniowe, miofibryle

• pojedyncze komórki mięśnia szkieletowego zwane są miocytami

• miocyty ułożone są równolegle pomiędzy końcami ścięgnistymi

• sumuje się siła skurczu pojedynczych jednostek

• większość mięśni szkieletowych zaczyna się i kończy ścięgnami

• m. sercowy

• ma poprzeczne prążkowanie

• stanowi czynnościowe syncytium kurczące się rytmicznie mimo braku zewnętrznego unerwienia

• obecność komórek rozrusznikowych, które pobudzają się spontanicznie

• m. gładkie

• nie stanowią jednorodnej grupy

• nie mają poprzecznego prążkowania

• tworzą czynnościowe syncytium zawierające rozruszniki pobudzające się nierytmicznie

• występują w ścianach narządów wewnętrznych

Rodzaje mięśni - klasyfikacja ze względu na budowe

• m. wrzecionowaty

• m. dwugłowy

• m. płaski

• m. krótki

• m. pierzasty

• m. okrężny

• m. smugowaty

Komórka mięśnia poprzecznie prążkowanego (włókno mięśniowe) zbudowana jest z:

• błony komórkowej (sarkolema) ma postać kanalików

• układ sarkotubularny - układ cewek poprzecznych T i siateczki sarkoplazmatycznej (tworzą tak zwaną triadę)

• cewki T przenoszą potencjały czynnościowe z sarkolemy do miofibryli, siateczka magazynuje Ca²⁺ i uczestniczy w metabolizmie mięśniowym

• liczne jądra

• włókienka kurczliwe (miofibryle)

Budowa miofibryli:

Sarkomer - jednostka budulcowa i czynnościowa m. szkieletowego

• sarkomer jest podstawową jednostką budującą miofibryle

• współczynniki załamanie światła odpowiedzialne za poprzeczne prążkowanie

• prążek izotropowy I (jasny) podzielony ciemną błoną graniczną Z

• prążek anizotropowy A (ciemny) zawiera w środku jasny prążek H, zawierający poprzeczną błonę środkową M (prążek pseudo-H)

• średnica filamentów miozynowych jest dwukrotnie większa niż aktynowych

• filamenty aktynowe tworzą prążek I, a miozynowi prążek A

Architektura filamentów mięśniowych

• miozyna

• cząsteczka ma ogon i dwie głowy (miozyna 2 - mięśniowa)

• 2 łańcuchy ciężkie i 4 łańcuchy lekkie łączą się tworząc głowę

• Głowy mają ms. Łączące aktynę i ms. Hydrolizy ATP

• W każdym segmencie grubego filamentu jest kila tys. cząstek miozyny

• Aktyna

• 2 łańcuchy kulistych jednostek zwiniętych spiralnie

• Między jednostkami są długie nitki tropomiozyny (T - wiąże tropiny z tropomiozyną, I - hamuje oddziaływania aktyna-miozyna, C odpowiedzialne za skurcz mięśnia - ms. Dla Ca²⁺)

Molekularne podstawy skurczu mięśnia

• niezbędne do skurczu sarkomera: bodziec, jony wapnia, ATP, interakcje białkowe

• skracanie się miofibryl jest wynikiem interakcji białek aktyny i miozyny

• filamenty aktyny przesuwają się w kierunku środka sarkomeru bez zmiany długości ich włókien (ślizgowa teoria skurczu - rozrywanie i tworzenie mostków aktynowo-miozynowych)

• w procesie tym zużywana jest energia, która dostarcza rozkład ATP (ATP→ADP+Pi+energia)

• całkowity brak ATP i fosfokreatyny powoduje maksymalną sztywność mięśni (sztywność pośmiertna mięśni)

Zjawiska elektryczne i mechanizmy jonowe

• depolaryzacja - napływ jonów Na⁺ do środka miocytu

• repolaryzacja - napływ jonów K⁺ na zewnątrz miocytu

• prawidłowa depolaryzacja błony komórkowej miocyta zaczyna się w płytce motorycznej - zakończenie nerwu ruchowego

• potencjał czynnościowy przewodzony jest wzdłuż miocyta i zapoczątkowuje rekacje skurzową

Elektromiografia (EMG)

• diagnostyka czynności elektrycznej mięśni

• przy lekkim skurczu mięśnia uzyskuje się zapis z pojedynczej jednostki ruchowej, przy maksymalnej sile skurczu pojawia się tzw. Zapis interferencyjny, w którym nie można odróżnić potencjałów

Efekt oderwania mięśnia

• przerwanie unerwienia mięśnia powoduj:

• zanik mięśnia

• nadmierną pobudliwość i wzmożoną aktywność na krążącą acetylocholinę

• wystąpienie nieregularnych skurczy poszczególnych miocytów (skurcze włókienkowe podnerwieniowe)

Płytka motoryczna - złącze nerwowo mięśniowe tworzą:

• akson rozdzielony na wiele kolebek końcowych

• błona presynaptyczna

• przestrzeń synaptyczna

• błona postynaptyczna (sarkolema silnie pofałdowana)

Synapsa nerwowo mięśniowa:

1. impuls nerwowy zwiększa przepuszczalność dla Ca²⁺

2. Ca²⁺ powodują zwiększoną egzocytozę pęcherzyków synaptycznych zawierających acetylocholinę

3. acetylocholina dyfunduje z przestrzeni do receptora nikotynowego

4. połączenie acetylocholiny z receptorem otwiera kanały pompy sodowo-potasowej (depolaryzacja błony miocytu)

5. depolaryzacja przebiega aż do osiągnięcia potencjału progowego

6. potencjały czynnościowe generowane są z obu stron kolbki synaptycznej i przewodzone wzdłuż miocyta w obu kierunkach kolbki

7. potencjał czynnościowy w obrębie mięśnia inicjuje jego skurcze

• cholina ulega estryfikacji - przyłączeniu reszty kwasu octowego do acetylocholiny przy udziale enzymu acetylotransferazy choinowej.

• Po wydzieleniu z zakończeń presynaptycznych acetylocholina działa na receptory w zakończeniach postsynaptycznych i jest bardzo szybko rozkładana przez enzym acetylocholnesterazę

Mechanizmy skurczu mięśnia

• depolaryzacja błony cewek T pobudza sarkoplazmatyczne retikulum poprez receptory dihydropirydynowe (to kanały wapniowe bramkowane napięciem w błonie układu cewek T)

• receptory te to czujniki napięcia wyzwalające uwalnianie odblokowanych jonów Ca²⁺ z sąsiedniej siateczki sarkoplazmatycznej

• w siateczce znajdują się kanały wapniowe w postaci receptorów ryanodinowych

• pompa aktywnie transportująca jony do siateczki to Ca²⁺-Mg₂+ATPaza

Jednostka ruchowa:

• każdy pojedynczy motoneuron wraz z miocytami unerwianymi przez ten neuron to jednostka ruchowa

• liczba miocytów w jednostce ruchowej jest różna, zależna od rodzaju mięśnia (od 3 do 120)

• podczas nieznacznych ruchów dowolnych wyładowują się nieliczne jednostki ruchowe, a przy wzroście ruchów dowolnych, aktywuje się większa liczba jednostek ruchowych - rekrutacja jednostek ruchowych

Rodzaje skurczów:

• skurcz pojedynczy - krótki skurcz, po którym następuje rozkurcz w odpowiedzi na pojedynczy potencjał czynnościowy

• skurcz izometryczny - mięsień nie zmienia swojej długości, zmienia się jedynie jego napięcie

• skurcz izotoniczny - długość mięśnia zmienia się, napięcie pozostaje stałe

• skurcz tężcowy - wywołany pobudzeniem i podtrzymywany tak długo, jak długo mięsień pobudzany jest przez następne bodźce

Źródła energii i metabolizm

• przemiana beztlenowa - wysiłki trwające kilka sekund

• zasoby komórkowego ATP - energia wystarczająca jedynie na kilka skurczów

• najszybsza resynteza odbywa się kosztem rozkładu fosfokreatyny i wystarcza na kilka sekund pracy mięśni

• fosfokreatyna+ADP+Pi=kreatyna+ATP

• przemiana beztlenowa - wysiłki trwające do 60 sekund

• w tkance mięśniowej glukoza w postaci glikogenu mięśniowego

• kwas mlekowy powoduje silne zakwaszenie środowiska tkanki mięśniowej (charakterystyczny skurcz lub ból, przestają działać enzymy w niskim pH)

• mleczany przenikają do krwi i są transportowane do wątroby, gdzie ulegają przemianie w glukozę (glikoneogeneza)

• glukoza+2AD+2Pi (albo glikogen + 1ADP)=2 moke kwasu mlekowego+4 mole ATP

• przemiana tlenowa - wysiłki trwające do 60 min

• produkty końcowe nie zmieniają pH środowiska

• czynnikiem ograniczającym jest szybkość dostarczania tlenu do mięśni

• źródłem tlenu są

• mioglobina - białko mięśniowe magazynujące tlen

• hemoglobina - białko erytrocytów transportujące tlen do mięśni i tkanek

• Glukoza+2ATP (glikogen+1ATP)+6CO₂+6H₂O=40ATP

• przemiana tlenowa - wysiłki trwające powyżej 60 min

• najwolniejszy ze szlaków metabolicznych

• czynnikiem ograniczającym te przemianę jest:

• szybkość transportu kwasów tłuszczowych z krwi do komórek mięśniowych (bardzo długie łańcuchy węglowe)

• układy niezdolne do długotrwałego funkcjonowania (np. układ newowy)

• FFA(wolny kwas tłuszczowy)→CO₂+H₂O+ATP (zależy od długości FFA)

Podział włókien mięśniowych

TYP	TYP I czerwone	TYP IIA czerwone	TYP IIB białe
Średnica	Mała	Duża	Przeciętna
Tempo skurczu	Wolne	Szybkie	Szybkie
Odporność na zmęczenie	Duża	b. mała	Mała
Proces uzyskiwania energii	Fosforylacja oksydacyjna	Glikoliza	Fosforylacja oksydacyjna i glikoliza
Ilość mitochondriów	Duża	Mała	średnia
Ukrwienie	Silne	Słabe	średnie
Aktywność Atanazy miozynowej	Niska	Wysoka	Wysoka
Aktywność glikolityczna	Niska	Wysoka	wysoka
Aktywność oksydacyjna	Wysoka	Niska	wysoka

Komórki satelitowe:

• niezróżnicowane, jednojądrowe komórki prekursorowi mięśni

• pomiędzy sarkolemą a błoną podstawną włókien mięśniowych dorosłych osobników

• pozostają w facie G0 cyklu komórkowego

Mięsień sercowy

• prążkowania w mięśniu sercowym podobne do tych w m. szkieletowych

• w sarkomerach obecne są linie Z

• w miejscu styku miocytów równolegle ułożonych występują liczne pofałdowania (tzw. wstawki)

• wstawki spajają miocyty ułatwiają przekazanie pobudzenia (to mostki o niskiej oporności)

• wstawki pozwalają mięśniowi pełnić rolę syncytium (brak połączeń protoplazmatycznych między miocytami)

• układ cewek T występuje przy linii Z a nie przy połączeniach prążków A i I jak w m. szkieletowym

• miocyty rozgałęziają się i przeplatają, ale stanowią osobne jednostki otoczone błoną komórkową

Potencjał czynnościowy

1. spoczynkowy potencjał błony pojedynczego miocytu wynosi około -90mV

2. pobudzenie wywołuje rozprzestrzeniający się potencjał czynnościowy - skurcz

3. w powstającym potencjale czynnościowym wyróżniamy 5 faz:

• faza 0 - (szybka depolaryzacja) zależy od szybkiego dośrodkowego prądu sodowego (potencjał -65mV > otwarcie kanałów sodowych)

• faza 1 - (wstępna szybka repolaryzacja) - dośrodkowy prąd chlorkowy i ośrodkowy prąd potasowy (pot. +30mV→inaktywacja kanałów Na)

• Faza 2 - (powolna repolaryzacja) - tzw. Faza plateau (stabilizacja potencjału równowagą pomiędzy dośrodkowym prądem wapniowo-potasowym, a odśrodkowym prądem potasowym)”

• Faza 3 - (szybka repolaryzacja) - przewaga dośrodkowego prądu potasowego nad wygasającym prądem wapniowo-sodowym (powrót ujemnej depolaryzacji wnętrza kom. względem otoczenia)

• Faza 4 - (polaryzacja) - faza spoczynku, polaryzacji (-90mV). Komórki rozrusznikowe serca mają zdolność do tzw. Spontanicznej powolnej depolaryzacji w czwartej fazie potencjału czynnościowego

Struktura miofibryli w m. sercowym:

• napływ jonów Ca²⁺ jest wyzwalany aktywacją kanałów dihydropirydynowych w układzie cewek T

• uwalnianie Ca²⁺ zachodzi przy udziale kanałów ryanodiny

• Ca²⁺ zapoczątkowuje skurcz jak w m. szkieletowym

• Miocyty serca zawierają podobnie jak mięśnie szkieletowe miozynę, aktynę, tropomiozynę i troponinę

Metabolizm

• należy do mięśni wolnokurczących się i ma względnie małą aktywność ATPazy

• kardiomiocyty są zależne od metabolizmu tlenowego i wymagają stałego dopływu tlenu

• serce zawiera ciężkie łańcuchy miozyny α i β

• łańcuch α dominuje w przedsionkach, natomiast β w komorach

• serce jest bogato unaczynione, miocyty mają mnóstwo mitochondriów i wysoką zawartość mioglobiny

• normalnie 1% całkowitej energii pochodzi z procesów beztlenowych, podczas hipoksji zwiększa się do 10%

• w spoczynku 35% energii pochodzi z węglowodanów, 5% z ketonów i aminokwasów i 60% z lipidów

• po posiłku zużywana jest glukoza, mleczany i pirogroniany, a głodzie FFA

• siła skurczu mięśnia sercowego zwiększa się pod wpływem katecholamin - wzrost następuje bez zmiany dł. mięśnia (dodatni efekt izotropowy - zachodzi przy udziale β-receptorów adrenergicznych i cyklicznego AMP; efekt izotropowy występuje w okresie przyspieszenia skurczów mięśnia)

Tkanka rozrusznikowa

• serce pracuje nawet wtedy gdy przetniemy wszystkie nerwy i nawet pokrojone sprawia, że małe kawałki nadal się kurczą - wyspecjalizowana tkanka rozrusznikowa

• komórki rozrusznikowe generują potencjały czynnościowe, tworzą układ przewodzenia, który warunkuje rozprzestrzenianie się potencjałów po całym sercu

• Cechy:

• Niestabilny potencjał błonowy

• Pomiędzy impulsami nie ma potencjału o stałej wartości

• Po każdym potencjale czynnościowym stałe obniżenie potencjału do poziomu krytycznego przy którym wyzwalany jest kolejny potencjał czynnościowy

• Wolna depolaryzacja pomiędzy potencjałami nazywa się potencjałem rozrusznika - prepotencjałem

Układ bodźco-przewodzący:

• węzeł zatokowo przedsionkowy

• węzeł przedsionkowo-komorowy

• pęczek Hisa

• włókna Purkiniego

Mięśnie Gładkie:

• brak poprzecznego prążkowania

• słabo rozwinięte ER

• nie zawierają tropniniy

• jest aktyna, miozyna i tropomiozyna

• adhezja międzykomórkowa dzięki Gap

• zawierają dużo mitochondriów

• metabolizm oparty na glikolizie

• połączone mostkami o niskiej oporności (ciałka gęste zbudowane z α-aktyniny)

• między ciałkami gęstymi sarkoplazmy a wnętrzem komórki rozciągnięte są skośnie mikrofilamenty, nie tworzące miofibryli

• w czasie skurczu grube i cienkie filamenty ślizgają się względem siebie

Trzewne mięsnie gładkie - czynność elektryczna i mechaniczna

• mają niestabilny potencjał błonowy oraz stałe nieregularne skurcze niezależne od impulsów nerwowych - jest to utrzymujący się stan częściowych skurczów - tonus bądź napięcie

• potencjał błonowy jest niski i wynosi -50mV

• występuje potencjał komórek rozrusznikowych generowanych przez liczne zmieniające swoje położenie rozruszniki (komórki Cajala) - potencjały przenoszone są na pewne odległości do innych komórek.

Mechanizm skurczu:

1. Ca²⁺ wchodzą do komórki kanałami bramkowanymi napięciem

2. miozyna zostaje ufosforylowana, żeby uzyskać działanie ATPazowe

3. Ca²⁺ wiążą się z kalmoduliną i kompleks ten aktywuje kinezę lekkich łańcuchów miozyny - enzym katalizuje fosforylacje miozyny

4. kaldesmon - białko hamujące wiązanie aktyny z miozyną

5. aktyna ślizga się po miozynie powodując skurcz

6. mięśnie trzewne kurczą się pod wpływem rozciągania przy braku bodźców nerwowych

Regulacja czynności m. gładkich:

• drażnienie nerwów noradrenergicznych (podanie adrenaliny/noradrenaliny) powoduje zahamowanie skurczów m. gładkich trzewnych

• drażnienie nerwów cholinergicznych ma działanie pobudzające do skurczów (acetylocholina)

Molekularny mechanizm skurczu:

Skurcz miocytów gładkich może być wywołany przez:

1. spontaniczne wytwarzanie potencjału czynnościowego - komórki Cajala)

2. komórki nerwowe układu współczulnego i przywspółczulnego

3. hormony oraz prostaglandyny, leukotrieny, lipoksyny, angiotensyne 2

---