MASARYKOVA UNIVERZITA
PŘÍRODOVĚDECKÁ FAKULTA ÚSTAV BOTANIKY A ZOOLOGIE
CHEMICKÁ PODSTATA REGULACE SVALOVÉ ČINNOSTI Bakalářská práce Petra Pelechová
Vedoucí práce: Mgr. Jiří Pacherník, Ph.D.
Brno 2012
Bibliografický záznam Autorka:
Petra Pelechová Přírodovědecká fakulta, Masarykova univerzita Ústav botaniky a zoologie
Název práce:
Chemická podstata regulace svalové činnosti
Studijní program:
Chemie
Studijní obor:
Biologie a chemie se zaměřením na vzdělávání
Vedoucí práce:
Mgr. Jiří Pacherník, Ph.D.
Akademický rok:
2011/2012
Počet stran:
62
Klíčová slova:
Přičně pruhované svaly; srdce; hladká svalovina; aktin; myozin; Ca2+, Na+ a K+ ionty; myofibrila; ATP; akční potenciál; acetylcholin
Bibliographic Entry Author:
Petra Pelechová Faculty of Science, Masaryk University Department of botany and zoology
Title of Thesis:
Principles of chemical regulation of muscle works
Degree programme:
Chemistry
Field of Study:
Biology and Chemistry view to Education
Supervisor:
Mgr. Jiří Pacherník, Ph.D.
Academic Year:
2011/2012
Number of Pages:
62
Keyword:
striated muscle; heart; smooth muscle; actin; myosin; troponin; Ca2+ , Na+ a K+ ions; myofibrils; ATP; action potential; acetylcholine
Abstrakt: Tato bakalářská práce zpracovaná formou literární rešerše poskytuje stručný přehled o svalech a jejich regulaci. První kapitola se zabývá typy svalových tkání. Následující dvě kapitoly se zabývají regulací svalové činnosti, jednak na nervové úrovni a poté i chemismem regulace svalové činnosti na úrovni molekulární a buněčné. V další kapitole se nachází přehled o neurotransmiterech v těle. Další témata, kterými se tato práce zabývá, jsou svalová únava a její příčiny a pufrační systémy. Závěrečná kapitola pojednává o využití v medicíně a sportu, konkrétně o regeneraci po svalové únavě a také o srdečních chorobách.
Abstract: This bachelor thesis formed as a literary search shortly provides a summary about the muscles and their regulation. The first chapter deals with the types of the muscle tissue. The next two chapters deal with the regulation of muscle activity, both on the neural level and then on the chemical conditions of muscle activity regulation on the molecular and cellular level. The next chapter provides an overview of neurotransmitters in the human body. Further, muscle fatigue and its causes and buffering systems are dealt in this search. The final chapter discusses the utilization in medicine and sport, specifically the recovery after muscle fatigue and heart diseases.
Poděkování Na tomto místě bych chtěla poděkovat Mgr. Jiřímu Pacherníkovi, Ph.D. za pomoc, odborné vedení, cenné rady a za čas, který věnoval této práci. Dále bych ráda poděkovala doc. RNDr. Martinu Váchovi, Ph.D. za ochotu a čas, který mi věnoval. Také bych chtěla poděkovat rodině a blízkým za podporu.
Prohlášení Prohlašuji, že jsem svoji bakalářskou práci vypracovala samostatně s využitím informačních zdrojů, které jsou v práci citovány.
Brno 30. dubna 2012
……………………………… Jméno a příjmení
OBSAH 1
Úvod ........................................................................................................................... 10
2
Typy svaloviny v těle ................................................................................................. 11
2.1
Kosterní svalovina ...................................................................................................... 11
2.1.1
Struktura kosterního svalu .......................................................................................... 11
2.1.2
Typy svalových vláken ............................................................................................... 13
2.2
Hladká svalovina ........................................................................................................ 13
2.2.1
Struktura hladkého svalu ............................................................................................ 13
2.3
Srdeční svalovina ....................................................................................................... 14
2.3.1
Stavba srdečního svalu ............................................................................................... 14
3
Regulace činnosti svalů .............................................................................................. 15
3.1
Regulace činnosti kosterní svaloviny ......................................................................... 15
3.2
Regulace činnosti hladkého svalu .............................................................................. 16
3.2.1
Autonomní nervy........................................................................................................ 16
3.2.2
Nepřímé řízení pomocí hormonů, prostřednictvím hypofýzy .................................... 17
3.3
Regulace činnosti srdečního svalu ............................................................................. 18
3.3.1
Vliv autonomního nervstva ........................................................................................ 19
4
Chemismus svalové kontrakce ................................................................................... 20
4.1
Adenosintrifosfát=ATP .............................................................................................. 20
4.1.1
Regenerace ATP z kreatinfosfátu ............................................................................... 20
4.1.2
Regenerace ATP anaerobní glykolýzou ..................................................................... 20
4.1.3
Regenerace ATP aerobní oxidací glukózy a mastných kyselin ................................. 21
4.2
Svalová kontrakce příčně pruhované svaloviny ......................................................... 21
4.3
Kontrakce hladké svaloviny ....................................................................................... 25
4.4
Kontrakce srdečního svalu ......................................................................................... 26
5
Neurotransmitery ........................................................................................................ 28
5.1
Systém acetylcholinu .................................................................................................. 31
5.1.1
Acetylcholin ............................................................................................................... 31
5.1.2
Acetylcholinové receptory (ACHR) ........................................................................... 31
5.1.3
Agonisté a antagonisté acetylcholinu ......................................................................... 33
6
Chemismus krve a tkáňového moku v regulaci svalové činnosti ............................... 34
6.1
Svalová únava a její ovlivnění.................................................................................... 34
6.1.1
Vliv acidózy neboli poklesu pH pod fyziologickou mez ........................................... 35
6.1.2
Vliv anorganického fosfátu Pi .................................................................................... 36
6.2
Pufrační systémy ........................................................................................................ 37
7
Využití v medicíně a ve sportu ................................................................................... 39
7.1
Regenerace po svalové činnosti a únavě vzniklé při sportu ....................................... 39
7.2
Srdeční onemocnění ................................................................................................... 40
7.2.1
Ischemická choroba srdeční (ICHS)........................................................................... 40
7.2.2
Ateroskleróza (askl.) .................................................................................................. 43
7.2.3
Infarkt myokardu (IM) ............................................................................................... 44
7.3
Tzv. Fetal reprogramming, neboli „plodové naprogramování“ ................................. 45
8
Závěr ........................................................................................................................... 47
9
Seznam použitých zkratek .......................................................................................... 48
10
Seznam použité literatury ........................................................................................... 50
Seznam obrázků........................................................................................................................ 62 Seznam tabulek ......................................................................................................................... 62
1 ÚVOD U obratlovců rozlišujeme tři základní typy svalové tkáně. Srdce zprostředkovává především proudění krve tělem. Hladké svalstvo je součástí vnitřních orgánů a díky tomu se podílí na fungování těla a procesech, které v něm probíhají. Stejně důležitá je i svalovina příčně pruhovaná, která zprostředkovává pohyb. V rámci první kapitoly se zaměřuji na stavbu těchto svalových tkání. Co se týče příčně pruhované svaloviny, popisuji zde nejen stavbu vlákna, ale i proteiny zprostředkující kontrakci a regulující kontrakci, tedy aktin, myozin, tropomyozin a troponin. Uvádím zde i typy vláken, tedy pomalá červená a rychlá bílá vlákna. Kapitola regulace svalové činnosti se zaměřuje na řízení svalů pomocí nervové soustavy, tedy díky sympatiku a parasympatiku a také hormonů v případě hladké svaloviny. Dále se zabývám
chemismem
svalové
kontrakce.
Pro
svalovou
kontrakci
je
nezbytný
adenosintrifosfát neboli ATP, který slouží jako zdroj energie. Popisuji zde tedy jeho vznik a regeneraci. ATP vzniká těmito třemi procesy, jedná se o štěpení kreatinfosfátu, aerobní a anaerobní glykolýzu a aerobní oxidaci mastných kyselin. V této kapitole dále najdeme podstatu vzniku akčního potenciálu (AP) na neuronech, který se šíří k presynaptickým zakončením. Tam je nezbytný pro uvolnění Ca2+ iontů, které podmiňují nejen uvolnění acetylcholinu, což je důležitý neurotransmiter. Popisuji zde i podstatu, jak se uvolněný vápník váže na kontrakční proteiny, izoformy myozinu a jejich vliv na kontrakci a samozřejmě podstatu kontrakce samotné. Neurotransmitery jsou chemické látky, které přenášejí signál z neuronu na cílové buňky, v našem případě na svalové vlákno, proto informace o nich jsou nezbytnou součástí mé práce. Následuje vliv krve a tkáňového moku v regulaci svalové činnosti. Zde popisuji, jaká je podstata únavy svalu při nadbytku laktátu, změně pH a vlivu anorganického fosfátu. Dále také následují pufrační schopnosti tělních tekutin živočichů, kde se věnuji i jednotlivým pufračním systémům. V závěrečné kapitole se zaobírám využitím těchto poznatků v medicíně a ve sportu. Nejprve popisuji regeneraci svalů po únavě a poté poruchy srdce. Konkrétně ischemickou chorobu srdeční, která vzniká i díky ateroskleróze. Následkem těchto dvou onemocnění může dojít k infarktu myokardu. V poslední části této kapitoly se věnuji tzv. fetal reprogramming, neboli „plodovému naprogramování“. Tato bakalářská práce je zpracována formou literární rešerše. Cílem je poskytnout nejen přehled o známých faktech, ale snažila jsem se ukázat i nová a zajímavá fakta.
10
2 TYPY SVALOVINY V TĚLE Rozlišujeme tři základní typy svaloviny. Je to svalovina příčně pruhovaná neboli kosterní, svalovina hladká a svalovina srdeční neboli myokard. Tyto tři typy svaloviny se od sebe značně liší. Je to především stavbou, ale např. i centrem řízení. Hladká a srdeční svalovina jsou si podobné v tom, že jsou ovlivňované autonomním nervstvem, zatímco kosterní svalovina je ovladatelná naší vůlí.
2.1 Kosterní svalovina Kosterní sval představuje hybnou složku pohybového systému. Až 45% hmotnosti člověka může tvořit zhruba 450 svalů. Metabolismus svalové tkáně může představovat 45% veškerého metabolismu lidského těla. Inervace kosterních svalů je zajišťována míšními a mozkovými nervy, bez nichž by nedocházelo ke svalové činnosti (Dylevský, 2009).
2.1.1 Struktura kosterního svalu Základem kosterní svaloviny jsou příčně pruhovaná svalová vlákna. Svalová vlákna neboli myofibra jsou mnohojaderné svalové buňky, jejichž tloušťka se pohybuje kolem 40-100 μm, ale délka může dosahovat až několika centimetrů. Mají válcovitý tvar, který je na konci kuželovitý. Většina svalových vláken tvoří celý sval, od jeho začátku, až k jeho konci. U dlouhých svalů jsou však svalová vlákna spojena v sérii za sebou (Dylevský, 2009). Povrch svalového vlákna tvoří tzv. sarkolema=cytoplazmatická membrána svalové buňky. Sarkolema je v klidu nabitá elektrickým nábojem stejně jako membrána neuronu a
také
se
po
ní
síří
vzruchy
jako
po
neuritu.
Uvnitř
vlákna
se
nachází
sarkoplazma=cytoplazma svalové buňky, ve které se kromě jader a dalších organel nacházejí i myofibrily=vlákénka svalové buňky. Kolem každé myofibrily se nacházejí mitochondrie. Další důležitou organelou je sarkoplazmatické retikulum, ve kterém je velká koncentrace vápníkových a hořečnatých iontů. Mikroskopicky na nich lze rozlišit střídání tmavých a světlých úseků. Tmavé představují anizotropní A úseky a ty světlé izotropní I úseky. To způsobuje příčně pruhované žíhání. Izotropní úsek je rozdělen Z linií na tzv. sarkomery. Ty představují kontraktilní jednotku svalu. Sarkomeru tvoří silná myozinová a tenká aktinová vlákna. Jsou to bílkoviny, které zprostředkovávají kontrakci, čímž dochází ke stahu myofibril a následně ke změně délky svalového vlákna. Regulační úlohu v sakromeře hrají tropomyozin a troponin (Dylevský, 2009).
11
Myozin – Molekula myozinu má charakteristický tvar. Tvar je protáhlý a má dvě hlavy na jednom konci. Je tvořen z těžkého a lehkého meromyozinu. Ten těžký se skládá z dvojdílné hlavy a krčku, někdy také označované jako příčný můstek. Zhruba 360 molekul myozinu tvoří silná filamenta, která jsou uspořádána do podélných svazků a hlavy se nachází na obou jeho koncích. Zatímco střední segment tvoří ocasní část myozinu, která představuje lehkou část. Aktin – Tato bílkovina je v sarkoměře zastoupena ve větší míře než myozin. Jejich poměr se pohybuje od 4:1-6:1. Je to globulární protein, z jehož asi 400 molekul G-aktinu (G-globulární monomer) vzniká řetězec F-aktinu (F-fibrilární polymer). Tyto dva stočené řetězce tvoří dvojitou šroubovici, která představuje tenké filamentum (Silbernagl & Despopoulos, 2003; Dylevský 2009). Tropomyozin – Je to protein v podobě filamenta, který se točí kolem aktinového vlákna a váže se na molekulu troponinu. Kolem sedmi molekul aktinu je rozprostřena jedna molekula tropomyozinu. Ten se během kontrakce zasouvá do aktinového filamenta a vytváří tak místo pro můstek mezi aktinem a myozinem. Troponin – Na rozdíl od tropomyozinu váže ionty Ca2+ . Skládá se ze 3 proteinů a to z troponinu C, I a T. Troponin T se váže na tropomyozin. Troponin I brání vzniku můstků mezi aktinem a myozinem a troponin C po nasycení Ca2+ deaktivuje troponin I a tím umožní vznik můstků mezi aktinem a myozinem (Greaser, M. L. & Gergely, J., 1971; Silbernagl & Despopoulos, 2003; Dylevský 2009). Viz obr.4.
Jak již bylo řečeno, lze na sarkomeře rozlišit Z linii, tj. „destičku“, která určuje konce sarkomery, to znamená, že sarkomera má 2 Z linie. K Z linii je aktinové filamentum upevněno v jeho středu a to tak, že obě poloviny tohoto filamenta zasahují na každé straně do jiné sousední sarkomery. Tento úsek tvořený pouze tenkými filamenty se nazývá proužek I. Tzv. proužek A tvoří silná myozinová vlákna. V tomto proužku se obě filamenta překrývají. Proužek H představuje samotné myozinové vlákno. Tento proužek se nachází ve středu A proužku. Také se zde nachází M linie, která představuje střed sarkomery (Trojan, 1994; Silbernagl & Despopoulos, 2003).
12
Obr. 1: Sarkomera (převzato z Balínová) a)Relaxed- uvolněný stav; b) partially contracted- částečná kontrakce; c) Maximally contracted- úplná kontrakce; Z disc-Z linie; Thin filament-tenká vlákna; Thick filament-silná vlákna; I band- proužek I; A bandproužek A; H zone- proužek H;
2.1.2 Typy svalových vláken Rozeznáváme bílá a červená svalová vlákna a to jak z hlediska morfologického, funkčního i histochemického (Malínský et al., 2002). Červená - Mají řidší příčné pruhování, více jader, myoglobinu a mitochondrií. Jejich kontrakce je pomalá, ale trvalejší. Bíla - Nachází se u nich hustší příčné pruhování, méně jader, myoglobinu i mitochondrií. Mají rychlou kontrakce, ale rychleji se unaví (Seliger et al., 1983; Dylevský, 2009).
2.2 Hladká svalovina Hladká svalovina se od té kosterní značně liší. Je to především strukturou, funkcí, regulací a tím, že hladká svalovina není ovladatelná naší vůlí. Hladká svalovina je součástí především vnitřních orgánů, jako jsou močový měchýř, děloha, mužské i ženské reprodukční orgány, dýchací a trávicí cesty, cévy a další.
2.2.1 Struktura hladkého svalu Hladká svalovina je tvořena myocyty, což jsou svalové buňky vřetenovitého tvaru, jejichž délka může být od 15 do 500 μm. Zakončení těchto buněk je různé, může být ostré až roztřepené. Jádro je centrálně uložené, zatímco ostatní organely se nacházejí na okrajích 13
buňky. Množství myozinu je v hladké svalovině menší než množství aktinu. Dalším rozdílem od kosterní svaloviny je, že v hladké svalovině není vidět žádné pruhování a není zde přítomný troponin, ale kalmodulin. Dalšími kontraktilními bílkovinami jsou tropomyozin, kalponin a kaldesmon (Seliger et al., 1983; Dylevský, 2009).
Obr. 2: Hladký sval (převzato z Ritchison)
2.3 Srdeční svalovina Srdce je dutý orgán, který svým střídáním systoly (stah komor a proudění krve) a diastoly (relaxace komor a plnění se krví) zajišťuje proudění krve nebo hemolymfy tělem. Díky tomu slouží i k přenosu plynů, živin i odpadních látek. Dá se říci, že je jakýmsi přechodným svalem. Má totiž vlastnosti shodné s kosterním svalem, což je příčné žíhání, ale i se svalem hladkým. (Seliger et al., 1983)
2.3.1 Stavba srdečního svalu U savců je srdce uloženo v přední části hrudi a dělí se na dvě síně a dvě komory. Vnitřní výstelka neboli endokard je blanka, která pokrývá vnitřní prostor síní i komor. Mezi pravou síní a pravou komorou vytváří trojcípou chlopeň a mezi levou síní a komorou chlopeň dvoucípou=mitrální. Střední část srdce tvoří myokard. Je tvořen příčně pruhovanou svalovinou. Jednotlivé srdeční buňky jsou spojeny tzv. interkalárními disky, které zajišťují větší soudružnost srdce a přenos vzruchů po srdci. Poslední, vnější vrstvou je epikard, který tvoří povrch srdce a pozvolna přechází v perikard-osrdečník. Mezi nimi se nachází malé množství tekutiny, které brání tření. Jak už bylo zmíněno, v srdci se nacházejí chlopně. Jsou to již zmíněné cípaté chlopně a potom chlopně poloměsíčité. Ty se nacházejí při ústí dolní a horní duté žily do pravé síně a u výstupu plicnice a aorty z komor (Štejfa, 2007).
14
Obr. 3: Myokard (přavzato z Developmental biology: Muscle Tissue [online])
1-buňka srdečního svalu; 2- buněčná jádra; 3- interkalární disky
3 REGULACE ČINNOSTI SVALŮ 3.1 Regulace činnosti kosterní svaloviny Kosterní svalstvo je ovládáno somatickou nervovou soustavou, tedy mozkem a míchou z nichž vycházejí nervy. Tyto nervy regulují svalovou činnost a ta je řízena jako funkční celek. Zároveň jsou hierarchicky uspořádané a každá hierarchická úroveň má definovanou funkci. Jejich vzájemná koordinace a návaznost funkcí zajišťuje funkceschopnost hybného systému (Trojan et al., 2005; Kittnar 2009). Významnou roli zde hraje mozeček neboť je koordinačním centrem a centrem rovnováhy. Činnost mozečku je podvědomá. Základ regulace činnosti svalů představuje reflexní oblouk. Je to regulační obvod, ve kterém se nachází eferentní složka vedoucí vzruch z centrální nervové soustavy (CNS) ke svalu a aferentní složka, která je opakem eferentní. Motoneurony jako konečné články reflexního oblouku se nacházejí v jádrech hlavových nervů a v páteřní míše. Inervují svalové vřeténko a tím způsobují jeho kontrakci a fungují jako regulátory svalů. (Trojan et al., 2005; Kittnar 2009) Tzv. nervosvalová ploténka vzniká spojením mezi svalovým vláknem a nervovým zakončením. Dochází zde k přenosu akčního potenciálu z nervu na sval. Funguje tedy jako chemická synapse. Jako neurotransmiter zde působí acetylcholin (ACH), který se ukládá do 15
synaptických váčků. Po příchodu akčního potenciálu na presynaptickou membránu neuronu se otevřou kanály pro Ca2+, ty vniknou dovnitř a vyvolají vylití acetylcholinu do synaptické štěrbiny. Na postsynaptické membráně svalu jsou umístěny acetylcholinové receptory, na něž se ACH váže a vyvolá tím akční potenciál ve svalu a jeho kontrakci (více viz kapitola 4.2.) (Silbernagl & Despopoulos, 2003; Trojan et al., 2005). Spojením jednoho motoneuronu a několika svalových vláken vzniká motorická jednotka, což je nejmenší část hybného systému. Ta je dvojího typu a to jednotka rychlého a pomalého. Počet aktivovaných motorických jednotek určuje aktivitu svalu. Čím více těchto jednotek je aktivováno, tím vyšší může být napětí svalu (Silbernagl & Despopoulos, 2003; Trojan et al., 2005).
3.2 Regulace činnosti hladkého svalu Řízení hladké svaloviny rozlišujeme na řízení autonomním nervstvem a na řízení prostřednictvím hormonů. Toto tzv. nepřímé řízení je uskutečňováno pomocí hypofýzy (podvěsku mozkového).
3.2.1 Autonomní nervy Autonomní
nervstvo
zahrnuje
sympatikus,
který
má
aktivační
charakter
a parasympatikus, který má naopak charakter tlumivý. Většina tkání má inervaci oběma. Tato inervace může být protichůdná nebo souběžná. Krevní cévy však řídí především nervy sympatické. Činnost sympatiku i parasympatiku je řízena spinální míchou, mozkovým kmenem, hypotalamem a mozkovou kůrou. Sympatikus – Vystupuje v hrudní a bederní oblasti páteřní míchy. Pregangliová vlákna vedou do ganglií, která jsou jednak párová a jednak nepárová. Odtud vedou postgangliová vlákna k cílovým orgánům. Cesta může být velmi dlouhá. Po „příchodu“ informace na místo dojde k synaptickému přenosu signálů. Konce axonů jedné buňky vedou signál skrz synapse k dendritům druhé buňky. Tato první buňka=presynaptická buňka pošle neurotransmiter synaptickou štěrbinou a tím aktivuje buňku druhou=postsynaptická buňka. Takto se signál přenese až na cílové místo. Acetylcholin působí jako neurotransmiter v gangliích a noradrenalin v cílových orgánech. Sympatický nervový systém je aktivován při stresu a zátěžových situacích (Dokládal & Páč, 2000; Silbernagl & Despopoulos, 2003). Parasympatikus – Začíná v křížové části páteřní míchy a v jádrech třetího, sedmého, devátého a desátého hlavového nervu. Stejně jako u sympatických neuronů, tak 16
i u parasympatických neuronů jsou zde pre- a para- gangliová vlákna. Rozdíl mezi nimi je ten, že se pregangliová vlákna přepojují v gangliích, která leží v blízkosti inervovaných orgánů. Tzn., že pregangliová vlákna mohou být velmi dlouhá, zatímco postgangliová jsou naopak velmi krátká. Přenos informací je zde také uskutečňován pomocí synapsí. Parasympatický nervový systém je zodpovědný především za odpočinek a anabolické děje v organismu ( Dokládal & Páč, 2000; Silbernagl & Despopoulos, 2003). Tab. 1: Porovnání vlivu sympatiku a parasympatiku (převzato z Netušil).
Funkce nebo orgán
Vliv sympatiku
Vliv parasympatiku
oběhová soustava
zrychlení činnosti
zpomalení činnosti
myokard
zesílení stahů
zeslabení stahů
krevní tlak
zvýšení kr.tlaku
snížení kr.tlaku
kožní cévy, cévy břicha
Zúžení
bez vlivu
cévy srdce a mozku
Rozšíření
Zúžení
svalové cévy
zúžení při sval. práci rozšíření
bez vlivu
hladké sv. - trávicí s.
Ochabnutí
Stahy
průdušky
Rozšíření
Stah
žlučový měchýř
Ochabnutí
Stahy
močový měchýř
bez vlivu
Stahy
děloha při porodu
Stah
bez vlivu
zornice
Rozšíření
Zúžení
žlázy žaludku a slinivky
bez vlivu
Vyměšování
potní žlázy
Vyměšování
bez vlivu
játra
rozpad glykogenu
bez vlivu
dřeň nadledvin
Vyměšování
bez vlivu
tělesná teplota
Zvýšení
Snížení
C6H12O6 v krvi
Zvýšení
bez vlivu
pohlavní úd
Ejakulace
Erekce
3.2.2 Nepřímé řízení pomocí hormonů, prostřednictvím hypofýzy Hormony jsou produkovány v endokrinních žlázách a řídí cílové orgány tzv. endokrinní regulací. K těmto cílovým orgánům se dostávají prostřednictvím krve, do které jsou uvolňovány z endokrinních žláz. Buňky orgánů rozpoznávají jednotlivé hormony, které 17
interagují s odpovídajícími buněčnými receptory. Tyto receptory poté spouští v cílovém orgánu řadu reakcí, které vedou k typické hormonální reakci. Receptory se mohou vyskytovat v různém počtu i v různé citlivosti pro daný hormon. Přednostně však hormon působí na buňky s nejvyšší citlivostí. Hypofýza neboli podvěsek mozkový patří právě mezi endokrinní žlázy, kterým je podřízena většina ostatních žláz s vnitřní sekrecí. Dělí se na adenohypofýzu=přední lalok hypofýzy a neuhypofýzu=zadní lalok hypofýzy. Adenohypofýza slouží jako řídící žláza pro další endokrinní žlázy. Vylučuje růstový somatotropní hormon (somatotropní hormon, STH), který působí např. na játra a ledviny a růst kostí; luteotropní hormon (prolaktin, LTH) např. stimuluje rozvoj mléčných žláz; tyreotropní hormon (TSH) je hormon stimulující štítnou žlázu; folikuly stimulující hormon (FSH) je pohlavní hormon stimulující růst vaječníkových váčků u žen a u mužů vyvolává tvorbu spermií; luteinizační hormon (LH) způsobuje u žen ovulaci a u mužů ovlivňuje produkci testosteronu; adrenokortikotropní hormon (ACTH) stimuluje růst kůry nadledvinek; endorfiny se vyplavují při stresu a svalové zátěži, hrají významnou roli při regulaci teploty. Hormony neurohypofýzy jsou antidiuretický hormon (vasopresin, ADH), který zužuje vlásečnice a tepny v ledvinách; oxytocin je důležitý při rozmnožování a porodu. Laloky hypofýzy jsou však pod vlivem hypotalamu (Navrátil, 2008).
3.3 Regulace činnosti srdečního svalu Stejně jako u hladkého a kosterního svalstva, je i zde kontrakce podmíněna akčním potenciálem
a
realizována kontraktilním
aparátem, který je složen z aktinových
a myosinových filament. Regulace síly kontrakce myokardu závisí na počtu interakcí mezi aktinem a myozinem a ten je určován množstvím cytosolového vápníku i délkou sarkomery (Wilhelm, 2003; Kittnar & Mlček, 2009). Srdeční sval, stejně jako hladká svalovina, je ovládán autonomním nervstvem. Toto nervstvo ovlivňuje celou řadu parametrů činnosti myokardu. Jsou to srdeční frekvence, jejíž ovlivnění se nazývá chronotropie. Pokud se jedná o zvýšení frekvence, hovoříme o pozitivní chronotropii, pokud o snížení frekvence, mluvíme o negativní chronotropii. Dalším parametrem je síla srdeční kontrakce. Její ovlivnění nazýváme inotropie. Jako v předchozím případě opět pozitivní i negativní. Dále, ovlivnění síňokomorových převodů označujeme dromotropie. Zrychlení převodu vzruchů nazýváme pozitivní, naopak zpomalení převodu negativní dromotropie. Posledním parametrem je vzrušivost myokardu, jejíž ovlivnění se nazývá bathmotropie. Opět pozitivní a negativní. Ale nejdůležitější veličinou, která vyjadřuje funkci myokardu je minutový srdeční výdej. To je množství krve, které je přečerpáno z jedné komory za minutu: minutový výdej = tepový objem * srdeční frekvence 18
Při řízení srdeční činnosti nejprve probíhají změny tlakové frekvence a až potom se mění objem (Štejfa, 2007).
3.3.1 Vliv autonomního nervstva Sympatikus - Sympatikus má pozitivně chronotropní účinek, stejně tak i pozitivně inotropní, dromotropní a bathmotropní. Tato vlákna přicházejí k srdci z 5-6 horních hrudních a 1-2 dolních krčních segmentů míchy, spolu s eferentními vlákny vagu a aferentními vlákny ze srdce a velkých cév. Sympatická vlákna jsou rovnoměrně rozložená mezi síně a komory. Předsíně jsou pod vlivem sympatiku i parasympatiku, zatímco komory jen sympatiku. Je zde však asymetrie, pravostranný sympatikus inervuje předsíně a jeho účinek je pozitivně chronotropní, levostranný sympatikus potom inervuje hlavně komory a jeho účinek je pozitivně inotropní. Účinek
sympatiku
je
zprostředkováván
mediátorem
noradrenalinem.
Ten
způsobí v buňkách myokardu aktivaci alfa adrenergních receptorů. Toto vede ke snížení toku K+ iontů z buněk a tím dochází ke stimulaci sodíkového kanálů, tedy proudu Na+ iontů do buněk. Tento mechanismus zrychlí diastolickou depolarizaci a zvýší se tím srdeční frekvence. Sympatikus totiž aktivuje vstup Ca2+ a Na+ do buňky sinoatriálního uzlu a tím zrychluje depolarizaci a tepovou frekvenci. Parasympatikus – Naopak parasympatikus má negativně chronotropní účinek, stejně tak i negativně inotropní, dromotropní a bathmotropní. Parasympatická vlákna vedou k srdci
jako
rami
cardiaci
nervi
vagi.
Tato
vlákna
vedou
k synapsím
s postgangliovými buňkami. Tyto synapse se nacházejí v epikardu a v srdeční stěně. Pravostranný vagus pokračuje do pravé předsíně a koncentruje se v sinoatriálním uzlu a
má
účinky
negativně
chronotropní.
Zatímco
levostranný
vagus
vede
k atrioventrikulárnímu uzlu a jeho účinek je negativně dromotropní. Na rozdíl od sympatiku je účinek parasympatiku zprostředkováván pomocí acetylcholinu. Ten se uvolňuje ze zakončení postgangliových vláken. Cholinergní receptory na něj v srdeční tkáni odpovídají. Dráždění těchto receptorů vede k aktivaci K+ kanalů a tím se zpomaluje průběh spontánní diastolické depolarizace (Ošťádal, 2003; Štejfa, 2007).
19
4 CHEMISMUS SVALOVÉ KONTRAKCE 4.1 Adenosintrifosfát=ATP Nezbytnou součástí pro svalovou kontrakci je dostatečné množství adenosintrifosfátu neboli ATP. Svalová kontrakce totiž využívá jeho energii. Adenosintrifosfát je makroergická sloučenina, která při svém rozkladu na ADP (adenosindifosfát) a Pi (anorganický fosfor) uvolňuje velké množství energie. Jeho svalová zásoba je však velmi malá, proto je třeba ho neustále regenerovat. Pro regeneraci se v podstatě používají 3 procesy. Je to štěpení kreatinfosfátu, aerobní a anaerobní glykolýza a aerobní oxidace mastných kyselin. Pro jeho tvorbu je proto nezbytné i velké množství glukózy a v podstatě i kyslíku.
4.1.1 Regenerace ATP z kreatinfosfátu Tento proces je využíván především k rychlé akci svalu, která je však jen krátkodobá. Když dojde z rozštěpení ATP na ADP, tak je tento ADP přeměňován na ATP a to pomocí kreatinkináz. Kreatinfosfát se totiž během zátěže hydrolyzuje, přičemž uvolňuje fosfátovou skupinu, která se váže na ADP za vzniku ATP. Naopak, když je sval v klidu, předává ATP svůj fosfát kreatinu a tím vzniká vysokoenergetická zásoba kreatinfosfátu pro další krátkodobou, avšak velice výkonnou činnost.
4.1.2 Regenerace ATP anaerobní glykolýzou Základem anaerobní i aerobní glykolýzy je přeměna glukózy na pyruvát. Prvním krokem této reakce je přeměna glukózy na glukózu-6-fosfát, přičemž se spotřebovává molekula ATP. Poté je tato sloučenina izomerací přeměněna na fruktózu-6-fosfát. Ta podléhá druhé fosforylaci za vzniku fruktózy-1,6-bisfosfátu. V tomto kroku poskytuje fosforylovou skupinu také ATP. V dalším kroku dochází k rozštěpení této fruktózy na glyceraldehyd-3fosfát a dihydroxyacetonfosfát (DHAP). Glyceralhedyd-3-fosfát je zpracován za vzniku první makroergické sloučeniny glykolýzy a to 1,3-bisfosfoglycerátu. Ten reaguje s ADP a předává mu fosfátovou skupinu za vzniku první molekuly ATP a 3-fosfoglycerátu. 3-fosfoglycerát je přeměněn na 2-fosfoglycerát, který je dehydratací přeměněn na fosfoenolpyruvát. V posledním kroku dochází k hydrolýze fosfoenolpyruvátu a uvolněná energie je využita ke vzniku další molekuly ATP a pyruvátu. Touto cestou tedy vznikají 2 molekuly ATP. Celkově to jsou však 4 molekuly ATP, neboť při rozložení šestiuhlíkatého cukru na dva tříuhlíkaté se 20
odehrává vše zdvojeně. Díky tomu, že pro iniciaci glykolýzy jsou potřeba 2 molekuly ATP, je celkový výsledný čistý zisk z célé reakce ale jen 2 molekuly. Poté se pyruvát „vydává“ anaerobní cestou. Tam je pomocí nikotinamid adenin dinukleotidu (NADH) redukován na laktát a NAD+ . Laktát je přenášen od jater, kde je oxidován na pyruvát a ten se opět přemění na glukózu. Jeho hromaděním se zvyšuje pokles pH a zvyšuje se množství H+ , což způsobuje svalovou únavu. I když touto cestou vznikají pouze 2 molekuly ATP, svaly ji využívají, neboť je tato cesta regenerace asi 100krát rychlejší než aerobní.
4.1.3 Regenerace ATP aerobní oxidací glukózy a mastných kyselin V tomto případě se pyruvát vydává aerobní cestou. Při aerobním štěpění se pyruvát oxidační dekarboxylací nejprve mění na Acetyl-CoA a ten vstupuje do citrátového cyklu a poté do oxidativní fosforylace. Celková bilance aerobního štěpení je 36 ATP/glukózu. Pomocí β-oxidace tuků vznikne během jednoho cyklu molekula FADH2 a NADH. Ty jsou deoxidací v dýchacím řetězci přeměněny na 5 molekul ATP. Odštěpený Acetyl-CoA se potom aerobně štěpí za vzniku 12 molekul ATP. Celkový výtěžek vzniklých ATP pak závisí na počtu uhlíků v kyselině. Počet ATP se vypočítá z rovnice ATP = 5(n/2-1)+12(n/2)-2, kde n je počet uhlíků. Příkladem může být mastná kyselina palmitová s 16 uhlíky, kde počet ATP=5(16/2-1)+12(16/2)-2= 129 molekul ATP.
4.2 Svalová kontrakce příčně pruhované svaloviny Jak již bylo řečeno výše, spojením svalu a nervu vzniká motorická ploténka. Nervová zakončení „zapadají“ do motorické ploténky a mezi nervem a svalem tak vzniká synaptická štěrbina. V těchto nervových zakončeních se nacházejí váčky s acetylcholinem (ACH). Na začátku k nervu dojde signál v podobě akčního potenciálu (AP), který se šíří po axonu až k synapsím. Když je buňka v klidu, je zde klidový membránový potenciál (KMP), který má hodnotu asi -70mV. Tento klidový potenciál zajišťuje Na+-K+-ATPázová pumpa, která už zde spotřebovává ATP na svou činnost (Hyman & Nestler, 1993). Při podráždění například podnětem zvenčí se tato negativita KMP snižuje. Dochází ke vzniku tzv. prahového potenciálu a tím dojde k aktivaci napěťově řízených kanálů pro Na+. Napěťově řízené sodíkové kanály propouštějí velké množství iontů Na+ dovnitř buňky a tyto ionty jsou základem rychlého vzniku akčního potenciálu na neuronech ( Raman & Bean, 1997). Vzrůstá i vodivost gNa pro Na+ a dochází k depolarizaci membrány, otevírání více sodíkových kanálů a tím vzniku AP. Hodnota potenciálu dosáhne hodnoty až +30mV. Ionty Na+ tekoucí dovnitř 21
axonu neuronu během AP se po tomto axonu šíří a depolarizují další části axonové membrány. Je-li tato depolarizace dostatečně silná, vyvolá zde další AP, které se šíří až k synapsím (Hodgkin, 1937). V tuto chvíli je vodivost gNa inaktivována a Na+ kanály jsou uzavřeny a otevírají se K+ kanály. Díky tomu se nitro buňky zbaví kladného náboje a dojde k repolarizaci, někdy až hyperpolarizaci, kdy KMP je až -90mV. Poté se KMP vrací na normální hodnotu -70mV (Hyman & Nestler, 1993). Tento akční potenciál postupuje až k presynaptickému zakončení a zvyšuje prostupnost Ca2+ iontů, které podmiňují uvolnění ACH. Dá se tedy říci, že depolarizace axonu spouští uvolňování neurotransmiteru ACH do synaptické štěrbiny (Golding et al, 2001). Na presynaptickém zakončení zapříčiňuje akční potenciál otevření napěťově řízených kanálů pro Ca2+ a tím influx iontů vápníku do cytosolu. Vápník je vyplavován z endoplazmatického retikula, ve kterém je uložen. Na této presynaptické membráně se nacházejí vezikuly s acetylcholinem. Zvýšená koncentrace Ca2+ iontů v cytosolu způsobuje vylití ACH z vezikul do synaptické štěrbiny (Hyman & Nestler, 1993). Na postsynaptické membráně se nacházejí nikotinergní-cholinové receptory, na něž se ACH váže. Tyto receptory současně fungují i jako iontové kanály. Ty se otevírají v závislosti na koncentraci ACH. Tento kanál je citlivý na ionty K+, Na+ a Ca2+. Zde dochází k influxu Na+ a zčásti i Ca2+ do buňky a efluxu K+ z buňky a tím dochází k depolarizaci a vzniku ploténkového potenciálu (Llinás et al, 1981). AP na postsynaptické membráně vzniká po vyprázdnění obrovského množství těchto vezikul s ACH a tento AP převedený na kontrakci svalu se nazývá elektromechanické spřažení (Hyman & Nestler, 1993; Silbernagl & Despopoulos, 2003). Tento AP podráždí napěťově řízené receptory sarkolemy. Ty jsou v sousedství s kanály pro Ca2+ na sarkoplazmatickém retikulu. Toto podráždění způsobí otevření Ca2+ kanálů a tímto otevřením vápníkových kanálů se zvyšuje koncentrace vápníku v cytosolu. Tato zvýšená koncentrace Ca2+ zahajuje kontrakci a to tím, že se Ca2+ váže na troponin C. Součástí aktinového vlákna je troponin-tropomyozinový komplex, který reguluje aktin tím, že na něm blokuje vazebná místa pro myozin ( Szent-Gyorgyi, 1975). Jak vyplývá z názvu, součástí tohoto komplexu je regulační protein tropomyozin a troponin, který je tvořen 3 podjednotkami. Troponin C, který váže vápník, troponin I, inhibiční protein a troponin T vážící se na tropomyozin (Ebashi & Kodama, 1965; Ohtuski et al, 1967; Greaser, M. L. & Gergely, J., 1971). Po příchodu troponinu T, troponin-I + C zůstávají spojeny s aktintropomyosinem a to v přítomnosti i nepřítomnosti vápníku (Hitchcock, 1975). Troponin I je navázaný na aktinu a tropomyozin blokuje vazebná místa pro myozin a díky tomu je sval v klidu. Klidový stav je udržován tak, že brání interakci mezi myozinem a aktinem a úkolem 22
vápníku je odstranit tuto inhibici (Szent-Gyorgyi, 1975). Tím, že se naváže Ca2+ na podjednotku troponinu C se vazba troponinu I na aktin oslabí a tropomyozin se uhne. Takto se uvolní vazebné místo na aktinu a myozin se může navázat (Huxley, 1972). Myozin se skládá ze šesti podjednotek. Ze dvou těžkých řetězců (MHC-myosin heavy chain) a dvou párů lehkých řetězců myozinu (MLC-myosin light chain). Ty mohou existovat v různých izoformách, a to díky rozdílům obou jeho podskupin (MHC i MLC) (Bottinelli et al., 1991). Lehké se rozdělují na základní neboli alkalické (ELC-essential light chain) a regulační neboli fosforylovatelné (RLC-regulatory light chain) lehké řetězce. MHC obsahuje N-terminální hlavu nebo také subfragment S1 a C-terminální konec (Schaub et al., 1998). Na hlavě je vazebné místo pro nukleotid na opačné straně než vazebné místo aktinového řetězce (Rayment at al, 1993).
Obr. 4: Schematické detail sarkomery s proteiny ovlivňující kontraktilitu (převzato z Schaub et al., 1998)
AF-tenké aktinové vlákno; MF-silné myozinové vlákno;
inhibiční
(TnI),
Ca2+
vazané
(TnC)
a tropomyosin vázající TnT troponinové komponenty; S1-myozinový subfragment-1 (myosinová hlavová část); ELC a RLC-základní a regulační myozinové lehké řetězce; MyBP-C- lokalizace myozinu, který váže protein-C. M-line by měl být nalevo a Z-line na pravé straně.
Existuje šest izoforem
MLC, jsou to MLC1f, MLC3f a MLC2f (f-fast), které se
nacházejí v rychlých svalech a MLC1sa, MLC1sb a MLC2s (s-slow) v pomalých typech svalů (Bottinelli et al., 1991). Sekvence aminokyselin (AMK) u MLC-1f a MLC-3f jsou totožné v posledních 141 C-terminálních zbytcích, ale liší se na N-terminálních koncích. MLC-1f má 49 AMK, zatímco MLC-3f jich má jen 8 (Schiaffino & Reffiani, 1996). Savčí svaly obsahují devět MHC izoforem. Jsou to MHC-β/slow a MHC-2A, MHC-2X, MHC-2B, MHC-emb 23
(emb pro embryonálních), MHC-neo (neo pro novorozence, také perinatální), MHC-α, MHCco (co pro extraocular) a MHC-m (m pro dolní čelisti nebo žvýkací svaly). První čtyři převládají v dospělých kosterních svalech. (Schiaffino & Reffiani, 1996). Byly zjištěny 4 hlavní druhy vláken v závislosti na složení MHC izorofem. Jsou to typ 1 odpovídající MHC- β/slow, což jsou pomalá vlákna a 2A, 2B a 2X patřící pod rychlá vlákna. (Bottinelli et al., 1991). Dva MHC se spojují se dvěma alkalickými lehkými řetězci v různých poměrech a dále se dvěma MLC2. Tyto poměry jsou LC1f: LC3f, LC1f: LC1f, LC3f: LC3f. (Bottinelli et al., 1991). Je všeobecně známo, že molekulární podstata kontrakce spočívá v interakci mezi myozinem a aktinem a je spojená s hydrolýzou ATP. Energie uvolněná štěpením ATP na ADP a Pi je pak převedena na mechanickou práci. Myozin se chová jako enzym schopný katalyzovat hydrolýzu ATP a aktin působí jako aktivátor (Schiaffino & Reffiani, 1996). Jak již víme, myozin (M) má ATPázovou aktivitu, obě jeho hlavy vážou po jedné molekule ATP. Pokud se Ca2+ naváže na troponin C, jak bylo popsáno výše, aktin (A) spouští ATPázovou aktivitu myozinu a dochází k rozštěpení ATP na ADP a Pi. Tím vzniká komplex A-M-ADP-Pi (De La Cruz et al, 1999). Dále dochází k tomu, že se z komplexu uvolní Pi a vazba mezi aktinem a myozinem se stává pevnější. Vzniká komplex A-M-ADP (Dantzig et al, 1992; Takagi et al, 2004). Myozinové hlavy se sklopí do úhlu 40° a tím se posunou jednotlivá filamenta vůči sobě. Poté se uvolní i molekula ADP a myozin se vrací do původní polohy (45°) (Llinás et al, 2012). Na myozinové hlavě vznikne opět volné místo, na které se může navázat další ATP. Tím vzniká další vazba mezi aktinem a myozinem, která je však slabší, volnější. Navázání ATP na myozin způsobuje opětovné napřímení myozinových hlav (z 45° na 90°), právě díky té volnější vazbě a celý cyklus se stále opakuje při dostatku iontů vápníku i ATP. (Ganong, 2001; Llinás et al, 2012) Stanovení aktivity ATPázy ukazuje, že myozin má v rychlých svalech ATPázovou aktivitu vyšší než v pomalých svalech (Barany, 1967). Myozinové těžké řetězce se zdají být hlavním ukazatelem myozinové ATPázové činnosti. Katalytické místo se nachází na MHC hlavové části. Subfragment S1 bez regulačních a alkalických lehkých řetězců udržuje vysokou aktivitu aktivované ATPázové činnosti. Isoformy tvořené z MLC a MHC ukazují, že činnost ATPázy je odvozena od MHC (Wagner, 1981). Alkalické MLC izoformy hrají významnou regulační roli při určování aktinem aktivované ATPázové aktivity. ATPázová činnost S1-MLC-3f je dvakrát vyšší než S1-MLC1f. Ale MLC-1f má větší afinitu k aktinu než S1-MLC-3f (Vivarelli et al, 1988).
24
Svalová vlákna s rychlými MHC izoformami spotřebovávají ATP rychleji než pomalé izoformy. Štěpení ATP se liší nejen mezi rychlými a pomalými vlákny, ale i mezi jednotlivými typy rychlých vláken. 2B vlákna mají nejvyšší aktivitu, zatímco 2X ji mají nejnižší. Nejvyšší aktivita je tedy v 2B vláknech a nejnižší v pomalých vláknech (Schiaffino & Reffiani, 1996). Bylo zjištěno, že přítomnost rychlých MLC v pomalých vláknech či pomalých MLC v rychlých vláknech nevytváří rozdíly v rychlosti zkrácení svalu. Rozdíl mezi pomalými a rychlými vlákny tedy spočívá v rozmanitosti mezi MHC izoformami (Reiser et al, 1985). Regulační MLC-2 hraje důležitou roli při určování rychlosti zkracování a při jeho odstranění se snižuje rychlost stahování vláken (Moss et al, 1983; Hofmann et al, 1990). Nízká
koncentrace
intracelulárních
iontů
vápníku
a
zpětné
hromadění
je
zprostředkováno působením vápníkové pumpy Ca2+-ATPázy, která izoluje ionty vápníku v sarkoplazmatickém retikulu. Zde je vápník skladován, dokud není uvolněn příchodem dalšího AP (Ebashi & Lipman, 1962).
4.3 Kontrakce hladké svaloviny Hladká svalovina je v trvalé kontrakci, která se nazývá tonus. Kontrakce může být velmi silná, ale i slabá. V případě jednotkového hladkého svalu jsou buňky propojeny pomocí gap junction a podráždění se tedy šíří z jedné buňky na druhou. Vznik tohoto podráždění je autonomní a vzniká v pacemakerech, což znamená, že není závislé na inervaci nervstvem. Naproti tomu jsou vícejednotkové hladké svaly regulovány autonomním nervstvem. Tato regulace je popsána v kapitole 3.2.1. Na zvyšování tonu se podílejí i transmitery s hormony a depolarizace sarkolemy. Jejich vliv zvyšuje koncentraci Ca2+ v cytosolu. Extracelulární vápník prochází vápníkovým kanálem L-typu, zatímco intracelulární, kterého je méně, pochází ze zásobáren sarkoplazmatického retikula, které je málo vyvinuté oproti příčně pruhované svalovině. Ca2+ se váže na kalmodulin a tento komplex fosforyluje myozin II. Tato fosforylace aktivuje ATPázovou aktivitu myozinu a tím dochází k jeho aktivaci a interakci s aktinem za vzniku aktinomyozinového komplexu. Navázáním Ca2+ na kaldesmon dojde k jeho uvolnění od aktin-tropomyozinového komplexu a může dojít ke kontrakci (Ganong, 2001).
25
Obr. 5: Regulace kontrakce hladké svaloviny kaldesmonem (CD) (převzato z Muscles-smooth [online]) Při nízkých koncentracích Ca2+ (10-6 M)se kaldesmon váže na tropomyozin (TM) a aktin, což snižuje vazbu myosinu na aktin a také udržuje svaly v uvolněném stavu (relaxation). Při vyšších koncentracích Ca 2+, Ca2+kalmodulin (Ca2+-CaM) komplex se váže na kaldesmon, který se uvolnil od aktinu; poté může myosin reagovat s aktinem a sval se může stáhnout, kontrahovat (contraction). Fosforylace několika kinázami, včetně MAP kinázy (mitogenem aktivované proteinkinázy) a defosforylace fosfatázami (phosphatase) také reguluje kaldesmonovou aktino-vazebnou aktivitu. Cannot bind to actin-nelze se navázat na aktin.
4.4 Kontrakce srdečního svalu Srdce je schopno pravidelně generovat vzruchy, které se jím šíří přes celý myokard díky gap junction a způsobují kontrakci. Za normálních podmínek vzniká podnět pro podráždění v sinoatriálním uzlu (SA uzel). Je tedy pacemakerem. Z něj se dále šíří na síně a dále do atrioventrikulárního uzlu (AV uzel). Poté putuje do obou komor. V SA uzlu je tzv. pacemakerový potenciál. Jeho maximální hodnota po repolarizaci je -70mV. Po dosažení této hodnoty nastává pomalá depolarizace a to do té doby, než dosáhne hodnoty -40mV, což odpovídá prahovému napětí a to vyvolá akční potenciál. Otevřou se Ca2+ kanály a vápníkové ionty pronikají do buněk, což depolarizaci urychluje. To způsobuje vytékání K+ a opětovnou repolarizaci.(Ganong, 2001) AP způsobuje otevření napěťově řízených kanálů pro Ca2+. Jejich otevřením se z extracelulárního (EXC) prostředí vlévá vápník do buňky. Tento vápník má vliv na uvolnění vápníku, který do cytosolu vtéká ze sarkoplazmatického retikula a poté způsobuje kontrakci (Luttgau & Niedergerke, 1958; Niedergerke, 1963). Jak již bylo řečeno, extracelulární vápník vyvolává vtok Ca2+ ze SR do cytosolu. Tento mechanismus naznačuje, že malé množství EXC vápníku, které vstoupilo během depolarizace, není dostatečné pro zahájení kontrakce myokardu, a proto musí dojít k efluxu ze SR. Vápník se poté naváže na troponin a přes řadu 26
reakcí dojde ke vzniku aktino-myozinového komplexu a kontrakci myofibril. K relaxaci myokardu dochází teprve tehdy, když se snižuje koncentrace vápníku v oblasti myofilament. (Adams & Schwartz, 1980). Proto musí být Ca2+ neustále přečerpáváno, aby nebyl sval v neustálé kontrakci při jeho přebytku nebo v neustálé relaxaci při jeho nedostatku. Existuje tzv. výměnný nosič Na+/Ca2+, který zprostředkovává uvolnění vápníku z buněk myokardu do EXC prostředí. Jeho hnací silou pro vytlačení Ca2+ je vtok Na+ po jeho elektrochemickém gradientu. Dalším hnacím mechanismem je Ca2+-ATPáza. Ta se podílí na transportu vápníku jak do EXC prostředí, tak i zpět do SR (Reuter, 1974). I v srdci se nachází různé izoformy myozinu. Výše uvedené izoformy MHC-β/slow a MHC-α se také nacházejí v myokardu lidí. MHC-β převládá v komorách, zatímco MHC-α v síních (Lompre et al, (1984). Jsou zde také obě formy MLC, tedy základní (ELC) a regulační (RLC) lehké řetězce. V srdci jsou dva druhy ELC a RLC, které jsou charakteristické pro síňové a komorové tkáně. Jedná se o ALC1 pro síňové (atriové) a VLC1 pro komorové (ventrikulární) ELC. V případě RLC se jedná o ALC2 a VLC2 formy. V lidských srdcích jsou tedy α-MHC, ALC1 a ALC2 omezeny na síně, zatímco β-MHC, VLC1 a VLC2 se nacházejí v komorách (Schaum, 1998). Srdeční kontrakce je přímo závislá na typu převládajících myozinových izoforem (Schaum, 1998). Během kontrakčního cyklu se aktin kombinuje s myozinem a dochází k hydrolýze ATP. Strukturální i mechanické změny v kontrakčním cyklu jsou spojeny právě se sérií reakcí, které zahrnují i zmíněnou hydrolýzu (Eisenberg & Hill, 1985). Samotná kontrakce probíhá tak, že se ATP váže na myozin, ale neuvolňují se produkty hydrolýzy, tedy ADP a Pi. ALC1 a VLC1se vážou na aktinové vlákno 50 AMK zbytků N-konce. Pohybují se kolem hlavy myozinu a bezprostředně komunikují s aktinovým monomerem (Milligan, 1996). Prvních 11 N-terminálních zbytků ALC1 jsou odpovědné za navázání na aktinový C-terminální konec (Timson & Trayer, 1997). Dále kontrakce probíhá takřka stejně, jako u příčně pruhované svaloviny. Až se Ca2+ ionty dostanou k troponinu, dojde ke změně konformace troponin-tropomyozinového komplexu a na aktinu se uvolní vazebná místa pro myozin. Přitom se uvolní energie a ohnou se hlavy myozinu. To způsobí posun myofilament. Navázání dalšího ATP oslabí interakci mezi aktinem a myozinem a cyklus se opakuje. Srdeční kontraktilita je silně ovlivněna nejen ATPázovou činností, ale také např. změnami délky sarkomery a intracelulárními metabolity. Snížení intracelulárního pH a akumulace Pi snižují citlivost pro Ca2+. Citlivost k Ca2+ pak zvyšuje rostoucí délka sarkomery (Allen et al, 1985).
27
Obr. 6: Kontrakční cyklus (převzato z Crossbridge cycle [online]) 1) Odpočívající vlákno; kontrakční cyklus není připojen k aktinu. 2) kontrakční cyklus se váže k aktinu. 3) energie zdvihu způsobuje klouzání vláken. 4) nová molekula ATP se váže na hlavu myozinu, což umožní jeho odpojení od aktinu. 5) ATP je hydrolyzováno, což vrátí kontrakčnímu cyklu původní orientaci.
5 NEUROTRANSMITERY Neurotransmitery (NT) jsou chemické látky, které přenášejí signál z neuronu na cílové buňky, v našem případě na svalové vlákno. Nacházejí se v synaptických vezikulech, které se po příchodu akčního potenciálu vylijí do synaptické štěrbiny, kde se vážou na specifické receptory na postsynaptické membráně. Receptory se nachází i na membráně presynaptické. Jsou to tzv. autoreceptory, které však spíše sekreci tlumí. Princip vylití na nervosvalové ploténce je popsán ve výše uvedené kapitole 4.2. Transmitery obecně vzato, jsou rozmístěny paralelně s výskytem jejich specifických receptorů a enzymů, které je syntetizují. Neurotransmitery lze rozdělit do skupin podle jejich chemického složení. Dělí se tedy na aminy, aminokyseliny a peptidy. Dále sem patří i některé plyny, jako jsou NO a CO a také purinové neurotransmitery (Ganong, 2001).
28
Tab. 2: Neurotransmitery v nervovém systému savců (převzato z Ganong, 2001)
Neurotransmiter
Funkce
Acetylcholin Aminy Zvyšuje tep a krevní tlak
Dopamin
Zrychluje srdeční tep, roztahuje cévy
Noradrenalin
kosterních svalů Zúžení periférních cév, rozšíření zornic
Adrenalin
Zvyšuje kontrakci hladkého svalstva a
Serotonin
krevní srážlivost Zvyšuje kontrakce dělohy, snižuje
Histamin
krevní tlak
Excitační AMK Glutamát
Vliv na kognitivní funkce
Aspartát
Podílí se na glukoneogenezi Inhibice v mozkovém kmeni a páteřní
Inhibiční AMK Glycin
míše
Kys. γ-aminomáselná (GABA)
Inhibice v mozku NO-rozšíření cév, erekce penisu
Plyny NO, CO
CO- rozšíření cév
Substance P
Stahy hladké svaloviny střeva
Vazopresin
Zvyšuje krevní tlak
Oxytocin
Stimulace bradavek
CRH
Spouštěč porodu
TRH
Stimuluje štítnou žlázu
GRH
Stimuluje růst
Somatostatin
Tlumí uvolňování některých hormonů
GnRH
Odpovědný za uvolňován hormonů
Endoteliny
Zvyšují krevní tlak
Enkefaliny
Snižují střevní motilitu
Polypeptidy
β-endorfin,ostatní deriváty proopiomelanokortinu
Zmírňují bolest a nepříjemné pocity
Endomorfiny
Regulují tlumivé a vzrušivé chování 29
Dynorfiny
Stimuluje bolst Způsobuje uvolňování trávicích
Cholecystokinin Vazoaktivní intestinální polypeptid
enzymů vazodilatace, zvyšuje sekreci pankreat. a střevní šťávy, snižuje sekreci žalud. šťávy Stimuluje motoriku trávícího ústrojí
Neurotenzin
reguluje sekreci žaludeční kyseliny a
Peptid uvolňující gastrin
motoriku Stimuluje sekreci žaludečních kyslin
Gastrin
Odbourávání zásobního glykogenu na
Glukagon
glukózu
Motilin
Stimuluje aktivitu žaludku
Sekretin
Regulace kyselosti ve dvanáctníku
Neuropeptid Y
Snižuje termoregulaci Zvyšuje syntézu folikuly stimulujícího
Aktiviny
hormonu a jeho sekreci Snižuje syntézu folikuly stimulujícího
Inhibiny
hormonu a jeho sekreci
Angiotenzin II
Způsobuj stažení cév
FMRF amid
Regulace srdeční činnosti Inhibice akčního potenciál na
Galanin
neuronech Snižuje krevní tlak, citlivost hladkých
Atriový natriuterický peptid
svalů cév
Mozkový natriuretický peptid
Snižují centrální žilní tlak
Adenozin
Vazodilatační účinek
Puriny Uvolňuje energii potřebnou
ATP
v buněčných pochodech
Lipidy Hraje roli při bolesti, depresi, plodnosti
Anandamid
30
5.1 Systém acetylcholinu 5.1.1 Acetylcholin Acetylcholin je transmiter jak excitační, tak inhibiční. Acetylcholin a acetylcholinové receptory jsou přítomny na mnoha typech buněk včetně endoteliálních buněk a buněk imunitního systému (Wessler & Kirkpatrick, 2008). Jeho syntéza spočívá v reakci cholinu, který je syntetizován a vychytáván cholinergními neurony (neurony uvolňující ACH), s acetyl-CoA. Tato reakce je katalyzována cholin acetyltransferázou. ACH je stabilní sloučenina a v synaptické štěrbině může přetrvávat velmi dlouho. Jeho eliminace je velmi pomalý proces a pro jeho odstranění ze synapse slouží acetylcholinesterázá. Ta ho rozštěpí na acetát a cholin. Cholin je poté přečerpáván zpět do cytosolu pomocí vysoce afinitních cholinových transportérů, obr. 4 (Pohanka, 2012). Jako jediný neurotransmiter je používán v somatické nervové soustavě. Dále má důležitou roli v posilování smyslových vjemů, když se probouzíme a pro udržení pozornosti (Himmelheber et al, 2000; Jones, 2005). Existují agonisté a antagonisté ACH. Agonisté zvyšují aktivitu receptorů, zatímco antagonisté ji snižují, o tom více dále.
Obr. 7: Přehled cholinergní neurotransmise (převzato z Pohanka, 2012) ACH-acetylcholin, Ac-acetát, ACHE-acetylcholinesteráza, ACHR-acetylcholinové receptory, ChAT-cholinacetyltransferáza,ChT- cholinové transportéry, VAChT- vezikulární acetylcholinové transportéry, 1-axonální ukončení neuronu, 2-cílová buňka-např.svalová
5.1.2 Acetylcholinové receptory (ACHR) Jsou známé dva druhy ACHR. Jedná se o receptory muskarinové a nikotinové. Jejich jména jsou odvozena od sekundárních metabolitů, které působí jako jejich agonisté (Pohanka, 31
2012). Oba typy jsou současně cholinergní receptory a kationtové kanály, tedy ionotropní receptory. Muskarinové receptory Muskarinové receptory zprostředkovávají funkce jak v parasympatickém, tak autonomním nervovém systému. Dále také ovlivňují činnost myokardu, žláz s vnitřní i vnější sekrecí, stahy cév a další (Vyskočil, 2009). Jsou rozděleny do dvou skupin. První skupina je stimulační, která je spjata s činností fosfolipázy C. Druhým typem jsou inhibiční receptory, které potlačují činnost adenylátcyklázy (Felder, 1995). Je známo 5 typů muskarinových receptorů: M1, M2, M3, M4 a M5. Typy M1, M3, M5 jsou spojeny s akumulací intracelulárního vápníku a s aktivací fosfolipáz (Tobin et al, 2009). Jsou spojeny přes protein G s adenylátcyklázou. Typy M1, M3 a M5 preferují spojení s proteiny Gq a G11 (Berstein et al, 1992; Falkenburger et al, 2010). Poslední dva podtypy, M2 a M4, blokují adenylátcyklázu přes proteiny Gi a Gz (Parker et al, 1991; Alfonzo et al, 1998). M1 se nachází v mozku, M2 v srdci, M3 a M4 se nacházejí v hladké svalovině (Ganong, 2001). Účinkem postsynaptických receptorů M4 se otevřou usměrňovače draselných iontových kanálů (Eggerman & Feldmeyer, 2009). Receptory M2 otevírají pomocí proteinu Gi K+-kanály sinusového a AV uzlu. Nikotinové receptory Tyto receptory jsou přítomny jak v centrální, tak i periferní části nervového systému, dále také na nervosvalové ploténce. Nové poznatky také naznačují, že se nacházejí na nervech imunitního systému (Tracey, 2007). Nikotinové receptory se skládají z 5 podjednotek. Jsou to α1-α9, β2- β5, γ,δ a ε (Millar, 2009). Každá tato podjednotka obsahuje 4 transmembránové α-šroubovice, dále velké intracelulární domény, které se skládají z jedné α-šroubovice a extracelulární části s afinitou k acetylcholinu a také z jiných agonistů (Unwin, 2005). Jednotlivé podjednotky se mohou kombinovat v různé stechiometrii. Nejběžnější jsou (α7)5, (α4)2(β2)3, (α4)3(β2)2 a (α4)2(β2)2α5 (Zhou et al, 2003; Yang et al 2010). Mechanismus aktivity nikotinových receptorů je vždy stejný, bez ohledu na podtypy (Pohanka, 2012). Hlavní rozdíl je v toku iontů přes receptory. Přítomnost polárních oblastí a podjednotky α3 umožní tok Na+ a K+ iontů. Nepolární oblast s afinitou k α7 zvyšuje specifitu pro Ca2+ ionty (Corringer et al 1999).
32
5.1.3 Agonisté a antagonisté acetylcholinu Agonisté a antagonisté ACH jsou rozsáhlá skupina látek. Antagonisté ACH mají nižší praktický dopad než jeho agonisté (Pohanka, 2012). Jako nejběžnější agonisté ACH zde působí nikotin, fyzostigmin a antagonisty jsou conotoxiny a α Bungarotoxin. Dalšími antagonisty jsou kurare a atropin. Nikotin působí na nikotinové acetylcholinové receptory. Rozeznáváme ganglionové nikot. receptory a CNS nikotinové receptory. Vazbou nikotinu na nikotinové acetylcholinové receptory se zvyšuje hladina několika neurotransmiterů ACH. Afinita nikotinu k ACH je větší v mozku než v kosterním svalu. Při velkých dávkách nikotinu však může dojít ke kontrakci, v krajním případě i kolapsu (Katzung, 2009). Fyzostigmin působí na metabolismus acetylcholinu. Je to inhibitor acetylcholinesterázy, a tak brání hydrolýze acetylcholinu. Díky tomu nedochází k jeho rozkladu, a tudíž neustále difunduje do synaptické štěrbiny a váže se na receptory, které takto fyzostigmin nepřímo dráždí (Katzung, 2009). Conotoxiny jsou skupiny cysteinových proteinů, které blokují různé iontové kanály. Alfa conotoxiny se selektivně zaměřují na nikotinové acetylcholinové receptory (Azam & Mcintosh, 2009). Vážou se na vazebné místo ACH, čímž ho blokují (Millard et al, 2004). α-conotoxiny typu PnIA působí na receptory α7 se středně silnou inhibicí (Hogg et al, 1999). α bungarotoxin je další specifický antagonista α7 nikotinových acetylcholinových receptorů. Váže se na ně ireverzibilně a vzniklý komplex je imunogenní, což může mít za následek produkci autoimunitních protilátek (Pohanka, 2012). Jed kurare blokuje nikotinové receptory acetylcholinu. Hlavním toxinem kurare je d-tubokurarin, který se váže na receptor stejně jako ACH, ale s vyšší afinitou a tím brání navázání ACH, a tak znemožňují svalovou kontrakci. Jejich inhibici lze přerušit inhibitory cholinesterázy, které zvyšují koncentraci ACH a tím jed vytěsňují (Silbernagl & Despopoulos, 2003). Atropin
je nejznámější
antagonista muskarinových
receptorů.
Může chránit
muskarinové receptory při nadměrné stimulaci, když je acetylcholinesteráza inhibována (Bryant et al, 2007).
33
6 CHEMISMUS KRVE A TKÁŇOVÉHO MOKU V REGULACI SVALOVÉ ČINNOSTI Krev se skládá z krevních elementů a plazmy. Těmito elementy jsou bílé a červené krvinky a krevní destičky. Plazma je kapalná složka krve, která obsahuje především vodu a dále pak organické látky, jako např. aminokyseliny, hormony, vitamíny, enzymy, atd, a také organické soli. Hlavní funkcí krve je především transport kyslíku a oxidu uhličitého. Mezi transportované látky patří také hormony, vitamíny, produkty metabolismů a další látky. Také přenáší teplo, má pufrační a obrannou funkci proti cizorodým látkám. Tkáňový mok je mezibuněčná tekutina. Má podobné složení jako plazma, jen neobsahuje plazmové bílkoviny. Transportuje buňkám potřebné živiny z krve a odvádí odpadní látky zpět do krve nebo mízního systému a tvoří tak mízu. V této kapitole se budu snažit shrnout především vliv pH a laktátu na svalovou činnost, které mají význam v obou tekutinách.
6.1 Svalová únava a její ovlivnění Svalová únava je často definována jako dočasná ztráta síly, která je způsobena nedávnou a opakovanou svalovou činností, tedy kontrakcí (Bigland- Ritchie & Woods, 1984). Vývoj této dočasné ztráty síly je složitý proces. Do tohoto procesu patří chemický přenos přes nervosvalové spojení, šíření akčního potenciálu podél svalové membrány a T tubulů, eflux Ca2+ ze SR, vazba Ca2+ na troponin C a kontrakční cyklus (Stackhouse et al, 2001). Za nejdůležitější příčinu únavy kosterních svalů byla považována intracelulární acidóza, především v důsledku hromadění kyseliny mléčné. Nedávné studie však ukazují, že hlavní příčinou svalové únavy je hromadění anorganického fosfátu Pi, který zvyšuje své množství při únavě a to díky rozpadu kreatinfosfátu na kreatin a fosfát (Westerblad et al, 2002). Zdrojem energie pro svalovou kontrakci je, jak už jsem zmínila v kapitole 4.1., ATP. Jeho zdrojem je štěpení kreatinfosfátu, aerobní a anaerobní glykolýza a aerobní oxidace mastných kyselin. Součástí aerobní glykolýzy i β oxidace je také cyklus trikarboxylových kyselin (TCA), neboli krebsův či citrátový cyklus. Během glykolýzy se přeměňuje glukóza na pyruvát a vzniká malé množství ATP. Pokud je zde dostatek kyslíku, pyruvát se oxiduje v TCA cyklu a vzniká velké množství ATP. Jako vedlejší produkt glykolýzy zde však vzniká nadbytek protonů H+ a ty se podílí na rozvoji svalové únavy (Chase & Kushmertick, 1988; Cooke et al, 1988; Pate & Cooke, 1989; Allen et al, 1995). Je-li množství pyruvátu vzniklé při glykolýze vyšší než jeho úbytek během oxidace při TCA, tento přebytek pyruvátu je 34
přeměněn na kyselinu mléčnou, která se disociuje na laktát a H+ při fyziologickém pH. Laktát nemá příliš velký vliv na svalovou kontrakci (Posterino et al, 2001), nahromaděný H+ ale pH snižuje. Může také snížit svalovou sílu úbytkem Ca2+ ze SR, klesající citlivostí troponinu C k Ca2+ a ovlivňováním kontrakčního cyklu (Allen et al, 1995; McComas, 1996). Anaerobní metabolismus v kosterním svalu také zahrnuje hydrolýzu kreatinfosfátu (CrP) na kreatin a anorganický fosfát (Pi). Kreatin má malý účinek na kontrakci, zatímco nárůst množství Pi může kontrakci snižovat ( Fryer et al, 1995; Kabbara & Allen, 1999; Dahlstedt et al, 2000; Dahlstedt et al, 2001; Dahlstedt et al, 2001; Kabbara & Allen, 2001).
6.1.1 Vliv acidózy neboli poklesu pH pod fyziologickou mez Ke svalové únavě může dojít díky tomu, že je blokované uvolňování Ca2+ ze SR. Ca2+ kanály SR jsou odpovědné za snížení uvolňovaného množství Ca2+ při únavě (Westerblad & Allen, 1991). Pokles pH ve svalu totiž snižuje pravděpodobnost otevření těchto Ca2+ kanálů SR (Ma et al, 1988). Blokace uvolňování Ca2+ způsobuje snížení aktivace kontraktilního aparátu, a tedy vede ke snížení produkce sil. I když bylo prokázáno, že při únavě dochází k poklesu koncentrace Ca2+, není jisté, že to souvisí s acidózou. Tuto teorii však právě podporuje, že acidóza snižuje pravděpodobnost otevření jednotlivých kanálů Ca2+ (Lamb et al, 1992). Nárůst koncentrace H+ ([H+]) přímo inhibuje produkci síly v kontrakčním cyklu (Stackhouse et al, 2001). Taylor (1977) předpokládá, že snížením pH se obrátí rovnováha hydrolýzy ATP a tím dojde k inhibici vazby aktinu na myozin. ATP je totiž zapotřebí pro uvolnění energie, aby došlo k pohybu hlavy myozinu a jejímu navázání na aktin. Abych to shrnula, acidóza má malý přímý účinek na produkci izometrické síly ve svalu, rychlost zkrácení nebo rychlost štěpení glykogenu v savčích svalech za fyziologické teploty. Proto, pokud se acidóza podílí na únavě kosterních svalů, její účinek může být nepřímý. Produkce kyseliny mléčné a celkového množství ATP vyrobeného z glykogenu je nižší u aerobního štěpení. Každá glykozylová jednotka poskytuje 3 ATP, pokud vznikne kyselina mléčná a 39 ATP, když je zcela metabolizován v mitochondriích na CO2 a H2O. Pokud vzniká velké množství kyseliny mléčné, jsou zásoby glykogenu rychle vyčerpány a svalová výkonnost je výrazně menší. Takto popsaná acidifikace znamená, že energetická poptávka převyšuje kapacitu aerobního metabolismu a že anaerobní cesty se používají k výrobě většího množství ATP (Westerblad et al, 2002).
35
6.1.2 Vliv anorganického fosfátu Pi Anorganický fosfát Pi má vliv na svalovou únavu. Koncentrace Pi se zvyšuje při intenzivní svalové aktivitě a to především v důsledku rozložení CrP (Westerblad et al, 2002). Pi má pravděpodobně vliv na kontrakční cyklus (McLester, 1997; Stephenson et al, 1998; Westerbland et al, 1998). Zvýšená koncentrace Pi ([Pi]) může vést k většímu počtu kontrakčních cyklů při slabé vazbě aktomyozin-ADP- Pi komplexu a díky tomu vede ke snížení síly (McLester, 1997). Zvýšené množství Pi také ovlivňuje únavu tím, že působí na uvolňování Ca2+ ze SR. V tomto ohledu existuje několik mechanismů, díky kterým může nárůst Pi ovlivňovat Ca2+ ionty a výsledkem může být jak zvýšení, tak snížení tetaniku [Ca2 +]i. Mezi tyto mechanismy patří přímá akce Pi, inhibice příjmu Ca2+ a Ca2+- Pi sraženina. Přímá akce - Pi může působit přímo na SR Ca2+ kanály, zvyšuje tak pravděpodobnost jejich otevření a usnadňuje uvolňování Ca2+. Tato akce Pi vede ke zvýšení tetaniku [Ca2 +]i (Balog et al, 2000). Inhibice příjmu Ca2+ - Zvýšené množství Pi může inhibovat ATPázové řízení příjmu Ca2+ SR. Krátkodobá inhibice příjmu Ca2+ bude mít za následek zvýšení tetaniku [Ca2+]i. Ale při dlouhodobé inhibici se může Ca2+ hromadit v dalších organelách, jako jsou mitochondrie, případně může opustit buňku. Tímto způsobem může množství uvolňovaného Ca2+ klesat, což vede ke snížení tetaniku [Ca2 +]i (Duke & Steele, 2000). Ca2+- Pi sraženina - Pi může vstoupit do SR, což vede ke vzniku Ca2+- Pi sraženiny a tím i k úbytku potřebného množství Ca2+ k uvolnění. To znamená, že Pi oslabuje propouštění Ca2+ ze SR (Fryer et al, 1995). Experimentální přístupy však naznačují, že Ca2+- Pi sraženina v SR je hlavní příčinou snížení tetaniku [Ca2+]i během únavy (Westerblad, 2002). Slabinou této hypotézy, že zvýšené množství Pi způsobuje Ca2+- Pi sraženinu v SR je to, že Pi se zvyšuje poměrně brzy během únavy, ale k poklesu tetaniku [Ca2 +]i dochází poměrně pozdě (Westerblad et al, 2002).
36
Obr. 8: Schematický obrázek znázorňuje místa, kde vzrůst Pi může ovlivnit svalové funkce během únavy (Převzato z Westerblad et al., 2002). A - zvýšené Pi může působit přímo na myofibrily a snížit tak produkci síly kontrakčního cyklu a citlivost myofibrilárního Ca2+. B - působení Pi na Ca2+ ze sarkoplazmatického retikula (SR) : 1 - zvýšení Pi může také zvýšit tetanik [Ca2+]i na začátku únavy díky stimulaci SR Ca2+ kanálů; 2 - inhibice ATP-pohonu sarkoplazmatického retikula při vychytávání Ca2+ ; 3-snížení tetaniku [Ca2+]i během pozdější únavy vstupem Pi do SR, vysrážení Pi s Ca2+ a tím snížení množství dostupného Ca2 + k uvolnění.
6.2 Pufrační systémy Pufrační kapacita je schopnost organismu udržet optimální pH, což znamená většinou hodnotu okolo 7,4. Protonová pufrovací kapacita se značí jako β hodnota (je definována jako množství mmolu hydroxidu sodného nebo chlorovodíku potřebného na změnu pH jednoho gramu tkáně o jednotku, tedy např. z 6 na 7;
mmol/ pH). Pufr má schopnost vázat či
uvolňovat H+ v roztoku, čímž udržuje zmíněnou optimální hodnotu pH. Významnými pufry jsou proteiny, především plazmatické bílkoviny, protože disociují jak jejich karboxylové, tak i jejich amino skupiny. Dalšími významnými pufry jsou disociované imidazolové skupiny histidinových zbytků v hemoglobinu. Hemoglobin je tedy také důležitým pufrem. Dalším pufrovacím systémem v krvi je kyselina uhličitá. Ta disociuje na H+ a hydrogenuhličitan (Ganong, 2001). Posledním pufračním systémem je systém fosfátový (Abe, 2000). CO2-HCO3- pufrační systém je nejdůležitější pufrační systém v extracelulárních tekutinách (ECF). HCO3- dokáže absorbovat přebytečné protony, zatímco CO2 a H2CO3 je dokáží produkovat, je-li jejich nedostatek, a takto udržují rovnováhu (Sherwood et al, 2005). Proteinový pufrační systém je nejhojnější systém v intracelulárních tekutinách (ICF) a krevní plasmě (Grabonski & Tortora, 2003). Proteiny obsahují jak zásadité, tak kyselé
37
skupiny, mohou vázat nebo uvolňovat H+. Nejdůležitější pufrovací aminokyselinou (AMK) je již zmíněný histidin, protože jeho pK je téměř 7 (Sherwood et al, 2005). Hemoglobin je důležitý pufrační systém v erytrocytech. Krev a erytrocyty s hemoglobinem protékají kapilárami, zatímco CO2 přechází z tkáňových buněk do erytrocytů. Zde se váže na vodu a vzniká kyselina uhličitá, která disociuje na H + a HCO3-. Zároveň CO2 vstupuje do erytrocytů a oxyhemoglobin předává svůj kyslík do tkáňových buněk. Redukovaný hemoglobin (deoxyhemoglobin) je vynikající pufr H+, protože zachytí většinu těchto protonů (Grabonski & Tortora, 2003). Fosfátový pufrační systém funguje podobně jako ten uhličitanový. Jeho složky jsou H2PO4- a HPO42-. Fosfáty jsou důležitější v ICF než ECF. Protože je koncentrace fosfátů vyšší v ICF, je tento systém důležitým regulátorem pH v cytosolu (Grabonski & Tortora, 2003). Jak
bylo
řečeno
výše,
akumulace
vodíkových
protonů
způsobuje
snížení
intracelulárního pH (pHi ). To mimo jiné způsobuje inaktivaci glykolytických enzymů, jako je fosfofruktokináza a tím dochází ke snížení glykolytického toku. Proto se může u buněk vyvinout protonová pufrovací schopnost jako obranný mechanismus proti změnám pHi. Vysoká pufrovací kapacita svalů může stabilizovat mezisvalové pH a zvýšit tak schopnost pro anaerobní
výkon
nebo
pro
toleranci
anoxie
(nedostatek
kyslíku).
Intracelulární
hydrogenuhličitanový pufr svalů obratlovců je podporován imidazolovými skupinami, které se nacházejí v histidinových zbytcích bílkovin, ve volném L-histidinu a histidinu, který obsahuje dipeptidy jako karnosin, anserin a balenin. (Somero, 1986; „Hochachka & Somero(1984, in Abe, 2000)“). Je to proto, že pK hodnoty těchto imidazolových skupin jsou blízké pHi, a jeden ze dvou dusíků na imidazolovém kruhu může být protonován tímto hydrogenuhličitanem při fyziologickém pH a tím toto pH vyrovnávat. Proto jsou imidazolové skupiny využívány jako účinná protonová pufrační činidla (Abe, 2000). Proces udržení pHi blízko k pK hodnotám imidazolových skupin se nazývá „alphastat regulace“. Jejím úkolem je udržovat α-imidazol konstantní. Typická αImid je udržována na hodnotě asi 0,55 v intracelulární tekutině „Hochachka & Somero(1984, in Abe, 2000)“. Pufrační schopnosti organismů se výrazně liší mezi jednotlivými typy svalových vláken, ale i mezi živočišnými druhy v závislosti na jejich schopnostech pro anaerobní činnost „Hochachka & Somero(1984, in Abe, 2000)“. Teleostei ryby – Rybí myotomalový sval se skládá ze dvou různých typů svalových vláken a to z červených a bílých, jak je tomu i u jiných obratlovců. U ryb jsou však tyto dva typy svalových vláken odděleny prostorově. Rybí červené svaly jsou pomalu se smršťující oxidační tkáň při aerobní činnosti. Uplatňují se při trvalém a ustáleném 38
plavání. Zatímco bílé svaly obsahují hlavně rychlá svalová vlákna a uplatňují se při krátkodobém svižném pohybu. Bílé svaly mají vyšší β hodnoty a vyšší obsah na histidin bohatých sloučenin (HRC) než červené svaly u daného druhu (Abe, 2000). β hodnoty a obsah HRC jsou vysoké u endotermních druhů, jako jsou např. tuňáci. Ty mají velké množství červených svalů obklopených kapilární sítí „Hochachka & Somero(1984, in Abe, 2000)“. Tuňáci mají také vysokou aktivitu laktátdehydrogenázy (LDH), která katalyzuje přeměnu laktátu na pyruvát. LDH také ukazuje vysokou kapacitu pro anaerobní glykolýzu. Pufrační kapacita a schopnosti jsou vyšší u bílých svalů a mají také vyšší glykolytickou schopnost (Abe, 2000). Suchozemští savci a ptáci – U těchto zvířat jsou velké rozdíly jak v β hodnotách, tak i v obsahu HRC. Suchozemští savci a ptáci mají velké množství karnosinu nebo enserinu a dokonce i malé množství baleninu. Ptáci mají větší množství anserinu než karnosinu a HRC obsah vyšší v bílých prsních svalech než v červených svalech nohou. Stejné rozložení HRC bylo nalezeno ale i u jelena, který obsahuje vyšší množství baleninu. Obsah karnosinu je výrazně vyšší v bílých vláknech. V rozložení anserinu nejsou významné rozdíly. Množství anorganického fosfátu je také vyšší v bílých svalech než v červených (Rao et al, 1989). Hromadění HRC ve svalech zvyšuje hodnotu β a tím i svalovou anaerobní schopnost (Abe, 2000).
7 VYUŽITÍ V MEDICÍNĚ A VE SPORTU 7.1 Regenerace po svalové činnosti a únavě vzniklé při sportu Regenerace, neboli zotavení, je proces obnovy snížených funkčních schopností organismu. Rozlišujeme dva druhy regenerace, a to pasivní a aktivní (Choutka & Dovalil, 1991). Za pasivní regeneraci považujeme odpočinek bez fyzické aktivity. Zatímco aktivní regenerace využívá pohybové činnosti. Tento aktivní způsob zajišťuje rychlejší odstranění nežádoucích metabolitů z těla díky rychlejšímu průtoku krve. Při regeneraci by měla převládat aktivní forma odpočinku. Ta totiž rychleji odstraňuje kyselinu mléčnou a laktáty z těla. Regenerace fosfagenu trvá asi 3 minuty, svalového glykogenu 10-46 hodin. Při pasivním odpočinku je laktát odstraňován až 2 hod, při aktivním asi 1 hodinu (Havlíčková, 2003). CrP a ATP se regenerují 15-60 minut po zátěži organismu (Baker et al, 1994). Během regenerace se obnovují energetické zdroje a dochází především k odstranění metabolické acidózy a nastolení homeostázy v organismu, neboť acidóza způsobuje zpomalení regeneračních procesů (Byrd, 1992). Regenerace po anaerobním cvičení a zátěži trvá kratší dobu než zotavení z aerobní zátěže. Obnova svalového glykogenu při aerobní zátěži trvá 39
zhruba 2 dny, jaterního asi 3 dny (Havlíčková, 2003). U anaerobního zatížení dochází k rychlé resyntéze CrP, i svalový glykogen je obnovován rychle. Regenerace svalových buněk zahrnuje především 3 následující procesy. Je to zastavení uvolňování Ca2+ ze SR. Dále také čerpání Ca2+ zpět, díky čemuž také klesá množství Ca2+ v cytosolu. A během posledního procesu dochází díky poklesu Ca2+ k jeho oddělení od troponinu a nedochází tak ke kontrakci. (Westerblad & Lännergren, 1994). Čerpání Ca2+ zpět do SR se uskutečňuje díky ATP-pumpám (Allen et al, 1993). Během velkého zatížení dochází k regeneraci nerovnoměrně, zatímco při nižší intenzitě zátěže je regenerace plynulá. U nerovnoměrné regenerace se při první fázi obnoví funkce na 85% výchozí úrovně, zatímco v další fázi je regenerace pomalejší (Choutka & Dovalil, 1991). Další faktor, který způsobuje zpomalení regenerace unavených svalů je zvýšení množství H +, ADP a Pi (Tanabe et al, 1990). Obnovení funkcí po zátěži a únavě trvá přibližně 30 minut. K nejrychlejší obnově však dochází v prvních vteřinách po skončení zátěže (Westerblad et al, 1993). Většina sportovců využívá pro odbourání laktátů masáže. Ty také zvyšují stimulaci krevní cirkulace, transport energie do svalů a urychlují regeneraci. Dochází především ke změnám v prokrvení svalů (Mori et al, 2004) a tím i odstranění laktátů ze svalů (Martin et al, 1998). Proto jsou masáže výborné pro regeneraci organismu po namáhavé činnosti.
7.2 Srdeční onemocnění 7.2.1 Ischemická choroba srdeční (ICHS) Během fyzické námahy stoupá v myokardu spotřeba kyslíku. Na to reagují koronární cévy snížením odporu, a tedy zvýšením průtoku krve na pětinásobek klidové hodnoty. Toto se nazývá koronární rezerva. Při ischemii dochází ke snížení této koronární rezervy, což znamená, že je během zátěže k dispozici nedostatečné množství kyslíku a toto množství tedy není schopno pokrýt jeho potřebu (Silbernagl & Lang, 2001). Příčiny ICHS: Ateroskleróza - způsobuje zúžení velkých koronárních tepen, více v kapitole 7.2.2. Spazmus = stah, křeč – může způsobit vazospastickou=Prinzmetalovu angina pektoris – jedná se o typ nestabilní anginy pektoris, tedy o bolest na hrudi. Dochází k ní v místě ateronového plátu. Pokud dojde k ucpání koronárních cév, nemusí vést k infarktu. Může se vytvořit adaptace, tzv. kolaterální oběh, který v klidu pokryje spotřebu kyslíku. 40
Zvýšená spotřeba kyslíku v klidu - například při vysokém krevním tlaku nebo objemovém přetížení srdce (Silbernagl & Lang, 2001). Následky ICHS: Potřebu energie kryje myokard z mastných kyselin, glukózy a laktátu, potřebných na aerobní cestu vzniku ATP. Při ischemii, tedy přerušení dodávky krve, není myokard dostatečně zásoben kyslíkem a ATP vzniká jen anaerobně. Vzniká kyselina mléčná a z ní laktáty a H+, zároveň jen malé množství ATP. Toto vede ke vzniku poruchy myokardiální kontrakce, což je reverzibilní poškození. Angina pektoris (AP) - Je to bolest na hrudi, která vzniká právě díky nedostatku kyslíku. Je to forma ICHS a rozlišujeme 2 typy. Stabilní AP, při které bolest přestane po skončení zátěže a nestabilní AP. Při té jsou bolesti častější a silnější a předchází infarktu myokardu. Při trvalém působení ischemie dochází k ireverzibilnímu poškození, jako je infarkt myokardu, více v kapitole 7.2.3. Terapeutické prostředky Snížení spotřeby kyslíku myokardem 1. β -adrenergní blokátory - Jsou to kardiovaskulární léky, které snižují úmrtnost u lidí, kteří trpí srdečně cévním onemocněním. β1-blokátory blokují β1-receptory, zatímco
blokáda
β2-receptorů
má
specifické
nežádoucí
účinky.
Mezi neselektivní β-blokátory bez vnitříní sympatomimetické aktivity (ISA) patří např. metipranol a nadolol. Neselektivní β -blokátory s ISA působí jako agonisté, což způsobuje menší pokles tepové frekvence. Zástupci jsou pindolol a bopindolol. Selektivní β -blokátory bez ISA zahrnují např. atenolol a betaxolol. Selektivní β-blokátory s ISA mají vazodilatační vlastnosti a zátupci jsou acebutolol a celiprolol. Posledními β-blokátory jsou ty, které blokují jak α, tak β receptory. Zástupcem je labetalol. β-blokátory se podávají jako základní léčiva v sekundární prevenci po IM. U léčby ICHS a anginy pektoris by měly být dávky co nejvyšší (Vítovec & Špinar, 2005). 2. organické nitráty – Nitráty jsou určeny především pro léčbu myokardiální ischemie. Dochází k okamžitému ovlivnění anginózní bolesti a profylaxi myokardiální ischemie při chronické angině pektoris. Jejich základní strukturou jsou estery kys.dusičné. Oxid dusnatý zprostředkovává působení nitroglycerinu, neboť je hlavním vazodilatačním faktorem organismu.
41
Vzniká pomocí sulfhydrylových skupin glutationu, poté se nitráty přemění na nitrosothioly a z nich se pak uvolní NO. Hlavním efektem nitrátů je venodilatace, čímž dochází ke snížení žilního návratu a dochází i ke snížení metabolických nároků srdce. Při vyšším dávkování způsobují i arteriální vazodilataci a tím pokles systémového tlaku. Na tyto léky si však organismus brzo zvyká a dochází k toleranci a tím ke snížení účinnosti po určité době podávání. Pro obnovení jejich účinnosti je třeba je na několik hodin vynechat. Nepříznivými účinky jsou bolesti hlavy, pokles tlaku a např. zarudnutí kůže. Zástupci těchto léků jsou nitroglycerin, který se podává především k léčbě akutního záchvatu anginy pektoris. Izosorbit-2,5-dinitrát(ISDN) se dobře vstřebává a jeho účinnek je velmi rychlý. Izosorbit-5-mononitrát(ISMN) je metabolitem ISDN a má menší riziko vzniku tolerance (Bufka & Lorenzová, 2008). 3. blokátory Ca2+ kanálů – Je to různorodá skupina látek. Rozeznáváme 2 typy kanálů a to L a T. L- i T- kanály způsobují kontrakci hladkých svalů cév a to tím, že propouští Ca2+ do buňky, což vede ke kontrakci. Blokátory mají antihypertenzní (snižují vysoký krevní tlak) účinky díky blokádě L-kanálů. Následuje tak vazodilatace. Blokátory L-kanálů pro léčbu ICHS se rozdělují na 3 skupin. Jsou to fenylalkylaminy s verapamilem, další jsou benzothiepiny s diltiazem a dihydropyridiny s nifedipinem. Liší se vazoselektivitou, což znamená vlivem na depolarizaci hladké svaloviny srdce a cév. Jsou také rozděleny do 3 generací podle délky účinku. I. generace jsou neretardované preparáty, II. jsou látky s prodlouženým účinkem a III. jsou léčiva s pomalým nástupem účinku. Společnými vlastnostmi Ca-blokátorů jsou např., že mají poměrně malý výskyt nežádoucích účinků, snižují hypertrofii levé srdeční komory a v neposlední řadě nepůsobí negativně na lipidový ani glycidový metabolismus. Nežádoucími účinky jsou reflexní tachykardie, bolesti hlavy, návaly krve do hlavy a další. Zástupcem je nifedipin, což je kalciový antagonista. Dále verapamil, který patří mezi alkylaminové deriváty. Jeho afinita k srdeční tkáni je nejvyšší a vyvolává vazodilataci. Dalším významným lékem je diltiazem, který má mírný negativní inotropní a chronotropní účinek, ale i antiangiózní (Suchý & Hirmerová, 2003). Operativně-balonový katétr, cévní opora-stent, bypass
42
1. Balonový katetr - Je to katetr s nafukovacím balonem na špičce, který se používá na zvětšení a rozšíření zúžené cévy. 2. Stent - Jedná se o rozšíření cév, tzv. anitraluminálním štěpem, který umožňuje dilataci lézí (Palmaz et al, 1985). Je to poměrně používaná metoda a řada studií ukazuje, že se vyplatí a je účinná. Snižuje možnost znovu vytvoření stenózy. Výhodami jsou flexibilita, odolnost proti vnějšímu tlaku a např. schopnost pokrýt stěnu cévy (Štejfa et al, 2007). 3. Aortokoronární bypass - Je to operace, při které dochází k přemostění stenotického úseku žilním štěpem. Ten je napojený na aortu proximálně a na druhé straně je distálně připojen pod místo stenózy koronární tepny. Vznikne tak spojení mezi aortou a tepnou koronárního řečiště. Pro bypass se mohou použít i tepenné štěpy. Ty se získávají z levé prsní tepny a ty žilní nejčastěji z žíl nohou (Roupcová, 2008). Zvýšení kyslíkové nabídky – kombinací organických nitrátů a blokátorů Ca2+ kanálů, viz výše.
7.2.2 Ateroskleróza (askl.) Jedná se o onemocnění tepen, při kterém dochází ke ztluštění intimy (vnitřní strany tepny). Je to chronický zánět tepenné stěny. Během askl. vznikají tzv. pruhy usazených tuků, což jsou nahromaděné buňky obsahující tuk, které se ukládají pod endotelem. Většina buněk v pruhu jsou makrofágy, spolu s některými T buňkami. Z nich vznikají fibrózní plaky neboli ateromy (Stary et al, 1994). Ateromy vznikají také akumulací pojiva, lipidů, nečistot, dále obsahují i zánětlivé a imunitní buňky. Ve středu ateromů jsou pěnové buňky a extracelulární lipidové kapénky, které tvoří jejich jádro. To je obklopeno čepičkou hladkých svalových buněk a kolagenem. (Stary et al, 1995). Nejčastějším místem výskytu askl. a plaků jsou koronární cévy a místa s velkými mechanickými nároky. Rizikovými faktory jsou kouření, vysoký krevní tlak, cukrovka, také závisí na věku, mužském pohlaví a genetické zátěži (Silbernagl & Lang, 2001). Správně fungující imunitní systém pracuje jako ochranný faktor proti ateroskleróze. Mezi tyto faktory patří dva protizánětlivé cytokiny, interleukin-10 a transformující růstový faktor beta (TGF-β). Farmakologická inhibice interleukinu-10 zhoršuje aterosklerózu a koronární trombózu, což zhoršuje zdravotní stav pacienta (Mallat et al, 2002; Pinderski et al, 2002; Caligiuri et al, 2003). Jako účinné inhibitory aterosklerózy působí i B-buňky sleziny (Caligiuri et al, 2002). Je to proto, že některé přirozené protilátky produkované těmito buňkami rozpoznají 43
fosforylcholin,
což
je
molekula v oxidovaných
low-density lipoproteinech
(LDL)
a apoptotických buněčných membránách. Tyto protilátky mohou také přispět k odstranění oxidovaných LDL a mrtvých buněk a působí i jako obrana proti pneumokokovým infekcím (Binder et al, 2003). Rovnováha mezi zánětlivými a protizánětlivými pochody řídí šíření aterosklerózy. Metabolické faktory mohou ovlivnit tento proces několika způsoby. Je zřejmé, že přispívají k ukládání lipidů do tepen a vzniku nových imunitních buněk. Tuková tkáň pacientů s metabolickým syndromem a obezitou vytváří zánětlivé cytokiny, především interleukin-6 (Arner, 2003; Yudkin et al, 2004). Adipocytokiny-cytokiny z tukové tkáně, včetně leptinu, adiponectinu a tesistinu mohou také ovlivnit zánětlivé reakce v celém organismu a tedy i aterosklerózu (Arner, 2003). Následkem ukládání plaků je právě vznik ischemie. Dále také ztuhnutí cévních stěn, tvorba trombů. Vznik trombů může vést k embolii nebo krvácení do cévní stěny. Poškozená stěna může prasknout a způsobit tak krvácení (Silbernagl & Lang, 2001).
Obr. 9: Důsledky aktivace imunitních buněk v koronárním plaku(převzato z Hansson, 2005) Mikroby (microbes), autoantigeny (autoantigens) a různé zánětlivé molekuly (inflammatory molecules) mohou aktivovat T lymfocyty (T cell), makrofágy (macrophage) a mastocyty (mast cell), což vede k vylučování zánětlivých cytokinů, které snižují stabilitu plaku. Aktivace makrofágů a žírných buněk také způsobuje uvolnění metaloproteináz a cysteinových proteáz, které přímo napadají kolagen a další komponenty tkání. Tyto buňky mohou také produkovat protrombotické (prothrombotic) a prokoagulační faktory, které přímo vyvolávají vznik trombu v místě prasknutí plaku.
7.2.3 Infarkt myokardu (IM) Je to nekróza srdeční svaloviny, která vzniká při dlouhodobém působení ischemie myokardu. Může vzniknout i v klidu, pokud má jedinec nestabilní anginu pektoris. 44
Nejčastějším důvodem vzniku IM je tvorba trombu v aterosklerotické koronární cévě (Silbernagl & Lang, 2001). Infarkt myokardu nastane, když ateromata brání průtoku krve přes věnčité tepny. Angiografické studie zjistily léze, které způsobují nežádoucí stenózu (zúžení průsvitu cévy) (Hackett et al, 1988). Je zřejmé, že aktivace plaku urychluje jak ischemii, tak infarkt. Také koronární spazmy se mohou podílet na vzniku IM, ale většina infarktů je způsobena vznikem trombu (Davies, 1996). Zde jsou 2 hlavní příčiny IM: prasknutí plaku je nebezpečné, protože uvolňuje fosfolipidy, tkáňové destičky a další molekuly způsobující ucpání. Druhým typem je endoteliální eroze (Falk et al, 1995). Praskliny se přednostně vyskytují tam, kde jsou fibrózní čepičky tenké a částečně zničené. Na těchto místech jsou hojné aktivní imunitní buňky (Van der Wal et al, 1994). Ty produkují mnoho zánětlivých molekul a proteolytických enzymů, které mohou oslabit čepičku a přeměnit stabilní plak na zranitelný. Ten má nestabilní strukturu, která může prasknout a vyvolat trombus vedoucí k IM anebo k akutnímu koronárnímu syndromu.
Obr. 10: Koronární tepna pacienta, který zemřel na infarkt myokardu (převzato z Hansson, 2005). Tepna obsahuje okluzivní trombus v aterosklerotickém plátu, bohatém na lipidy. Vláknitá čepice pokrývající bohaté lipidové jádro se protrhne (oblast mezi šipkami) a dochází k vylití trombogenního jádra do krve. Luminární trombus a vnitroplakové krvácení je vykresleno červenou barvou a kolagen modrou. Lipid-rich corena lipidy bohaté jádro; Ruptured cap- protrhlá čepice.
7.3 Tzv. Fetal reprogramming, neboli „plodové naprogramování“ Plodové nebo vývojově naprogramované původy onemocnění dospělých naznačují hypotézu, že faktory životního prostředí a životní styl matky, zejména výživa, ovlivňuje v raném stádiu života možnost vzniku metabolických chorob. Jsou to např. choroby jako kardiovaskulární příhody, inzulinové rezistence a nadměrná tělesná hmotnost v pozdějších fázích života. Výživa matky může skutečně „naprogramovat“ embryo na vzory genové 45
exprese, které mohou přetrvávat do dospělosti a mohou přispět ke vzniku metabolických syndromů, jako je hypertenze, diabetes typu 2, hyperlipémie a obezita (Bouchard, 2010). Lidé, kteří se vyvíjí s ICHS, rostou odlišně oproti ostatním lidem a to jak v děloze, tak i během dětství. Pomalý růst během fetálního života a kojeneckého věku má za následek zvýšenou tělesnou hmotnost v dětství. Podobně tomu tak je u diabetu 2. typu a hypertenze. Mechanismy pro vnik těchto onemocnění jsou rozvoj inzulínové rezistence v děloze, snížený počet nefronů spojený s malou velikostí těla při narození a změna mikro-stavby a funkce jater. Nebezpečí vzniku kardiovaskulárních onemocnění klesá s rostoucí porodní hmotností, s rostoucím indexem „ponderal“ (porodní hmotnost/délka3) a mírou štíhlosti při narození. Také klesá s rostoucí výškou, hmotností a body mass indexem (BMI) v 1. roce života. Nízká hmotnost během kojeneckého věku předpovídá ICHS bez ohledu na velikost těla při porodu (Barker, 2002). Další nemoci, které jsou ovlivněny velikostí těla při narození, jsou hypertenze a diabetes mellitus 2. typu. Obě tyto poruchy jsou úzce spojené se srdečními nemocemi, jako je ICHS, neboť jsou spojeny se stejným modelem růstu (Curhan et al, 1996; Lithell et al, 1996; Eriksson et al, 2000; Forsen et al, 2000; Huxley et al, 2000). Opět i zde rizika výskytu těchto nemocí klesají se zvyšující se porodní hmotností a rostoucím dětským BMI. Lithell et al.(1996) a Huxley et al. (2000) také naznačují, že porodní hmotnost je spojena s rozdíly v krevním tlaku a sekrecí inzulínu. Souvislosti mezi změnami růstu a koronárními srdečními chorobami vedly k návrhu, že by tyto nemoci mohly pocházet ze dvou jevů spojených s vývojem. Jsou to „vývojová nebo fenotypová plasticita“ a „ kompenzační růst“ (Barker, 2002). Fenotypová plasticita je jev, při kterém jeden genotyp vede k celé řadě různých fyziologických nebo morfologických stavů, v reakci na různé stavy životního prostředí v průběhu vývoje (West-Eberhard, 1989). Změny ve stravování těhotných zvířat, které ani nemusí měnit velikost potomků, mohou vyvolat trvalé změny v jejich fyziologii a metabolismu, včetně krevního tlaku, metabolismu glukózy a lipidů a produkce inzulinu (Desai & Hales, 1997; Kwong et al, 2000). Co se týče kompenzačního růstu, když dojde během vývoje k podvýživě a k následnému zlepšení výživy, mnoho zvířat uplatňuje právě kompenzační růst hmotnosti, ale i délky. Tak se obnoví velikost těla, ale toto tělo má poté dlouhodobé vyšší náklady na výživu, což může vést ke snížení životnosti organismu (Metcalfe & Monaghan, 2001). Pokud dochází k rychlému přibývání na váze v dětství, jsou děti náchylné více na ukládání tuků než na tvorbu svalů, což vede k vysokému obsahu tuku a obezitě v pozdějším životě. 46
8 ZÁVĚR Tato bakalářská práce se zabývá chemismem regulace svalové činnosti, tedy regulačními mechanismy, které ovlivňují kontrakci. Dá se říci, že svalová tkáň je jednou z nejdůležitějších tkání v těle vůbec. Nejenže příčně pruhovaná svalovina zprostředkovává pohyb, ale hladké svaly a myokard jsou nezbytné k fungování těla a pro život vůbec. Svalová tkáň je řízena především nervovým systémem. Každý sval je inervován nervy, vzniká nervosvalová ploténka, díky které dochází ke kontrakci, a tak nervy regulují svalovou činnost. Samotný chemismus kontrakce závisí nejen na průchodu iontů přes membránu, vzniku akčního potenciálu, uvolnění acetylcholinu atd, ale i na samotném spojení aktinu a myozinu. Zde závisí na typu myozinových podjednotek. Svaly se však mohou unavit. Svalová únava nezávisí jen na pH, množství laktátu a H+, ale i na množství anorganického fosfátu. Organismy mají proti změnám pH pufrační systémy, které udržují pH neutrální. Proti svalové únavě je nejúčinnější aktivní odpočinek, nejlépe masáže, při kterých si člověk nejen odpočine, ale i zregeneruje. Nejen při nesprávné životosprávě, životu ve stresu a spěchu se mohou u lidí objevit kardiovaskulární choroby. Existuje řada onemocnění srdce, které jsou rizikovými faktory úmrtí téměř po celém světě. Nejrizikovějšími jsou ischemická choroba srdeční, ateroskleróza a infarkt myokardu.
47
9 SEZNAM POUŽITÝCH ZKRATEK A
Aktin
ACTH
Adrenokortikotropní hormon
ADH
Antidiuretický hormon
ADP
Adenosindifosfát
ACh
Acetylcholin
ACHR
Acetylcholinové receptory
ALC
Síňové lehké řetězce
AMK
Aminokyselina
AP
Akční potenciál
AP
Angina pektoris
Askl.
Ateroskleróza
ATP
Adenosintrifosfát
AV uzel
Atrioventrikulární uzel
BMI
Body mass index
Ca
Vápník
CNS
Centrální nervová soustava
CrP
Kreatinfosfát
DHAP
Dihydroxyacetonfosfát
ECF
Extracelulární tekutiny
ELC
Alkalické lehké řetězce
EXC
Extracelulární
FADH2
Flavin adenin dinukleotid
FSH
Folikuly stimulující hormon
H
Vodík
HRC
Histidin související sloučeniny
ICF
Intracelulární tekutiny 48
ICHS
Ischemická choroba srdeční
IM
Infarkt myokardu
K
Draslík
KMP
Klidový membránový potenciál
LDH
Laktátdehydrogenázy
LDL
Low-density lipoprotein
LH
Luteinizační hormon
LTH
Luteotropní hormon
M
Myozin
MHC
Těžké řetězce myozinu
MLC
Lehké řetězce myozinu
MLCf
Rychlé lehké řetězce myozinu
MLCs
Pomalé lehké řetězce myozinu
Na
Sodík
NAD+
Nikotinamid adenin dinukleotid (oxidovaná forma)
NADH
Nikotinamid adenin dinukleotid (redukovaná forma)
NT
Neurotransmitery
Pi
Anorganický fosfát
RLC
Regulační lehké řetězce
SA uzel
Sinoatriální uzel
SR
Sarkoplazmatické retikulum
STH
Somatotropní hormon
TCA
Cyklus trikarboxylových kyselin
TSH
Tyreotropní hormon
VLC
Komorové lehké řetězce
49
10 SEZNAM POUŽITÉ LITERATURY o
ABE, H. (2000). Role of histidine-related compounds as intracellular proton buffering constituents in vertebrate muscle. Biochemistry (Mosc).65(7):757-65.
o
AGON, P., GOETHALS, P., VAN HAVER, D. & KAUFMAN, J.M. ( 1991). "Permeability of the blood-brain barrier for atenolol studied by positron emission tomography". J. Pharm. Pharmacol. 43 (8): 597–600.
o
ADAMS, R.J. & SCHWARTZ, A. (1980) Comparative mechanisms for contraction of cardiac and skeletal muscle. Chest, 78;123-139.
o
ALFONZO, M.J., DE BECEMBERG, I.L., DE VILLAROEL, S.S., DE HERREREA, V.N., MISLE, A.J. & DE ALFONZO R.G. (1998). Two opposite signal transducting mechanisms regulate a G-protein-coupled guanylyl cyclase.
Arch. Biochem.
Biophys.;350:19–25. o
ALLEN, D.G., MORRIS, P.G., ORCHARD, C.H. & PIROLO, J.S. (1985). A nuclear magnetic resonance study of metabolism in the ferret heart during hypoxia and inhibition of glycolysis. J Physiol (Lond) 361:185–204.
o
ALLEN, D., DUTY, S.& WESTERBLAD, H. (1993). The activation of central myofibrils during muscle fatigue caused by repeated short tetani. J Muscle Res Cell Motil. no. 14, p. 543-545.
o
ALLEN, D.G., WESTERBLAD, H.& LÄNNERGREN, J. (1995). The role of intracellular acidosis in muscle fatigue. Adv Exp Med Biol.384:57–68.
o
ARNER, P. (2003). The adipocyte in insulin resistance: key molecules and the impact of the thiazolidinediones. Trends Endocrinol Metab;14:137-45.
o
AZAM L. & MCINTOSH J.M. (2009) Alpha-conotoxins as pharmacological probes of nicotinic acetylholine receptors. Acta Pharmacol. Sin. 30:771–783.
o
BAKER, A., CARSON, P., MILLER, R. & WERNER, M. (1994). Metabolic and nonmetabolic components of fatigue monitored with 31P-NMR. Muscle Nerve. no. 17, p. 1002-1009.
o
BALÍNOVÁ, P. Biochemie svalové buňky [DDP]. 22 s. [cit. 23.2.2012]. Dostupné na : http://faculty.etcu.edu/currie/muscstruc.htm.
o
BALOG, E.M., FRUEN, B.R., KANE, P.K., & LOUIS CF. (2000).Mechanisms of Pi regulation of the skeletal muscle SR Ca2+ release channel. Am J Physiol Cell Physiol 278: C601-C611.
o
BARANY, M. (1967). ATPase activity of myosin correlated with speed of muscle shortening. J. Gen. Physiol. 50: 197-218. 50
o
BARKER, D.J. (2002). Fetal programming of coronary heart disease. Trends Endocrinol Metab. 13(9):364-8.
o
BERSTEIN G., BLANK J.L., SMRCKA A., HIGASHIJIMA T., STERNWEIS P.C., EXTON
J.H.
&
ROSS
E.M.
(1992)
Reconstitution
of
agonist-stimulated
phoshpatidylinostiol 4,5-bisphosphate hydrolysis using purified m1 muscarinic receptor, Gq/11 and phospholipase C-β1. J. Biol. Chem.;267:8081–8088. o
BINDER, C.J., HÖRKKÖ, S., DEWAN, A. &
ET AL. (2003). Pneumococcal
vaccination decreases atherosclerotic lesion formation: molecular mimicry between Streptococcus pneumoniae and oxidized LDL. Nat Med;9:736-43. o
BOTTINELLI, R., SCHIAFFINO, S. & REGGIANI, C. (1991). Force-velocity relations and myosin heavy chain isoform compositions of skinned fibres from rat skeletal muscle. Journal of Physiology. 437, pp. 655-672.
o
BOUCHARD, C. (2010). Genes and obesity. Academic Press. 416p. ISBN 978-0-12375003-7.
o
BRYANT S.M., RHEE J.W., THOMPSON T.M. & AKS S.E. (2007). Pretreating rats with parenteral ophthalmic antimuscarinic agents decreases mortality from lethal organophosphate poisoning. Acad. Emerg. Med.;14:370–372.
o
BUFKA, V.& LORENZOVÁ,A. Postgraduální medicína: Současné postavení a indikace
nitrátů
[online].
2008
[cit.
17.
4.
2012].
Dostupné
na
:
http://www.zdn.cz/clanek/postgradualni-medicina/soucasne-postaveni-a-indikacenitratu-410982. o
BYRD, S. (1992). Alterations in the sarcoplasmic reticulum: a possible link to exerciseinduced muscle damage. Med Sci Sports Exercise. no. 24, p. 531-536.
o
CALIGIURI, G., NICOLETTI, A., POIRIER, B. &
HANSSON, G.K. (2002).
Protective immunity against atherosclerosis carried by B cells of hypercholesterolemic mice. J Clin Invest;109: 745 53. o
CALIGIURI, G., RUDLING, M., OLLIVIER, V. & ET AL. (2003). Interleukin-10 deficiency increases atherosclerosis, thrombosis, and low-density lipoproteins in apolipoprotein E knockout mice. Mol Med;9:10-7.
o
COOKE, R., FRANKS, K., LUCIANI, G.B. & PATE, E. (1988). The inhibition of rabbit skeletal muscle contraction by hydrogen ions and phosphate. J Physiol. 395:77– 97.
o
CORRINGER, P.J., BERTRAND, S., GALZI, J.L., DEVILLERS-THIERY, A., CHANGEUX, J.P. & BERTRAND, D. (1999). Mutational analysis of the charge selectivity filter of the α7 nicotinic acetylcholine receptor. Neuron.;22:831–843. 51
o
Crossbridge
cycle
[online].
[cit.
26.4.2012].
Dostupné
na
:
http://physioweb.uvm.edu/muscle_physio/muscle_contraction/mscl_cntrct_crossbridge. htm. o
CURHAN, G.C. ET AL. (1996) Birthweight and adult hypertension and obesity in women. Circulation 94, 1310–1315.
o
DAHLSTEDT, A.J., KATZ, A., WIERINGA, B., & WESTERBLAD H. (2000). Is creatine kinase responsible for fatigue? Studies of skeletal muscle deficient of creatine kinase. FASEB J 14: 982-990.
o
DAHLSTEDT, A.J., KATZ, A. & WESTERBLAD, H. (2001).Role of myoplasmic phosphate in contractile function of skeletal muscle: studies on creatine kinase-deficient mice. J Physiol (Lond) 533: 379-388.
o
DAHLSTEDT, A.J. & WESTERBLAD H. (2001). Inhibition of creatine kinase reduces the rate of fatigue-induced decrease in tetanic [Ca2+]i in mouse skeletal muscle. J Physiol (Lond) 533: 639-649.
o
DANTZIG, J.A., GOLDMAN, Y.E., MILLAR, N.C., LACKTIS, J. & HOMSHER, E. (1992) Reversal of the cross-bridge force-generating transition by photogeneration of phosphate in rabbit psoas muscle fibres. J Physiol 451, 247–278.
o
DAVIES, M.J. (1996). 6Stability and instability: two faces of coronary atherosclerosis: the Paul Dudley White Lecture 1995. Circulation; 94:2013-20.
o
DE LA CRUZ, E.M., WELLS, A.L., ROSENFELD, S.S., OSTAP, E.M. & SWEENEY, H.L. (1999) The kinetic mechanism of myosin V. Proc Natl Acad Sci USA 96, 13726– 13731.
o
DESAI, M. & HALES, C.N. (1997) Role of fetal and infant growth in programming metabolism in later life. Biol. Rev. Camb. Philos. Soc. 72, 329–348.
o
Developmental biology: Muscle Tissue [online]. Last revision 4th of January 2012 [cit. 18.
3.
2012].
Dostupné
na:
http://www.uoguelph.ca/zoology/devobio/210labs/muscle1.html. o
DOKLÁDAL, M. & PÁČ, L. (2000). Anatomie člověka 3:Systém nervový. Brno : Masarykova univerzita. Lékařská fakulta. 60s. ISBN 80-210-1169-6.
o
DUKE, A.M. & STEELE, DS. (2000). Characteristics of phosphate-induced Ca 2+ efflux from the SR in mechanically skinned rat skeletal muscle fibers. Am J Physiol Cell Physiol 278: C126-C135.
o
DYLEVSKÝ, I. (2009). Funkční anatomie. 1. Vydání. Praha : Grada Publishing, a.s.. 544 s. ISBN 978-80-247-3240-4.
52
o
EBASHI, S. & LIPMAN, F.. (1962) Adenosinetriphosphate-linked concentration of calcium ions in a particulate fraction of rabbit muscle. J. Cell Biol. 14(3) : 14-389.
o
EBASHI, S. & KODAMA, A.. (1965). A new protein factor promoting aggregation of tropomyosin. J. Biochem. 58-107.
o
EGGERMANN, E. & FELDMEYER, D. (2009). "Cholinergic filtering in the recurrent excitatory microcircuit of cortical layer 4". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 106 (28): 11753–8.
o
EISENBERG, E. & HILL, T.L. (1985). Muscle contraction and free energy transduction in biological systems. Science 227:999–1006.
o
ERIKSSON, J.G. ET AL. (2000) Fetal and childhood growth and hypertension in adult life. Hypertension 36, 790–794.
o
FALK, E., SHAH, P.K.& FUSTER, V. (1995). Coronary plaque disruption. Circulation;92:657- 71.
o
FALKENBURGER B.H., JENSEN J.B. & HILLE B. (2010). Kinetics of M1 muscarinic receptor and G protein signaling to phospholipase C in living cells. J. Gen. Physiol.135:81–97.
o
FELDER C.C. (1995) Muscarinic acetylcholine receptors: Signal transduction through multiple effectors. FASEB J. 9:619–625.
o
FORSEN, T. ET AL. (2000) The fetal and childhood growth of persons who develop type 2 diabetes. Ann. Intern. Med. 133, 176–182.
o
FRYER, M.W., OWEN, V.J., LAMB, G.D. & STEPHENSON, D.G. (1995).Effects of creatine phosphate and Pi on Ca2+ movements and tension development in rat skinned skeletal muscle fibres. J Physiol (Lond) 482: 123-140.
o
GANONG, W.F.. (2001). Review of medical fysiology. 20th edition. New York : Lange Medical Books/McGraw-Hill, 870 p. ISBN 0-07-112064-5.
o
GOLDING, N.L. & KATH, W.L., SPRUSTON, N. (2001). "Dichotomy of actionpotential backpropagation in CA1 pyramidal neuron dendrites". J. Neurophysiol. 86 (6): 2998–3010.
o
GRABONSKI, S.R. & TORTORA, G.J. (2003). Principles of anatomy and physiology. 10th edition. Johl Wiley and Sons, Inc. 1104 p. ISBN 0-471-41501-4.
o
GREASER, M. L. & GERGELY, J. (1971). Reconstitution of troponin activity from three protein components. J. Biol. Chem. 246, 4226-4233.
o
HACKETT, D., DAVIES, G. & MASERI, A. (1988). Preexisting coronary stenosis in patients with first myocardial infarction are not necessarily severe. Eur Heart J;9:131723. 53
o
HANSSON, G.K. (2005). mechanisms of disease Inflammation, Atherosclerosis, and Coronary Artery Disease. N Engl J Med;352:1685-95.
o
HAVLÍČKOVÁ, L. (2003). Fyziologie tělesné zátěže I. 2. vydání. Praha : Karolinum. 203 s. ISBN 80-7184-875-1.
o
HIMMELHEBER, A.M., SARTER, M. & BRUNO, J.P. (2000). "Increases in cortical acetylcholine release during sustained attention performance in rats". Brain research. Cognitive brain research 9 (3): 313–25.
o
HITCHCOCK, S.E., (1975). Regulation of Muscle Contraction : Binding of Troponin and Its Components to Actin and Tropomyosin. Eur J Biochem. 255-63.
o
HOCHACHKA, P. W., & SOMERO, G. N. (1984) Biochemical Adaptation, Princeton University Press, Princeton, New Jersey, pp. 337-348. In : ABE, H. (2000). Role of histidine-related compounds as intracellular proton buffering constituents in vertebrate muscle. Biochemistry (Mosc).65(7):757-65.
o
HODGKIN, A.L. (1937). "Evidence for electrical transmission in nerve, Part I". Journal of Physiology. 90 (2): 183–210.
o
HODGKIN, A.L. (1937). "Evidence for electrical transmission in nerve, Part II". Journal of Physiology 90 (2): 211–32.
o
HOFMANN, P. A., METZGER, J. M., GREASER, M. L. & MOSS, R. L. (1990). Effects of partial extraction of light chain 2 on Ca” sensitivities of isometric tension, stiffness and velocity of shortening in skinned skeletal muscle fibres. J. Gen. Physiol. 95: 477-498.
o
HOGG, R.C., MIRANDA, L.P., CRAIK, D.J., LEWIS, R.J., ALEWOOD, P.F. & ADAMS, D.J. (1999). Single amino acid substitutions in alpha-conotoxin PnIA shift selectivity for subtypes of the mammalian neuronal nicotinic acetylcholine receptor. J. Biol. Chem.;274:36559–36564.
o
HUXLEY, H. E. (1972). Structural changes in the actin and myosin containing filaments during contraction. Cold Spring Harbor Symp. Quant. Biol. 37-361.
o
HUXLEY, R.R. ET AL. (2000) The role of size at birth and postnatal catch-up growth in determining systolic blood pressure: a systematic review of the literature. J. Hypertens. 18, 815–831.
o
HYMAN, E.S. & NESTLER, E.J. (1993). The molecular foundations of psychiatry.1st edition. American Psychiatric Press, Inc. ISBN 0-88048-353-9.
o
CHASE P.B. & KUSHMERICK, M.J. (1988). Effects of pH on contraction of rabbit fast and slow skeletal muscle fibers. Biophys J. 53:935–946.
54
o
CHOUTKA, M. & DOVALIL, J. (1991). Sportovní trénink. 2.vyd. Praha : Karolinum. 333 s. ISBN 27-009-91.
o
JONES, B.E. (2005). "From waking to sleeping: neuronal and chemical substrates". Trends in pharmacological sciences 26 (11): 578–86.
o
KABBARA, A.A. & ALLEN, D.G. (1999). The role of calcium stores in fatigue of isolated single muscle fibres from the cane toad. J Physiol (Lond) 519: 169-176.
o
KABBARA, A.A. & ALLEN, D.G. (2001). The use of fluo-5N to measure sarcoplasmic reticulum calcium in single muscle fibres of the cane toad. J Physiol (Lond) 534: 87-97.
o
KATZUNG, B.G.(2009). Basic and Clinical Pharmacology. 11th edition. New York: McGraw-Hill Medical. 1218 p. ISBN 978-0-07160405-5.
o
KITTNAR, O. & MLČEK, M.. (2009). Atlas fyziologických regulací. 1. vydání. Praha: Grada Publishing, a.s.. 320 s. ISBN 978-80-247-2722-6.
o
KITTNAR, O. (2011). Lékařská fyziologie. 1. Vydání. Praha : Grada Publishing, a.s.. 800s. ISBN 978-80-247-3068-4.
o
KWONG, W.Y. ET AL. (2000) Maternal undernutrition during the preimplantation period of rat development causes blastocyst abnormalities and programming of postnatal hypertension. Development 127, 4195–4202.
o
LAMB, G.D., RECUPERO, E. & STEPHENSON DG. (1992). Effect of myoplasmic pH on excitation-contraction coupling in skeletal muscle fibres of the toad. J Physiol (Lond) 448: 211-224.
o
LITHELL, H.O. ET AL. (1996) Relation of size at birth to non-insulin dependent diabetes and insulin concentrations in men aged 50–60 years. Br. Med. J. 312, 406–410.
o
LLINÁS, R., STEINBERG, I.Z. & WALTON, K. (1981). "Relationship between presynaptic calcium current and postsynaptic potential in squid giant synapse". Biophysical Journal 33 (3): 323–352.
o
LLINÁS, P., PYLYPENKO, O., ISABET, T., MUKHERIEA, M., SWEENEY, H.L. & HOUDUSSE, A.M. (2012). How myosin motors power cellular functions – an exciting journey from structure to fiction. Febs J. 279(4):551-62.
o
LOMPRE, A. M., NADLGINARD, B., & MAHDAVI V. (1984). Expression of the cardiac ventricular alpha- and beta-myosin heavy chain is developmentally and horrnonally regulated. J. Biol. Chem. 259: 6437-6446.
o
LÜLLMANN, H., MOHR, K. & WEHLING, M. (2004) Farmakologie a toxikologie. 2. Vydání. Praha : Grada. 725 s. ISBN 8024708361.
o
LUTTGAU, H.C. & NIEDERGERKE, R.(1958) The antagonism between Ca and Na ions in the frog’s heart. J Physiol , 143:486-497. 55
o
MA, J., FILL, M., KNUDSON, C.M. & ET AL. (1988). 8Ryanodine receptor of skeletal muscle is a gap junction-type channel. Science. 242:99–102.
o
MALÍNSKÝ, J., LICHNOVSKÝ, V. & MICHALÍKOVÁ, Z. (2002). Přehled histologie člověka v obrazech 1. Díl. 1. Vydání. Olomouc : Univerzita Palackého v Olomouci. Lékařská fakulta. 342 s. ISBN 80-244.0512-1.
o
MALLAT, Z., BESNARD, S., DURIEZ, M. & ET AL. (1999). Protective role of interleukin-10 in atherosclerosis. Circ Res;85:e17-e24.
o
MARTIN, N., MS, ZOELLER, R., ROBERTSON, R. & LEVHART, S. (1998). The comparative effects of sports massage, active recovery, and rest in promoting blood lactate clearance after supramaximal leg exercise. Journal of Athletic Training. no. 33, p. 30-35.
o
McCOMAS, A.J. (1996). Skeletal Muscle: Form and Function. Champaign, Ill: Human Kinetics.
o
MCLESTER, J.R. (1997). Muscle contraction and fatigue: the role of adenosine 5′diphosphate and inorganic phosphate. Sports Med. 23:287–305.
o
METCALFE, N.B. & MONAGHAN, P. (2001) Compensation for a bad start: grow now, pay later? Trends. Ecol. Evol. 16, 254–260.
o
MILLAR, N.S. (2009). A review of experimental techniques used for the heterologous expression of nicotinic acetylcholine receptors. Biochem. Pharmacol.;78:766–776.
o
MILLARD, E.L., DALY, N.L. & CRAIK, D.J. (2004). Structure-activity relationships of alpha-conotoxins targeting neuronal nicotinic acetylcholine receptors. Eur. J. Biochem.;271:2320–2326.
o
MILLIGAN, R.A. (1996). Protein–protein interactions in the rigor actomyosin complex. Proc Natl Acad Sci USA;93:21–26.
o
MORI, H., OHSAWA, H., TANAKA, T. & TANIWAKI, E. (2004). Effect of massage on blood flow and muscle fatigue following isometric lumbar exercise. Medical Science Monitor. no. 10(5), p. 17.
o
MOSS, R. L., GIULIAN, G. G., & GREASER, M. L. (1983). Effects of EDTA treatment upon the protein subunit composition and mechanical properties of mammalian single skeletal muscle fibers. J. Cell Biol. 96: 970-978.
o
Muscles-smooth [online]. Lodish 4th edition. [cit. 25. 4. 2012]. Dostupné na: http://www.zoology.ubc.ca/~gardner/muscles%20-%20smooth.htm.
o
NAVRÁTIL, L. (2008). Vnitřní lékařství pro nelékařské zdravotnické obory. 1.vydání. Praha : Grada publishing, a.s.. 424 s. ISBN 978-80-247-2319-8.
56
o
NETUŠIL, P. Srovnání vlivu sympatiku a parasympatiku [DOC]. [cit. 28.3.2012]. Dostupné na : http://www.netusil.net/index.php?link=soubory&SUF_dir=//tretak.
o
NEVE, K.A. (2010) The dopamine receptors [cit. 22. 3. 2012]. Dostupné na WWW: http://books.google.cz/books?id=9DBnY_RMt0C&printsec=frontcover&dq=dopamine+receptors&hl=cs&sa=X&ei=KFZrT5D6Mo GDOtjbzOwF&redir_esc=y#v=onepage&q=dopamine%20receptors&f=false.
o
NIEDERGERKE R. (1963) Movement of Ca in frog heart ventricles at rest and during contractions. J Physiol, 187:515-529.
o
OHTUSKI, I., MASAKI, T., NONOMURA, Y. & EBASHI, S. (1967). Periodic distribution of troponin along the thin filament. J. Biochem. 61, 817-819.
o
OŠŤÁDAL, B. & VÍZEK, M. (2003). Patologická fyziologie srdce a cév. Praha: Karolinum. 168 s. ISBN 80-246-0597-X.
o
PACLT, I. a kol. Hyperkinetická porucha a poruchy chování [cit. 27. 3. 2012]. Dostupné naWWW:http://books.google.cz/books?id=53DkvRuMyYUC&pg=PA157&dq=klonidi n&hl=cs&sa=X&ei=fsFxTiNFMmcOsyUvLoO&ved=0CD4Q6AEwAg#v=onepage&q=klonidin&f=false.
o
PALMAZ, J.C., SIBBITT, R.R., REUTER, S.R., TIO, F.O.& RICE, W.J. (1985). Expandable intraluminal graft: a preliminary study. Work in progress. Radiology. 156(1):73-7.
o
PARKER, E.M., KAMEYAMA, K., HIGASHIJIMA, T. & ROSS, E.M. (1991). Reconstitutively active G protein-coupled receptors purified from baculovirus-infected insect cells. J. Biol. Chem.;266:519–527.
o
PATE, E. & COOKE, R. (1989). Addition of phosphate to active muscle fibers probes actomosin states within the powerstroke. Pflugers Arch. 414:73–81.
o
PINDERSKI, L.J, FISCHBEIN, M.P., SUBBANAGOUNDER, G. & ET AL. (2002). Overexpression of interleukin- 10 by activated T lymphocytes inhibic atherosclerosis in LDL receptor-deficient mice by altering lymphocyte and macrophage phenotypes. Circ Res;90:1064-71.
o
POHANKA, M. (2012) Alpha7 Nicotinic Acetylcholine Receptor Is a Target in Pharmacology and Toxicology. Int J Mol SCi. 13(2): 2219-2238.
o
POSTERINO, G.S., DUTKA, T.L. & LAMB, G.D. (2001). L(+)-lactate does not affect twitch and tetanic responses in mechanically skinned mammalian muscle fibres. Pflügers Arch 442: 197-203.
o
RAMAN, I.M. & BEAN, B.P. (1997) Resurgent Sodium Current and Action Potential Formation in Dissociated Cerebellar Purkinje Neurons. J Neurocsi. 17 (12):4517-26. 57
o
RAO, M.V.& GAULT, N.F. (1989). The influence of fibre-type composition and associated biochemical characteristics on the acid buffering capacities of several beef muscles. Meat Sci.26(1):5-18.
o
RAYMENT,
I.,
RYPNIEWSKI,
W.R.,
SCHMIDT-BASE,
K.,
SMITH,
R.,
TOMCHICK, D.R., BENNING, M.M., WINKELMANN, D.A. , WESENBERG,G. & HOLDEN, H.M. (1993). Three-Dimensional Structure of Myosin Subfragment- 1: A Molecular Motor. Science. 261(5117):50-8. o
REISER, P. J., MOSS, R. L, GIULIAN, G. G., & GREASER, M. L. (1985). Shortening velocity in single fibers from adult rabbit soleus muscles is correlated with myosin heavy chain composition. J. BioZ. Chem. 260:9077-9080.
o
REUTER H. (1974).Exchange of calcium ions in the mammalian myocardium. Circ Res; 34:599-605.
o
RITCHISON, G. BIO 301 Human Physiology: Muscle [online]. [cit. 23. 2. 2012]. Dostupné z: http://people.eku.edu/ritchisong/301notes3.htm.
o
ROUPCOVÁ, E., (2008). Dvanáctitýdenní ambulantní řízený program s kombinovanou zátěží po aorto-koronárním bypassu (CABG): vývoj svalové síly :diplomová práce. Brno : Masarykova univerzita, Fakulta lékařská. 89s. Vedoucí diplomové práce Veronika Chludilová.
o
SCHAUB, M.C., HEFTI M.A., ZUELLIG, R.A. & MORANO, I. (1998). Modulation of contractility in human cardiac hypertrophy by myosin essential light chain isoforms(review). Cardiovascular Research .37; 381–404.
o
SCHIAFFINO, S. & REGGIANI, C. (1996). Molecular Diversity of Myofibrillar Proteins: Gene Regulation and Functional Significance. Physiol Rev. 76(2):371-423.
o
SELIGER, V., VINAŘICKÝ, R. & TREFNÝ Z. (1983). Fyziologie člověka pro fakulty tělesné výchovy a sportu. 1. Vydání. Praha : Státní pedagogické nakladatelství, n.p.432s.
o
SHERWOOD, L., KLANDORF, H. & YANCEY, P.H. (2005). Animal physiology from genes to organismus. Thomson brooks/cole. 759p. ISBN 0-534-40994-6.
o
SILBERNAGL, S. & LANG, F. (2001).
Atlas patofyziologie člověka. 1. Vydání.
Praha:Grada publishing, s.r.o. 390s. ISBN- 80-7169-968-3. o
SILBERNAGL, S. & DESPOPOULOS, A. (2003). Atlas fyziologie člověka. 6. Vydání. Praha : Grada Publishing, a.s.. 448s. ISBN80-247-0630-x.
o
SOMERO, G.N. (1986). Protons, osmolytes, and fitness of internal milieu for protein function. Am J Physiol. 251(2 Pt 2):R197-213.
o
STACKHOUSE, S.K., REISMAN, D.S. & BINDER-MACLEOD, S.A. (2001). Challenging the Role of pH in Skeletal Muscle fatigue. Phys ther; 81:1897-1903. 58
o
STARY, H.C., CHANDLER, B., GLAGOV, S. & ET AL. (1994). A definition of initial, fatty streak, and intermediate lesions of atherosclerosis: a report from the Committee on Vascular Lesions of the Council on Arteriosclerosis, American Heart Association. Circulation;89: 2462-78.
o
STARY, H.C., CHANDLER, A.B., DINSMORE, R.E. & ET AL. (1995). A definition of advanced types of atherosclerotic lesions and a histological classification of atherosclerosis: a report from the Committee on Vascular Lesions of the Council on Arteriosclerosis, American Heart Association. Circulation;92:1355-74.
o
STEPHENSON, D.G., LAMB, G.D. & STEPHENSON, G.M. (1998). Events of the excitation-contraction-relaxation (ECR) cycle in fast- and slow-twitch mammalian muscle fibres relevant to muscle fatigue. Acta Physiol Scand. 162:229–245.
o
SUCHÝ, D. & HIRMEROVÁ, J. (2003). Postavení blokátorů kalciového kanálu v kardiovaskulární terapii. Kardiofórum 4.
o
SZENT-GYORGYI, A. G. (1975) Calcium regulation of muscle contraction. Biophys J. 15 (7):707-723.
o
ŠTEJFA, M. a spolupracovníci. (2007). Kardiologie: 3., přepracované a doplněné vydání. 3. Vydání. Praha : Grada Publishing, a.s.. 776 s. ISBN978-80-247-1385-4.
o
TAKAGI, Y., SHUMAN, H. & GOLDMAN, Y.E. (2004) Coupling between phosphate release and force generation in muscle actomyosin. Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci 359, 1913–1920.
o
TANABE, T., BEAM, K., ADAMS, B., NIIDOME, T. & NUMA, S. (1990). Regions of the skeletal muscle dihydropyridine receptor critical for excitation-contraction coupling. Nature 346, p. 567-569.
o
TAYLOR, E.W. (1977). Transient phase of adenosine triphosphate hydrolysis by myosin, heavy meromyosin, and subfragment 1. Biochemistry. 16:732–739.
o
TIMSON, D.J. & TRAYER, I.P. (1997). The myosin essential light chain: how it fine tunes a protein machine. J Muscle Res Cell Motil;18:260.
o
TOBIN, G., GIGLIO, D. & LUNDGREN, O. (2009) Muscarinic receptor subtypes in the alimentary track. J. Physiol. Pharmacol. 60:3–21.
o
TRACEY, K.J. (2007) Physiology and immunolgy of the cholinergic antiinflammatory pathway. J. Clin. Invest. 117:289–296.
o
TROJAN, S. a kolektiv. (2003). Lékařská fyziologie. 4. Vydání. Praha: Grada Publishing, a.s.. 772 s. ISBN 80-247-0512-5.
59
o
TROJAN, S., DRUGA, R., PFEIFFER, J. & VOTAVA, J. (2005). Fyziologie a léčebná rehabilitace motoriky člověka. 3. Vydání. Praha:Grada Publishing, a.s..240 s. ISBN 80247-1296-2.
o
UNWIN, N. (2005). Refined Structure of the nicotinic acetylcholine receptor at 4 A resolution. J. Mol. Biol.;346:967–989.
o
VAN DER WAL, A.C., BECKER, A.E., VAN DER LOOS, C.M. & DAS, P.K. (1994). Site of intimal rupture or erosion of thrombosed coronary atherosclerotic plaques is characterized by an inflammatory process irrespective of the dominant plaque morphology. Circulation;89:36-44.
o
VÍTOVEC, J., ŠPINAR, J. a kol. (2004). Farmakoterapie kardiovaskulárních onemocnění. 2. Vydání. Praha : Grada Publishing, a.s., 248s. ISBN 80-247-0866-3.
o
VÍTOVEC, J. & ŠPINAR, J. (2005). Beta-blokátory-indikace a dávka. Kap kardiol; 7.
o
VIVARELLI, E., BROWN W. E., WHALEN R. G., & COSSU G.. (1988).
The
expression of slow myosin during mammalian somitogenesis and limb bud differentiation. J. Cell Biol. 107: 2191-2197. o
VON BOHLEN UND HALBACH, O. & DERMIETZEL, R. (2006). Neurotransmitters and neuromodulators: handbook of receptors and biological effects. Wiley-VCH. 125 p. ISBN 978-3-527-31307-5.
o
VYSKOČIL, F. Acetylcholin hodný a zlý. Vesmír [online]. 2009, 88, [cit. 21. 3. 2012]. Dostupné na :
ISSN 1214-4029.
o
WAGNER, P. D. (1981). Formation and characterization of myosin hybrids containing essential light chains and heavy chains from different muscle myosins. J. Biol. Chem. 256: 2493-2498.
o
WAGNER, R.
(2009) Kardioanestezie a perioperační péče v kardiochirurgii. 1.
Vydání. Praha: Grada Publishing, a.s., 336s. ISBN 978-80-247-1920-7. o
WESSLER, I. & KIRKPATRICK, C.J.(2008) Acetylcholine beyond neurons: The nonneuronal cholinergic system in humans. Br. J. Pharmacol.;154:1558–1571.
o
WEST-EBERHARD, M.J. (1989) Phenotypic plasticity and the origins of diversity. Annu. Rev. Ecol. Syst. 20, 249–278.
o
WESTERBLAD, H. & ALLEN, D.G. (1991). Changes in myoplasmic calcium concentration during fatigue in single mouse muscle fibers. J Gen Physiol. 98:615–635.
o
WESTERBLAD, H., DUTY, S. & ALLEN, D. (1993). Intracellular calcium concentration during low-frequency fatigue in isolated single fibers of mouse skeletal muscle. J Appl Physiol. no. 75, p. 382-388.
60
o
WESTERBLAD, H. & LÄNNERGREN, J. (1994). Changes of the force-velocity relation, isometric tension and relaxation rate during fatigue in intact, single fibres of Xenopus skeletal muscle. J Muscle Res Cell Motil. no. 15, p. 287-298.
o
WESTERBLAD, H., ALLEN, D.G., BRUTON, J.D. & ET AL. (1998). Mechanisms underlying the reduction of isometric force in skeletal muscle fatigue. Acta Physiol Scand. ;162:253–260.
o
WESTERBLAD, H., ALLEN D.G. & LÄNNERGREN, J. (2002). Muscle Fatigue: Lactic Acid or Inorganic Phosphate the Major Cause? . News in Physiological Sciences, Vol. 17, No. 1, 17-21.
o
WILHELM, Z. (2003). Stručný přehled fyziologie člověka pro bakalářské studijní programy. Brno: Masarykova univerzita. Lékařská fakulta. 115 s. ISBN 80-210-2837-8.
o
YANG, J.J., WANG, Y.T., CHENG, P.C., KUO, Y.J. & HUANG, R.C. (2010). Cholinergic modulation of neuronal excitability in the rat suprachiasmatic nucleus. J. Neurophysiol.;103:1397–1409.
o
YUDKIN, J.S., JUHAN-VAGUE, I., HAW, E.&
ET AL. (2004). Low-grade
inflammation may play a role in the etiology of the metabolic syndrome in patients with coronary heart disease: The HIFMECH Study. Metabolism;53: 852-7. o
ZHOU, Y., NELSON, M.E., KURYATOV, A., CHOI, C., COOPER, J. & LINDSTROM J. (2003). Human α4β2 acetylcholine receptors formed from linked subunits. J. Neurosci.;23:9004–9015.
61
SEZNAM OBRÁZKŮ Obr. 1: Sarkomera (převzato z Balínová) ................................................................................ 13 Obr. 2: Hladký sval (převzato z Ritchison) .............................................................................. 14 Obr. 3: Myokard (přavzato z Developmental biology: Muscle Tissue [online]) ..................... 15 Obr. 4: Schematické detail sarkomery s proteiny ovlivňující kontraktilitu (převzato z Schaub et al., 1998) ............................................................................................................................... 23 Obr. 5: Regulace kontrakce hladké svaloviny kaldesmonem (CD) (převzato z Muscles-smooth [online]).................................................................................................................................... 26 Obr. 6: Kontrakční cyklus (převzato z Crossbridge cycle [online]) ........................................ 28 Obr. 7: Přehled cholinergní neurotransmise (převzato z Pohanka, 2012) .............................. 31 Obr. 8: Schematický obrázek znázorňuje místa, kde vzrůst Pi může ovlivnit svalové funkce během únavy (Převzato z Westerblad et al., 2002). ................................................................. 37 Obr. 9: Důsledky aktivace imunitních buněk v koronárním plaku(převzato z Hansson, 2005) .................................................................................................................................................. 44 Obr. 10: Koronární tepna pacienta, který zemřel na infarkt myokardu (převzato z Hansson, 2005). ........................................................................................................................................ 45
SEZNAM TABULEK Tab. 1: Porovnání vlivu sympatiku a parasympatiku (převzato z Netušil). ............................ 17 Tab. 2: Neurotransmitery v nervovém systému savců (převzato z Ganong, 2001).................. 29
62
