2016.10.04.
Izomélettan VÁZIZOM, SIMAIZOM ÉS SZÍVIZOM
2016.09.27. ÖSSZEVONT SZEMINÁRIUM
Vázizom Harántcsíkolt Funkcionális egysége az izomrost: sok magvú, hosszú hengeres sejtek Izomrostok között nincs anatómiai kapcsolat Akaratlagosan mozgatható gyors összehúzódásra képes Idegi impulzus hatására húzódik össze Funkció: Test mozgatása Testtartás, testhelyzet fenntartása Testhőmérséklet szabályozása Tápanyagraktár
1
2016.10.04.
A vázizom szerkezete
Kötőszövet Epimysium Permimysium Endomysium
Idegek központi idegrendszerből
Erek O2 ellátás tápanyagellátás anyagcseretermékek eltávolítása
Vázizomrost Sarcolemma Sarcoplasma Transzverzális (T) tubulus Miofibrillumok Disztrofin (aktin-kötő fehérje) Sarcoplasma-reticulum Terminális ciszterna Triád
2
2016.10.04.
Sarcomer Sarcomer Az izomrost kontraktilis egysége A myofibrillumok szerkezeti egysége Az izom harántcsíkolatát adja Határa 2 Z-vonal A vastag filamentumok (miozin) és a vékony filamentumok (aktin) szabályosan rendezettek I-csík: világos, csak aktin A-csík: legsötétebb, aktin és miozin átfed H-csík: sötét, csak miozin M-vonal: sarcomer közepe, csak miozin farokrészek Titin Fehérje-óriásmolekula Miozin fejeket a Z-vonalhoz horgonyozza Stabilizál Nagyon elasztikus
Sarcomer – vékony filamentum A vékony filamentum fehérjéi: Kontraktilis fehérje: F –aktin (fibrosus aktin) Globuláris (G) aktinból fehérje-fehérje kh. épül fel Kötőhelyeihez kapcsolódnak a miozin fejek Szabályozó fehérjék: Nebulin Összetartja az F-aktin szálakat α-Aktinin Aktint a Z-lemezhez rögzíti Tropomiozin Kétszálú Lefedi az aktinon a miozin fej kötőhelyeit Troponin Globuláris fehérje 3 alegysége van (I, C és T) A C alegység Ca2+ kötő (4 db)
3
2016.10.04.
Sarcomer – vastag filamentum Miozin molekula: Farok Fej 2 globuláris fehérje alegységből épül fel ATP kötőhely és ATPáz aktivitás Aktin kötőhely A farokhoz viszonyított helyzete 45° és 90° lehet
Csúszófilament mechanizmus összehúzódás 1. Nyugalmi állapot
2. Részleges összehúzódás I-csík megrövidül
3. Teljes összehúzódás Az I- és H-csík gyakorlatilag eltűnik
Megjegyzés: A miozin filamentum helyzete nem változik Az aktin filamentumok a szarkomer közepe felé mozdulnak el A sarcomer megrövidül
4
2016.10.04.
A kontrakció molekuláris mechanizmusa
5
2016.10.04.
6
2016.10.04.
Ca2+ a sarcoplazmás retikulumból szabadul fel
7
2016.10.04.
Az összehúzódás lépéseinek összefoglalása
1. Ca 2+ felszabadulás az SR-ből 2. Ca 2+ a troponin C-hez köt 3. Miozin fejek es aktin összekpacsolódnak (ADP+P) 4. A miozin fejek a sarcomer közepe felé hajlanak (45°) 5. A miozin fejek egy újabb ATP molekula megkötésével leválnak az aktinról 6. A miozin fej ADP+P-re bontja az ATP-t Rigor ált. rövid ideig tart
rigor mortis
Neuromuscularis junkció
Szinapszis az Aα motoneuron és az izomrost között (A vázizmok csak idegrendszeri stimulusra húzódnak össze!) A motoneuron AP végigterjed az axonon egészen az idegvégződésig ACh neurotranszmitter szabadul fel a terminálisból és az izomrost membránjához diffundál Az Ach (2 db/receptor) a membrán nACh receptoraihoz kötődik Potenciálváltozások: MEPP (miniatűr véglemez potenciál) 1-2 mV EPP (véglemezpotenciál) 40 mV AP az izomroston
8
2016.10.04.
Neuromuscularis junkció II.
1. AP eléri az idegvégződést 2. Nyitnak a feszültségfüggő Ca 2+ csatornák 3. ACh felszabadulás 4. ACh a nACh receptorhoz kötődik 5. Na+ beáramlás (EPP) 6. A depolarizáció nyitja a feszültségfüggő Na+ csatornákat 7. Az ACh észteráz a szinaptikus résben gyorsan lebontja az ACh-t
Myasthenia gravis Panaszok/Tünetek: 18 éves egyetemi hallgató Súlyos izomgyengeség (fésülködés, fogmosás is nehezére esik) Szemhéj csüngés Kimerültség, fáradékonyság Pihenésre a tünetek enyhülnek
Vizsgálat/Diagnózis: nACh receptor ellenes antitestek jelenléte a vérben myasthenia gravis (autoimmun betegség) Az antitestek blokkolják a receptort (ACh nem tud kötődni) és hosszútávon csökkentik a receptorok számát Nincs megfelelő depolarizáció (EPP) a motoros véglemezen, AP az izomrostban Sérül az ingerületátadás A betegség nem öröklődik (4% a családon belüli előfordulás esélye)
Kezelés: A betegség nem gyógyítható Kolinészteráz-gátlókkal kezelhető (Pyridostigmin) hogy aktiválja a megmaradt receptorokat
Ach nem bomlik le, hosszabb idő áll rendelkezésre,
9
2016.10.04.
Excitációs-kontrakciós kapcsolás
Excitációs-kontrakciós kapcsolás II. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.
NMJ – ACh felszabadulás AP végigterjed a sarcolemmán a T-tubulusokba DHP receptorok a T-tubulusokban konformációt váltanak A SR Ryanodin receptorai nyílnak – Ca2+ felszabadulás Ca2+ Troponin C-hez kötődik Miozin fej aktinhoz kötődik Sarcomer rövidül – izom összehúzódik
A Ca2+ a sarcoplazmás retikulumban calsequestrin fehérjéhez van kötve
10
2016.10.04.
Toborzás
Motoros egység: • Egy Aα motoneuron és az összes általa beidegzett izomrost • Az egy motoros egységbe tartozó izomrostok egyszerre húzódnak össze Izomerő növelése AP frekvencia fokozásával • Az adott motoros egység izomrostjai nem ernyednek el (tetanusz) Izomerő növelése toborzással • Az aktivált motoros egységek száma nő – erősebb kontrakció
11
2016.10.04.
Tetanusz
Az összehúzódás típusai Izotóniás
Izometriás
12
2016.10.04.
Az izomműködés energiaforrásai - ATP
Minden sejt számára energiaforrás. A miozin fej ATP kötése után tud leválni az aktinról. A 2 utolsó foszfátcsoport közötti kötés kémiai energiája elegendő ahhoz, hogy a miozin fej visszanyerje a nyugalmi konformációját (90°). A terminális foszfát lehasításával felszabadul az energia és ADP+P kötődik a miozin fejhez. Ha elfogy az ATP (pl. halál) a miozin fej nem tudja elengedni az aktint (rigor mortis).
Az izomműködés energiaforrásai - ATP Fő forrása a kreatinfoszfát Azonnal rendelkezésre áll Hamar kimerült
LOHMANN-reakció:
ADP + Kreatinfoszfát Kreatin + ATP
ATP + Kreatin
Kreatinfoszfát + ADP
13
2016.10.04.
Az izomműködés energiaforrásai – szénhidrát, lipid és fehérje lebontás Aerob metabolizmus
Anaerob metabolizmus O2 nélkül
O2 (myoglobin) jelenlétében Szénhidrátok: hosszú távú energia mérleg: 36-38 ATP Az igények 95 %-át fedezi Zsírok: lassú, több O2-t igényel mérleg: 129 ATP
ATP forrása: Kreatinfoszfát és anaerob glikolízis Mérleg: 2 piruvát + 2 ATP Piruvátból keletkező végtermék a tejsav (itt végtermék, szívizom felhasználja)
Fehérjék: minor forrás, kevés ATP Tejsav (savas pH) az izom fáradásához vezet
Anyagcsere
14
2016.10.04.
Anyagcsere II.
Anyagcsere III.
15
2016.10.04.
Simaizom Orsó alakú sejtek Egy magvú sejtek Nincs harántcsíkolat (nincsennek sarcomerek) Több aktin mint miozin (Nincs Troponin) Z vonalak helyett sötét testek Nem-kontraktilis intermedier filamentumok Akarattól független (az endokrin rdsz., az enterális idr. és a vegetatív idr. szabályoz) Lassú összehúzódás
Többegységes vs. egyegységes simaizom
16
2016.10.04.
Többegységes vs. egyegységes simaizom Egyegységes Gap junction-ök (a sejtek egy egységként húzódnak össze) Spontán depolarizáció – pacemaker sejtek (nincs valódi nyugalmi membránpotenciál, lassú hullámú oszcilláció) AP nincs vagy ritkán A vegetatív beidegzés (ha van) csak a marginális sejteket érinti A beidegzés lehet gátló is Miogén tónus Alap izomtónus A vegetatív idegrendszer módosítja az aktivitást Izom nyújtása fokozza az aktivitást (Bayliss effektus) pl.: húgyhólyag, uterus, húgycső
Többegységes Egymástól különálló sejtek A vegetatív idegrendszer szabályozza Minden egyes sejtnek saját beidegzése van A sejtek szelektíven aktiválhatóak (egymástól függetlenül húzódhatnak össze) A sejtek spontán aktivációt nem mutatnak Nincs gátló beidegzés pl.: vas deferens simaizmai, pilomotor izmok, belső szemizmok
Simaizom összehúzódás – a Ca2+ szerepe Kevésbé fejlett SR Az izom összehúzódás nagymértékben függ az EC Ca2+ koncentrációtól Ca2+ beáramlás: Feszültségfüggő Ca2+ csatornák Mechanoszenzitív Ca2+ csatornák Ligand aktivált Ca2+ csatornák (neurotranszmitterek és hormonok) Megjegyzés: A simaizomban a Ca2+ fő forrása az ECF és csak kisebb mértékben az SR (a vázizmokban a Ca2+ az SR-ből szabadul fel) Az akciós potenciál kialakulásáért (ha van) a Ca2+ áramok felelősek
17
2016.10.04.
Simaizom összehúzódás
Simaizom relaxáció
18
2016.10.04.
Reteszelés
A kereszthíd kialakulását követően az ADP csak lassan disszociál a miozin fejről. Az összehúzódás lassabb és tartósabb. A simaizom így kevesebb ATP-t használ fel, mint a vázizom (energiatakarékos) és lassabban is fárad.
Szívizom Elágazó sejtek Egy/két magvúak Harántcsíkolatot mutat A sejtek között gap junction-ök – funkcionális syntitium Akarattól független Közepes sebességű összehúzódás
19
2016.10.04.
Szívizom összehúzódás EC Ca2+ elengedhetetlen a kontrakcióhoz! A sarcolemma DHP receptorai L-típusú Ca2+ csatornák A beáramló Ca2+ nyitja az SR RYR-okat EC Ca2+ nélkül az SR nem tudja leadni a Ca2+ tartalmát A Ca2+ jel 70%-a jön az SR-ből és 30% az ECF-ből SERCA pumpálja vissza a Ca2+ az SR-be NINCS TOBORZÁS Az összehúzódás erőssége a sarcoplasma Ca2+ tartalmának növelésével fokozható (pozitív inotróp hatás) NINCS TETANUSZ
Izom típusok összehasonlítása
20
2016.10.04.
Tesztkérdések 1. A kereszthíd-ciklus következő lépései közül melyikben tart kötve ATP-t a miozin fej? (1) a) rigor állapotban b) a miozin fej konformációváltozásakor (45° 90°) c) erőcsapáskor d) nyugalomban 2. Milyen típusú gyógyszerek NEM adhatóak myasthenia gravisban szenvedő betegeknek? (3) a) nACh receptor antagonisták b) kolin-reuptake gátlók c) AChE gátlók d) ACh-felszabadulás gátlók 3. A betegnek kuráre mérgezése van. Melyik anyag beadása rontana az állapotán? (1) a) Pyridostigmin b) nikotin c) Botulinus toxin d) ACh
(1-b, 2-abd, 3-c)
21
