Kas Fizyolojisi ve İskelet Kası

• İskelet kası fizyolojisi incelenmektedir.

Kas Fizyolojisi

• Vücudun %40'ı çizgili, %10'u düz ve %50'si kastır.
• Kasların temel görevi kuvvet oluşturmaktır.
• Bazı kaslar somatik, bazıları otonom sinir sisteminin kontrolündedir.

Kasların Yapı ve Fonksiyonlarına Göre Sınıflandırılması

• İskelet kası, kalp kası ve düz kas olmak üzere üçe ayrılır.

Kasların Temel Özellikleri

• Uyarılabilme (Eksitabilite)
• İletebilme (Konduktivite)
• Kasılabilme (Kontraktilite)
• Normal boyutuna dönebilme (Elastisite)
• Viskozite

Kasların Temel Fonksiyonları

• Hareket (Agonist, antagonist, stabilizatör, nötralizör rol) ve postürü sağlama
• Koruma
• Isı üretimi
• Mekanik iş yapabilme yeteneği

İskelet Kasının Fizyolojik Özellikleri

• Çapları 10-80 μm arasında değişen çok sayıda liften meydana gelir.
• Her bir lif daha küçük alt birimlerden oluşur.
• %2'si hariç, her lif orta bölgesinde tek bir sinir ucu ile innerve edilir.

Miyositler (Kas Hücreleri)

• Tüm iskelet kasları 10-80 mikrometre çapında ve 1-120 mm uzunluğunda kas liflerinden oluşur.
• Her lif, endomisyum adı verilen bağ dokusu ile çevrilidir.
• Belirli sayıda lif (10-50) bir araya gelerek kas lifi demetini (fasikülleri) oluşturur.
• Her demet perimisyum adlı bağ dokusu ile örtülüdür.
• Fasiküller kası oluşturur ve epimisyum ile örtülüdür.

İskelet Kas Lifi (Hücresi)

• Sarkolemma, kas lifinin hücre zarıdır.
• Sarkolemma, plazma zarı ve polisakkarit tabakasından oluşur.
• Kas lifinin ucunda sarkolemma, tendon lifiyle kaynaşır ve tendon lifleri demetler halinde birleşerek kemiğe yapışır.

Miyofibriller: Aktin ve Miyozin Filamentleri

• Her kas lifi, birkaç yüz ila birkaç bin miyofibril içerir.
• Her miyofibrilde yaklaşık 1500 miyozin ve 3000 aktin filamenti bulunur.
• Bu filamentler, kas kasılmasından sorumlu polimerize proteinlerdir.
• Miyozin kalın, aktin ise ince filamenttir.

İskelet Kasında A ve I Bantları

• Miyozin ve aktin filamentlerinin kısmen iç içe girmesiyle koyu ve açık bantlar oluşur.
• Açık bantlar sadece aktin içerir ve izotropik olduklarından I bandı olarak adlandırılır.
• Koyu bantlar miyozin ve aktin içerir ve anizotropik olduklarından A bandı olarak adlandırılır.

Miyofibriller: Aktin ve Miyozin Filamentleri - Çapraz Köprüler

• Miyozin filamentlerinden çıkan çapraz köprüler aktin filamentleri ile etkileşime girerek kasılmaya neden olur.
• Aktin filamentleri Z disklerine bağlıdır.

Miyofibriller: Aktin ve Miyozin Filamentleri - Z Diski

• Aktin filamentleri Z diskinden çıkarak miyozin filamentlerinin arasına uzanır.
• Z diskleri, miyofibriller arasında çaprazlamasına uzanarak bir miyofibrili diğerine bağlar.
• Bu düzenleme, kas lifi boyunca açık ve koyu bantların görünümünü sağlar.

Sarkomer

• İki Z çizgisi arasındaki miyofibril bölümüne denir.
• Kas kasıldığında sarkomer boyu yaklaşık 2 μm'dir.
• Bu durumda aktin miyozini örter ve uçları birbirine yaklaşır.
• Sarkomer, en büyük kasılma gücünü 2,2 μm boyda oluşturur.

Diğer Kas Proteinleri

• Aktin, titin ve desmin kaslardaki önemli proteinlerdir.
• α-Aktinin aktini Z çizgilerine bağlar.
• Nebülin globüler aktin moleküllerini birbirine bağlar.
• Titin kalın flamanları Z diskine bağlar ve sarkomerin aşırı gerilimini önler.
• Desmin Z çizgilerini plazma zarına bağlar.
• Distrofin aktini kas membranına bağlar ve intrasellüler stabiliteyi oluşturur.

Miyofilamentleri Düzenleyen Moleküller - Titin

• Titin molekülü aktin ve miyozini bağlar.
• Titin vücuttaki en büyük proteindir ve sadece çizgili kaslarda bulunur.
• Sklerodermada titine karşı otoantikorlar gelişir.
• Titin çok esnektir ve sarkomerin istirahat düzeyine gelmesini düzenler.

Miyofilamentleri Düzenleyen Moleküller - Nebülin, Tropomodülin, Cap Z

• Nebülin Z diskinden başlar ve aktinin uzunluğundaki değişimlere duyarlıdır.
• Tropomodülin aktinin eksi ucunda bulunur, aktinin uzunluğunu düzenler ve inhibe eder.
• Cap Z aktin uzunluğunun artmasını engelleyen bir başlıktır ve Z diskinde bulunur.

Sarkoplazma

• Miyofibriller arasındaki boşluklar sarkoplazma sıvısı ile doludur.
• Sarkoplazma sıvısı potasyum, magnezyum, fosfat ve enzimler içerir.
• Miyofibrillere paralel olarak çok sayıda mitokondri bulunur.
• Mitokondri ATP üretir ve kasılabilir miyofibrillere enerji sağlanır.

Sarkoplazmik Retikulum (SR)

• Kas endoplazmik retikulumuna sarkoplazmik retikulum denir.
• Hızlı kasılan liflerde SR yoğundur.
• SR, T-tübüllerini birbirine bağlayan tübüllerden meydana gelir.
• T-tübülü ve bitişik iki SR bölümüne triad adı verilir.

Kas Kasılmasının Genel Mekanizması

• Motor sinir boyunca yayılan aksiyon potansiyeli kas lifine ulaşır.
• Sinir ucundan asetilkolin (Ach) salgılanır.
• Ach, membrandaki Na+ kanallarını açar.
• Kas lifinde aksiyon potansiyeli oluşur ve T-tübülleri boyunca yayılır.
• SR'dan Ca2+ salınır ve aktin-miyozin çapraz köprüleri ile kasılma gerçekleşir.

Motor Ünite

• Tek bir somatik motor nöron tarafından innerve edilen tüm kas liflerine denir.
• Motor ünitedeki ortalama kas lifi sayısı 100-150 civarındadır.
• İnce ayar gereken kaslarda (göz, el) motor ünite sayısı daha azdır.
• İnce ayar gerektirmeyen kaslarda (sırt, bacak) motor ünite sayısı daha fazladır.

Kas Kasılmasının Moleküler Mekanizması - Kayan İplikçik Modeli

• Gevşek durumda aktin flamentlerinin uçları, miyozin üzerinde belirsiz durumdadır.
• Kasılı durumda aktin ve miyozin flamentler arasına çekilir.
• Z diskleri aktin tarafından miyozinin uçlarına çekilir.
• Kas kasılması, kayan iplikçik mekanizması ile gerçekleşir.

Kas Kasılmasının Moleküler Mekanizması - Aktin ve Miyosin Etkileşimi

• Aktin ve miyozinin etkileşimi, çapraz köprüler oluşturularak kasılma gerçekleşir.
• Aktin filamentleri üzerindeki aktif bölgeler, gevşek durumda troponin-tropomiyozin kompleksi tarafından bloke edilir.
• Aksiyon potansiyeli ile SR'dan Ca2+ salınır.
• Ca2+, troponin-tropomiyozin yapısını değiştirerek kasılma bölgelerini aktif hale getirir.

Kasılmanın "Boyunca Yürüme" (Dişli Çark) Teorisi

• Aktin Ca2+ ile aktifleşir.
• Miyozin başları aktin üzerindeki aktif bölgelere doğru çekilir ve kasılma başlar.
• Çapraz köprüler aktin ve miyozin arasında kasılma meydana getirir.
• Çapraz köprü kolu yardımı ile intramoleküler güçlerin oluşması sağlanır.

ATP'nin Kasılmadaki Rolü

• Kasılma sırasında ATP, ADP'ye yıkılır.
• Kasın yaptığı iş arttıkça parçalanan ATP miktarı da artar (Fenn etkisi).
• Miyozin başı, ATPaz enzimini kullanarak ATP'yi parçalar ve kasılma için gerekli enerjiyi elde eder.
• Troponin tropomiyozin Ca ile aktifleşir.

Kas Kasılmasında Enerji Kaynakları

• Kasta enerji (ATP) başlıca 3 yoldan elde edilir: fosfokreatin, anaerobik glikoliz ve aerobik glikoliz.

Enerji Kaynakları - Fosfokreatin

• ATP'yi yenilemek için kullanılan ilk kaynaktır.
• Fosfokreatin, ATP'den daha fazla serbest enerjiye sahiptir.
• Toplam fosfokreatin miktarı ATP'nin 5 kadar kadardır.

Enerji Kaynakları - Anaerobik Glikoliz

• ATP ve fosfokreatinin toplam enerjisi 5-8 saniye sürer.
• Glikojenin pirüvik asit ve laktik asite yıkımı sonucunda ATP üretilir.

Enerji Kaynakları - Aerobik Glikoliz

• Oksidatif metabolizma ile ATP üretilir.
• Uzun süreli kasılmada enerjinin %95'i bundan sağlanır.
• Besin maddeleri (karbonhidrat, yağlar, proteinler) kullanılır.
• Kısa süreli aktivitelerde karbonhidratlar kullanılır.

Kas Kasılmasının Verimliliği

• Verimlilik, enerji girdisinin işe çevrilme miktarıdır.
• En iyi koşullarda bile kastaki enerjinin %25'i işe yarar.
• Çoğu enerji ısı şeklinde kaybolur.
• Yüksek kas verimliliği orta hızda elde edilir.