Untitled Quiz

İskelet Kası Fizyolojisi

• İskelet kasının temel görevi kuvvet oluşturmaktır.
• Kasların bazıları somatik sinir sisteminin kontrolü altındadır.
• Vücudun %40'ı çizgili, %10'u düz kaslardan oluşur; geriye kalan %50'si ise diğer dokuları oluşturur.

Kasların Temel Özellikleri

• Eksitabilite (Uyarılabilme): Uyaranlara cevap verebilme yeteneği
• Konduktivite (İletebilme): Uyarıyı hücre boyunca iletebilme yeteneği
• Kontraktilite (Kasılabilme): Kasılarak gerginlik oluşturabilme yeteneği
• Elastisite: Kasın normal boyuna dönebilme özelliği
• Viskozite: Kasın iç direnci

Kasların Temel Fonksiyonları

• Hareket: Agonist, antagonist, stabilizatör ve nötralizör rollerini üstlenerek hareket sağlar.
• Postürün sağlanması.
• Koruma: İç organları ve yapıları korur.
• Isı üretimi: Kas aktivitesi vücut ısısını düzenler.
• Mekanik iş yapabilme yeteneği.

İskelet Kasının Yapısı

• İskelet kasları, çapları 10-80 µm arasında değişen çok sayıda liften oluşmuştur.
• Her bir lif daha küçük altbirimlerden meydana gelir.
• Her bir lif, genellikle orta bölgesinde tek bir sinir ucu ile innerve edilir (yaklaşık %2'si hariç).
• Kaslar tendonlar aracılığıyla kemiklere bağlanır.
• Kaslar fasiküllerden, kas hücrelerinden (lifler, fibriller), miyofibriller ve zarlardan oluşur.

Miyositler (Kas Hücreleri)

• Tüm iskelet kasları 10-80 mikrometre çapında ve 1-120 mm uzunluğunda çok sayıda kas lifinden oluşur.
• Her bir lifin üzeri endomisyum denen bağ dokusu ile sarılmıştır.
• Belirli sayıda lif (10-50) bir araya gelerek kas lifi demetini (fasikülleri) oluşturur.
• Demetin üzeri perimisyum denen bağ dokusu ile örtülüdür.
• Fasiküller kası oluşturur ve epimisyum ile örtülüdür.

Sarkolemma

• Sarkolemma, kas lifinin hücre membranıdır.
• Plazma membranı ve birçok ince kollajen lif içeren polisakkarit tabakasından meydana gelir.
• Kas lifinin ucunda, sarkolemmanın yüzey tabakası tendon lifiyle kaynaşır.
• Tendon lifleri demetler halinde birleşerek kemiğe yapışır.
• Sarkolemmanın içinde T tübülleri yer alır, ayrıca sarkoplazmik retikulum da bulunur.

Miyofibriller

• Her kas lifi, birkaç yüz ile birkaç bin arasında miyofibril içerir.
• Her miyofibrilde yaklaşık 1500 miyozin ve 3000 aktin filamenti bulunur.
• Miyozin ve aktin filamentleri kas kasılmasından sorumlu büyük polimerize proteinlerdir.
• Kalın filamentler miyozin, ince filamentler aktin'dir.

İskelet Kasında A ve I Bantları

• Miyozin ve aktin filamentlerinin kısmen iç içe girmesiyle koyu ve açık bantlar oluşur.
• Açık bantlar sadece aktin filamentlerini içerir; bu bölgelere I bandı denir ve polarize ışığa izotropiktirler.
• Koyu bantlar miyozin filamentlerini ve aralarına giren aktin uçlarını içerir; bu bölgelere A bandı denir ve polarize ışığa anizotropiktirler.
• İki Z çizgisi arasındaki bölge sarkomer olarak adlandırılır.
• Sarkomer, kasın en küçük fonksiyonel birimidir.

Aktin Miyozin Çapraz Köprüsü

• Miyozin filamentlerinin yan taraflarından çıkan uzantılar çapraz köprüleri oluşturur.
• Çapraz köprülerin aktin filamentleri ile etkileşimi kasılmaya neden olur.
• Aktin filamentlerinin uçları Z disklerine tutunur.

Z Diski

• Z diski, miyofibriller arasında çapraz uzanır ve bir miyofibrili diğerine bağlar.
• Hem iskelet hem de kalp kasında bulunan bantlar çizgili bir görünüm verir.

Sarkomer

• Sarkomer, iki Z çizgisi arası miyofibril bölümüdür.
• Kas lifi kasıldığında sarkomer boyu yaklaşık 2 µm'dir.
• Aktin ve miyozin bu boyda birbirlerinin üzerini örter ve uçları birbirine yaklaşır.
• Sarkomer en büyük kasılma gücünü 2,2 µm boyda oluşturur.

Diğer Kas Proteinleri

• Kaslarda kasılmaya katılan proteinlerin uygun yapısal ilişkilerinin korunmasından sorumlu olan aktinin, titinin, desminin haricinde başka önemli proteinler de bulunur.
• α-Aktinin, aktini Z çizgilerine bağlar.
• Nebulin, globüler aktin moleküllerini birbirine bağlar.
• Titin, bilinen en büyük proteindir (yaklaşık 3,000,000 Da ağırlığında); kalın flamanları Z diskine bağlar ve sarkomerin aşırı gerilimini önler ve elastik proteinler içerir.
• Desmin, Z çizgilerini plazma zarına bağlar.
• Distrofin, aktini kas membranına bağlar ve intrasellüler stabiliteyi oluşturur.

Miyofilamentleri Düzenleyen Moleküller

• Titin molekülü aktinle miyozini birbirine bağlar ve vücuttaki en büyük protein moleküllerindendir.
• Sadece çizgili kaslarda bulunur ve ayrıca filamentöz olduğu için çok esnektir.
• Sarkomerin istirahat düzeyine geri gelmesini düzenler.
• Nebulin, Z diskinden başlar ve aktinin uzunluğunda değişimlere hassastır.
• Tropomodulin, aktinin eksi ucunda bulunan bir başlık proteinidir ve aktinin uzunluğunu düzenler.
• Cap Z, aktin uzunluğunun artmasını engelleyen Z diskine tutunan bir başlık proteinidir.

Sarkoplazma

• Miyofibriller arası boşluklarda bulunan intraselüler sıvıdır.
• Potasyum, magnezyum, fosfat ve enzimler içerir.
• Miyofibrillere paralel olarak çok sayıda mitokondri bulunur.
• Mitokondri, kasılabilir miyofibrillere ATP sağlayarak enerji sağlar.

Sarkoplazmik Retikulum (SR)

• Kas endoplazmik retikulumuna sarkoplazmik retikulum denir.
• Kas liflerinin hızlı kasılan tiplerinde yoğun olarak bulunur.
• SR, bir T-tübülünden diğerine uzanan sarkomere paralel tübüllerden meydana gelir.
• Bir T-tübülü ile ona bitişik olan iki sarkoplazmik retikulum bölgesine triad adı verilir.
• Çizgili kastaki T-tübüller sadece asetilkolin iletimini sağlar.

Kas Kasılmasının Genel Mekanizması

• Kas kasılmasının temel adımları şunlardır:
  • Aksiyon potansiyeli motor sinir boyunca kas lifine kadar yayılır.
  • Sinir ucundan asetilkolin (Ach) salgılanır.
  • Ach, membrandaki asetilkolin kapılı Na+ kanallarını açar, Na+ hücre içine girer.
  • Kas lifinde oluşan aksiyon potansiyeli T-tübülleri boyunca yayılır.
  • Sarkoplazmik retikulumdan (SR) Ca2+ salınır.
  • Aktin-miyozin çapraz köprüleri oluşur ve kasılma gerçekleşir.

Motor Ünite

• Tek bir somatik motor nöron tarafından innerve edilen kas liflerinin tümüne motor ünite denir.
• Motor ünitedeki ortalama kas lifi sayısı 100-150 kadardır.
• Motor ünitedeki kas liflerinin sayısı hızlı tepki gösteren ve ince ayar gerektiren küçük kaslarda azdır (göz, el kasları gibi).
• İnce ayar gerektirmeyen kaslarda ise bir birimde yüzlerce kas lifi bulunur (sırt, bacak kasları gibi).

Kas Kasılmasının Moleküler Mekanizması (Kayan İplikçik Modeli)

• Gevşek durumda aktin filamentlerinin uçları miyozinin üzerinde belirsizdir.
• Kasılı durumda aktin, miyozin filamentleri arasına doğru çekilir ve uçları üst üste biner.
• Z diskleri, aktin tarafından miyozinin uçlarına kadar çekilir.
• Kas kasılması, kayan iplikçik mekanizmasıyla oluşur.

Kas Kasılmasının Moleküler Mekanizması (Aktin ve Miyozin Etkileşimi)

• Aktinin miyozin arasında kayması, miyozinin çapraz köprüleri ile oluşturulan mekanik güçler sayesinde olur.
• Aksiyon potansiyelinin kas lifi membranında yayılması, sarkoplazmik retikulumdan Ca²+ iyonlarının hızla salınmasını sağlar.
• Ca²+ iyonları aktin-miyozin arasındaki güçleri aktive eder ve kasılma başlar.
• Kasılma için gerekli enerji ATP'den elde edilir.

Filamentlerin Moleküler Özellikleri (Miyozin)

• Miyozin molekülü, herbiri 2 ağır ve 4 hafif zincirden olmak üzere 6 polipeptit zincirinden oluşur.
• İki ağır zincir birbirleri etrafında çift sarmal oluşturur ve bu sarmala kuyruk adı verilir.
• Zincirlerin bir ucu kıvrılarak miyozin başını meydana getirir.
• Miyozinde iki serbest baş vardır ve her serbest başta iki tane hafif zincir bulunur.
• Hafif zincirler kas kasılması sırasında başın fonksiyonunu kontrol etmeye yardım eder.
• Kuyruk kısmı demetler halinde toplanır ve gövdeyi oluşturur; baş ise gövdeden dışarı doğru sarkar.

Çapraz Köprüler

• Dışarı doğru uzanan kol ve başlara birlikte çapraz-köprü denir.
• Her çapraz köprünün menteşe denilen kısmı ile başın kolla birleştiği yer bükülebilir

Miyozin Özellikleri

• Miyozin filamentinin toplam uzunluğu 1,6 µm'dir.
• Miyozinin ortasında, 0,2 µm'lik bir alanda çapraz köprü başları yoktur.
• Miyozin kendi etrafında döner ve her çapraz köprü seti ve bir önceki setten 120 derece aksiyal olarak yer değiştirir.
• Bu durum çapraz köprülerin filamentin etrafında her yönde uzanmasını sağlar.
• Miyozin başı, ATPaz enzimi olarak fonksiyon görür.
• Bu özellik başın ATP'yi yıkmasını ve elde edilen enerjiyi kasılma işlemini gerçekleştirmek için kullanır.

Filamentlerin Moleküler Özellikleri (Aktin)

• İnce Flament üç protein bileşeninden oluşur:
  • F-aktin
  • Tropomiyozin
  • Troponin
• Aktin filamentinin belkemiği, çift-sarmal F-aktin protein molekülüdür.
• Çift F-aktin sarmalındaki ipliklerin her biri, polimerize G-aktin moleküllerinden oluşmuştur.
• Her G-aktin molekülüne bir ADP molekülü tutunmuştur.
• ADP molekülleri kas kasılması sırasında aktin filamentlerinin çapraz köprüleriyle etkileştiği aktif bölgelerdir.
• Çift sarmalın iki F-aktin ipliği üzerindeki aktif bölgeler, her 2.7 nanometrede bir aktif bölge bulunacak şekilde zikzak biçiminde yerleşmiştir.
• Her aktin filamenti yaklaşık 1 µm uzunluğundadır.
• Aktinin tabanları Z disklerinin içine kuvvetle yerleşirken, diğer uçlar her iki yönde miyozin molekülleri arasındaki boşluklara doğru uzanırlar.

Filamentlerin Moleküler Özellikleri (Tropomiyozin)

• Aktin filamentleri tropomiyozin denen farklı bir proteini de içerir.
• Her tropomiyozin molekülünün uzunluğu yaklaşık 40 nm'dir.
• Bu moleküller F-aktin sarmalının kenarları etrafına spiral olarak sarılmıştır.
• Dinlenme durumunda tropomiyozin molekülleri aktinin aktif bölgelerini kapatır ve kasılma engellenir.

Filamentlerin Moleküler Özellikleri (Troponin)

• Tropomiyozin molekülünün bir ucuna tutunmuş troponin denilen bir başka protein daha vardır.
• Troponin, zayıf bağlı 3 protein altbiriminden oluşmuş bir komplekstir:
  • Troponin I aktin için,
  • Troponin T tropomiyozin için,
  • Troponin C ise Ca+2 iyonları için kuvvetli afiniteye sahiptir.
• Bu kompleks tropomiyozini aktine bağlar. Troponinin kalsiyum iyonlarına kuvvetli afinitesi kasılmayı başlatır.

Miyozin, Aktin ve Ca+2 Etkileşimi ile Kasılmanın Oluşması

• Aktin filamentleri troponin-tropomiyozin kompleksi ile inhibe edilirken Ca+2 ile aktive edilir.
• Bu kompleks, aktinin aktif bölgelerini kapatır.
• Troponin-tropomiyozin kompleksi olmadığı zaman aktin filamenti, Mg ve ATP varlığında, miyozinin başına bağlanır.

Kasılmanın Düzenlenmesi

• Ca+2 iyonları troponin-tropomiyozin'in inhibitör etkisini baskılar.
• Mekanizma şöyle çalışır: Ca+2 troponin-C moleküllerine bağlandığında, troponin kompleksi biçim değişikliğine uğrar ve tropomiyozini aktin iplikleri arasındaki oluğa iter.
• Aktinin aktif bölgeleri açığa çıkar ve kasılma gerçekleşir.

Kasılma

• Aktin Ca2 ile aktive olur olmaz, miyozinin başı aktinin aktif bölgelerine çekilir ve kasılma gerçekleşir.
• Çapraz köprülerin aktin arasındaki bu kasılma mekanizmasına kasılmanın "boyunca yürüme" teorisi denir.
• Başın bir aktif bölgeye tutunması ile baş ile çapraz köprü kolu arasında intramoleküler güçlerde değişiklik olur.
• Kuvvetlerdeki bu düzenlenme, baş eğilir ve aktini çeker, bu eğilmeye güç vurumu denir.
• Baş aktif bölgeden ayrılır ve yeni aktif bölgeyle birleşir, bu işlem Z membranını miyozine çekinceye dek tekrarlanır.

ATP’nin Kasılmadaki Yeri

• Kasılma işlemi sırasında büyük miktarda ATP, ADP'ye yıkılır.
• Kas tarafından yapılan iş ne kadar büyükse, yıkılan ATP miktarı da o kadar fazladır; buna Fenn etkisi denir.
• Kasılmada olaylar dizisi:
  • Kasılma öncesi miyozin başının ATPaz aktivitesi ile ATP hemen ADP ve Pi'ye ayrılır.
  • Troponin-tropomiyozin kompleksine Ca bağlanınca aktinin aktif bölgeleri açılır ve miyozin başı aktine bağlanır.
  • Bağlanmayla baş biçimsel değişikliğe uğrar ve kasılır.

ATP Döngüsü

• Bağlı haldeki ADP ile Pi salınır ve buraya yeni ATP bağlanması ile baş aktinden ayrılır.
• ATP molekülü yıkılır ve başı dikey pozisyonunda yeni bir güç vurumuna "hazır" hale getirir.
• Ardından, yıkılmış ATP'den sağlanan depo enerjisi ile hazırlanmış baş, yeniden güç vurumu yapar.
• Bu işlem, Z membranını çekinceye dek tekrarlanır.

Çapraz Köprü Oluşumu ve Kasılma Özeti

• Miyozin başı (yüksek enerjili konfigürasyon) aktin miyofilamente bağlanır.
• Çalışma vuruşu sırasında miyozin başı döner ve aktin filamenti üzerine çekerek M çizgisine doğru kaydırır.
• Yeni bir ATP molekülü bağlandığında, çapraz köprü ayrılır.
• ATP, ADP ve Pi'ye ayrıldığında, miyozin başı tekrar yüksek enerjili konfigürasyona döner.

Çapraz Köprü Sayısının Gerilime Etkisi

• Aktin miyozin filamentiyle üstüste bindikçe, sarkomer boyu 2,2 µm düşene kadar gerilim giderek artar.
• Bu noktada, bütün çapraz köprüleri üstüste binmiştir fakat henüz miyozin filamentinin ortasına ulaşmamıştır.
• Sarkomer boyu 2 µm olana kadar maksimal gerilim devam eder.
• Daha sonra, aktinin uçları miyozinin üzerine binmeye başlar.
• Sarkomer boyu 1,65 µm doğru düştükçe kasılma gücü azalır ve miyozin uçları her iki Z diskine dayanır.
• Sarkomer boyu iyice kısalırsa, ve miyozinin uçları bükülürse kasılma gücü sıfıra yakınsar.

Kas Boyunun Kasılma Gücüne Etkisi

• Kas istirahat halindeyken ve sarkomer boyu yaklaşık 2,2 µm iken maksimal kasılır.
• Aktif gerilim denilen kasılma esnasında oluşan kas gerimi, kas normal boyunun üstünde iken azalır.

Kasılma Hızının Yükle İlişkisi

• Kas yüke karşı olmadığında oldukça hızlı kasılır ve 0,1 saniyede tam kasılma durumuna geçer.
• Yük miktarı arttıkça kasılma hızı azalır.
• Yük kasın oluşturabileceği maksimum kuvvete çıktığı zaman kasılma hızı sıfır olur. Yükle kasılma hızının azalmasının nedeni, yükün kasıcı güce zıt yönde etki yapmasıdır.

Kasın Yaptığı İş

• Kas bir yüke karşı kasıldığında iş yapar.
• Bu, enerjinin kastan yüke transfer edildiği anlamına gelir.
• Örneğin bir cismi daha yükseğe kaldırmak veya harekete karşı direnci yenmek gibi durumlar iş yapma örnekleridir.
• İş matematiksel olarak W (iş) = L (yük) x D (mesafe) denklemiyle tanımlanır.
• İş için gerekli enerji, kas hücrelerindeki kimyasal reaksiyonlardan elde edilir.

Kasılma İçin Enerji Kaynakları

• Kas kasılması ATP'deki enerjiye bağlıdır. Bu enerji, çapraz köprü oluşumunda, sarkoplazmadan sarkoplazmik retikuluma Ca+2 pompalarken ve kasa Na ve K+ iyonlarının aktif taşınmasında kullanılır.
• Mevcut ATP konsantrasyonu kasılmayı en fazla 1-2 saniye devam ettirebilir.
• Kasta enerji (ATP) başlıca şu 3 yoldan elde edilir:
  • Fosfokreatin
  • Anaerobik glikolizis
  • Aerobik glikolizis

Fosfokreatin Sistemi

• ATP'yi yeniden üretmek için kullanılan ilk enerji kaynağıdır. Yüksek enerjili fosfat bağı taşır.
• Fosfokreatinin fosfat bağı, ATP'den daha fazla serbest enerjiye sahiptir.
• Fosfokreatinin yıkılmasıyla açığa çıkan enerji bir Pi’ın ADP’ye bağlanmasını sağlar.
• Toplam fosfokreatin ATP miktarının sadece 5 katı kadardır.

Anaerobik Glikoliz

• ATP ve fosfokreatinin toplam enerjisi, maksimal kas kasılmasını sadece 5-8 saniye sürdürebilir.
• Bu nedenle ATP ve fosfokreatini yenilemek için glikojen depolarından yararlanılır.
• Glikojenin pirüvik aside ve laktik asite hızlıca yıkılması sonucu ortaya çıkan enerji ile ADP, ATP'ye dönüştürülür.

Aerobik glikoliz

• Vücudun son enerji kaynağıdır.
• Oksijen ile glikoliz, yağ ve proteinlerin birleştirilmesi sonucu oluşur.
• Uzun süreli kasılmalarda kullanılan enerjinin %95'den fazlası aerobik glikoliz ile sağlanır.
• Kullanılan besin maddeleri; karbonhidratlar, yağlar ve proteinlerdir.
• Uzun süreli kas aktivitelerinde kullanılan enerjinin çoğu yağlardan sağlanır, 2-4 saatlik periyotlarda ise karbonhidrat kullanılır.

Kas Kasılmasının Verimliliği

• Verimlilik, kas içerisine giren enerjinin ne kadarının işe çevrildiğini gösterir.
• En iyi koşullarda bile kasın %25'i işe çevrilirken diğer kısım ısıya dönüşür.
• İyi beslenme olsa bile Enerjinin sadece %40-45 kasılmaya etkilidir. Kas orta hızda yüksek verimlilikle çalışır.