Izomelettan 1. tétel PDF

Tartalomjegyzék 17. Az izomműködés szabályozása és a motoros véglemez 18. Az izomösszehúzódás molekuláris mechanizmusa, elektromechanikai kapcsoltság; kereszthíd-ciklus 19. A harántcsíkolt izom típusai, izomműködés energiaforrásai és az oxigénadósság; a hőtermelés és izomfáradás 20. Az izo...

Tartalomjegyzék 17. Az izomműködés szabályozása és a motoros véglemez 18. Az izomösszehúzódás molekuláris mechanizmusa, elektromechanikai kapcsoltság; kereszthíd-ciklus 19. A harántcsíkolt izom típusai, izomműködés energiaforrásai és az oxigénadósság; a hőtermelés és izomfáradás 20. Az izomműködés makroszkopikus jelenségei; a hossz- feszülés diagram: izommunka, teljesítmény; 21. A simaizomra jellemző sajátosságok  Összefoglalás salcios potencial Az izommembránon akkor keletkezik AP, ha azt az idege felől ingereljük. Az idegi akciós potenciálnak az izomra való átterjedése a myoneuralis junctioban (izom - ideg közötti kapcsolat) jön létre. A kapcsolat lényege, hogy az idegi akciós potenciál az idegvégződésen acetilkolin felszabadulást indukál. Ez a kémiai jel az izommembrán nikotinos acetilkolin receptoraihoz kötődik és ligandfüggő kationcsatorna megnyílást eredményez. A kationcsatorna megnyílása helyi áramot (End Plate Potential = EPP) kelt, amely dekrementummal (a távolság megtételével fordított arányban csökkenve) terjed a myoneuralis junctio mellett elhelyezkedő gyors, feszültségfüggő nátriumcsatornákig, ahol konformáció változást és következményes myolemma akcióspotenciál keletkezést indukál. E kapcsolat részleteit ismerjük meg a következőkben.  A „Motoros egység” Az idegrendszer specializálódott sejtek hálózata, melyek információt szállítanak az élőlény környezetéről és saját magáról, valamint az a szervrendszer amely irányítja a szervezet többi részét. Feldolgozza a külső és belső ingereket, amikre a test valamennyi részének irányításával reagál. A „Motoros egység” 1 idegs 1 ideg - finom mozgások 1 idegs több ideg - ált mozgás (vázizom) - finommozg nem kell A motoros egységet (motor unit) az izomhoz térő idegek és az izom maga alkotják. 16 Az izomösszehúzódás mechanizmusa  idegs tallkozik szarkolemmával A Neuromuszkuláris Junkció Az izomösszehúzódás biztosításához intakt neuromuszkuláris junkció (NMJ) azaz ideg-izom kapcsolat kell. 18 elektromos jel kémiai jellé alakul Enzimek Transzportja Izom A neurotranszmitterek szintézise, és transzport folyamata 19  jelátvivő anyag, acetil kolin receptorok kötik postszinaptikus oldalon Az Acetil-Kolin mint neurotranszmitter Na beáramlás elősegítése acetilkolin vezikulumokban található maga. nem stestben jön létre, csak az enzimek amik létrehozzák Az Acetilkolin (ACh) az a neurotranszmitter, ami jelet közvetít a neuromuszkuláris junkcióban az idegsejt és az izomsejt között. jel hatássára membránhoz kapcs., tartalmuk szinaptikus részbe folyik elmegy nem cisnél semmit vagy enzim - acetilkolin észteráz - lebontja vagy szinaptikus résen át - megköt -kémiai20 jel elektromossá vissza - véglemez potenciál  neuromusakularis D Az ACh jelátvitel a NMJ-ban sacctilkolin & juukcio ⑧ 1. Üres vezikulum (≈40 nm átmérő) szintézise a Motoneuron Golgi-ban 2. Vezikulumok „áramlása” a végbunkó felé 3. ACh szintézis a cytosolban, transzport a vezikulumba (10000 AcCh/vezikulum; egy idegi akciós potenciál (AP) 150 – 300 vezikulum exocytosisát eredményezi) 4. Az axonon végig futó AP nyitja a feszültség függő Ca-csatornákat, Ca beáramlás az EC-ből, a végbunkó Ca-koncentráció így 100x – ra nő, beindítja ACh vezikulum exocitózisát 5. ACh a synapticus résbe kerül, majd: a) kis része diffúzióval eltűnik b) a receptorhoz (R) nem kötődött katabolizálódik (A kolinészteráz enzim segítségével kolin + acetát képződik; a kolin reabszorbeálódik a végbunkóba és a cytosolban reszintetizálódik Ach-vá) c) döntő része az ACh-R-hoz kötődik 6. A myolemmán EPP (véglemez potenciál) keletkezik 7. Az intenzív exocitózis a vezikulumok számát lecsökkenti, azok membrán darabjai a végbunkó membránjába ágyazódnak - ezek később endocytosis-sal visszakerülnek a cytosol-ba és újra feltöltődhetnek ACh-nal. Az endocytosis-t a vezikulum belső membránjához kapcsolódó Clathrin segíti, ami egy kontraktilis protein.  SNARE protein The SNARE fehérjék elsődleges szerepe a vezikulumok fúziójának közvetítése – a vezikulumok összeolvasztása az ideg membránjával; ezt követi az exocitózis. 22 https://en.wikipedia.org/wiki/SNARE_(protein)  Clathrin vezikulumok vissza/lefűződéséjért felelős fehérje komplex úgy néz ki mint rajzszög 23 Clathrin A Clathrin molekulák feladata az, hogy a sejten kívüli térből bizonyos anyagoknak „segítséget” nyújtsanak a sejtbe bejutáshoz. Ezek a molekulák a membrán belső oldalára ülve egy ún. clathrin coated pit – clathrin borította üreg – kialakításában vesznek részt. Ez az üreg képes befelé leválni a membránról, egy kis membrándarabbal körbevett vezikulát alkotva. 24 cső, külső részét öt feh, 2béta, 2alfa, 1delta Acetilkolin receptor Izomban a nikotinos acetilkolin receptor két alfa, két béta és egy delta alegységből áll. E receptor szerkezetet kompetitíve gátolni tudja a kurare ill. a bungarotoxin nevű anyag. (a központi idegrendszer nikotinos acetilkolin receptoraiban nincs delta alegység. Ott két alfa és három béta alegység található: emiatt az a nikotinos acetilkolin receptor kuraréval szemben sokkal ellenállóbb). 25 Acetilkolin receptor ingerelhető ach számára ach bekötődik, nyit nem ingerelhető, zárva van Az izomban található acetilkolin receptor olyan ligandfüggő receptor, mely három helyzetben lehet: 1. zárt, 2. nyitott, 3. inaktivált. 26  Nicotine Tobacco (Nicotiana rustica) The physiology of addiction; ΔFosB accumulation from excessive drug use “Nicotine is a naturally produced alkaloid in the nightshade family of plants and is widely used recreationally as a stimulant and anxiolytic. Nicotine acts as a receptor agonist at most nicotinic acetylcholine receptors (nAChRs), except at two nicotinic receptor subunits where it acts as a receptor antagonist. Such antagonism results in mild analgesia.” 27 https://en.wikipedia.org/wiki/SNARE_(protein) https://en.wikipedia.org/wiki/Nicotine#  Bungarotoxin The common krait (Bungarus caeruleus) “Bungarotoxins function by modulating acetylcholine neurotransmission in both muscles and neurons. α-Bungarotoxin irreversibly blocks the binding of acetylcholine (ACh) to postsynaptic nicotinic acetylcholine receptors (nAchR) on both muscle and neurons. Similarly, κ-bungarotoxin acts to block postsynaptic nAchRs, but its effect is primarily on neuronal receptors rather than muscular nicotinic receptors. Conversely, β- and γ-bungarotoxins act presynaptically to cause excessive acetylcholine release and subsequent depletion, resulting in paralysis”. 28 https://en.wikipedia.org/wiki/SNARE_(protein) https://en.wikipedia.org/wiki/Bungarotoxin Véglemezpotenciál (EPP) ach kinyílik -véglemezpot. a myolemma AP-ja Az EPP amplitúdó kódolt frekvencia kódolt Véglemezpotenciál (EPP) Az acetilkolin kötődése megnyitja a kationcsatornát, helyi véglemezpotenciál keletkezik. Az dekrementummal terjed a szomszédos feszültségfüggő nátriumcsatornához, ahol AP-t generál. Terjedés dekrementummal: a jel amplitúdója / erőssége a megtett távolsággal fordított arányosságban csökken. Egy vezikulumnyi acetilkolin csak egységnyi, "kvantumnyi" hatást vált ki, ami 1 mV-os EPP-t (MEPP, miniatür EPP) vált ki. Az acetilkolin nagy mennyiségben 100 mV-os EPP-t is okoz, aminek a dekrementummal való terjedése már elegendő a szomszédos feszültségfüggő nátriumcsatornák küszöbpontenciáljának eléréséhez. Ha az EPP eléri a feszültségfüggő Na csatorna küszöbpotenciálját, AP keletkezik a myolemmán, ami később az izom összehúzódásához vezet. Ha nem éri el a küszöbpotenciált, a jel elhal.  Magnézium ach receptor blokkolása Az EC magnézium koncentráció növekedése antagonizálja az acetilkolin receptort és gátolja a sarcomer működését. Különösen fontos ennek ismerete szarvasmarhában. Az ellés után a tejbe történő extrém magas kalcium szekréció lecsökkenti a plazma kálcium szintjét: a magnézium szint ugyan nem növekszik, de annak a kalciumhoz való magas aránya éppúgy hat, mintha abszolút értelemben is megnőne a koncentrációja. Az izom elernyed: ún. ellési bénulás következik be. 31 A Neuromuscularis Jelátvitel 32 A NMJ jelátvitelét gátló drogok AcCh hatású drogok:(pl. Nikotin): az ACh-hoz hasonló hatás, DE a kolinészteráz enzim nem bontja. Felhalmozódik és permanens depolarizáció lesz - a kontrakció akár órákig is tart – eredmény: spasmus Kolineszteráz bénítók: Gátolt az ACh hidrolízise, ezért ACh felhalmozódás lesz (ilyen hatású a neostigmin, ezerin, diisoprop. fluorofoszfát ideggázok) Ezek SPASMUS repetitív izom stimulust eredményeznek, spasmus alakul ki (akár órákig), gége bénulás, halál. 33 A NMJ jelátvitelét gátló drogok ach r nem kap jelet Kurariform-drogok (pl. Kurare): ACh-R kompetitiv gátlása (Na-csatornák nem nyílnak meg) - nincs depolarizáció - nincs kontrakció (az EPP nem tud AP-t kiváltani). Botulin Toxin: ACh kiáramlást gátolja. Eredmény: nincs kontrakció Paralízis (nincs EPP). Myasthenia Gravis: autoimmun betegség (ACh-R-t blokkoló auto-antitestek képződnek – ez az AcCh kötődést akadályozza, a transzmisszió nem működik – Paralízis (Kolineszteráz bénítóval kezelve az AcCh felhalmozódik, így a kevés ép receptort stimulálja - így átmeneti rendeződés lesz). A Myoneuralis Junctio Fáradása: In vivo nagyon ritkán (extrém kimerülés) fordul elő. Kísérletesen: ACh szintézis elégtelensége esetén nincs szignál transzmisszió (ha ekkor az ideget vagy izmot külön-külön ingereljük - mindkét helyen lesz AP, de a szignál transzmisszió (az ACh hiány miatt) nem megy.  Kurare is a common name for various plant extract alkaloid arrow poisons originating from Central and South America. These poisons function by competitively and reversibly inhibiting the nicotinic acetylcholine receptor (nAChR), which is a subtype of acetylcholine receptor found at the neuromuscular junction. This causes weakness of the skeletal muscles and, when administered in a sufficient dose, eventual death by asphyxiation due to paralysis of the diaphragm. Poison dart frog is the common name of a group of frogs in the family Dendrobatidae which are native to Central and South America. Scientists are unsure of the source of poison dart frogs' toxicity, but it is possible they assimilate plant poisons which are carried by their prey, including ants, termites and beetles. Poison dart frogs raised in captivity and isolated from insects in their native habitat never develop venom. 35 https://en.wikipedia.org/wiki/Poison_dart_frog Botulin toxin Botox can cause facial nerve paralysis, the cosmetic effect is a side effect Richard Clark, a plastic surgeon from Sacramento (CA), was the first to document a cosmetic use for botulinum toxin. He treated facial asymmetry caused by unilateral facial nerve paralysis by injecting toxin into the non-paralyzed frontal muscle. Marrying ophthalmology to dermatology, Jean and Alistair Carruthers observed that blepharospasm patients who received injections around the eyes and upper face also enjoyed diminished facial glabellar lines (“frown lines” between the eyebrows), thereby initiating the highly- popular cosmetic use of the toxin. Brin, and a group at Columbia University under Monte Keen made similar reports. In 2002, following clinical trials, the FDA approved Botox Cosmetic, botulinum A toxin to temporarily improve the appearance of moderate-to-severe glabellar lines. The FDA approved a fully in vitro assay for use in the stability and potency testing of Botox® in response to increasing public concern that LD50 testing was required for each batch sold in the market. From Wikipedia 36 A „Motoros egység” A motoros egységet (motor unit) az izomhoz térő idegek és az izom maga alkotják. 37 A „Motoros egység” Fázikus Tónusos rostok rostok A nagy alfa motoneuronok a fázisos glikolitikus rostokat, a kis alfa motoneuronok a vörös izmokat idegzik be. A „Motoros egység” Az izom feladataitól függően az idegrost - izomrost arány jelentősen változik. A finom- mozgást végző szemizmokban 1:1 arány, nagyobb vázizmokban 1:100 arány is előfordul. A SEM kép jól mutatja az idegrost felbomlását az izomrost felszínén és a kapcsolatot jelentő junctiokat. 39  A fuzimotor rendszer A vázizmokban olyan módosult izomrostok is találhatók, melyek az izom feszülésének érzékelésében és az izom feszültségének finom beállításában játszanak szerepet (receptorfunkció). Ezeket az izomrostokat intrafuzális rostnak nevezzük szemben a vázizom fő tömegét adó munkaizomrostokkal (extrafuzális rostok). Receptorok találhatók ezenkívül az inakban is: ún. Golgi-féle ínreceptorok. Az e rostokhoz kötött ún. fuzimotor rendszer működésének itt csak a legalapvetőbb jelenségeit mutatjuk be, annak részletes tárgyalása az idegélettan Proprioceptív reflexek c. alfejezetében található. 40 A fuzimotor rendszer - afferentáció Ia: Dinamikus afferensek: feszültség és hossz változásokat érzékelő „anulospirális” receptorok IIa: Statikus feszültség változást érzékelő „virágcsokor” receptorok 41 A fuzimotor rendszer Megnyúlás Nyugalmi hossz Összehúzódás AP frekvencia 42  A Myotatikus (nyújtási) reflex A megfelelő (izomrost megnyúlása) inger az intrafuzális rost két receptor területén (a magzsák és maglánc receptorok gyors rostjain) keresztül éri el a szürkeállományt. Itt az idegrostok közvetlenül is és serkentő interneuronokon keresztül is csatlakoznak a megfelelő extrafuzális rost alfa- motoneuronjára. Az izom nyújtása a párhuzamosan kapcsolt fuzimotor elemekben az afferens AP frekvenciáját növeli, ez pedig serkenti a megfelelő alfa motoneuron aktivitást: az izom nyújtására kontrakció a válasz. Ez a myotatikus (nyújtási, extensor) reflex főleg az antigravitációs izmok sajátja: a megterhelés okozta feszülés ellen az izmok reflexes kontrakcióval felelnek. Legtöbb állatban az extensor izmok a legfontosabb antigravitációs izmok, ezért nevezik néha extensor reflexnek is. (Lajhárban, ahol a flexorok az antigravitációs izmok, éppen a flexorokban található nagyszámú hajlítási, myotatikus reflex gondoskodik arról, hogy az állat "automatikusan" kapaszkodjon az ágakba). 43 A Myotatikus (nyújtási) reflex intrafus.-hoz extrafus.-hoz Az izom nyújtására kontrakció a válasz szervo-mechanizmus (alfa) + koaktiváció (gamma) 44 A Myotatikus (nyújtási) reflex Az inverz myotatikus reflex túlterhelés, extrém-megnyúlás esetén „kapcsol be”. Passzív nyújtáskor az izom a fuzimotor rendszer miatt először megfeszül, azonban továbbnyújtva hirtelen ellazulás jön létre. Ez a fordított nyújtási, vagy inverz myotatikus reflex. 45 Izomtónus Finom-beállítás II. tip. Virágcsokor (secunder), statikus változásokat érzékelő és Ia Anulospirális (primer) dinamikus feszültség változásokat érzékelő afferensek Extrafusalis rost CONTRACTILIS Nyugalmi hossznál elem A ger.velő integrálja a funkciókat Magzsák-maglánc afferens receptorok γ –motoneuron γ-efferens (az α mellett,ez is Intrafusalis rost kap stimulust CONTRACTILIS elem Golgi-aff.(Ib) az Ia-afferenstől) INHIBITORY Nagy motoros α-neuron (a fázisos Extrafusalis efferens izmokat innerválja) Rost A kis motoros α a tónusus, vörös izmokat. α- efferens az extrafusalishoz 46 Izomtónus Finom-beállítás servo-mechanizmus 47  Izomtónus Finom-beállítás Proprioceptiv (myotaticus) reflex: az efferentáció ugyan abba a szervbe tér vissza, ahonnan az afferentáció indult. Stimulus: a magzsák receptor megnyúlása, ezzel az anulospiralis (Ia.) afferentáció beindul, a motoneuron „megkapja” az információt. Ezután kétféle válasz történik: 1) a motoneuron az α-efferens útján ingerületet küld az extrafuzális rosthoz. Ennek eredménye a kontrakció (cél az antigravitációs testtartás fenntartása). Ez a cerebrális motoros központ nélkül működő ún. szervo-mechanizmus. 2) Fuzimotor rendszer aktiválás (γ-hurok): Ia afferens fut a γ-motoneuronhoz is, onnan γ-efferens tér az izomorsó kontraktilis végéhez. Ennek eredménye: az intrafuzális rost kontrakciója. Ennek célja az izomorsó „utánállítása”, állandó kisfokú feszülés fenntartása, izomtónus finombeállítása (ezáltal részvétel a koaktivációban). Golgi – Inreceptor: Célja az extrém megnyúlás elleni védelem. A túlterhelés, extrém- megnyúlás esetén az afferentáció az (Ib) rost útján a gátló interneuronhoz, majd innen az alfa-efferenshez jut. Ez egy hirtelen relaxációt eredményez az α-efferens gátlásán keresztül. Ez az ún. Inverz Myotatikus Reflex. 48 Koaktiváció A központi Idegrendszer is hozzájárul a rendszer aktiválásához a „szervo- mechanizmuson” túl. A cerebrális központ motoros parancsa szimultán ingerli az α- és γ- motoneuronokat. Ez a koaktiváció. Innen a parancs lefut az intra- és extrafusalis rostokhoz is. Ha az összehúzódás ennek megfelelően hibamentesen kiviteleződik, akkor mind az intrafuzális, mind az extrafuzális rostok egyforma ütemben és erővel húzódnak össze. Hirtelen erős terhelésnél azonban az extrafuzális rostban erősebb a feszülés, mint az intrafuzálisban. A kettő közötti különbséget az Ia és II afferensek AP frekvenciájának változása követi, ami viszont helyi szinten (az adott gerincvelői szegmentumban) "utánállítja" az extrafuzális rostok feszülését. A szervo-mechanizmus és a koaktiváció együttes érvényesülése igen gyorsan korrigálja a motoros parancs végrehajtásával kapcsolatos hibákat. 49  Videók a fuzimotor rendszer működéséről Az intrafuzális rostok struktúrája és A Koaktiváció jelentősége (angol) működése (angol) https://www.youtube.com/watch?v=F0dp7A4IKyY https://youtu.be/wwQKSFKyD3U?t=273 50