Kas Fizyolojisi 4 Kasım Notları PDF

KAS FİZYOLOJİSİ Dr. Öğr. Üyesi Alim NURAYDIN  Kas Hücresinde İsimlendirme Miyosit: Kas teli, Kas hücresi Sarkoplazma : Kas telinin sitoplazması Sarkolemma: Kas telinin plazma membranı Sarkozom : (Mitokondri) Sarkoplazmik retikulum : (Endoplazmik retikulum) Miy...

KAS FİZYOLOJİSİ Dr. Öğr. Üyesi Alim NURAYDIN  Kas Hücresinde İsimlendirme Miyosit: Kas teli, Kas hücresi Sarkoplazma : Kas telinin sitoplazması Sarkolemma: Kas telinin plazma membranı Sarkozom : (Mitokondri) Sarkoplazmik retikulum : (Endoplazmik retikulum) Miyofibril: Aktin ve Miyozin miyoflamentlerinden oluşur  Kas hücreleri de sinir hücreleri gibi kimyasal, elektriksel ve mekanik olarak uyarılma özelliğine sahiptir. Bu hücreler uyarıldıklarında hücre zarı boyunca yayılabilen aksiyon potansiyeli oluşturur. Kas hücreleri kimyasal enerjiyi mekanik enerjiye çeviren özelleşmiş hücrelerdir. ATP’ deki enerjiyi kullanarak güç oluşturur ve iş yaparlar. Kas genel olarak 3 tipe ayrılır; - İskelet kası - Kalp kası - Düz kas  İskelet Kası İstemli olarak çalışır ve lifleri arasında anatomik bağlantı yoktur. Kasılması MSS tarafından kontrol edilir. Sinirsel uyarı yoksa kasılmaz. Duruş, hareket, konuşma ve solunum gibi çok sayıda aktivitede rol oynar. İskelet kas hücrelerindeki çizgili görünüm, yapısındaki aktin ve miyozin moleküllerinin düzenli organizasyonu sonucu oluşur.  Sarkomer Sarkomer: Çizgili kasın kasılabilen en küçük birimidir. Üç boyutlu olarak düzenli bir organizasyon gösteren ince (Aktin) ve kalın (Miyozin) filamentlerden oluşur.  İnce filamentler, üçgen prizmalar boyunca dağılmış şekilde yerleşen kalın filamentler etrafında altıgen bir örgü kuracak şekilde yerleşmiştir.  Miyozin ve aktin flamentlerinin kısmen iç içe girmesi nedeniyle miyofibriller birbirini izleyen koyu ve açık bantlar oluştururlar. Açık bantlar sadece aktin flamentlerini içerir ve I bandı adını alır. Koyu bantlar miyozin flamentleri ile aralarına giren aktin flamentlerinin uçlarını içerir. Koyu bantlara A  Ayrıca miyozin flamentlerinin yan taraflarından çıkan küçük uzantılar görülmektedir, bunlar çapraz köprülerdir. Çapraz köprülerle aktin flamentleri arasındaki etkileşme kasılmaya neden olur.  Sarkomeri oluşturan kalın flament miyozin molekülünden İnce flament ise aktin, tropomiyozin ve troponin olmak üzere üç proteinden oluşmaktadır. İnce flamenler sarkomerin iki ucunda, kalın flamentler ise orta bölgede yerleşmiştir.  Miyozin flamenti aktin bağlayan karma bir proteindir. Miyozin molekülünün baş kısmı, aktin molekülü ile çapraz köprüler oluşturacak şekilde yerleşmiştir. Ayrıca miyozin başının ATP az enzimi olarak fonksiyon görür. Bu özellik başın ATP’ı yıkmasını ve yüksek enerjili fosfat bağlarından elde edilen enerjiyi kasılma işlemini enerjilendirmek için kullanılmasını sağlar.  Aktin flamentinin üzerinde aktif bölgeler kas kasılması sırasında aktin flamentlerinin miyozin flamentlerinin çapraz köprüleri ile etkileştiği bölgelerdir. Tropomiyozin molekülleri, istirahat durumunda aktin ipliklerinin aktif bölgelerini kapatır, dolayısıyla aktin ile miyozin arasında kasılmaya neden olacak çekimi engeller. Her tropomiyozin molekülü 7 aktif bölge kapatır.  Troponin, tropomiyozin molekülleri boyunca bulunan küçük bir proteindir. Kas kasılmasında farklı roller oynayan 3 alt biriminden oluşmuştur. 1) Troponin I, miyozinin aktin ile etkileşimini inhibe eder 2) Troponin T tropomiyozine troponin molekülünü bağlar 3) Troponin C ise kasılmayı başlatan Ca iyonları için bağlanma noktaları  Çapraz köprü 1- Miyozinin aktin döngüsü ile bağlanması doğal bir olaydır ve “rigor “ (sertlik) durumu olarak adlandırılır. 2- Miyozin aktine bağlıyken, ATP bağlama özelliği de kazanır ve bu sayede kasılma için gereken “çapraz köprü döngüsü de başlar. 3- Miyozin, ATPaz aktivitesi ile ATP’yi parçalandığında ortaya çıkan enerji miyozini ATP’den ayırır. 4- Elde edilen enerji, miyozin başının geriye doğru bükülmesini sağlar ve miyozin aktine daha geride bir noktada tutunur. 5- Parçalanan ATP’den kalan ADP ve fosfat ikilisinden fosfatın atılması, miyozin başının güçlü bir şekilde ileri doğru eğilmesine ve aktin’i çekmesine neden olur. Buna “güç vuruşu” denir. 6- Güç vuruşu sonunda miyozin başı ADP’yi de serbest bırakır ve yine, yeni bir döngüye başlamak üzere rigor durumuna geçer. Eğer bu hareket sonunda döngüyü tekrar başlatacak ATP bulunamazsa rigor durumu kalıcı olur. Ölüm sonrası görülen kas  Kasılmada, ince filamentler, kalın filamentlere doğru itilir ve ince filamentler kalın filamentler boyunca kayar. Miyozin ve aktin lifleri teleskop boruları gibi birbirinin içine geçer -Sarkomer kısalır -Filamentlerin boylarında değişiklik olmaz -Miyozin başlarının hareketi ile ince filamentler , yeterli kasılma sağlanana kadar çekilir  Ca2+ kons. arttığında, miyozin başı aktine değer. ATP’nin hidrolizi, miyozin başının hareketinden daha öncedir. ATP’nin hidrolizi ile oluşan serbest enerji miyozin başının enerjice zengin bir konformasyonu şeklinde saklanır. ADP ve Pi miyozin başında bulunur, salınması Aktin ile sağlanabilmektedir. ADP ve Pi içeren miyozin başı, lif ekseni ile 90 derecelik bir açı yapmaktadır. Aktin- miyozin kompleksinden ADP ve P ın salıverilmesi  Aktomiyozin bağı için en düşük enerji, ancak 45 derecelik bir açı ile sağlanır. Bu nedenle miyozin, aktin’i (10-15nm) sarkomerin ortasına çekerken açısı da 90 dereceden, 45 e küçülür. Böylece, Miyozin başı eğilir ve ince filamentleri çeker. Aktin ile değindiğinde, ADP ve inorganik fosfat salınır. Miyozin başı, ancak yeni bir ATP molekülü varlığında aktin’den ayrılabilir, bu olay ise “ Gevşeme”dir  Çapraz köprülerin bir tek rotasyonal hareketi kasın boyunu %1 kısaltır, oysa kontraksiyon sırasında kasın boyu %50 kısalabilir kürek çekme tarzında çapraz köprü hareketi (1/10 sn'de bir köprü hareketi) Çapraz köprülerin elastik yapısı, izometrik kasılma sırasında gerilimi arttırır. Kasılma için direkt enerji kaynağı: ATP ATP gevşeme için de gerekli  Kontraksiyonda Troponin, Tropomiyozin ve Kalsiyumun Rolü  Membran Sistemi ve Sarkoplazmik Retikulum Her kas lifi, sarkolemma ile çevrili durumdadır. Çok ince bir yapı olduğundan ışık mikroskobunda görmek zordur. Yüzeyinde glikokaliks adı verilen tabaka vardır. Kas dokusuna özgü bir sistem olan sarkoplazma retikulumu, yoğun bir sarnıç ya da tubülüsler sistemidir. Granülsüzdür, miyofibrilerin çevresindeki ince çaplı sarnıç (tubul) sistemi olarak tanımlanabilir.  Sistemin tubülleri, boyuna ve enine olmak üzere iki yönde yerleşiktirler. Boyuna olanlar, geniş, birbirleriyle ağızlaşan ve miyofibrilin uzun ekseni yönünde yerleşik sarnıçlardır, A bandı düzeyinde lokalize olurlar. Enine olanlar ise daha dar çaplı tubüllerden oluşur, eksene dikey olarak yerleşiktirler , Z çizgisine ya da A-I birleşiğinde lokalizedirler, Transvers tubül ya da "T" tubülü adını alırlar.  T tubülleri, sarkolemmanın invaginasyonu ile ortaya çıkan yapıdır. İçi sıvı ile dolu 2 ayrı tubülus sistemi olan bu yapının esas amacı hücreyi bütünüyle dolanan bir ağ oluşturmasıdır. Tubüller özel bir düzen içindedirler ve T tubülüne yakın olan sarkoplazma retikulumu genişleyerek bir sisterna yapar ve kesitte, ortada bir T tubülü ile yanlarda iki sisterna içerir ve Triyad adını alır. Kas kasılmasında önemli rol oynayan bu yapı bir kalsiyum pompası olarak tanımlanabilir  Sarkotübüler sistem Sarkolemmanın devamı olan T sisteminin işlevi aksiyon potansiyelinin hücre zarından kas içindeki bütün miyofibrillere hızlı bir şekilde taşınmasını sağlamaktır. Depolarizasyonun kas lifi içine doğru yayılarak, sarkoplazmik retikulumda depolanmış olan kalsiyum iyonlarının büyük miktarlarda miyofibrile serbestlemesine neden olur. Ca troponin C’ye bağlanarak kasılmayı başlatır. Dinlenim halinde kasta troponin I aktin ile sıkıca bağlı olup tropomiyozin, miyozin başlarının aktinle bağlanma noktalarını örtmüştür. Aksiyon potansiyelinin serbestleştirdiği Ca+2 Troponin C’ye bağlanınca Troponin I’nın aktinle olan bağlantısı zayıflar, miyozin başlarına ait bağlanma noktaları açılır.  Kasılma olayının esası olan Flamentlerin kaymasını sağlayan, aktin ile miyozin arasında çapraz bağlar kurulur. ATP hidrolizi olur ve kasılma görülür. Kasta kasılma elemanlarının boylarını kısaltan olay ince flamanların kalın flamanlar üzerinden kayması ile sağlanır. Sonra saniyenin bölümleri içinde Ca iyonları sarkoplazmik retikuluma geri pompalanır. Yeni bir kas aksiyon potansiyeli gelinceye kadar burada depolanır. Ca iyonlarının uzaklaştırılması kasılmanın sona ermesine neden olur.  İskelet Kasında Uyarılma Kaslara uyarı götüren alfa-motor sinirlerle kas hücreleri arasındaki özel kavşağa sinir-kas kavşağı (veya nöromüsküler kavşak) adı verilir. Sinir kas kavşağının çalışma mekanizması: Sinirsel uyarı alfa- motor sinirin ucuna ulaştığında (1), sinirin uç kısmındaki zarda bulunan voltaj kapılı kalsiyum kanalları açılır ve hücre içine kalsiyum girer (2). Giren kalsiyum, içinde asetilkolin (ACh) bulunan salgı keseciklerini hareketlendirir ve içeriklerini sinaptik aralığa (sinir ve kas arasındaki ince boşluğa) salmalarına sebep olur (3). Salınan Ach, karşıdaki kas hücresinin zarında bulunan Ach reseptörlerine tutunarak, aynı zamanda bir katyon kanalı olan bu reseptörlerin Böylece kas hücresi depolarize olur. Depolarizasyon zar boyunca yayılarak (5), bitişik bölgelerde bulunan voltaj kapılı hızlı sodyum kanallarının açılmasına ve kas hücresinin aksiyon potansiyeli oluşturmasına neden olur (6). Oluşan aksiyon potansiyeli daha sonra kasılmayı gerçekleştirmek üzere zar boyunca ilerler. Bu arada kas hücresi zarında bulunan bir enzim olan ACh-esteraz, ACh moleküllerini hızla parçalayarak etkinliğini ortadan kaldırır ve başta kolin olmak üzere ACh moleküllerinin yapı taşları tekrar ACh yapımında kullanılmak üzere sinir hücresine geri alınır (7) Aksiyon potansiyelinin kasılmaya dönüşmesi: Zarda oluşan aksiyon potansiyeli T tübül sistemi boyunca ilerleyerek dihidropiridin (DHP) reseptörlerini etkiler. DHP reseptörleri, sarkoplazmik retikulum zarında bulunan riyanodin reseptörlerini etkileyerek sarkoplazmik kalsiyum kanallarının açılmasını ve hücre içine (sarkolemmaya) kalsiyum serbestlenmesini sağlarlar. Serbestlenen kalsiyum troponin moleküllerine bağlanır; troponin moleküllerinin yapısını değiştirir ve bağlı bulunduğu tropomiyozin iplikçiğinin bulunduğu yerden kaymasını sağlar. Tropomiyozinin kayması, aktin lifi üzerindeki miyozin bağlanma bögelerini açar ve böylece miyozin başları aktinlere bağlanarak kasılmayı başlatır.  Yukarıda dinleme durumunda, altta ise kasılmaya hazır aktin lfileri görülüyor. Kalsiyum varlığında, kalsiyum-troponin bağlanması sonucu tropomiyozinin aktin üzerindeki yerleşimi değişir ve aktinin miyozin bağlama bölgeleri serbest hale gelir.  İskelet kasında kasılma ve gevşeme olaylarının sırası 1- Motor sinirleKasılma basamakları uyarının gelmesi 2- Motor son plaktan transmitter (asetilkolin) salınımı 3- Asetilkolinin nikotinik reseptörlerine bağlanması 4- Son plak zarında Na+ ve K+ geçirgenliğinde artma 5- Motor son plakta kas lifine giren Na\ kas lifinden çıkan K+ 'dan daha fazladır; zar depolarize olur, son (end) plak potansiyeli (EPP) doğar. 6- Depolarizasyonun T tübülleri boyunca içeriye yayılması 7- Kas lifinde Aksiyon Potansiyeli oluşması 8- Ca+2 sarkoplazmik retikulumdan salgılanıp kalın ve ince flamanlara sızması 9- Ca+2 un aktin üzerindeki miyozin bağlanma noktalarını açmak üzere troponin C’ye bağlanması  İskelet kasında kasılma ve gevşeme olaylarının sırası: Gevşeme basamakları 1- Ca+2 sarkoplazmik retikuluma geri pompalanması 2-Sitozolik Ca+2, Ca+2 ‘un Ca-ATPaz ile sarkoplazmik retikuluma aktif taşınmasıyla azalır. 3- Troponinden Ca+2 ‘un ayrılması tropomiyozinin aktini blokajını sağlar, Aktin ve miyozin arasında etkileşimin durması. 4- Çapraz köprü siklusu sonra erer, kas lifi gevşer. Kas Sarsısı Liflerin Kasılma Hızı Lif Tipleri Oksidatif/Yavaş/Kırmızı/ Tip 1 Glikolitik/Hızlı/Beyaz/Tip II  Motor Birim: Tek bir motor sinir ve onun uyardığı bütün kas liflerine birden “motor birim” adı verilir. Motor birimler “hep ya da hiç” kuralına göre kasılırlar: Yani, bir sinir uyarıldığında, onun emir götürdüğü bütün kas lifleri de hep birlikte kasılır. Motor birim sayısı kasları işlevlerine göre değişiklik gösterir. İnce işler yapan kaslarda küçük motor birimler varken, kaba kaslarda motor birim sayısı daha az ve motor birimlerin sinir hücresine başına kas hücresi sayısı fazladır (bazen bir sinir hücresi 2000 kas hücresine bağlanır)  Motor birimlerin iki temel faydası vardır. 1. Kademeli kuvvet üretimi: Daha fazla güç gerektiren işlerde daha fazla motor birim devreye girerek kasın daha fazla güç üretmesini sağlarlar. 2. Aralıklı (asenkron) kasılma: Ardışık ve seri hareketlerde her seferinde farklı motor birimlerin kasılmasıyla kas yorgunluğunu azaltırlar. Aynı lifler aynı hareketler için ard arda çalıştırılmamış olur.  Kas sarsısı: Kasın kısa süreli bir uyarana gösterdiği kasılıp gevşeme cevabına kas sarsısı denir.  Motor Birim Birikimi (Sumasyonu): Ardışık uyaranlar, daha fazla motor birimi devreye sokarak kasın daha fazla gerim üretmesini sağlar. Bu durum “motor birim birikimi (summasyonu) olarak bilinir.  Frekans Birikimi (Sumasyonu): Kas sarsısı sürerken verilen bir uyaran, daha yüksek bir cevabın alınmasını sağlar. Bu durum “frekans birikimi (summasyonu) olarak bilinir ve muhtemelen kasın kasılma sırasında ? salgılama yeteneğinin artmasına bağlıdır.  Tam Olmayan Tetanus: Frekans summasyonu ardışık uyaranlarla devam ettiğinde, kasın üretebileceği azami gerime kadar kas gücünde artışa neden olur. Bundan sonra, hafif gevşemelerle beraber kas tonusunun genelde azami noktada kaldığı tam olmayan tetanus durumu oluşur.  Tam Tetanus: Yüksek sıklıkta (frekansta) uyarı verildiğinde ise kas “tam tetanus” durumuna geçer ve gevşemeye fırsat bulamadan sürekli gelen uyarılar nedeniyle kasılı durumda kalır. Bu hal, uyaranlar devam etse bile, kas yorgunluğuna bağlı olarak bir süre sonra kendiliğinde azalarak ortadan kalkar. Buna da tetanus sonrası yorgunluk adı verilir.  Merdiven etkisi: Ardışık fakat tetanik olmayan uyaranların kaslarda ilk uyarı sonrası takip eden uyarılar sırasında artan güç oluşturması merdiven etkisi olarak bilinir. Bu da muhtemelen her gelen uyarıda, bir önceki uyarıdan arta kalan kalsiyum iyonlarının kasılmayı güçendirmesine dayanır. Sporcuların, oyundan önce kaslarını çalıştırmak üzere “ısınma hareketleri” yapması da benze bir amaca hizmet eder.  Kasılma Kasın boyunun değişmediği kasılmalara izometrik, kasın Tipleri boyunun değiştiği ve iş üretilen kasılmalara da izotonik kasılma adı verilir. Vücudumuzun dengesini koruyan kaslar (postür kasları), genellikle izometrik olarak kasılırlar. Kas boyu uzarken kasılıyorsa eksantrik, kas boyu kısalırken kasılıyorsa konsantrik kasılma.  İskelet kaslarının en iyi gerim üretebildiği aralık, hafif kasılmış durumda bulundukları dinlenme halidir. Kas çok uzatıldığı zaman (grafiğin sağ tarafı) aktin-miyozin köprülerinin sayısı azaldığından üretilebilecek kas gerimi azalır. Kas kasılı durumda bulunduğunda ise (grafiğin sol tarafı) sarkomerlerin kısalma mesafesi azalmıştır ve bundan olayı ilave güç üretmek zorlaşır.