Skeletmuskulatur. F11, F12, F13 : B: , , , , Øv3

Transkript

1 Skeletmuskulatur F11, F12, F13 : B: , , , , Øv3 Beskrive skeletmuskulaturens opbygning (tværstribet, individuelt innerverede fibre) SAU 13 Beskrive det kontraktile apparats (sarkomerets) opbygning Sarcomeret består af de tykke myosinfilamenter på Ø 14nm og de tynde aktinfilamenter på Ø 7nm. Der er ca. 45 nm mellem myosinfilamenterne, der når de overlapper er omgivet af 6 aktin i et hexagonalt mønster Ved max. strækning er det 3µm og kan kontrahere til 1,5µm. A-bånd (anistrop dobbeltbrydende) o Det mørke bånd og udgøres af overlappet mellem aktin og myosin og myosin alene i midten. Dennes længde er konstant 1,5µm. H-bånd (hell lys) o ligger i midten af A-båndet og udgøres af myosin. o Pseudo-H-båndet er den del af mysosin der ikke har broer mod aktin. M-linje o Midt i A-båndet og består af myomesin og C-protein der binder myosin sammen. I-bånd (isotrop enkeltbrydende)

2 o Det lyse bånd og udgøres af aktin. o Dennes længde forkortes under kontraktion. (1µm afslappet) Z-linje (Zwischenscheibe) o Midt i I-båndet og aktinfilamenterne udgår herfra 1µm i hver retning. Z-filamenterne, der består af bl.a. α-aktinin, der sammenbinder aktin med deres plusende mod Z-linjen, således en udgår mellem de to andre på modsatte side. Definere begrebet motorisk enhed: B: 249 Motorisk enhed: Et alfa moteneuron sammen med alle de myocytter det innerverer neuronet frigiver ACh og MNJ Et motorisk neuron (alfamotorneuron) og de muskelfibre ( ) neuronet innerverer Beskrive i grove træk den neuromuskulære endeplades struktur: Terminale axon, hvori acetylkolin syntetiseres (mitokondrier, vesikler), den præsynaptiske membran, den synaptiske spalte og endelig den postsynaptiske membran, der er tæt forsynet med acetylkolinfølsomme receptorer Det terminale axon er en spinal motorneuron. Heri syntetiseres acetylkolin der pakkes i synaptiske vesikler der docker på den aktive zone. Motorneuronetes synaptiske bouton har kontakt med muskelfiberen i en region kaldet ende pladen. Neuronen og musklefiberen er adskilt af den synaptiske spalte (100nm) der på den anden side har den postsynaptiske membran, der er tæt forsynet med

3 acetylkolin-følsomme receptorer (nachr) i den postsynaptiske densitet. Redegøre for den elektriske impulsoverførsel fra det terminale axon via endepladeregionen til og med igangsætning af muskelfiberens aktionspotential Beskrive kalciums rolle for acetylkolinfrigørelsen Beskrive at acetylkolin, som frigøres fra den præsynaptiske region, diffunderer over den synaptiske spalte og bindes til receptorer på den postsynaptiske membran, samt at acetylkolin hydrolyseres (af kolinesterasen) og dermed hurtigt elimineres Beskrive acetylkolins virkning på den postsynaptiske membrans ionpermeabilitet og disse ændringers betydning for fremkomsten af endepladepotentialet Redegøre for endepladepotentialets funktion ved impulstransmissionen. Forløb Motorneuronets axon deler sig i flere knopper kaldet synaptiske bouton der ligger 100nm over muskelcellens endeplade Lige over den synaptiske bouton ligger der synaptiske vesikler fyldt med transmitterstoffet acetylcholin ACh og på den postsynaptiske membran findes der AChesterase der nedbryder ACh. Ca ++ triggeret membran fusion sker ved at Ca ++ binder til synaptotagmin der fungerer som Ca ++ sensor på dens C-terminus kaldet C2-domænet C2-domænet interagerer nu både med SNARE-komplekset og med fosforlipider i plasma membranen der udløser fusionen. Lige under den aktive zone ligger den post junctionale fold der er en invagination af muskelcellens membran, hvor der i toppen findes mange nikotinerge ACh receptorer nachrs der er non-selektive kation-kanaler og aktiveres af to ACh. Både Na + og K + kan altså komme igennem membranen Depolariseringen på den postsynaptiske membran kaldes end-plate potential (EPP) er er ofte stor nok til at nå tærskelværdien i skeletmuskelcellen, og er karakteriseret ved at have en hurtig stigning, og et langsom eksponentielt fald. o Den hurtige stigning skyldes at ACh hurtigt diffunderer over den synaptiske kløft og aktiverer AChRs der lader kationer strømme ind. o Det langsommere fald skyldes nachr-kanalerne lukker langsommere således at ACh hurtigt hydrolyses af acetylcholinesterase ikke har ret megen betydning. En depolarisering af membranen kan også forekomme spontant (frigivelse af 1 quantum ACh) og udløser et miniature end-plate potential MEPPs der er på ca. 0,4mV Endepladepotentialet medfører normalt en depolarisering af den omgivende, excitable muskelfibermembran til over tærskelværdien. Derfor overføres ethvert aktionspotential i den motoriske nerve til et aktionspotential i muskelfiberen redegøre for tværbrocyklus Redegøre for calciums

4 rolle i aktivering af tværbrocyklus B: Se tegning i mappe Tværbrocyklus: 1. Aktionspotentialet frigør Ca ++ fra SER der binder sig til troponin-c 2. Dette blotlægger bindingssitet på aktin da tropomyosin flyttes 3. Myosinhovedet der binder ADP + P har svag affinitet for aktin, men nok til det kan binde og forme en tværbro 4. Dette forårsager at affiniteten for ADP+(P) falder og dette dissociere fra myosin og myosinhovedet bevæges mod myosin halen ved at rotere 45 grader, hvilket trækker aktin filamentet tættere på M-linjen. 5. Nu er affiniteten for ATP stor, og ATP bindes til myosin hvilket bryder tværbroen 6. ATP hydrolyseres og myosinhovedet binder igen ADP + P hvilket giver en konformationsændring der føre myosinhovedet tilbage til sit udgangspunkt Cyklussen kan gentages så længe Ca ++ koncentrationen er høj nok til at blotlægge myosin bindings stedet på aktin Redegøre for sliding filament mekanismens rolle i muskelkontraktion B: 215 Afslappet muskel I-båndet (kun aktin) langt H- zonen (kun myosin) langt A-båndet på ca 1,5µm Kontraheret muskel sarcomeret forkortes. I-båndet og H-zonen forkortes

5 A-båndet forbliver samme længde da dennes længde er lig med myosin filamenternes længde, og derfor ikke ændres fordi overlappet mellem myosin og aktion forøges. Redegøre for excitationskontraktionskoblingen i skeletmuskulatur B:229, Innervering α-motor neuroner (cellekrop Ø 70µm) der kommer fra den ventrale horn i spinalis Der frigives nok ACh fra én præsynaptiske neuron i én NMJ til at et AP sendes langs muskelcellen. Hvilemembranpotentialet er -90mV i muskelcellen hvilket skyldes højere Cl - og K + permeabilitet Muskelcellens plasma membran depolariseres af den Na + influx nachr tillader, og denne depolarisering når over den mekaniske tærskelværdi (- 55mV) Depolariseringen spredes gennem hele muskelcellen gennem T-tubuli der består af plasma membran og derfor direkte depolariseres. Langs T-tubuli løber det sarcoplasmatiske reticulum (SER) og danner en triade. Lige op mod T-tubuli forstørres SER og danner terminale cisterner I klumper lige op ad T-tubuli i en struktur kaldet junctional feet sidder Ryanodine receptor (RyR) der er en Ca ++ -release kanal i SER membranen På T-tubuli membranen, lige over for RyR på junctional feet sidder DHPR der er spændings gatede Ca ++ kanaler, klumpet sammen sådan at 4 DHPR sidder lige overfor en subunit af RyR tetrameren, og netop det udgør

6 excitations-kontraktions koblingen Når T-tubuli membranen depolariseres fra NMJ åbner RyR hvilket tillader Ca ++ efflux fra SER og dermed influx til cytoplasma hvor det binder til troponin C og aktivere kontraktion. o Det vides ikke præcis hvordan T-tubuli depolarisering åbner SER RyR, men måske frigives en kemisk messenger fra T-tubuli, hvilket aktivere RyR, eller der kan være et mekanisk link mellem dem, og denne menes at være koblet til at når DHPR s spændingsfølsomme S4 region ændre konformation grundet T-tubuli depolarisering så sker der også en konformationsændring af RyR, der åbner den. Der sker en lille forsinkelse på et par milisekunder efter Vm har ændret sig og et twitch forekommer, dette skyldes den tid det tager at komme igennem overstående led. Efter kontraktionen genoptages Ca ++ til SER gennem SERCA receptorer der sidder i SER membranen Redegøre for de to kontraktionstyper (isometrisk og isotonisk) B: 252 Isometrisk - Musklen udvikler en kraft, men dens længde ændres ikke. o Det er dette der ses når man prøver at løfte noget der er for tungt. Isotonisk Musklen forkortes idet der udvikles en konstant kraft Det er dette der ses når man løfter armen uden belastning, eller en belastning der er af en størrelse man kan løfte. Forklare de ydre kræfters betydning for kontraktionen (isometrisk, koncentrisk og excentrisk) Redegøre for rekrutteringens betydning for kraftudviklingen B: 249 Jo flere motor units der rekrutteres, jo større bliver kraftudviklingen, fordi en større del af muskelen nu trækker sig sammen. -

7 Redegøre for stimulationsfrekvensens betydning for kraftudviklingen (summation) B: 250 Hvis man blot stimulerer muskelcellen med ét aktionspotentiale, er dette nok til at fremkalde én kontraktion i form af et twitch, men kan ser ikke musklen trække sig sammen med særlig stor kræft, og dette skyldes at muskelen er hæftet til knoglerne gennem elastiske sener, hvilket betyder at en del af kraften fra kontraktionen bruges til at strække senerne ud, indtil de ikke kan strækkes mere og derefter overleverer kraften til knoglen og en bevægelse/kraft fremkommer. (elastik analogien) Der er dog ikke nok Ca ++ tilstede efter ét AP til at tværbrocycklus kan forløbe længe nok til at strække senerne helt ud Summation er når der sendes et nyt AP inden Ca ++ koncentrationen er tilbage ved udgangspunktet (ikke alt er genoptaget gennem SERCA til SER så det stadig er bundet til troponin C, altså inden for 100ms), forøges Ca ++ koncentrationen og tværbros cyklus kan forløbe længere, og nu er der tid og kontraktion nok til både at strække senerne ud og til at udvikle en kraft Redegøre for sarkomerlængdens betydning for kontraktionskraften (længde-spænding, aktiv) Aktiv-spænding er forskellen mellem total-spænding og pasiv spænding. Den passive spænding er den kraft der skal bruges til at strække en afslappet muskel Der viser sig at være en optimal længde af musklen, som er der hvor musklen udvikler mest kraft. I muskelceller er denne længde ca 2-2,2 µm pr. sarkomer. Gøres sarcomeret derfor kortere eller længere udvikles der mindre kraft. Grunden til at en optimal længde forekommer er, at ved lige netop denne sarkomer længde dannes der det maksimale antal tværbros bindinger, og der er en proportional sammenhæng mellem antal tværbros bindinger og den kraft der kan

8 udvikles. Redegøre for titins betydning for muskelens passive egenskaber (længde-spænding, passiv) SAU 13 Titinfilamenter er et kæmpe polypeptid (dog Ø 4nm) der løber fra M- til Z-linjen og består af A-bånddelen binder til myosin, og i I-båndet ligger det som en elastisk del mellem aktinfilamenterne. Det yder strækningsmodstand uafhængigt af aktin-myosin for at hindre overstrækninger

9 Redegøre for forkortningshastighedens afhængighed af belastningen B: 255 Når en muskel arbejder for at løfte noget forekommer både isometrisk og isotonisk kontaktioner. I starten forkortes musklen ikke (isometrisk) fordi den arbejder på at udvikle en kraft der er stor nok til at løfte byrden, når denne kraft er opnået begynder musklen at forkortes (isotonisk) men der udvikles kun den kraft der er nødvendig for at løfte byrden. Hver af de blå linjer viser en muskel der løfter en byrde af varierende vægt. Det ses fra de stiplede linjer, der viser hvor hurtigt musklen kontraherer, at jo hårdere musklen belastes, jo langsommere er den om at kontrahere., fordi der skal bruges mere tid på den isometriske kontraktion, da der kræves en større kraft for overhoved at løfte byrden. Den næste graf viser at den hurtigste kraftudvikling (V0) sker når der ingen belastning er. V0 afspejler altså direkte hvor hurtigt tværbros bindingerne kan formes, og dermed hvor hurtigt musklen kan kontrahere. Da tværbrosbindingerne/ kontraktionen er afhængig af myosin ATPase, må det være myosin ATPase hastighed der er indirekte ansvarlig for V 0.

10 Redegøre for effektens afhængighed af belastningen Jo større en belastning musklen møder, jo sværere bliver det for myosinhovederne at lave deres rotation og dermed trække filamenterne nærmere hinanden. Hvis der er en lille belastning på musklen møder myosin-hovederne ikke meget modstand når de skal rotere i modsat retning af hvad belastningen trækker. Der skal desuden heller ikke bruges ret mange tværbros-bindingerne for at løfte belastningen og påbegynde en isotonisk kontraktion. Da der er flere ledige tværbrosbindinger og derfor går den isotoniske kontraktion også hurtigere. Er belastningen derimod stor, møder myosinhovederne stor modstand når de skal rotere i modsat retning af hvad belastningen trækker. Der skal også bruges flere tværbrosbindinger på overhoved at løfte byrden (isometrisk) så der er færre ledige tværbroer til rådighed til at løfte byrden (isotonisk) og kontraktionen bliver derfor langsomere. Muskelfibertyper: Forskellen på muskeltyper afhænger af hvilken iso form af myosin ATPase de har, hvor de hurtige-twitch har en myosin ATP der arbejder hurtigere end de langsomtwitch. En muskel indeholder typisk alle fibre, og de rekrutteres i den angivne rækkefølge. Fast-twitch, fatigable (type FF) o Det tager 10-40ms at opnå peak twitch force o Udvikler den største tetaniske kraft o Har et fatigue-index på 0,75

11 o Rekrutteres sidst, når der skal ydes en hurtig, kortvarig bevægelse Fast-twitch, fatigue-resistant (type FR) o Det tager ms at opnå peak twitch force o Udvikler middel tetaniske kraft o Har et fatigue-index på 0,75 o Rekrutteres dernæst, når der skal ydes en konstant bevægelse Slow-twitch, fatigue-resistant (type S) o Det tager ms at opnå peak twitch force o Udvikler den mindste tetaniske kraft o Har et fatigue-index på 0,25 o Rekrutteres først, og bruges til at holde os oprejst