LÄG022 block 2 muskelfysiologi

Motorisk enhet ⍺-motorneuron & de muskelceller som det innerverar. Antal muskelceller i en motorisk enhet varierar stort, kan vara en till ett hundratal

⍺-motorneuron stora neuron i ryggmärgens framhorn som alltså innerverar en eller flera skelettmuskelceller, dess axon är myeliniserade

Muskelfiber muskelcell. Är en multinukleär cell som uppstår under utveckling genom att flera celler sammansmälter i ett s.k. syncytium

Myofibriller organell i muskelfiber, är långa band som består av repeterande enheter av sarkomerer

Sarkomer minsta kontraktila enheten i en muskel, är ca 2-3 µm lång. Ger skelettmuskulatur (och hjärtmuskulatur) sitt karakteristiska utseende. Består av alternerande aktin- och myosin-filament, och begränsas av 2 st Z-diskar (Z-linjer) på vardera sida

Titin extremt stort protein som bidrar till elasticitet (fungerar som en fjäder) & stabilitet genom att hålla myosin-filament centrerade i sarkomeren

Tropomyosin protein som binder in längsgående till aktin-filament (ligger som långa kablar längs filamentet), hindrar interaktionen mellan aktin-filament och myosin som är nödvändig för muskelkontraktion

Troponin protein-komplex som binder till aktin-filament, består av 3 polypeptider: 1. Troponin I → inhiberande 2. Troponin C → Ca2+-bindande 3. Troponin T → tropomyosin-bindande

Neuromuskulär junction 1 stor synaps (är egentligen ett konglomerat/samling av många synapser) mellan ett ⍺-motorneuron och ett nervfiber. Signalsubstansen är acetylkolin (ACh). Består av flera hundra frisättningsställen som tillsammans bidrar med en enorm depolarisering, dvs en enorm EPSP som normalt är långt över tröskeln

Neuromuskulär junction 2 Depolarisering är normalt lång över tröskeln för att utlösa aktionspotential → aktionspotential i ett ⍺-motorneuron i stort sett alltid ger en kontraktion av de muskelfiber det innerverar

Acetylkolinreceptor (AChR) nikotinerg jonotrop receptor (jonkanal) som är släkt med GABAA-receptorn. Består av 5 subenheter (pentamer), öppnas vid inbindning av 2 ACh. Kanalen är permeabel för Na+ & K+, vilket ger en reverseringspotential på ca 0 mV

Acetylkolinreceptor (AChR)* notera att det även finns muskarina metabotropa acetylkolinreceptorer som är verksamma i parasympatiska nervsystemet (dvs ej i skelettmuskulatur)

AChR-antagonister antagonister till acetylkolinreceptorn. Hämmar ACh’s effekt på receptorn → muskelavslappning Exempel: curare är ett klassiskt nervgift som blockerar den synaptiska transmissionen.

Mysthenia Gravis autoimmun muskelsjukdom där kroppen bildar antikroppar mot ⍺1-subenheten i nAChR (nikotinerga acetylkolinreceptorn) → muskelsvaghet

AChR-agonister agonister till acetylkolinreceptorn. Efterliknar ACh, men är mer stabila & bryts inte ned lika lätt av acetylkolinesteraser → receptorn utsätts för mer av sin ligand under en längre tid → desensitisering, dvs receptorn går in i ett desensitiserat läge → muskelförlamning Exempel: suxamethonium används för korttidsförlamning vid anestesi (narkos)

AChE-inhibitorer = inhibitorer till acetylkolinesteras → enzymet kan ej bryta ned ACh → ökad mängd ACh → desensitisering, dvs acetylkolinreceptorn går in i ett desensitiserat läge → muskelförlamning

Reversibla AChE-inhibitorer kan användas som läkemedel vid Myasthenia Gravis

Irreversibla AChE-inhibitorer finns i vissa nervgaser (t.ex. sarin och dyflos) → orsakar muskelförlamning av alla skelettmuskulatur inklusive andningsmuskulatur → död.

Lambert-Eatons syndrom kroppen producerar antikroppar mot presynaptiska spänningskänsliga Ca2+-kanaler

Botulinustoxin orsakar proteolys av SNARE-proteiner → fusion av ACh-vesiklar med membranet i presynaps kan ej ske.

Myoblast förstadie till muskelceller. Många myoblaster smälter samman under utveckling i ett s.k. syncytium → bildar en jättecell (muskelfiber/muskelcell) med många cellkärnor

• Anledningen att motorneuron innerverar många muskelceller är att det är nödvändigt för deras överlevnad; muskelceller skickar ut faktorer som hämmar apoptos av nervceller → motorneuron som ej når fram till muskelcell kommer dö i en programmerad celldöd.

Senare under utveckling kommer ett motorneuron innervera endast en muskelcell axon

Acetylkolinreceptorer 1 Till en början har muskelcellen utspridda acetylkolinreceptorer som uttrycker en gamma-subenhet

Acetylkolinreceptorer 2 Allt eftersom axon letar sig fram till muskelcellen & bildar synapser → acetylkolinreceptorer ansamlas vid synapsen och börjar istället uttrycka en ε-subenhet

Acetylkolinreceptorer 3 Detta är reversibelt. Vid nervskada tillbakabildas axon och muskeln denerveras → acetylkolinreceptorer sprider ut sig över membranet samtidigt som en del av ε-subenheterna ersätts med gamma-subenheter.

Acetylkolinreceptorer 4 Detta gör att muskelcellen/muskelceller blir mer känslig för bakgrundsnivåer av acetylkolin → spontana ryckningar/kontraktioner (s.k. fascikulationer) i enskilda muskelfibrer kan ses. Men tack vare att perifera nerver under rätt förutsättningar kan växa ut igen kan en ny synaps med muskelceller bildas

Muskelkontraktion 1. Aktionspotential 2. Kalciumkoncentrationsökning 3. Kontraktion

Sarkoplasmatiska retiklet (SR) organell i muskelfiber, är lik ER i andra celler. Huvudsaklig funktion är att lagra Ca2+. Består av repeterande serier av nätverk som omger myofibriller

Terminal cistern mer regelbunden kanal i vardera ända av SR-nätverk, här finns Ca2+ lagrat

T tubuli inbuktningar av muskelcellens sarkolemma (plasmamembran) som finns mellan varje ett par av terminala cisterner, dvs mellan 2 SR-nätverk

Triad 1 T tubuli och 2 terminala cisterner

Dihydropyridinreceptor spänningskänslig jonkanal av N-typ som finns i membranet i T tubuli. Har dock ingen kanalfunktion utan fungerar som en spänningssensor

Ryanodinreceptor jonkanal som är permeabel för Ca2+, finns membranet i terminala cisterner (dvs i SR’s membran). Öppnas som svar på en konfirmationsförändring av dihydropyridinreceptorn

SERCA-pump ATP-driven pump i SR’s membran som återställer [Ca2+] i muskelcellen genom att snabbt pumpa tillbaka Ca2+ från cytosolen till SR’s lumen. Detta är viktigt för att en muskelkontraktion ska kunna avslutas

Kontraktionen 1 En myosin-molekyl binder ATP → måste släppa aktin-filamentet (kan ej binda båda samtidigt)

Kontraktionen 2 Vid inbindning av ATP → omedelbar ATP-hydrolys → myosinet binder nu istället till en ADP och en ensam fosfatgrupp. Energin som fås används för att generera en konfirmationsförändring hos myosin→ myosin-huvudet böjs

Kontraktionen 3 Fosfatet släpps → myosin binder in till aktin igen & ADP lossnar → konfirmationsförändring i myosin → går tillbaka till sin ursprungskonfirmation, vilket innebär att myosinet i detta läge har ”dragit sig framåt” längs aktin-filamentet. Myosin har nu högre affinitet för ATP som kan binda in igen

kontraktion Vid kontraktion kommer alltså myosin-huvud binda in till aktinfilament och lossna om vartannat. ATP krävs för att myosin-huvudet ska lossna från aktinfilament

relaxering ser troponin-komplexet till att tropomyosin är orienterat på ett sätt som förhindrar inbindning myosin till aktinfilamentet → kontraktion kan ej ske.

kontraktion Vid frisättning av Ca2+ → Ca2+ binder till troponin C → konfirmationsförändring av troponin-komplexet → tropomyosin förskjuts så att myosin-bindande siter blir exponerade

Rigor mortis likstelhet, uppstår om cellen inte har tillgång till ATP. Beror dels på att SERCApumpen inte kan återställa [Ca2+] → myosin-bindande siter blir exponerade → myosin-huvud kan binda in. Men eftersom det inte finns något ATP kan inte heller myosinet lossna från aktinfilamenten → stelhet

Stretching kan användas för att öka muskelns längd längden ökar pga fler seriekopplade sarkomerer i en myofibrill

Träning kan användas för att öka muskelns styrka muskelns tvärsnitt växer pga fler parallella myofibriller

Längden på sarkomerer avgör muskelns kraft sarkomerers längd påverkar antal möjliga myosin-aktin-bindningar Vid en optimal längd (ca 2 µm) finns en optimal överlappning mellan aktin & myosin → maximalt antal myosin-huvud kan binda till aktin & dra sig fram längs det, vilket ger en maximal kraftutveckling

Kortare sarkomerer potential för mer kontraktion minskar pga mindre utrymme → minskad kraftutveckling

Längre sarkomerer färre myosin-huvud kan binda in till aktin pga når inte fram → minskad kraftutveckling

Kontraktionshastighet mått på hur snabbt en muskel kontraheras (förkortas), kan relateras till muskelns kraftutveckling. Maximal kontraktionshastighet Vmax ger 0 kraft → kraft ökar med minskad kontraktionshastighet

Isometrisk (statisk) kontraktion kraft genereras utan längdförändring av muskeln

Koncentrisk kontraktion = kraft genereras genom att muskeln blir kortare

Excentrisk kontraktion kraft genereras genom att muskeln förlängs, ger störst kraftutveckling

snabb kontraktion • Ju snabbare kontraktion, desto färre myosin-huvud är i dragande position

Högre tension (spänning) i muskeln rekryterar fler myosinhuvud Myosin-huvud ligger normalt sett nedfällda → ju högre tension i muskeln, desto fler myosin-huvud fälls ut & blir tillgängliga för att binda till aktinfilament

Ca2+ gör titin stelare & minskar på så sätt dess elastiska egenskaper Innebär att vid höga Ca2+-koncentrationer minskar muskelns elastiska egenskaper → kontraktion initieras lättare.

Nervsystemets reglering av muskelstyrka: Summation 1 frekvenser av aktionspotentialer som når muskelcellen summeras så att en större kontraktionskraft fås. Är viktigt för att en jämn/mjuk rörelse ska genereras. Summation orsakas av att Ca2+ i muskelcellen inte hinner gå tillbaka till SR mellan varje aktionspotential →

Nervsystemets reglering av muskelstyrka: Summation 2 Ca2+-koncentration byggs upp i muskelcellen → tropomyosin flyttas bort mer effektivt → fler exponerade bindningsställen för myosin-huvud → större kontraktionskraft. Får tillslut en konstant spänning i muskeln. Summation ses först vid ca 5 Hz och är maximal vid ca 50 Hz → ⍺-motorneuron arbetar i detta intervall

Nervsystemets reglering av muskelstyrka: Rekrytering fler motoriska enheter aktiveras/rekryteras → större kontraktionskraft. Finns olika motoriska enheter i kroppen med olika egenskaper; klassificeras i 2 system: 1. Histokemisk klassificering → typ I, IIA, IIB & IIX 2. Funktionell klassificering → FF (fast fatiguing), FR (fast, fatigue resistant) & S (slow)

Rekrytering sker alltid i en viss ordning S rekryteras först, om mer kraft behövs rekryteras FR. Om det inte räcker utan ännu mer kraft behövs rekryteras slutligen FF.

Rekryteringsordningen är förprogrammerad på ryggmärgsnivå ⍺-motorneuron som styr motoriska enheter har olika excitabilitet Motorneuron som styr S har mest excitabilitet (retbarhet) → har lägst tröskel för aktionspotential Motorneuron som styr FF har minst excitabilitet → har högst tröskel för aktionspotential

Fatigue trötthet i muskler, är misslyckandet att bibehålla kraft i muskeln över tid. Fatigue kan registreras med EMG (elektromyografi). Orsakas av 2 principiellt skilda mekanismer

Perifer fatigue frekvens av aktionspotentialer till muskeln är densamma, men kraften minskar kontinuerligt. Dessutom sjunker kontraktionshastighet & relaxering blir långsammare.

Perifer fatigue + Beror på att mängden ATP minskar i muskeln allt eftersom mer ATP förbrukas → får ADP & Pi. Detta gör dels att SERCA-pumpen inte hinner pumpa tillbaka Ca2+ till SR.

Perifer fatigue ++ Men framför allt kommer Pi inhibera ryanodinreceptorn → minskat Ca2+-utflöde från SR. Är en inbyggd funktion för att skydda kroppen mot rigor mortis. Kan inte påverkas viljemässigt

Central fatigue motorneuronets förmåga att skicka aktionspotentialer sjunker, dvs frekvensen av aktionspotentialer minskar.

Central fatigue+ Kan vara flera mekanismer som bidrar till central fatigue; en mekanism är att laktat genererar en pH-förändring som aktiverar H+-känsliga smärtreceptorer (nociceptorer) → motorneuron hämmas, vilket gör att aktionspotentialfrekvens minskar

Central fatigue++ Kan indirekt påverkas → kan kompensera genom att skicka ännu mer EPSP från premotorkortex för att försöka övervinna smärtinhibition av motorneuron.

Muskeltillväxt 1 Excentrisk kontraktion som överstiger muskelns hållfasthet

Muskeltillväxt 2 Mikroskopisk skada på muskelfibrer

Muskeltillväxt 3 Invadering av makrofager → inflammatorisk respons

Muskeltillväxt 4 Frisättning av tillväxtfaktorer (IGF, TGF osv), sannolikt även fria syreradikaler

Muskeltillväxt 5 Aktivering & förökning av satellitceller (SC), vilket är en typ av stamceller

Muskeltillväxt 6 Fusion av SC & muskelfibrer

Muskeltillväxt 7 Antal cellkärnor i muskelfibrer ökar

Muskeltillväxt 8 Ökad syntes av kontraktila proteiner

Muskeltillväxt 9 Ökat tvärsnitt av muskelfibern (hypertrofi) & därmed ökat tvärsnitt hos hela muskeln.

Muskelminne antal cellkärnor i muskelfibrer; om man en gång har tränat mycket har muskelfibrerna fler cellkärnor → blir lättare att återigen nå samma nivå av muskelstorlek

Anabola steroider derivat av testosteron, funktion är främst att stimulera proliferation av satellitceller → snabbare muskeltillväxt.

Click

Type

Listen

Games

Drucken