Transcript PowerPoint-esitys

Tuki- ja liikuntaelimistö, liikkuminen II
BIOLOGIAN LAITOS, SATU MÄNTTÄRI, 2012
Hermo-lihasliitos (NMJ)
• synapsi, joka rakenteellisesti ja
toiminnallisesti erikoistunut
siirtämään signaalin
motoneuronista lihassoluun
• rakentuu viidestä
komponentista:
1) Schwannin solu
2) hermopääte
3) synaptinen rako
4) postsynaptinen kalvo
(solukalvo)
5) erikoistunut liitoskohdan
sarkoplasma
BIOLOGIAN LAITOS, SATU MÄNTTÄRI, 2012
Presynaptinen alue
• hermopäätettä ympäröi epiteelisolujen
muodostama kalvo (Henlen kalvo)
• koko rakenteen ympärillä tyvikalvo
• hermopäätteessä synaptisia vesikkeleitä ja
runsaasti mitokondrioita
• synaptinen vesikkeli sisältää:





asetyylikoliini (ACh)
ATP
GTP
Ca2+, Mg2+
proteoglykaani
BIOLOGIAN LAITOS, SATU MÄNTTÄRI, 2012
Postsynaptinen alue
•
•
solukalvo poimuttunut,
poimuttuneisuus ominaista
lihassolulle
→ lisää pinta-alaa
postsynaptisen membraanin muoto
riippuu lajista, kehitystasosta,
innervaatiotyypistä, hermopäätteen
tyypistä ja lihassolutyypistä
Asetyylikoliinireseptori (AChR)
• postsynaptisessa membraanissa
runsaasti
• sitoo asetyylikoliinia
• asetyylikoliinin sitoutuminen
muuttaa molekyylin rakennetta
BIOLOGIAN LAITOS, SATU MÄNTTÄRI, 2012
Motorinen päätelevy, impulssin siirtyminen
BIOLOGIAN LAITOS, SATU MÄNTTÄRI, 2012
Lihassolutyypit, luokittelu
A) luokittelu biokemiallisten, aineenvaihdunnallisten ja/tai histologisten
ominaisuuksien perusteella
Tooniset lihassolut
- supistuvat erittäin hitaasti
- jatkuva supistus, ei nykäyksiä
- asentoa säilyttävissä lihaksissa (sammakkoeläimet, matelijat,
linnut), lihassukkuloissa ja silmänliikuttajalihaksissa (nisäkkäät)
Faasiset lihassolut
- jaetaan 3-4 alaryhmään
BIOLOGIAN LAITOS, SATU MÄNTTÄRI, 2012
Taulukko: faasisten lihassolujen jaottelu ja ominaisuudet (Sherwood, 1993)
ominaisuus
hidas oksidatiivinen (I)
nopea oksidatiivisglykolyyttinen (IIA)
nopea glykolyyttinen (IIB)
hidas
nopea
nopea
alhainen
korkea
korkea
+
+/-
-
runsaasti
runsaasti
muutamia
solun koko (läpimitta)
pieni
keskikokoinen
suuri
supistumisvoima
poikkipinta-alaa kohti
alhainen
keskinkertainen
korkea
anaerobinen glykolyysi
matala kapasiteetti
keskinkertainen
kapasiteetti
korkea kapasiteetti
oksidatiivinen
fosforylaatio
korkea kapasiteetti
kokea kapasiteetti
matala kapasiteetti
supistumisnopeus
mATPaasi- aktiivisuus
kestävyys
mitokondrioiden määrä
BIOLOGIAN LAITOS, SATU MÄNTTÄRI, 2012
B) luokittelu myosiinin raskasketjun (myosin heavy chain; MHC)
isomuodon perusteella
solutyyppi
MHC
sijainti
I
cardiac β
hidas luurankolihassolu
supernopea
IIeom
silmän lihakset
IIm
IIm
kiduskaari alkionkehityksen aikana (ei ihmisellä)
IIA
IIa
nopea luurankolihassolu
IIB
IIb
nopea luurankolihassolu
IIX(D)
IIx(d)
nopea luurankolihassolu
IC
I>IIa
hybridi luurankolihassolu
IIC
I<IIa
hybridi luurankolihassolu
?
emb
alkionkehityksen alkuvaiheessa, silmän lihakset
?
neo, pn
perinataalikauden aikana
?
hidas tooninen
silmän lihakset, lihassukkula
?
cardiac α
leuan lihakset
BIOLOGIAN LAITOS, SATU MÄNTTÄRI, 2012
Yhteenveto poikkijuovaisen lihassolun
supistumisesta
BIOLOGIAN LAITOS, SATU MÄNTTÄRI, 2012
Lihaksen supistuminen, yleistä
•
supistuminen voidaan luokitella sen perusteella, miten
lihaksen pituus muuttuu kontraktion aikana
1. ISOMETRINEN SUPISTUMINEN
-
isometrinen = ”saman pituinen”
lihaksen pituus ei muutu supistumisen aikana
sisäinen lyheneminen n. 1%
2. ISOTOONINEN SUPISTUMINEN
a)
b)
isotooninen = ”saman jännitteinen”
lihas lyhenee
tuottaa liikettä
konsentrinen supistus
eksentrinen supistus
isotooninen
supistuminen
BIOLOGIAN LAITOS, SATU MÄNTTÄRI, 2012
isometrinen
supistuminen
Supistusvoima
• jokainen myosiinimolekyylin ja aktiinin liitos (cross-bridge) lisää
lihaksen supistusvoimaa
• liitokset tasaisesti jakautuneena myosiinifilamentissa
lukuunottamatta keskikohtaa
• lihasvoima on suurimmillaan kun sarkomeerien pituus välillä 1.852.25 µm
• lepotilassa sarkomeeri tässä pituudessa, lihas on lepopituudessaan
• lihas on lepotilassa hieman venyneenä kiinnittymiskohtiensa välissä
• supistusvoima riippuu rinnakkaisten sarkomeerien lukumäärästä
• peräkkäiset sarkomeerit eivät lisää supistusvoimaa
 pitkä ja ohut lihas supistuu pitkän matkan, mutta se on heikko
 lyhyt ja leveä lihas aiheuttaa vain vähäisen liikkeen, mutta
suurella voimalla
BIOLOGIAN LAITOS, SATU MÄNTTÄRI, 2012
Supistuksen voimakkuus ja
supistumisnopeus
•
•
•
•
supistumisnopeus suurin kun
vastusta ei ole = Vmax
vastuksen kasvaessa
supistumisnopeus pienenee
lihaksen teho on suurin
keskinkertaisilla
supistumisnopeuksilla;
V/Vmax ~ 0.15-0.4
maksimaalinen
supistumisnopeus riippuu
molekyylitasolla
myosiinimolekyylin
irtoamisesta aktiinista
BIOLOGIAN LAITOS, SATU MÄNTTÄRI, 2012
Voimantuotto
•
•
•
•
latentti periodi: viive aktiopotentiaalin
synnyn ja lihaksen supistumisen välillä
sisältää ajan, joka kuluu
1. aktiopotentiaalin syntyyn
2. AP:n johtumiseen solukalvolla ja Tputkessa
3. kalsiumin vapautumiseen SR:stä
4. kalsiumin diffuusioon troponiinin
sitoutumiskohtiin
5. kalsiumin sitoutumiseen
6. myosiinifilamentin aktivoitumiseen
7. myosiinin aktiiniin sitoutumiseen
8. voimantuottoon
latentti periodi voi olla vain 2 ms
elastiset komponentit rajoittavat
voimantuoton suuruutta ja nopeutta
maksimi jännitystila saavutetaan
keskimäärin 10-50 ms:ssa riippuen lihaksen
tyypistä, lämpötilasta ja vastuksesta
BIOLOGIAN LAITOS, SATU MÄNTTÄRI, 2012
• aktiivinen tila: sarkomeerin filamentit tilassa, jossa lihassyyn
elastisuus on eliminoitu
• tetanus: aktiivisen tilan pitkittäminen peräkkäisillä impulsseilla
BIOLOGIAN LAITOS, SATU MÄNTTÄRI, 2012
Energetiikkaa
• lihas muuttaa kemiallista energiaa työksi
• tehokkuus vs. taloudellisuus
• energia lihassupistukseen ravintoaineista
BIOLOGIAN LAITOS, SATU MÄNTTÄRI, 2012
Energetiikkaa, jatkuu
•
•
•
•
•
lihaksen supistuessa kaksi prosessia vaatii energiaa:
1. ATP:n hydrolyysi
2. kalsiumin aktiivinen siirto sarkoplasmaattiseen
kalvostoon konsentraatiogradienttia vastaan
yhden kalsium-ionin siirtäminen sytoplasmasta
sarkoplasmaattiseen kalvostoon vaatii kaksi ATP
molekyyliä
kalsiumpumppujen ATPaasiaktiivisuus: 25-30%
myosiinimolekyylin ATPaasiaktiivisuus: 70-75%
ATP:n lisäksi lihas käyttää energianlähteenä
kreatiinifosfaattia (= fosfokreatiini)
BIOLOGIAN LAITOS, SATU MÄNTTÄRI, 2012
ATP lihaksessa
BIOLOGIAN LAITOS, SATU MÄNTTÄRI, 2012
Energiankulutus liikkeen aikana
• perusaineenvaihdunnan lisäksi energiaa tarvitaan aktiiviseen
liikkeeseen
• aktiivisen liikkeen energiankulutus: energia, joka tarvitaan
yhden massayksikön siirtämiseen tietyn etäisyyden
– yksikkö: kcal/kg/km
– perusaineenvaihdunnan lisäksi
• erilaisia mittausasetelmia
– mitataan hapenkulutusta ja hiilidioksidin tuottoa
• energiankulutuksen suhteellisia osuuksia vaikea määrittää
• lihastyö ei aina kohdistu liikkeeseen
• energiankulutus suhteessa eläimen kokoon ja liikkeen
nopeuteen
BIOLOGIAN LAITOS, SATU MÄNTTÄRI, 2012
BIOLOGIAN LAITOS, SATU MÄNTTÄRI, 2012