1 / 43

KOSTERN Í , SRDEČNÍ A HLADK Ý SVAL

KOSTERN Í , SRDEČNÍ A HLADK Ý SVAL. Přehled charakteristických vlastností kosterního, srdečního a hladkého svalu. KOSTERN Í , SRDEČNÍ A HLADK Ý SVAL. Strukturální rozdíly Elektrická a mechanická aktivita Molekulární mechanizmy kontrakce Biofyzikální vlastnosti svalů

jag
Download Presentation

KOSTERN Í , SRDEČNÍ A HLADK Ý SVAL

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. KOSTERNÍ, SRDEČNÍ A HLADKÝ SVAL

  2. Přehled charakteristických vlastností kosterního, srdečního a hladkého svalu KOSTERNÍ, SRDEČNÍ A HLADKÝ SVAL Strukturální rozdíly Elektrická a mechanická aktivita Molekulární mechanizmy kontrakce Biofyzikální vlastnosti svalů Stupňování a modulace kontrakce

  3. 30 m 20 m interkalární disky HLADKÝ SVAL (cévní systém, dýchací cesty, gastrointestinální aurogeni-itální systém) 3 m KOSTERNÍ SVAL sarkolema SRDEČNÍ SVAL 1

  4. CONEXON 1 „gap“(mezera) (extracelulární prostor) CONEXON 2 MYOKARD HLADKÝ SVAL „GAP JUNCTIONS“ ZÁKLADNÍ STRUKTURÁLNÍ ELEMENTY FUNKČNÍHO SYNCYTIA pH [Ca2+]i membránové napětí 1,6-2 nm 2

  5. KOSTERNÍ, SRDEČNÍ A HLADKÝ SVAL Strukturální rozdíly Elektrická a mechanická aktivita Molekulární mechanizmy kontrakce Biofyzikální vlastnosti svalů Stupňování a modulace kontrakce Přehled charakteristických vlastností kosterního, srdečního a hladkého svalu

  6. REPOLARIZACE DEPOLARIZACE skupina K proudů ICainakt. SRDCE -85 mV INa KONTRAKCE IK INainakt. KOSTERNÍ SVAL 20 ms 200 ms 200 ms ICa IK(Ca) ICainakt. HLADKÝ SVAL fáze 2 fáze 3 pravidelný pacemaker(SA, AVuzel, ..) 50 mV pomalé rychlé -90 mV -35 mV nepravidelná pacemakerová aktivita -60 mV pomalé vlny 3

  7. různými typy elektrické aktivity ELEKTRO-MECHANICKÁ VAZBA NEUROTRANSMITERY (acetylcholin, noradrenalin, …) vytvořením komplexu LIGAND-RECEPTOR FARMAKO-MECHANICKÁ VAZBA HORMONY (např. progesteron, oxytocin, angiotesin II, adiuretin, … ) LOKÁLNÍ TKÁŇOVÉ FAKTORY(NO, adenosine, …) HLADKÝ SVAL MECHANICKÉ ODPOVĚDI mohou být spuštěny/modulovány 5a

  8. pomalé polarizačnívlnys AP 1 POMALÉ VLNY V KONTRAKCI (GIT) frekvence AP 2 TETANICKÝ STAH (většina viscerálních orgánů) pomalé změny v polarizaci membrány 3 POMALÉ ZMĚNY V TONU SVALU (např. m.. ciliaris, svalovina krevních cév) konstantní membránové napětí 4 POMALÉ ZMĚNY V TONU FARMAKO-MECHANICKÁ VAZBA (svalovina krevních cév) vazba LIGAND-RECEPTOR 0 mV -50 0 tenze čas 0 mV -50 tenze tension čas 0 mV -50 tenze čas mV -50 látka x látka y tenze čas 5b

  9. KOSTERNÍ, SRDEČNÍ A HLADKÝ SVAL Strukturální rozdíly Elektrická a mechanická aktivita Molekulární mechanizmy kontrakce Biofyzikální vlastnosti svalů Stupňování a modulace kontrakce Přehled charakteristických vlastností kosterního, srdečního a hladkého svalu

  10. vazebné místo pro AKTIN vazebné místo pro ATP TROPONIN C, T, I MOLEKULY G-AKTINU REGULAČNÍ PROTEINY TROPOMYOZIN PŘÍČNĚ PRUHOVANÝ SVAL základní složky kontraktilního aparátu MYOZINOVÉ FILAMENTUM 4 lehké řetězce 2 těžké řetězce MOLEKULA MYOZINU II N C 2 hlavy C N 134 nm ATP→ ADP + Pi AKTINOVÉ FILAMENTUM 40 nm TROPOMYOZIN- TROPONINOVÝKOMPLEX 6

  11. konformace s vysokou energií klidový stav ε Ca2+ komplexCa2+- troponinC disociace komplexu aktin–myozin ε PŘÍČNÝ MŮSTEK ATP Pi uvolnění ADP and Pi ATP ADP stav kontrakce konformace s nízkou energií RELAXACE • přítomnost ATP •  [Ca2+ ]i KONTRAKCE • přítomnost ATP •  [Ca2+ ]i PŘÍČNĚ PRUHOVANÝ SVAL MOLEKULÁRNÍ MECHANIZMUS KONTRAKCE ADP Pi ADP. Pi rigor mortis vazebná místapro aktin lehké řetězce myozinu vazebné místo pro ATP 7

  12. VazbaCa2+naTROPONIN Cposun troponin-tropomyozinového komplexuvazebná místa na aktinu pro myozinjsou odkryta Utváření PŘÍČNÝCH MŮSTKŮmezi aktinem a myozinem: A . M . ADP . Pi Konformačnízměna molekuly myozinuuvolněníADP a Pi sklon hlavy myozinuposun aktinových podél myozinových filamentZKRÁCENÍ SARKOMERY A .M PŘÍČNĚ PRUHOVANÝ SVAL MOLEKULÁRNÍ MECHANIZMUS KONTRAKCE 8a

  13. VazbaATPna myozinnízká afinita myozinuk aktinudisociace komplexu AKTIN–MYOZIN A M . ATP ATP-ázová aktivita myozinovéhlavyčástečná hydrolýzaATP, získaná energieje užita pro napřímení hlavy myozinu(analogienataženépružiny).Afinita myozinuk aktinujevysoká, ale vazba je znemožněná. A M . ADP . Pi TRVAJÍCÍ KONTRAKCE je výsledkem opakujících se cyklů při [Ca2+]i a v přítomnosti ATP RELAXACE svalové buňky vzniká v přítomnosti ATP a při[Ca2+]i(Caionty jsounasávány zpět do SR a vytěsňoványven z buňky) 8b

  14. PŘÍČNĚ PRUHOVANÝ SVAL Ca2+ myozin Mg2+ ATP Animace modelu interakce hlavy myozinu a aktinového filamenta („ pádlování“ ) komplextroponin–tropomyozin 8c

  15. Ca2+ tenká filamenta - AKTIN silná filamenta - MYOZIN DT - denznítělíska (analogie Z linií) BUŇKA 2 elektrické spoje BUŇKA 1 mechanická spojení mezi buňkami REGULAČNÍ PROTEINY MYOZIN II tropomyozin P kalmodulin(TNC)  MLCK kaldesmon kalponin HLADKÝ SVAL SR vchlípeniny membrány • Pomalá aktivita • myozinové ATPázy • transportních systémů Ca2+ ORGANIZACE CYTOSKELETU A MYOFILAMENT intermediární filamentum DT u membrány DT 2 těžké řetězce 4 lehké řetězce 9

  16. lehké řetězce myozinu KALMODULIN KLIDOVÝ STAV komplexCa-kalmodulin KINÁZA LEHKÉHO ŘETĚZCE MYOZINU MLCK Ca-kalmodulin-MLCK FOSFORYLACELEHKÝCH ŘETĚZCŮ MYOZINU P P ↑[Ca2+]i INTERAKCE MYOZINUSAKTINEM komplex Ca2+-KALMODULIN-MLCK HLADKÝ SVAL ÚLOHAKOMPLEXUCa-KALMODULIN MYOZIN kaldesmon AKTIN kalponin 10

  17. 2 TONICKÁSLOŽKA KONTRAKCE - zablokovaný můstek 1 FÁZOVÁ SLOŽKA KONTRAKCE - režim opakovaných cyklů čas čas KONTRAKCE BUŇKY HLADKÉHO SVALU 11a

  18. 1 FÁZOVÁ SLOŽKA KONTRAKCE - režim opakovaných cyklů Ca-kalmodulin čas FOSFATÁZA MYOZINU KINÁZAMYOZINU AKTIVNÍ CaCM-MLCK MLCP P KLIDOVÝ STAV konformace s vysokou energií P disociace komplexu aktin–myozin ATP P P P P Pi ATP ADP stav kontrakce HLADKÝ SVAL KLIDOVÝ STAV ATP Pi ADP ε ADP. Pi CaCM-kaldesmon ε PŘÍČNÉMŮSTKY ADP. Pi P P FOSFORYLACE LEHKÝCH ŘETĚZCŮ MYOZINU JE PŘEDPOKLADEM opakovaných cyklů P konformace s nízkou energií 11b

  19. 2 TONICKÁSLOŽKA KONTRAKCE - zablokovaný můstek čas MLCP CaKM - MLCK ↑FOSFATÁZA MYOZINU ve stavu kontrakce P P DEFOSFORYLACE LEHKÝCH ŘETĚZCŮ MYOZINU TONICKÁKONTRAKCE zablokovaný můstek “latch bridge” P P P P MLCP P HLADKÝ SVAL KLIDOVÝ STAV ATP KLIDOVÝ STAV ε ε P ATP P ATP MLCK/MLCP stav kontrakce 12

  20. AktivaceKINÁZY LEHKÉHO ŘETĚZCE MYOZINUCa-KALMODULIN-MLCK FOSFORYLACElehkých řetězců myozinu; při současné změně regulačních proteinůpomocí Ca-KMutváření příčných můstků Konformační změny myozinuSKLON HLAVY myozinuKLUZNÝ POHYB aktinupo myozinuzkrácení„sarkomery“ HLADKÝ SVAL Vazba Ca2+naKALMODULINkomplexCa-KM OPAKOVANÉ CYKLYlehké řetězce myozinuzůstávajífosforylovány TONICKÁ KONTRAKCEmechanizmem zablokovaných můstků„latch bridge“, lehké řetězce myozinu jsoudefosforylovány ve stavu kontrakce Šetří se ATP Spotřebovává se ATP 13

  21. Přehled charakteristických vlastností kosterního, srdečního a hladkého svalu KOSTERNÍ, SRDEČNÍ A HLADKÝ SVAL Strukturální rozdíly Elektrická a mechanická aktivita Molekulární mechanizmy kontrakce Biofyzikální vlastnosti svalů Stupňování a modulace kontrakce

  22. IMK ITK KE PE KONSTANTNÍDÉLKAměří sezměny v TENZI IZOMETRICKÁ kontrakce SE IMK ITK IZOTONICKÁ kontrakce KE- kontraktilní elementy KONSTANTNÍ TENZE měří sezměny DÉLKY PE, SE -paralelní a sériové elastické komponenty(fibrózní tkáň, elastické vlákno TITIN spojující M a Z disky v sarkomeře) IZOVOLUMICKÁ FÁZE (IZOMETRICKÁ) EJEKČNÍ FÁZE (IZOTONICKÁ) SRDEČNÍ SVAL TONICKÁ složka kontrakce FÁZOVÁ složka kontrakce HLADKÝ SVAL IZOMETRICKÁ A IZOTONICKÁ KONTRAKCE KLIDOVÝ STAV KOSTERNÍ SVAL AUXOTONICKÁ kontrakce AUXOTONICKÁ 15

  23. CELKOVÁ TENZE AKTIVNÍTENZE PASIVNÍTENZE měření při postupném natahování nestimulovanéhosvalu (ELASTICKÁ KOMPONENTA) PASIVNÍ TENZE měřeníIZOMETRICKÉ kontrakcestimulovaného svalu při postupně se prodlužující počáteční délce CELKOVÁ TENZE rozdíl mezi CELKOVOU a PASIVNÍ tenzí - tenze tvořená interakcí KONTRAKTILNÍCH elementů AKTIVNÍ TENZE ZÁVISLOST TENZE NA PROTAŽENÍ SVALU KOSTERNÍ SVAL tenze svalu klidová délka in vivo prodloužení svalu(cm) 16

  24. fyziologická pracovní oblast KOSTERNÍ SVAL SRDCE AKTIVNÍ TENZE příčně pruhovaného svalu v závislosti na POČÁTEČNÍ DÉLCE (PROTAŽENÍ) SARKOMERY aktivní tenze (%) oblast maximální tenze SRDEČNÍ SVAL senzitivita aktinových filament k Ca2+závislá na protažení 2,05 2,2 1,9 počáteční délka sarkomery [m] 3,65 1,65 STARLINGŮV ZÁKONautoregulace kontrakce u srdce 18

  25. VÝRAZNÁROZTAŽNOST Protaženímyocytůmočového měchýře až na 200% a myocytů uteru(na konci těhotenství) až na 1000% ve srovnání s původní délkou svalové buňky. PLASTICITA Síla kontrakce/tonunení přímo závislá na protažení svalu; velikost kontrakce/tonu klesái když protažení svalu zůstává konstantní. HLADKÝ SVAL HLAVNÍ CHARAKTERISTICKÉ RYSY 19a

  26. spuštění reflexu mikce tlak 3 IZOLOVANÁ BUŇKA(jejunum člověka) LAPLACEŮV ZÁKON P = 2T/r objem délka tenzometr čas T ICa DEPOLARIZACE tenze  [Ca2+]i PLASTICITA čas aktivace K-KANÁLŮ řízených [Ca2+]i depolarizace IKCa m. napětí  TONUS repolarizace ICa IKCa REPOLARIZACE čas  [Ca2+]i  TONUS PLASTICITAHLADKÉHO SVALU CYSTOMETROGRAM 2 1 ? aktivaceCa2+-KANÁLŮ závislýchna natažení „stretch-activated channels“ 19b

  27. KOSTERNÍ, SRDEČNÍ A HLADKÝ SVAL Strukturální rozdíly Elektrická a mechanická aktivita Molekulární mechanizmy kontrakce Biofyzikální vlastnosti svalů Stupňování kontrakce Charakteristické rysy kosterního, hladkého a srdečního svalu

  28. Zvýšení FREKVENCE EXCITACÍ v motorickém neuronu FREKVENČNÍ SUMACEKONTRAKCEve svalových buňkách (TETANICKÁ KONTRAKCE) ZVÝŠENÍ POČTU AKTIVOVANÝCH MOTORICKÝCH JEDNOTEK(POSTUPNÝNÁBORmotorických jednotek)PROSTOROVÁ SUMACE KOSTERNÍ SVAL HLAVNÍ FAKTORY STUPŇOVÁNÍ KONTRAKCE 20

  29. OBLAST SUMACE hladký tetanus  [ Ca2+]i svalová trhnutí s úplnou relaxací KOSTERNÍ SVAL ZÁVISLOST KONTRAKCE NA FREKVENCI STIMULACE IZOLOVANÁ SVALOVÁ BUŇKA ? TETANICKÝ STAH vlnitý (neúplný) tetanus Krátká refrakterní doba AN buňky kosterního svaludovoluje kopírovat aktivitu motorického neuronu při  frekvenci síla kontrakce Sumace frakčních množství uvolněného Ca2+ ze SR Příliš krátký časový interval pro návrat Ca2+ do SR frekvence stimulace (Hz) 1 Hz = 1 impuls/sec 21

  30. DIASTOLICKÁ NÁPLŇ KOMOR („preload“) kontrakce komor úměrná natažení kardiomyocytů na konci diastoly FRANK-STARLINGŮV ZÁKON FREKVENCE ELEKTRICKÉ AKTIVITYsrdečních buněk (modulace pacemakerové aktivity SA uzlu při  tonu sympatiku )  pozitivní FREKVENČNÍ EFEKT Vazba LIGAND-RECEPTORs následujícíintracelulární sekvencí dějů ↑[Ca 2+]i (noradenalin, adrenalin, …) SRDEČNÍ SVAL HLAVNÍ FAKTORY STUPŇOVÁNÍ KONTRAKCE ↑[ Ca2+]i 22

  31. DEPOLARIZACE MEMBRÁNY(někdy i bez spuštění akčních napětí) aktivace Ca kanálů↑[Ca 2+]i BEZ PRIMÁRNÍCH ZMĚN V POLARIZACI MEMBRÁNY Vazba ligand-receptor s následující aktivačníkaskádou↑ [Ca 2+]i (např. aktivace PLC↑IP3) Protažení svalových buněkotevření Ca2+kanálů citlivých na protažení membrány - „stretch channels“↑ [Ca 2+]i … ↑MLCK/ MLCP(poměr aktivované kinázy a fosfatázy lehkého řetězce myozinu) HLADKÝ SVAL HLAVNÍ FAKTORY STUPŇOVÁNÍ KONTRAKCE 23

  32. Přehled charakteristických vlastností kosterního, srdečního a hladkého svalu KOSTERNÍ, SRDEČNÍ A HLADKÝ SVAL Strukturální rozdíly Elektrická a mechanická aktivita Molekulární mechanizmy kontrakce Biofyzikální vlastnosti svalů Stupňování kontrakce

  33. Mnohojaderné dlouhé cylindrické buňky (max. 15 cm) Bohatě vyvinuté sarkoplazmatické retikulum Pravidelné uspořádání myozinových a aktinových filament (příčné pruhování) Aktivita silně závislá na nervovém zásobení (přenos vzruchu motorickou ploténkou) Svalová vlákna nejsou navzájem propojena (žádné „gap junctions“) Motorické neuronyse větví pro inervaci většího počtu buněk motorické jednotky(5-1000 buněk) motorická jednotka Sumace kontrakcí (tetanus) Aktivita pod volní kontrolou 5-1000 KOSTERNÍ SVAL HLAVNÍ CHARAKTERISTICKÉ VLASTNOSTI 25

  34. TYP I ČERVENÝ - POMALÝ Pomalé kontrakce (zajišťující většinou postoj těla) Pomalé motorické jednotky s motorickými neurony s nižší rychlostí vedení impulzů (menší průměr) TYP II BÍLÝ - RYCHLÝ Krátkodobé stahy projemnécílené pohyby Rychlé motorické jednotky s motorickými neurony s velkou rychlostí vedení vzruchů (větší průměr) TYPY MYOCYTŮ KOSTERNÍCHSVALŮ např. zádové svaly PřevážněAEROBNÍ METABOLIZMUS aODOLNOST PROTI ÚNAVĚ např. svaly rukou ANAEROBNÍ METABOLIZMUS (glykolýza) aNÁCHYLNOST K ÚNAVĚ 26

  35. Jednojaderné, větvené a vzájemně propojené buňky(max. délky 100 μm) Středně vyvinuté sarkoplazmatické retikulum Pravidelné uspořádání myozinových a aktinových filament (příčné pruhování) Excitace a kontrakce jsou nezávisle na nervovém zásobení (pravidelný „pacemaker“ v SA uzlu, AV uzlu) Funkční syncytium (elektrická spojení – „gap junctions“) Receptory pro neurotransmitery(uvolňované z nervových zakončení) ahormony(přiváděné cirkulací) Tetanickákontrakcenemůževzniknoutpro dlouhou refrakte-rituakčního napětí Aktivita nezávislá na vůli SRDEČNÍ SVAL HLAVNÍ CHARAKTERISTICKÉ VLASTNOSTI 27

  36. Jednojaderné vřetenovité buňky variabilní délky (50-200 m) Nepravidelné uspořádání myozinu a aktinu Málo vyvinuté sarkoplazmatické retikulum Pomalý fázový (tetanický), tonický stah Nezávislost kontrakce (tonu) na nervovém zásobení (nepravidelná pomalá „pacemakerová“ aktivita) Četnéreceptory pro neurotransmitery(uvolňované z nervových zakončení) ahormony(přiváděné cirkulací). Modulace také lokálními chemickými mediátory(uvolňovanými ze sousedních buněk) Aktivitamůže být spuštěna natažením svalu (membránové kanály citlivé na protažení-„stretch-activated channels“) Aktivitanezávislá na vůli HLADKÝ SVAL HLAVNÍ CHARAKTERISTICKÉ VLASTNOSTI 28

  37. JEDNOTKOVÝ (VISCERÁLNÍ) Funkční syncytium (elektrické spoje „gap junctions“) Nezávislost kontrakce na nervové stimulaci (pomalá nepravidelná nestabilní „pacemakerová“ aktivita) Vznik kontrakce v odezvě na natažení svalu (vápníkové kanályaktivované natažením – „stretch channels“) VÍCEJEDNOTKOVÝ Autonomní „motorickéjednotky“ (motorické neuronyuvolňující acetylcholin, norepinefrin, …) Svalové buňky nejsou propojeny „gap junctions“; AN nevznikají Kontrakce jsoujemně stupňované a lokalizované synapse „en passant“ TYPY HLADKÝCH SVALŮ např. žaludek, střeva, uterus, ureter např. arterioly, m. ciliaris, m. iris oka, … 29

  38. Ca2+ část citlivá na Ca2+ K+ kanálaktivovanýCa2+amembránovým napětím TETRAMERNÍ STRUKTURA

  39. NEUROMEDIÁTORY autonomních nervů (acetylcholin, norepinefrin, neuropeptidy, …) !! Zcela rozdílný účinek u vaskulárního, intestinálního a bronchiálníhohladkého svalu HORMONY(estrogen, progesteron, oxytocin, epinefrin, angiotenzin, vasopresin, serotonin, …) MÍSTNÍ (HLAVNĚ METABOLICKÉ) FAKTORY(PO2, PCO2, adenozin, pH, kyselina mléčná, NO, endotelin, …) … !! Zcela rozdílný účinek u plícních a periferních arteriol HLADKÝ SVAL NEUROHUMORÁLNÍ MODULACE KONTRAKCE (TONU)

  40. Relaxacev důsledku [Ca 2+]i Většina Ca2+ jevypuzována z buňky, část nasávána do redukovaného SR HYPERPOLARIZACE jako důsledek aktivace specifických K kanálů působí uzavírání napětím řízených Ca kanálů • K kanály aktivované [Ca2+]i (“Ca2+– activated potassium channels”) • K kanály aktivované cestou ligand-receptor-Gprotein(β-receptory, …) Relaxacenezávislá na[Ca 2+]i Relaxace závislá nacAMP FosforylaceMLCK  ↓ senzitivityMLCK ke komplexu Ca2+-kalmodulin Relaxace závislá nacGMP (↑ NO) Defosforylacelehkých řetězců myozinu v důsledku ↓ MLCK / MLCP mimo stav kontrakce RELAXACE HLADKÉHO SVALU uvolnění Ca2+ z komplexu Ca-kalmodulin MLCK jeopět inaktivní

  41. HLADKÁ SVALOVINA CÉV ↑ IP3  ↑ [Ca 2+]i α PLC   ↑ DAG  ↓ IK  depolarization  ↑ICa ↑ [Ca 2+]i  VAZOKONSTRIKCE HLADKÝ SVAL INTESTINA β AC  RELAXACESTŘEVNÍ SVALOVINY NOREPINEFRINROZDÍLNÁ ODPOVĚĎSVALOVÝCH BUNĚK CÉV A GIT α- adrenergní receptory β- adrenergní receptory  ↑ IK hyperpolarizace  ↓ ICa ↓ [Ca 2+]i ↑cAMP  fosforylace MLCK ↓senzitivity ke Ca2+

  42. DIFUZNÍ SYNAPSE NORADRENERGNÍ(vezikuly s norepinefrinem) CHOLINERGNÍ (vezikulys acetylcholinem) HLADKÝ A SRDEČNÍ SVAL ZAKONČENÍ AUTONOMNÍCHNEURONŮ Synapse v průběhu nervových zakončení(„en passant“) difuzní vzdálenost 20-40 nm axon vezikuly svalová buňka terminální varikozity

More Related