Mišićni efektori

H-zonaM linija

Tipovi mišića

Glatki mišići - nalaze u zidovima krvnih sudova, šupljih organa (želuca, creva, mokraćne bešike, uterusa) i kanala raznih žlezda i koji suodgovorni za nevoljne pokrete - kontrakciju visceralnih organa (peristaltiku) i propulziju njihovog sadržaja. Kontrola unutrašnje sredine – pokretanje telesnih tečnosti kroz visceralne organe i cirkulatorni sistem. Kontrakcija glatke muskulature nije pod voljnom kontrolom – inervisani su vlaknima autonomnog nervnog sistema, a kontrahuju se pod hormonskim ili lokalnim metaboličkim uticajem.

Poprečno-prugastiSkeletni mišići - pričvršćeni su za kostiskeleta, omogućavaju interakciju sa spoljašnjom sredinom; pod voljnom su kontrolom;Srčani mišić - proizvode ritmičke kontrakcije srca tokom celog života, koje pumpaju krv u sve delove tela;

Skeletni mišići

Čine više od 40% telesne mase i glavni su potrošači energije.

Pokreću kosti skeleta (izuzetak je mišić jezika). Primarna funkcija – generisanje sile i ispoljavanje pokreta, kontrola disanja, pokreti očnih jabučica, izraz lica i ispoljavanje emocija, proizvodnja govora.

Prateće uloge – održanje stalne telesne temperature (termogeneza drhtanja) ili odbambena funkcija kod električnih riba.

Inervisani su vlaknima somatskog motornog sistema.

Skeletni mišić je izgrađen od ćelija – mišićnih vlakana (dijametar 10-100 μm, dužina nekoliko santimetara). Mišićna vlakna su grupisana u snop (fascikulus) obložen zajedničkom ovojnicom – perimizijum. Veći broj snopova okružen epimizijumom čini mišić.

Unutar mišićnog vlakna nalazi nekoliko hiljada miofibrila, a svaka je izgrađena od dve vrste filamenata.

Ultrastruktura skeletne mišićne ćelije

Krstic RV. General Histology of the Mammal.New York: Springer-Verlag, 1984.)

Membrana mišićnog vlakna - sarkolema. Stešnjena između kontraktilnog aparata i sarkoleme nalazi se mala količina citoplazme, sarkoplazme, koja sadrži i do stotinu jedara, veliki broj mitohondrija (sarkozomi) i lipidne kapljice; dobro razvijen sarkoplazmin retikulum koji obrazuje razvijen membranski sistem unutar ćelije. Najveći deo unutrašnjosti mišićne ćelije ispunjen je parakristalno uređenim proteinskim filamentima koji grupisani čine miofibrile. Na miofibrilama se uočavaju pravilne alternacije svetlih i tamnih pruga – poprečna prugavost. Tamna zona - anizotropna (A-zona); svetla zona – izotropna (I zona).

SarkomeraPoprečna- prugavost skeletnih mišića rezultat je periodičnog ponavljanja materijala različitog indeksa prelamanja svetlosti, odnosno, specifične organizacije miofibrila sastavljenih od dva tipa miofilamenata: tankih – aktinskih i debelih – miozinskih filamenata.

Zona koja se prilikom bojenja i posmatranja pod polarizacionim mikroskopom ukazuje kao tamnija je anizotropna (A-zona). Na sredini svake A zone nalazi se tanka svetlije obojena zona, H zona, a kod mnogih mišićnih ćelija u sredini H zone uočava se tanka i tamno obojena M linija. Između svake dve A zone, nalazi se svetla, izotropna (I-zona), a u njenom središtu tamna linija sa najvećim indeksom prelamanja svetlosti koja je označena kao Z-linija ili Z-disk. Prostor između dve Z linije, koji sadrži A zonu, ograničenu sa obe strane po polovinom I zone, naziva se sarkomera. Sarkomera je najmanja subjedinica mišićnog vlakna sposobna za samostalnu kontrakciju.

Organizacija tankog filamentaAktinski filamenti prišvršćeni su za Z membranu, od koje su pružaju prema središtu sarkomere. Sastavljen je od tri komponente:

F-aktin - Osnovu aktinskog filamenta čini globularni protein G aktin (42 kD), koji u prisustvu ATP polimerizuje u končasti molekul F aktina. Po dva molekula F aktina, ovlaš uvijena jedan oko drugog u formu zavojnice, čine osnovu aktinskog filamenta. Svaka perioda F aktina sadrži sadrži 7globula aktina.

Troponin – proteinski kompleks sastavljen od 3 povezane komponente: troponin C (Tn-C), troponin T (Tn-T) i troponin I (Tn-I). Tn-C subjedinica je Ca2+-vezujuća komponenta, Tn-T subjedinica vezuje sa za kompleks sa tropomiozinom, dok Tn-I subjedinica ima inhibitornu ulogu.

Tropomiozin – končasti protein koji se pruža u žljebu duž zavojnice F aktina. nalaze se končasti molekuli tropomiozina. Susedni molekuli tropomiozina se nastavljaju jedan na drugi, preporkrivajući aktinske globule tankog filamenta.

Organizacija debelog filamentaOsnovna jedinica građe debelog filamenta – molekul miozina.Svaki molekul miozina sastoji se od jednog para teških lanaca koji se pružaju celom dužinom molekula i 2 para lakih lanaca koji čine “glavu” miozinskog molekula.

Proteolitičkom degradacijom molekul miozina deli se na dva dela: laka meromiozinska frakcija (LMM) - izduženi repovi miozinskih molekula i tešku meromiozinsku frakciju (HMM) – čini je ostatak izduženog repa i glava. Proteolitičkom degradacijom HMM dobijaju se dve subfrakcije: S1 frakcija, koja sadrži glavu i S2 frakcija koja sadrži kratki štapičasti deo molekula.

S1 region molekula odgovoran je za enzimsku i hemijsku aktivnost koja dovodi do mišićne kontrakcije. Ovaj region sadrži ATP-vezujuće mesto, koje je snabdeva kontraktilni aparat energijom potrebnom za kontrakciju i aktin-vezujuće mesto, preko kojeg miozinski filament ostvaruje vezu sa aktinskim filamentom. S2 region ima ulogu pokretne, fleksibilne zone između glave i repa miozinskog molekula. U S1 regionu nalaze se još dva laka lanca., leže jedna pored druge.

Kontraktilni proteini

Protein MW (kD)

Sadržaj (wt%)

Lokalizacija

Kontraktilni

     

Miozin 520 43A

Aktin 42 22 I

Regulatorni      

Troponin 70 5 I

Tropomiozin 33 x 2 5 I

       

M-proteinmiomezin

185 2 M linija

-aktinin 95 x 2 2 Z-linija

zeugmatin 200   Z-linija

dezmin     Z-linija

-aktinin     A-linija

Citoskeletni      

Titin -konektin

2800 10 Z-M linija

Nebulin 750 5 I-linija

α-aktinin – asociran sa Z-linijom, potpomaže pričvršćivanje aktinskih filamenata.

Titin – krupni filamentozni protein koji se pruža od Z-linije prema centru sarkomere. Održava centralni položaj debelih filamenata i sprečava preterano širenje sarkomere.

Nebulin – filamentozni protein koji se pruža duž aktinskih filamenata i kontroliše njihovu dužinu tokom kontrakcije.

Distrofin – citoskeletni protein koji se nalazi sa unutrašnje strane membrane, a u kontaktu, preko membranskog proteina integrina, sa lamininom koji se nalazi sa spoljašnje strane membrane.

Klizajući filament

Do kontrakcije dolazi usled podvlačenja tankih i debelih filamenata i skraćivanja sarkomere - teorija klizajućeg filamenta

Sprega ekscitacije i kontrakcije

Uloga kalcijuma

U relaksiranom mišiću Ca2+ se nalazi u sarkoplazmatičnom retikulumu. Prolazak akcionog potencijala preko membrane mišićne ćelije, otvara u membrani specifične voltažno-zavisne kanale koji su u bliskom kontaktu sa Ca2+ kanalima prisutnim u membranama SR (RyR). Konformaciona promena kanala membrane dovodi do otvaranja RyR kanala koji su prohodni za jone kalcijuma i do brzog povećanja koncentracije ovog jona u citosolu.Nakon prolaska AP kalcijum se iz citosola vraća u SR radom pumpe za kalcijum, uz utrošak ATP. Ca2+ se vezuje za Troponin-C i omogućava interakciju između aktina i miozina

Aktomiozinski ciklus

• Četvorotaktni ciklus povezivanja, pokretanja i razdvajanja aktomiozina odvija se zahvaljujući energiji ATP.

• ATP se vezuje za glavu miozinskog molekula i biva hidrolizovan.

• U prisustvu kalcijuma dolazi do odmicanja glave molekula od miozinskog filamenta i do njenog usmeravanja ka aktinskom filamentu i vezivanja za ona aktivna mesta na aktinskoj globuli koja su razotrkivena vezivanjem Ca2+.

• Između glave miozinskog molekula i aktina obrazuje se ugao od 90. Od glave miozina odvaja se fosfatna grupa što dovodi do njene konformacione promene i do rotacije za oko 45.

• Oslobađanje ADP od glave molekula.• Disocijacija aktomiozina odvija se tek kada se za

miozin veže novi molekul ATP. • Prolazni nedostatak ATP u ćeliji dovodi do grča.

Dva tipa neurona inerviraju skeletne mišiće- α-motoneuroni i γ-motoneuroni. Svako mišićno vlakno pod kontrolom je jednog ogranka aksona alfa-motoneurona. Akson i sva mišićna vlakna koje on inervira čine motornu jedinicu. Svi alfa-motoneuroni koji inerviraju jedan mišić čine skup motoneurona.

Skeletni mišići inervirani su motoneuronima čija se ćelijska tela nalaze u ventralnim rogovima kičmene moždine – niži motoneuroni. Aksoni motoneurona izlaze iz kičemene moždine putem ventralnog korena i u sastavu perifernog nerva putuju prema mišiću.

Raspored motoneurona u okviru ventralnih rogova je specifičan i ponavlja se u razčličitim segmentima.

(Niži) motoneuroni

Viši motoneuroni

Nalaze se u motornim zonama korteksa. To su piramidni neuroni čiji se aksoni projektuju do kičmene moždine i stvaraju sinapse sa nižim motoneuronima. Oni omogućavaju voljnu kontrolu skeletne muskulature. Viši motoneuroni imaju specifičan i uvek isti raspored. Broj viših motoneurona koji je odgovoran za kontrolu nekog mišića zavisi od veličine motorne jedinice, stoga nisu svi mišići predstavljeni u motornom korteksu istim brojem motoneurona, odnosno istom površinom korteksa.

Motorni čovečuljak

Tipovi motornih jedinicaBrze i spore motorne jedinice

Brze motorne jedinice sačinjene su od brzih (belih) mišićnih ćelija. One zavise od anaerobnog metabolizma, brzo se kontrahuju, ostvaruju veliku mišičnu napetost, ali se osetljive na zamor. Motoneuroni ovih jedinica su po pravilu krupniji.

Spore motorne jedinice sastavljene su od sporih (crvenih) mišićnih ćelija. One su zavisne od oksidativnog metabolizma, razvijaju stabilnu dugotrajnu mišićnu kontrakciju, otporne su na zamor. Motoneuroni ovih motornih jedinica su sitniji i njihovi aksoni su manjeg dijametra.

Graduisana kontrola mišićne kontrakcijeGraduisana kontrola jačine mišićne kontrakcije ostvaruje se na dva načina:

- variranjem frekvencije AP u motoneuronima

- mobilizacijom više motornih jedinica

Pojedinačni akcioni potencijal dovodi do pojedinačne mišićne kontrakcije tokom koje se razvija mišićni tonus pojedinačne kontrakcije. Mehaničkom sumacijom usled većeg broja AP dolazi do generisanja veće mišične napetosti.

Tonus mišića se povećava mobilizacijom sve većeg broja motornih jedinica

Mišićni tonus – sila koju generiše mišić. Mišićni tonus se sastoji od dve komponente:

- aktivnog tonusa koji nastaje generisanjem sile u kontrahovanom mišiću

- pasivnog tonusa koji je uslovljen dužinom mišića. Dužina mišića in situ – dužina mirovanja. Dužina izolovanog mišića – ravnotežna dužina. Ukupni tonus mišića jednak je zbiru aktivnog i pasivnog tonusa.

Zupčastitetanus

Potpunitetanus

1. Izometrijska kontrakcija – kontrakcija kod koje dolazi do povećanja tonusa konstantnoj dužini mišića. Povećanje tenzije mišića do koje dolazi prilikom ovog tipa kontrakcije naziva se mehanička sumacija.

Tipovi mišićne kontrakcije

2. Izotonična kontrakcija – kontrakcija kod koje se pri konstatnom tonusu dolazi do skraćenja mišića.

3. Auksotonična kontrakcija – kontrakcija kod koje se tonus povećava uz paralelno skraćenje dužine mišića.

4. Mejotonična kontrakcija – kontrakcija kod koje se tonus progresivno smanjuje tokom kontrakcije.

Poremećaji motornog sistema

Mišićna distrofija

Najpoznatiji oblik bolesti – Duchenneova distrofija (1/3500). Nasledna bolest koja pogađa samo dečake. Uzrok bolesti je mutacija gena za citoskeletni protein distrofin.

Miastenia gravis – (1/10 000) slabost skeletnih mišića, naročito često facijalnih mišića, koja može da varira čak i tokom jednog dana. Autoimunska bolest u kojoj organizam proizvodi antitela na nAchR. Blokada receptora dovodi do atrofije mišića.

Amiotrofna lateralna skleroza

Bolest za sada nepoznate etiologije koja se manifestuje kao mišićna slabost praćena progresivnom paralizom. Bolest je uslovljena selektivnom degeneracijom velikih α-motoneurona kičmene moždine. Kod malog broja ALS pacijenata uočena je mutacija gena za enzime antioksidativne zaštite. Kod velikog broja pacijenata uočava se visok nivo glutamata u cerebrospinalnoj tečnosti.

Virusne atrofije izazvane polio virusom – gubitak motoneurona kičmene moždine i kranijalnih motoneurona

Povrede kičmene moždine i perifernih nerava

Povrede dovode do pareze (kod delimičnog oštećenja i paralize i arefleksije kod potpunog oštećenja. Sva tri poremećaja, osim u motorici, dovode do progresivne atrofije mišića i gubitka mišićne mase.

Povrede nishodnih puteva bele mase ili oštećenja motornog korteksa mogu dovesti do hemiplegije i paraplegije (ako zadese samo donje ekstremitete, jedne ili obe strane tela) i do kvadriplegije, ako zahvate i gornje ekstremitete).

Refleks Babinskog

Neodgovarajuće sprovođenje refleksa koje ukazuje na oštećenje nishodnih motornih puteva. Koristi se kao jednsotavan dijagnostički postupak.

Oštećenja nemotornog korteksa

Poremećaji izazvani povredama čeonog ili temenog korteksa bez vidljivih motornih oštećenja mogu dovesti do apraksija – nemogućnost izvršenja voljnog pokreta nakon verbalne komande.

Oštećenja subkortikalnih struktura

Parkinsonova bolest – progresivni gubitak DA neurona u mozgu.

Huntingtonova bolest - genetski determinisana bolest - nesvrsishodni, nevoljni pokreti celog tela uz intelektualni gubitak, depresiju i psihozu. Uzrokovana progresivnim izumiranjem ćelija u bazalnim ganglijama mozga.

Bolesti nervno-mišićne sinapse

Bolesti mišića

Oštećenja nižih delova motornog sistema

Oštećenja viših delova motornog sistema

Srčani mišić

Građa srca

Srce čoveka sastoji se od četiri odeljka: dve pretkomore (atrium), koje su međusobom odvojene interatrijalnim septumom i dve komore (ventriculum), koje poseduju zajedničku pregradu, interventrikularni septum. Predkomore su od komora odvojene fibroznim A-V prstenom. Predkomore imaju tanke zidove koji se sastoje od dva osnovna mišićna sistema: jednog koji je zajednički i okružuje obe pretkomore i drugog, koji je nezavisan za svaku od pretkomora. Komore sadrže znatno veću mišićnu masu od pretkomora, s tim što je zid leve komore deblji od zida desne komore. Razlikujemo četiri grupe spiralno postavljenih mišićnih vlakana koje ulaze u sastav komora: površinska bulbo-spiralna, površinska sino-spiralna, duboka sino-spiralna i duboka bulbo-spiralna vlakna.

Srčane mišićne ćelije

Najveći deo mase srćanog tkiva čine radne mišićne ćelije

• Cilindričnog oblika, manjih dimenzija od skeletnih mišićnih ćelija;

• Međusobno spojene interkalarnim diskovima – funkcionalni sincicijum;

• Energiju obezbeđuju iz aerobnog metabolizma, oksidacijom masnih kiselina;

• Ca2+ potreban za srčanu kontrakciju obezbeđuju iz vanćelijskog prostora.

Značajno manji deo mase srčanog tkiva čine predvodničke (pace-maker) ćelije

• Spontano aktivne;• Grupisane u čvorove (noduse) i sprovodna vlakna;• Fuziformnog oblika, manjih dimenzija od radnih ćelija;• Longitudinalno su prugaste;

Srce kičmenjaka je miogeno srce

Sino-atrijalni čvor (S-A) nalazi se na spoju gornje šuplje vene i desne pretkomore. Veličine 2 cm x 2 mm. Inervira ga desni n. vagus.

Atrio-ventrikularni (A-V) čvor nalazi se na zadnjoj desnoj granici interatrijalnog septuma u blizini koronarnog sinusa. Inervira ga levi n. vagus.

Sprovodna vlakna: od S-A do A-V čvora; vlakna Hisovog snopa; desna i leva grana; Purkinje vlakna

Sprovodni sistem srca

Poreklo spontane aktivnosti srca – Stannius-ov eksperiment

• I Stanijusova ligatura - između sinus venosusa i predkomora; ritmičko kontrahovanje sinus venosusa se nastavilo kontrakcija pretkomora praćena kontrakcijom komora je nestala; nakon kratkog vremena pretkomorski ritam se ponovo uspostavio i uslovio je kontrakciju pretkomora praćenu kontrakcijom komora pretkomorski ritam (koji je uslovio i komorski ritam), bio je sporiji od sinusnog ritma.

• II Stanijusova ligatura - u oblasti atrioventrikularnog prstena; kontrakcija komora je prestala, kontrakcija pretkomora ostala nepromenjena. Posle izvesnog vremena, otpočela je kontrakcija komora - idioventrikularni ritam još usporeniji.

Na osnovu ovog eksperimenta Stannius je zaključio

• 1. postoji inherentni ritam koji se začinje u sinus venosusu koji deluje kao predvodnik srčanog ritma;

• 2. srčani impulsi se šire i ekscitiraju prvo pretkomore, a zatim komore;

• 3. odvojeno od sinus venosusa, pretkomorske mišićne ćelije sadrže potencijalne predvodničke ćelije koje mogu preuzeti ulogu otpočinjanja kardiačnih impulsa;

• 4. čak i u odsustvu predvodničke kontrole od strane sinus venosusa i predkomora, komore mogu razviti svoj sopstveni, usporeniji ritam, zahvaljujući prisustvu predvodničkih ćelija.

• svi elementi predvodničkog tkiva imaju spontanu ritmiku, a srce u normalnim uslovima radi sinusnim ritmom, t.j. ritmom koji diktira S-A čvor.

Brzina provođenja srčanog impulsa

• Sa S-A čvora AP se pasivno širi po pretkomorskim ćelijama (0.3 – 1 m/s);

• Od A-V čvora duž prelaznih vlakana eksicitira se komorska muskulatura (0.03 m/s);

• Duž vlakana Hisovog snopa brzina AP raste (2 m/s);

• U ograncima Hisovog snopa brzina AP 3 m/s.

Akcioni potencijal srčane mišićne ćelije

Fiziološki značaj produženog AP

Srce ne može da se tetanizuje!

Elektrokardiografija - EKG

• PQRST zapis• P talas uzrokovan ekscitacijom

pretkomora;• QRS talas uzrokovan ekscitacijom

komora;• ST segment izoelektični period• T talas je posledica repolarizacije

komora;