Upload
others
View
1
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
Tkanka mięśniowa
1
Trzy typy mięśni
2
Mięśnie szkieletowe (Poprzecznie prążkowane)
Mięśnie gładkie
Mięśnie sercowe
3
Tkanka mięśniowa mięśni szkieletowych
Mięśnie szkieletowe
4
Organizacja miofibryli
5
Source: A. Pilawski Podstawy Biofizyki
Aktyna, Tropomiozyna i Troponiny
6
Source: A. Pilawski Podstawy Biofizyki
7
Source: A. Pilawski Podstawy Biofizyki
Aktyna, Tropomiozyna i Troponiny
TpC – wiązanie Ca2+
TpI – wiązanie aktyny
TpT – wiązanie tropomiozyny
Tropomiozyna
Aktyna F
Miozyna
8
ATPaza
ELC
RLC
Aktywacja mięśnia
9
Aktywacja mięśnia
Rola jonów Ca2+ w skurczu mięśnia
Mechanizm skurczu mieśnia
Mechanizm skurczu mieśnia
Mechanizm skurczu mieśnia
Mechanizm skurczu mieśnia
Mięśnie szkieletowe zawierają dwa typy włókien, różniących się mechanizmem wytwarzania ATP. Zawartość każdego z typów włókien jest zmienna w zależności od rodzaju mięśnia a także jest różna u różnych osób.
Czerwone („wolno-kurczliwe") włókna mają więcej mitochondriów, przechowują tlen w mioglobinie, podlegaja metabolizmowi aerobowemu (tlenowemu) , i są związane z wytrzymałością. Wolniej produkują ATP. Marańczycy dążą do posiadania jak największej ilości włókien czerwonych.
Białe („szybko-kurczliwe") włókna maja mniej mitochondriów, są zdolne do większego wysiłku (ale krótszego), zużywają ATP bardzo szybko i są bardziej podatne do akumulacji kwasu mlekowego. Podnoszący ciężary oraz Sprinterzydażą do posiadania jak najwiekszej ilości białych włókien.
Włókna białe i czerwone
Mięśnie gładkie
Do mięśni gładkich docierają motoryczne systemu autonomicznego i mogą je stymulować do skurczu lub rozkurczu w zależności od rodzaju uwalnianego neurotransmitera to jest noradrenaliny lub tlenku azotu, NO.
Skurcz mięśnia gładkiego kontrolowanajest przez oddziaływanie Ca2+ z kalmoduliną
Mechanizm skurczu mięśni gładkich
Mięsnie sercowe przypominają mięsnie szkieletowe: są prążkowane i każda komórka posiada sarkomery z przemieszczającymi się względem siebie filamentami aktyny i miozyny.Miofibryle każdejkomórki są rozgałęzione.Rozgałęzienia te łącza się z sąsiednimi włóknami za pomocą adhezyjnych połączeń (adherens junctions). To silne przyleganie umożliwia synchronizację skurczu mięśnia serca bez zrywania połączeń włókien.
Mięśnie sercowe
Mięśnie sercowe• Potencjał czynnościowy wyzwalający skurcz mięśnia serca generowany jest przez samo serce.
Nerwy motoryczne autonomicznego systemu nerwowego połączone są
• z mięśniem sercowym, ale modulują tylko – wzrost lub spadek – częstości i siły skurczu mięśnia. Nawet gdy nerwy są zniszczone (jak w trakcie transplantacji serca) serce kontynuuje wewnętrznie wyzwalane skurcze.
• Potencjał czynnościowy sterujący skurczem mięśnia sercowego przekazywany jest z włókna na włókno przez połączenie szczelinowe (gap junctions).
• Czas refrakcji mięśnia sercowego jest dłuższy niż sumaryczny czas skurczu (systole) rozkurczu (diastole).
• Mięsień sercowy jest bogaciej zaopatrzony w mitochondria niż mięsień szkieletowy.
• Wskazuje to na większe uzależnienie od oddychania komórkowego dla produkcji ATP.
• Mięsień szkieletowy posiada trochę glikogenu i może korzystać z glikolizy, gdy ograniczone jest zaopatrzenie w tlen. Jednak jakiekolwiek zaburzenie w dopływie utlenowanej krwi do mięśnia sercowego szybko prowadzi do jego uszkodzenia – a nawet śmierci – w niedotlenionej części. Tak dzieje się w trakcie zawału mięśnia sercowego.
Źródła energii dla mięśni
Skurcz włókna mięśniowego wymaga nakładu energii w postaci ATP W zależności od czasu pracy mięśni, ATP może być uzyskiwany z różnych źródeł Zapasy ATP w komórce wystarczają zaledwie na kilka sekund maksymalnych skurczów Natychmiast po rozpoczęciu wysiłku fizycznego muszą zostać aktywowane procesy biochemiczne mające na celu odtworzenie ATP W komórkach mięśniowych podczas zachodzącej pracy wykorzystywane są procesy o charakterze tlenowym (aerobowym) i beztlenowym (anaerobowym)
Ciąg zdarzeń
1. Pierwsze sekundy: ATP i fosfokreatyna2. Następne sekundy: ATP wytwarzane na drodze
beztlenowej glikolizy3. Następnie: ATP wytwarzane na drodze
metabolizmu tlenowegoBieg i droga pozyskiwania energii: 100m: 90% droga beztlenowa 400m: 75% droga beztlenowa 2 minuty: 50% droga beztlenowa
Wysiłki długotrwałe- wyłącznie droga tlenowa
Źródła ATP w mięśniu szkieletowym
Glukoza
Wolne kwasy tłuszczowe
Aminokwasy
Metabolizm tlenowy
Glikoliza beztlenowa
ATP
Glukoza
Fosfokreatyna
Kreatyna
2 ADP
AMP
Skurcz mięśnia, niektóre reakcje enzymatyczne, transport jonów i innych związków
ATP i fosfokreatyna
energia gotowa zmagazynowana w mięśniach do wykorzystania podczas wysiłków nagłych, o dużej intensywności, nawet bez rozgrzewki decyduje o wyniku w sprincie, skokach, rzutach, uderzeniach Zawartość ATP w mięśniach: 25 mmol/kg suchej masy Ilość wystarczająca na pierwsze sekundy pracy
Wiązanie bogatoenergetyczne Również niewielkie ilości: 75 mmol/kg suchej masy
Odtwarzanie ATP z fosfokreatyny
Reszta fosforanowa fosfokreatyny jest przenoszona na ADP Udział enzymu: kinazy kreatynowej Powstaje ATP i wolna kreatyna
Kreatyna
Kinaza kreatynowa
ADP ATP
Fosfokreatyna
P
Reakcja miokinazowa
Bogata reszta fosforanowa jednego ADP przenoszona na inną cząsteczkę ADP
Powstaje ATP i AMP
2 ADPADP
ADP
P P
P
P
AMP
P
P
ATP P
PMiokinaza
Glikoliza beztlenowa „mleczanowa”
Wysiłki pośrednie (20 sekund - 2minuty) i intensywne
Wykorzystanie cukrów zawartych w mięśniach (glikogen) oraz we krwi (glukoza) bez użycia tlenu
Produkując w ten sposób ATP, organizm produkuje także kwas mlekowy
Wystarczająca ilość tlenu: spalanie glukozy przebiega w sposób kompletny jako jeden z produktów przejściowych powstaje kwas mlekowy jest on natychmiast przekształcany do kwasu cytrynowego, który jest dalej spalany do CO2 i wody w procesie zwanym cyklem kwasu cytrynowego
Deficyt tlenu- GLIKOLIZA BEZTLENOWA
kwas mlekowy nie może być przekształcany do kwasu cytrynowego
i zaczyna się odkładać w tkance mięśniowej
wzrost stężenie kwasu mlekowego- uczucie bólu w trakcie zbyt
intensywnego wysiłku
Kwas mlekowy
jest dość szybko odprowadzany z mięśni przez układ krwionośny następnie ponownie przetwarzany w wątrobie do glukozy w procesie zwanym glukoneogenezą
po 2 godzinach od ustania zbyt intensywnego wysiłku fizycznego, cały kwas mlekowy jest odprowadzany z mięśni
Glikoliza tlenowa
Wysiłki długie (ponad 3 minuty) o mniejszej intensywności - jazda od paru km po maratony. Resynteza ATP w tej strefie- niezbędny tlen Ustabilizowanie dostawy tlenu do komórek mięśniowych- kilka minut Po ustabilizowaniu- produkcja ATP w znacznej mierze przez spalanie glukozy w obecności tlenu Po ok 30-40 minutach wysiłku o umiarkowanej intensywności- włączenie spalanie tłuszczy Dodatkowo w tej strefie, w wypadku niewystarczających zasobów węglowodanów lub tłuszczy, używane mogą być także białka Ich udział jest minimalny, widoczny głównie w przypadku wysiłków typu maraton (w fazie końcowej sięga 10-15 % procent) Nie powoduje gromadzenia się w organizmie kwasu mlekowego taki wysiłek można wykonywać bardzo długo
Substraty energetyczne Każda komórka w tym komórka mięśniowa:
pozyskiwanie ATP w wyniku rozkładu substratówenergetycznych
Dwa źródła dla mięśni Wewnątrzmięśniowe Glikogen
Triacyloglicerole Krew Glukoza
Wolne kwasy tłuszczowe
Ciała ketonowe
Lipoproteiny osocza
Niektóre aminokwasy
Substraty krwiopochodne
GLUKOZA Stężenie na czczo 80-100 mg/dl Wysiłek fizyczny Wzrost stężenia glukozy Uwalnianie na skutek rozkładu glikogenu w wątrobie
Zużycie rośnie w miarę przedłużania się wysiłku Wysiłek długotrwały (maraton, wyścig kolarski) Endogenna produkcja glukozy: za mało Konieczność uzupełniania węglowodanów Brak: hipoglikemia- niedobór dla mięśni i dla mózgu
Glukoza: jej synteza i przemiany
Wytwarzana w wątrobie na dwóch drogach Glikogenoliza: rozkład zmagazynowanego glikogenu Glukoneogeneza: synteza glukozy de novo z mleczanu, glicerolu i aminokwasów glukogennych
Transport glukozy do komórek mięśniowych: Przez glukotransportery 4 GLUT-4
Po spożyciu posiłku węglowodanowego: Wzrost poziomu insuliny Insulina zwiększa liczbę transporterów w błonie komórkowej Wzrost transportu glukozy do wnętrza komórek
Glukoza: jej synteza i przemiany
Wysiłek fizyczny: Obniżenie poziomu insuliny
Mimo to wzrost transportu glukozy do wnętrza kurczących się komórek mięśniowych
Wyjaśnienie: Aktywność skurczowa mięśnia i wzrost stężenia jonów wapnia
= przesunięcie GLUT-4 do błony komórkowej
Rozkład glukozy- glikoliza
Droga tlenowa Droga beztlenowa Pierwszy etap glikolizy- rozkład do pirogronianu Wspólny dla obu dróg
Droga tlenowa: pirogronian wchodzi w cykl Krebsa Droga beztlenowa: pirogronian przekształcany w mleczan Zysk energetyczny: Glikoliza beztlenowa 1 cząsteczka glukozy = 2ATP
Glikoliza tlenowa: 1 cząsteczka glukozy = 38 ATP
Wpływ glukozy na rozwój komórki mięśniowej
AMPK - Kinaza aktywowana 5'AMP:
- Ketogeneza- – oksydacja -Wychwyt glukozy i KT-Aktywność Palmitoilotransferazy I-Wydzielanie insuliny
Glikogen
Glikogen - regulacja
Glikogen - zużycie
Choroba Pompego
Substraty krwiopochodne
WOLNE KWASY TŁUSZCZOWE
Mięsień zużywa wyłącznie niezestryfikowane (wolne) kwasy tłuszczowe
Główne źródło- triacyloglicerole zmagazynowane w tkance tłuszczowej
Karnityna- nośnik do mitochondriów
Katabolizowane wyłącznie na drodze tlenowej
Utlenianie jednej cząsteczki kwasu palmitynowego- 129 ATP
Substraty krwiopochodne
WOLNE KWASY TŁUSZCZOWE
Wysiłek do 40% VO2max pokrycie ponad ½ wydatku energetycznego
Wzrost obciążenia- wzrost wykorzystania węglowodanów
Punkt skrzyżowania Zrównanie wykorzystania węglowodanów i tłuszczy
Najczęściej 40-60% VO2max
Metabolizm nerki
Czynność nerek
Głównym zadaniem nerek jest regulacja objętości i składu krwi oraz płynu pozakomórkowego (utrzymanie stałości środowiska wewnętrznego ustroju – izowolemia, izoosmia, izohydria).
Nerki wraz z układem oddechowym i przy współudziale układów buforowych obecnych we
krwi i płynie pozakomórkowym i śródkomórkowym pozwalają utrzymać prawidłowe pH krwi.
W nerce usuwane są końcowe produkty przemiany materii, a mechanizmy wydalania nadmiaru kwasów z różnych przemian (kwas siarkowy, fosforanowy, mlekowy, moczowy) i oszczędzania zasad zapewniają stabilizację stężenia jonów wodorowych.
Nerka pozwala na zachowanie stałego ciśnienia osmotycznego płynów ustrojowych, które warunkują utrzymanie prawidłowej struktury błony komórkowej i funkcję komórki, usuwając nadmiar wody oraz składników nieorganicznych z krwi (sód, potas, chlor, wapń itp.).
Nerka jest także narządem wewnątrzwydzielniczym (erytropoetyna, renina).
Poprzez wytwarzanie pochodnych cholekalcyferolu, nerka uczestniczy w regulacji gospodarki wapniowo-fosforanowej.
Funkcja nefronu
Nefron jest podstawową jednostką czynnościową nerki i składa się z kłębuszka nerkowego i systemu kanalików.
W każdej nerce znajduje się około 1,2 miliona nefronów. Czynność nerki może być
zachowana jeśli całkowita ilość czynnych nefronów przekracza 30%.
Początek nefronu tworzy kłębek naczyń włosowatych, składający się z ok. pięćdziesięciu włośniczek z tętniczką doprowadzającą i odprowadzającą, otoczony torebką Bowmana.
P roces filtracji (w kłębuszku) jest wynikiem efektywnej różnicy ciśnień między ciśnieniem h ydrostatycznym a onkotycznym w naczyniach kłębuszka.
Ultrafiltrat, czyli mocz pierwotny, swoim składem nie różni się od osocza, z wyjątkiem białek, które jako związki wielkocząsteczkowe w prawidłowych warunkach nie przedostają się przez otwory w naczyniach do moczu.
We wszystkich odcinkach systemu kanalikowego nefronu dochodzi do tworzenia się z moczu pierwotnego moczu ostatecznego. Powstaje on w wyniku zagęszczania i usuwania z m oczu pierwotnego zbędnych metabolitów.
W ciągu doby powstaje ok. 1,5 l moczu ostatecznego (ze 180 litrów! moczu pierwotnego aż 99% wody ulega reabsorpcji).
Knoers NVAM. N Engl J Med. 2005
SIADH - the syndrome of inappropriate antidiuretic hormone secretion
AVP - Arginine VasoPressin = ADH - Antidiuretic Hormonewzrost ciśnienia
osmotycznego osocza krwi i płynu mózgowo-
rdzeniowego, hipowolemia, angiotensyna
II, sen
hamowanie wydzielania ADH
Zagęszczanie moczu przez wazopresynę
wzrost wydzielania ADH
krew
mocz
spadek osmolalności osocza, hiperwolemia
mocz
krew
Zagęszczanie moczu w poszczególnych
odcinkach nefronu – mechanizm działania
wzmacniacza przeciwprądowego (pętla
nefronu przechodzi przez rdzeń nerki,
który jest hipertoniczny względem
zawartości kanalika).
Skład moczu pierwotnego (w ciągu doby
ok. 1,8 l):
szkodliwe produkty przemiany materii,
cukry, sole mineralne, witaminy,
aminokwasy, woda.
Skład moczu ostatecznego (stanowi 0,8%
moczu pierwotnego): płyn
hiperosmotyczny, który nie zawiera białek i
glukozy, o pH 5,5 i żółtej barwie.
Regulacja produkcji moczu
przez hormon antydiuretyczny
(ADH).
Kiedy organizm jest odwodniony, ADH
powoduje przepuszczalność kanalików
zbiorczych dla wody. Więcej wody ulega
resorpcji i powstaje mniejsza ilość bardziej
stężonego moczu.
Kaskada układu renina – angiotensyna – aldosteron (RAA)
Procesy patofizjologiczne, w które zaangażowany jest układ RAAProcesy patofizjologiczne, w które zaangażowany jest układ RAA
Akwaporyny
Typ Miejsce występowania Funkcja
Akwaporyna 1
• nerka (szczytowo) • proksymalny kanalik kręty • proksymalny kanalik prosty • cienkie ramię zstępujące pętli
Henlego
Reabsorpcja wody
Akwaporyna 2
• nerka (szczytowo) • początkowa część kanalika
zbiorczego • korowy kanalik zbiorczy • zewnętrzny rdzeniowy kanalik
zbiorczy • wewnętrzny rdzeniowy kanalik
zbiorczy
Reabsorpcja wody w odpowiedzi na ADH
Akwaporyna 3 • nerka (podstawno-bocznie)
• kanalik zbiorczyReabsorpcja wody
Akwaporyna 4 • nerka (podstawno-bocznie)
• kanalik zbiorczyReabsorpcja wody
Metabolizm żelaza w nerce
Metabolizm glukozy w nerkach
• Nerki są, po wątrobie, drugim najważniejszym miejscem glukoneogenezy (głównie podczas głodzenia). Jej głównym substratem jest szkielet węglowy aminokwasów (zwłaszcza glutaminy).
• Amoniak, produkt tych reakcji, jest wydzielany bezpośrednio do moczu, gdzie działa jako
bufor .
Podczas okresów poważnej hipoglikemii, które mogą się zdarzyć przy uszkodzeniach wątroby, nerki mogą zapewnić odpowiedni poziom glukozy we krwi
W korze nerkowej, glutamina jest preferowanym substratem glukoneogenezy
Glutamina jest wytwarzana przez mięśnie szkieletowe podczas głodzenia jako sposób na pozbycie się azotu pochodzącego z katabolizmu aminokwasów
Rola nerki w glukoneogenezie
W wyniku działania transaminaz grupa aminowa jest przenoszona na alfa-ketoglutaran
Następnie glutaminian jest substratem dla syntazy glutaminy, która przenosi kolejną grupę aminową
Glutamina jest transportowana do nerek gdzie zachodzą odwrotne reakcje , uwalniając amoniak i alfa-katoglutaran
Proces ten ma dwie istotne funkcje:
-Amoniak spontanicznie jonizuje do jonu amonowego i jest ostatecznie wydalany z moczem, jednocześnie pełniąc rolę buforu
-Glukoza produkowana podczas glukoneogenezy może zapewnić organizmowi niezbędne źródło energii
• Procesy koncentracji moczu i transportu substancji zachodzących w nerkach wymagają dużych ilości energii. Dlatego zużycie ATP, zwłaszcza w korze nerkowej, jest wysokie. ATP jest wytwarzany przez metabolizm oksydacyjny glukozy, mleczanu, kwasów tłuszczowych i aminokwasów.
Rola nerek w regulacji gospodarki KZ Reabsorpcja zwrotna wodorowęglanów przesączonych w
kłębuszkach nerkowych Regeneracja wodorowęglanów w procesie wytwarzania kwaśności
miareczkowej i amoniogenezy Wytwarzania HCO3- w cyklu kwasu cytrynowego
w kanaliku dalszym nefronu
Wagner CA, Kidney International, 2008
Pompy protonowe w organizmiew komórkach
okładzinowych żołądka
Olbe L et al., Nature Reviews Drug Discovery, 2003
Główne elektrolity krwi
Luka anionowa w kwasicy metabolicznej
Metaboliczne i oddechowe zmiany we krwi w przebiegu zaburzeń równowagi kwasowo-
zasadowej
http://pl.wikipedia.org/wiki/Gazometria
Prawidłowe wyniki moczu (skład moczu).
Choroby układu moczowego.
Choroby układu moczowego c.d.