Kas ve Beden Hareketlerinin Denetimi

Aslı Sade Memişoğlu

Konu 4

Konular

1. Yapı

2. Kas kasılma moleküler

mekanizması

3. Tek lif kasılması

4. İskelet kası enerji

metabolizması

5. İskelet kas lifleri

6. Tüm kas kasılması

7. İskelet kası rahatsızlıkları

Kas Çeşitleri

• Yapı, kasılma ve kontrol mekanizmaları göz

önüne alındığında kaslar üç tipe ayrılır

1. İskelet kası

2. Düz kaslar

3. Kalp kası

• Bu konuda iskelet kası temel yapı ve işleyiş

mekanizması ele alınacaktır.

Fig. 09.01İskelet kası Kalp kası Düz kas

Çekirdekler

Çizgiler

Kas lifiBağ doku

Dallanma Çekirdek ÇekirdeklerKas

hücreleri

1. İskelet Kasının Yapısı

• Tek bir iskelet kası hücresi = kas lifi

• kas lifinin oluşumu embriyonik gelişim sırasında

başlar.

– miyoblast adı verilen farklılaşmamış hücreler birleşerek

çok çekirdekli bir hücre oluşturur.

– Farklılaşma doğum zamanında biter ve erişkinliğe kadar

lifler büyür.

– Doğumdan sonra miyoblastlardan yeni kas lifleri oluşmaz

– 20 cm’ye kadar uzayabilir

• Kaslarda bir hasar oluşursa farklılaşmış kas lifleri bölünmez

fakat uydu hücrelerinden yeni lifler oluşabilir

– Aşırı hasar durumunda yeni lifler tamamen önceki duruma

gelemez fakat farklılaşmış olan lifler büyüyerek açığı

kapamaya çalışır

• Kas denilen yapı birçok kas lifinin bir tendonla

kemiğe bağlandığı oluşumdur

• Tendon: Kasları kemiğe bağlayan kollajen yapılar

• İskelet kası ve kalp kasına çizgili kaslar da denir

– Bunun sebebi ışık mikroskobunda bakıldığında açık ve

koyu renkli bantlar görünmesidir

– Bu durum kas hücresi sitoplazması boyunca kalın ve ince

ipliklerin sıralanmasıdır

– Bu iplikler silindir biçiminde sıralanarak miyofibrilleri

oluşturur

1 İskelet kasının yapısı

Tendonlar

Kas

Kan damarı

Bağ doku

Kas

lifi

Çoklu

çekirdekler

İskelet Kası lifi

Kalp Kası lifi

Düz Kas lifi

Çekirdek

İskelet kasları,

tendonlarla iskelete

bağlanır

Bir kas binlerce kas

hücresinden (lifi)

oluşur

KasBağ doku

Kan

damarı

Kas hücresi (lifi)

Miyofibril

Sarkomer

Kalın miyosin ipliği İnce aktin lifi ipliği

Her kas hücresi içinde

miyofibriller bulunur.

Bunlarda binlerce kalın ve

ince iplik tekrarlayan

biçimde sıralanır.

Her tekrarlayan birim =

sarkomer

Bir sarkomer:

1. Miyosin adı verilen kalın ipliklerden

2. Aktin adı verilen ince ipliklerden

oluşurMiyosin iplikleri titin lifleri ile

Aktin iplikleri doğrudan Z çizgisine tutunur

H bölgesi

Z çizgisi Z çizgisi

M çizgisiİnce iplik Kalın iplik

Sarkomer iki Z çizgisi arasında kalan bölüm

Sarkomer

H bölgesi

A bandıI bandı

Z çizgisi Z çizgisi

M çizgisiİnce iplik Kalın iplik

Kayan iplik modeliKasılma:

Miyosin aktine bağlanır ve

kaydırır

Z çizgileri birbirine doğru

çekilmiş olur

I bantları ve H bölgesi

daralır

Önemli not: ipliklerin boyu

dolayısıyla A bandı

değişmez.

Gevşek

Kasılmış

A bandı

değişmez

I bandı

daralır

H bandı

daralır

2 Kasılma moleküler mekanizması

İskelet kasının uyarılması motor

nöronlar aracılığı ile olur

Hücre gövdeleri beyin veya

omurilikte bulunur

Aksonları vücuttaki en geniş

nöronlardır

Bir motor ünitesi: 1 motor nöron

ve kontrolündeki tüm kas

liflerinden oluşur

Kas lifinde aksiyon

potansiyeli oluşumu Tek motor ünitesi

Nöromusküler bağlantı

Motor

nöron

Motor

nöronlar

İki motor ünitesi

Nöromusküler (nöron-kas)

bağlantı, bir motor nöronun

akson ucu ve kontrol ettiği kas

lifi arasındaki sinapstır

Motor nörondaki aksiyon

potansiyelleri sinapsa

asetilkolin (ACh) salınmasına

sebep olur

Asetilkolinin kas lifindeki almaçlara

bağlanması, kas lifinde aksiyon potansiyeli

başlatır

Motor nöron

Miyelin

Akson ucu

Schwan hücresi

Asetil kolin içeren

kesecikler

Hücre zarı

Ach almaçları

Sinaps

yarığı

Bağlantı

katlanmalarıKas lifi çekirdeği

1. Kas lifi zarında asetil kolinin almaçlara bağlanması

içeriye Na+ girişi ve dereceli potansiyele sebep olur

2. Derceli potansiyel eşik değeri geçerek aksiyon potansiyeline sebep olur

Aksiyon potansiyeli

Ach keseciği

Kalsiyum

girişi

Sodyum girişi

Voltaj kapılı

sodyum kanalları

Derceli potansiyel

Aksiyon

potansiyeli

başlangıcı

Ach almacı

Ach

salınımı

Aksiyon potansiyeli ve kasın kasılması arasındaki gecikme zamanı

kalsiyum salınımı, tropomiyosinin hareketi ve miyosin köprülerinin

bağlanması için gereken zamandır

Kasılma ve aksiyon

potansiyeli ilişkisi

Kasılmayı, kas lifi

zarında oluşan bir

aksiyon potansiyeli

başlatır.

Aksiyon potansiyeli

sarkoplazmik

retikulumdan (kas

hücresinin

endoplazmik

retikulumu) kalsiyum

salınımına sebep olur

Kas lifi aksiyon potansiyeli

Kas kasılması

Gecikme zamanı Zaman (ms)

Kas

lif

i g

eril

imi

(mg

)

K

as l

ifi

aksi

yo

n

po

tan

siyel

i (m

V)

Enine tübüller aksiyon

potansiyellerini kas liflerinin

içine kadar ulaştırır:

Bu sayede depolarizasyon

dalgaları sarkoplazmik

retikulumun yakınına kadar

gelir ve kalsiyum salınımı

başlar

Sarkoplazmik retikulumun

sarmal yapısı, kalsiyum

salındığında tüm troponin

bölgelerine hızlıca

ulaşmasını sağlar

Enine tübüllerin hücre dışı

sıvıya açıklığı Kas lifi hücre zarı

Enine

tübüller

Sarkoplazmik

retikulumMiyofibriller

Sarkoplazmik retikulum

Miyofibriller

Sitoplazma

Hücre

zarı

Enine

tübüller

Mitokondri

Enine tübüldeki aksiyon

potansiyeli, bitişiğinde

bulunan sarkoplazmik

retikulumdan

sitoplazmaya kalsiyum

salınımına sebep olur

Kalsiyum troponine

bağlanır, tropomiyosini

çeker, kasılma gerçekleşir

ATP harcanarak kalsiyum

sitoplazmadan

sarkoplazmik retikuluma

geri alınır!!!

Sarkoplazmik

retikulum

Enine tübül

Kas hücre

zarı

Aksiyon

potansiyeli

GevşemeKasılma

Kasılma:

Miyosin çapraz köprüleri aktine bağlanır;

Aktini kaydırmak için bükülürler

Z çizgisi

Miyosin molekülleri çıkıntılar yaparak aktin iplikleri ile

temastadır = çapraz köprüler

Çapraz köprü

hareketi

Z çizgisi

İnce iplik

Kalın iplik

Kalın iplik esasen miyosin moleküllerinden oluşan bir

polimerdir

Her birinde ATP ve aktine bağlanan bir çapraz köprü bulunur.

İnce iplik

Kalın iplik Çapraz köprü

Aktin bağlanma bölgesi

ATP bağlanma bölgesi

Çapraz köprüTropomiyosin

Troponin Aktin Miyosin

Çapraz köprü döngüsü

için ATP gereklidir

Aktin üzerindeki miyosin

bağlanma bölümü açılır ve

enerjili miyosin bağlanır

1.

Bağlanma

ADP’nin

ayrılmasına ve

köprünün

bükülmesine

sebep olur

2.

Yeni ATP’nin bağlanması

köprünün kopmasına

sebep olur

3.

ATP’nin

hidrolizi

köprüye

enerji verir ve

tekrar

döngüyü

başlatır.

4.

ATP bağlanması

miyosinin aktinden

kopması için gereklidir!!

Ölümden sonra kas

kasılması ATP

moleküllerinin

tükenmesi ve

miyosinlerin aktine bağlı

kalması (kopamaması)

sebebiyle olur.

= Rigor mortis

• Gevşek haldeki iskelet kasında tropomiyosin, aktindeki çapraz köprü

bağlanma bölgesini örter.

• Kalsiyum troponine bağlanır ve birlikte tropomiyosini bağlanma

bölgesinden çekerler.

Kasılmada Kalsiyum,

Troponin ve

Tropomiyosinin önemi Aktin bağlanma bölgesi

Çapraz köprü aktine

bağlanamaz

Düşük sitoplazmik kalsiyum, gevşek durumdaki kas

Yüksek sitoplazmik kalsiyum, aktif kas

Köprü bağlanma bölgeleri

açılır

Köprü aktine bağlanır

ve kaydırır

İskelet kası kasılmasında

ATP’nin rolü

Miyosin tarafından ATP hidrolizi kasılma için gereken enrjiyi

sağlar

ATP’nin miyosine bağlanması, aktine bağlanmayı engeller ve

yeni bir döngünün başlayabilmesini sağlar

Sarkoplazmik retikulum üzerindeki kalsiyum pompası tarafından

ATP hidrolizi, kalsiyumun aktif taşıma ile geri alımını sağlar.

Böylece kasılma son bulur ve kas gevşer

• https://www.youtube.com/watch?v=jUBBW2Yb5

KI

Sık aralıklarla tekrarlanan

uyarılarda iç içe geçmeyen

tetanus oluşur. Kısmi

gevşemeler görülür

İç içe tetanus:

Sık tekrar eden uyarılarda hiç

gevşeme görülmez ve maksimum

gerilime ulaşılır. Tekrarlayan

AP’leri sürekli kalsiyum

salınımını tetikler ve

sitoplazmada bulunan kalsiyum

azalmaz

İç içe geçmeyen tetanus

İç içe tetanus

Sarsı

Tetanus

Kas liflerine sürekli gelen uyarılar sonucunda

gevşeme olmadan sürekli bir şekilde kasılır.

Normal bir hareket için bu gereklidir

Tetanus

3. Kasların organizasyonu

• Kaslar iskelet etrafında belirli bir düzende

bulunurlar

• İki temel organizasyon bulunur:

1. Antagonist: Karşıt çalışan kaslar

2. Sinerjist: Birlikte çalışan kaslar

• Biseps kası kasıldığında kolu

büker

• Fakat kasların itme kuvveti

yoktur – sadece gevşer

• Kolu düzeltmek için triseps

kasının kasılması gerekir.

• Biseps kasılır – triseps gevşer

• Triseps kasılır – biseps gevşer

• Eklemleri tüm hareketlerini

bu şekilde çalışan pekçok

antagonist kas sağlar

3.1. Antagonist

kaslar

Triseps

kasılır

Biseps

kasılır

Düzelme Bükülme

3.2 Sinerjist kaslar

• Farklı kasların aynı işi yapmak, bir eklemi sabit

tutmak için birlikte kasılmaları ve gevşemeleri

• Su içerken biseps kası kasılır

• Aynı zamanda omuz kasları da kasılarak hareketi

destekler

4. Beynin rolü

• Tüm kas hücrelerine bağlanan motor nöronların

hücre gövdeleri MSS’de bulunur.

• Serebrumun ön lobları hareketten sorumlu

alanlardır

• Tüm hareketler sırasında kasların koordinasyonu

gereklidir

– Yürürken bacak ön ve arka kasların antagonist

çalışması bilinçli yapılmaz

– Bu koordinasyonu beyincik yapar

5. Kas tonusu

• Uykunun belirli aşamaları ve baygınlık haricinde

vücut kasları hafif bir kasılma durumundadır

• Otururken boyun kasları başı dik tutar

• Sırt ve karın kasları gövdeyi dik tutar

• Bunlar da bilinçsizdir ve beyincik tarafından kontrol

edilir

• Tüm kas değil, sadece birkaç lif kasılır ve kasılan

lifler sürekli değişir

– Böylece bir kas lifinde yorgunluk olmaz

• Kas tonusu enerji harcadığından belirli bir ısı üretilir

– Vücut ısısının %25’i

6. Egzersiz

• İyi bir kas tonusu, gerektiğinde kasların ani

kasılmasını kolaylaştırır

• Bu durum egzersizle artırılabilir

• İki temel egzersiz tipi:

1. İzotonik

1. Konsentrik

2. Egzentrik

2. İzometrik

6.1 İzotonik egzersiz

• Kasların kasılması hareketle sonuçlanır

– Koşu, yüzme, ağırlık kaldıma

• Kas tonusunu, gücünü ve eğer tekrarlanarak

ağırlıkla yapılırsa kas kütlesini artırır

• Kalp-damar ve solunum verimini de artırır

• Eğer 30dk ve üzerinde yapılırsa aerobik adı verilir

– Enerji kaynakları kullanımı değişir

• Konsentrik kasılma: kasın kasılırken kısalması

– Ağırlık kaldırma

• Egzentrik kasılma: Kasın kasılırken uzaması

– Ağırlığı indirme

6.1 İzotonik egzersiz

6.2 İzometrik egzersiz

• Kasın herhangi bir hareket olmadan kasılması

– Eki eli birbirine karşı eşit güçte ittiğimizde

hareket olmaz fakat kaslar kasılır

• Kas tonusu ve gücü artar fakat aerobik değildir

– Çünkü kalp ve solunumun hızlı çalışması

gerekmez

• Çoğu hareketimiz hem izotonik hem de izometrik

kasılmaları içerir

– Egzentrik ve konsentrik kasılma da aynı

egzersizde sürekli tekrarlanır

7. Kas duyusu

• Yürürken ayaklarımıza bakmak zorunda değiliz

– Beyin kasların ne yaptığını otomatik olarak algılar

– Buna kas duyusu denir

• Gerilme reseptörleri kasın durumuyla ilgili beyne bilgi

gönderir

• Yeni bir şey öğrenirken – piyano çalmak – önce

gözlerle takip ederiz

– Fakat sonra bakma ihtiyacı duyulmadan

otomatikleşir

• Kas duyu bölgesi beynin yan loblarında (bilinçli) ve

beyincikte (bilinçsiz) bulunur

8. İskelet kası enerji metabolizması

• Kas hücresinde var olan ATP sadece birkaç

kasılma için yeterlidir – Kasılmanın devamı için

ATP üretimi gerekir

• 3 yolla ATP üretimi:

1. Kreatin fosfat ile ADP’nin fosfatlanması

2. Mitokondride oksidatif fosforilasyon ile ADP

fosfatlanması

3. Sitoplazmada glikoliz ile ADP fosfatlanması

8.1 Kreatin fosfat

• Kreatin fosfat (KF) ‘taki fosfat grubunun ADP’ye

aktarılması ile hızlı ATP üretimi

• Kas hücrelerinde dinlenme durumunda ATP

miktarının 5 katı KF bulunur.

• Kasılmanın başında ATP konsantrasyonu

azalmasıyla KF yıkımı ile ATP üretilir

• Fakat kısa sürelidir - KF tükenir

• Bu, hücreye diğer 2 yolla ATP üretimini

hızlandırması için zaman kazandırır

8.2 Oksidatif fosforilasyon

• Orta seviye kas aktivitesinde kullanılan

tepkimedir

• Kasta depo edilmiş glikojen ilk kaynaktır (5-10

dk)

• Sonraki 30 dk kan glukozu ve yağ asitleri

• Daha sonra sadece yağ asitleri

8.3 Glikoliz

• Eğer egzersiz yoğunluğu maksimum ATP

yıkımının %70’ini geçerse glikoliz temel ATP

üretim mekanizması olur

• 1 glukoz yıkımından daha az ATP üretilmesine

rağmen, yeterli enzim ve glukoz varlığında

verimlidir

• Kas glikojeni ve kan glukozu kullanılır

• Oksijen kullanılmaz

• Eğer egzersiz yoğunluğu daha da artarsa

anaerobik glikoliz ile laktik asit üretimi olur

• Kasılma bittiğinde kastaki kreatin fosftat ve

glikojen depoları kullanılmış olur ve dinlenme

durumuna geçildiğinde bunların tekrar

depolanması gerekir

• Bu işlemler de ATP gerektirir ve dolayısıyla

oksijen ihtiyacı devam eder.

• Bu yüzden egzersiz sonrası hızlı nefes alıp verme

bir süre daha devam eder

8. İskelet kası enerji metabolizması

Tekrarlanan uyarılar sonrası

kas bir noktada gerilmesini

kaybeder ve artık kasılmaz

Dinlenme sonrası tekrar

kasılma sağlanır fakat

dinlenme süresi yetersizse

daha hızlı yorgunluk olur

8.4 Kas yorgunluğu

Fatigue = yorgunluk

Dinlenme

uyarı

ger

ilm

e

8.4 Kas yorgunluğu (fatigue)

Yüksek frekans yorgunluk: Çok hızlı yorgunluk olur fakat hızlı toparlanma görülür.Yüksek yoğunluklu, kısa süreli egzersiz; ağırlık kaldırma gibi

– T tübüllerinde K birikimi aksiyon potansiyeli oluşumunu ve dolayısıyla Ca salınımını engeller

Düşük frekans yorgunluk: daha yavaş oluşur. Az yoğun fakat uzun süreli egzersiz; uzun mesafe koşusu gibi.

– Laktik asit birikimi proteinlerin yapısını etkiler

– Etkilenen proteinlerin yerine yenilerinin

üretimi gerekir

– Glikojen depolarının tükenmesi

8.5 Kas tutulması

• Halk dilinde et kesiği

• Uzun süre çalıştırılmayan kasların kullanımı hafif

kas hasarı ve o bölgede inflamasyona (yangı) yol

açar

• Eksentrik çalışmalar daha fazla tutulmaya yol açar

– Bir ağırlığı yavaş yavaş indirmek, kaldırmaya

göre daha zorlayıcıdır

Duchenne musküler distrofi: iskelet ve kalp kasında bozulmaya yol

açar. 20 yaşından önce genelde solunum problemleri nedeniyle ölüm

olur.

X kromozomunda bulunan distrofin proteini sentezleyen gende

bozulma

Çekinik kalıtsal bir hastalık – Erkekleri daha çok etkiler

Distrofin kas hücrelerinin zarlarında bulunur – görevi muhtemelen

zar bütünlüğünü sağlamak

9. İskelet kası rahatsızlıkları

• Kramp: Motor nöronlar istemsiz olarak aşırı sıklıkta uyarılır. Muhtemelen kas ve sinir liflerini saran hücre dışı sıvının elektrolit dengesinin bozulmasından. Bu da genellikle aşırı egzersiz veya sürekli su kaybı sebebiyle olur

• Hipokalsemik tetani: hücre dışı sıvıda kalsiyum azalması Na kanallarının açılmasını ve depolarizasyonu tetikler

– İstemsiz tetanik kasılmalar

• Miyastenia gravis: ACh almaçlarının azalması sebebiyle tekrar eden uyarılarda AP oluşmaz – kullanıldıkça kas yorgunluğu ve zayıflığı

9. İskelet kası rahatsızlıkları

10. Düz kaslar

• Çizgili kaslardan farkları:

• Bantlaşma yoktur

• Somatik sinir sistemi değil, otonom sinir

sisteminin kontrolündedir.

• Kasılma aktin miyosin arasında çapraz köprülerle

oluşur fakat ipliklerin düzeni ve uyarılma ile

kasılmanın bağlanma mekanizması farklıdır

• Bu mekanizma düz kaslar arasında fark gösterir

• Tek çekirdekli

• Yaşam boyu bölünme yeteneğine sahip

• Çapları 2-10 μm arası

• Aktin iplikleri ya hücre zarına ya da

iskelet kasındaki Z-çizgisine eşdeğer

bir proteine bağlıdır (yoğun cisimcik)

10.1 Düz kas yapısı

Çekirdek

Yoğun

cisimcik

MiyosinAktin

• Düz kastaki miyosinin ATP hidroliz hızı çok

yavaştır – kasılma yavaştır

• Fakat uzun süreli kasılmalara rağmen kas

yorgunluğu görülmez

• Çok az ATP varlığında bile kasılma devam ettirilir

10.2 Düz kas kasılması

10.3 Düz kas kasılmasını

etkileyen faktörler

1. Kas lifi zarında kendiliğinden meydana gelen elektrik

aktivite

2. Otonom nöronlar tarafından salgılanan

nörotransmiterler

3. Hormonlar

4. Hücre dışı sıvının içeriğinde meydana gelen

değişiklikler (asitlik, oksijen, osmolarite, iyon

konsantrasyonları)

5. Gerilme – mekanik kanalları açar

Düz kaslarda tüm faktörlerin etkisi söz konusudur