Mišići i kretanje - zaf.biol.pmf.unizg.hrzaf.biol.pmf.unizg.hr/anphys/pdf/07_Misici.pdf · Skala duljine Zaslon osciloskopa ... Pikanterije iz fiziologije: ... Brzina kontrakcije

Sveučilište u ZagrebuPrirodoslovno-matematički fakultet

143963 Animalna fiziologija

Mišići i kretanje

Zoran Tadić

Zavod za animalnu fiziologijuRooseveltov trg 6

Zagreb

[email protected]://zaf.biol.pmf.unizg.hr/Tadic/

Koje su zadaće mišića?

! Mišić þ izlazni dio (eng. output) središnjegživčanog i endokrinog sustava

! Mišić þ biološki motor

! Mišić þ regulator fizioloških procesa

Design by Zoran Tadić

Podjela mišića

Prema smještaju:! Skeletni

! Srčani

! Visceralni

Prema mikroskopskoj građi:! Poprečno-prugasti

! Glatki

Prema stupnju kontrole:! Voljni

! Nevoljni


Voljnakontrola

Nevoljnakontrola

Srčanimišić

Visceralnimišić

Glatkimišić

Poprečno-prugastimišić

Skeletnimišić

Podjela mišića


Kost

Vezivno tkivo(epimisij)

Vezivno tkivo(perimisij)

Mišićni snopići (fascikuli)Vezivno tkivo (perimisij)

Mišićne stanice (mišićna vlakna)

Fascikuli

Jezgra

Mišićno vlaknoVezivno tkivo (endomisij)

Miofibrile

Deltoidni mišić

Fascikul

Mišićnovlakno

Jezgra

Sarkolema (st. membrana)

Miofibrila

Sarkomera

I-pruga H-zona A-pruga Z-disk

Sarkomera

Z-disk Z-disk

Debelovlakance(miozin)

Tankovlakance

(aktin)

Građa mišića


Z

Z

A

Heksagonalni raspored tankih vlakanaca

Tankavlakanca

H M

I

Debelavlakanca

Heksagonalnirasporeddebelih

vlakanaca

Građa miofibrile


Jednasarkomera

Z Z

I prugaA prugaH zona

Opuštena sarkomera

Kontrahirana sarkomera

A prugaI pruga

I pruga

Mikroskopskagrađa

sarkomere


Mitohondriji

Širinamiofibrile

Tanki miofilamenti

Sarkomera

Debelimiofilament

Širinamiofibrile

Sarkopl.retikulum

Mitohondriji

Tanki miofilamenti

Debeli miofilamenti

H

Z

A

I

M


Z Z

I A I

H

0,1 mDesign by Zoran Tadić

Mišić

Tetiva

Mišićno vlakno(mišićna stanica)

Mišićno vlakno

Miofibrila

A pruga(tamna)

I pruga(svijetla)

M linija Z linija

A pruga

I pruga

H zona

SarkomeraDebela vlakanca (miozin) Tanka vlakanca (aktin)

Još jednom: Sve zajedno!!!


Molekule aktina

Aktinska zavojnica

Građa aktina


Tropomiozin Troponin

Tanko vlakanceA k t i n

T

CI


100 nm

Mjesto vezanja aktina

ATP-aza

Građa miozina


Polimerizacija miozina


Debelo vlakance


I pruga A pruga M pruga A pruga I pruga

Z disk

Sarkomera

Z kapaZ disk Titin Tanko

vlaknoDebelovlakno

Nebulin

Tropomodulin


Sarkoplazmatski retikul (SR) i sustav t-cjevčica

SarkolemaOtvori

t-cjevčica MitohondrijiTerminalnacisterna SR-a

Lungitudinalnielement SR-a Miofribila

Sustav t-cjevčicaTrijada


T cjevčica Sarkoplazmatskiretikulum

Terminalnacisterna

Stanična membrana (sarkolema)

Stanična membrana (sarkolema)T cjevčicaSarkoplazmatski

retikulumTerminalna

cisterna

Skeletnimišić

Srčanimišić

Terminalne cisterne sarkoplazmatskog retikuluma


Sarkoplazmatskiretikulum

Kalsekvestrin

Ca2+ pumpa

Dihidropiridinski receptor

t cjevčica

Rijanodinski receptor

Sarkoplazmatski retikulum

Građa trijade


Lumen tcjevčica Sarkoplazma

Lumensarkoplazmatskogretukuluma

Dihidropiridinskireceptor (kalcijski

kanal tipa L)

Rijanodinskireceptor Kalsekvestrin

Otvaranje rijanodinskog (RYR) receptora 1


Ca2+

1 2

3

Sarkoplazmatski retikulum

+

+

+

+

_

_

_

_

_

_

_

_

+

+

+

+

Lumen tcjevčice

Sarkoplazma

Rijanodinski receptor

Dihidropiridinskireceptor

Ca2+ se veže natroponin C

Ca2+ ion specijalna pumpa vraća uSR, potencijal se vraća na normalu(potencijal mirovanja)

Otvaranje rijanodinskog (RYR) receptora 2


Ca2+

Ca2+

Miozin

Tropomiozin

AktinDodiromogućen

Miozin

Tropomiozin

AktinDodir nijemoguć

Zašto je kalcij važan za kontrakciju?


Ca2+

Ca2+

Ca2+

Ca2+

Ca2+

Ca2+

Ca2+

Ca2+

Ca2+ Ca2+

Predsinaptički kraj neurona

Acetilkolin

Acetilkolinskireceptor

AP AP AP

AP

AP AP

Sarkoplazmatskiretikulum

Tropomiozin

Troponin

Aktin

Miozin

Od akcijskog potencijala do kontrakcije


Svježi ATP

Razdvajanje

Bogat energijom Mirovanje

Vezanje

Pomak

“Rigor mortis”

Nema ATP-a

Smrt

ATP(Mg2+)

ADPPi Nema Ca2+

Ca2+ (iz SR-a)

ADPPi

ADPPi

ADP

Pi

Energija

Ciklus seponavlja sve dokima ATP-a i Ca2+

Kontrakcijski ciklus mišićaDesign by Zoran Tadić

Miozin

Miozinska glavaADP-Pi

Aktin

ADP-Pi

Pi

ADP

ADPATP

Poprečni mostovi

Aktinskovlakno

1000 nm Pi

vezaniADP + Pi

vezaniADP

600 nm


Poprečnoprugasti i glatki mišić


Jezgra

Vaskularni glatki mišić

Adhezijski plak

Staničnamembrana

Aktin

Miozin

Mikrovlakno

Gusto tijelo

Građa stanice glatkog mišića


Enzim inaktivan

CAM

MLCK

KONTRAKCIJA CAM

MLCK

CAM

MLCK

Ioni kalcija otpušteni i puferirani

Enzim aktivan Enzim inaktivan

Slobodni ioni kalcija

ATP

ADP

RELAKSACIJA

ADP ATP

Pi

ATP iz staničnihizvora energije

Fosforilirani miozin

Nefosforilirani miozin (inaktivan)

Fosfataza

Regulacijakontrakcijeglatkih mišića


Edmond H. Fischer(1920)

Edwin G. Krebs(1918 - 2009)

Nobelova nagrada za fiziologiju ili medicinu

1992. godine . . .

“za otkrića vezana za reverzibilnu fosforilacijuproteina kao biološkog regulacijskog mehanizma”


IZOMETRIČKA KONTRAKCIJAIZOMETRIČKA KONTRAKCIJA

IZOTONIČKA KONTRAKCIJA

Mišić stvarasilu, ali se ne

skraćuje

Nema pomaka ruke

Nema pomaka ruke

Sila kontrakcije jednogmišića jednaka je silikontrakcije drugogmišića

Oba mišićaistodobnokontrahiraju

KontrakcijaRelaksacija

Sila kontrakcijemišića veća je

od sile kojustvara masa

utega

Pomak podlaktice

Mišić kontrahira iskraćuje se

Mišić se opušta

Vrste mišićnih kontrakcija


Postolje

Mišić

Stimulator

Pretvornik sile

Sila

Duljina

Skala duljine

Zaslon osciloskopa

Vrijeme

Mjerenje izometričke kontrakcije


I

II

III

IV

V

ČITAVMIŠIĆ

JEDNASARKOMERA

Duljina (cm)

Duljina (m)

Ukupno

Aktivno

Pasivno

Odnos duljine sarkomere/mišića i snage kontrakcije


Postolje

Pretvornik sile

Mišić

Poluga

Kontramasa

Pretvornik duljine

Stimulator

Zaslon osciloskopa

Duljina

Sila

Vrijeme

Duljina

Sila

Mjerenje izotoničke kontrakcije


Nagib pravcapokazuje brzinu

kontrakcije

Vrijeme (ms)100 200 300

Duljina Sila opterećenja

AB

C D

A BC D

A

B

C

D

Granica sile +skraćivanja

Odnos brzine mišićne kontrakcije i sile opterećenja 1


rad sila put

snagarad

vrijeme

Sila opterećenja

Kontrakcija bez opterećenja(čista izotonička kontrakcija)

Čistaizometričkakontrakcija

Rad = 0 (0 X put)

Rad = 0 (sila X 0)

Odnos sile opterećenja, brzine kontrakcije iobavljenog mišićnog rada


0 1 2 3 4 50,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

0

1

2

3

4

5

Sila opterećenja

Optimalna izlazna snaga

Suboptimalnaizlazna snaga

Suboptimalnaizlazna snaga

A

B

C

Zašto su ti odnosi važni? - optimalni rad mišića


Archibald V. Hill(1886 - 1977)

“Za otkrića povezana sastvaranjem topline umišiću.”

Otto F. Meyerhof(1884 - 1951)

“Za otkriće stalnogodnosa između potrošnjekisika i metabolizmamliječne kiseline umišiću.”

Nobelova nagrada za fiziologiju ili medicinu 1922. godine:


03

Vrijemelatencije

Vrijeme

3

2

1Motorički akson

Mišić

Neuromuskularna veza


Em

Em

Vrijeme

Tetanička kontrakcija mišića


Motoričkakora

Moždanodeblo

Leđnamoždina

Mišić

Put motoričke informacije


Sekvencijalna regrutacija motoričkih jedinica

Motorička jedinica 1




Živčana kontrola glatkih mišića

Jedinstveni glatki mišić(visceralni organi) Višejedinični glatki mišić


Tetive

Biceps

TricepsKontrakcija

Relaksacija

Oslonac poluge

10 kg

5 cm35 cm

Mišićna sila: 10X 35/5 = 70 kg

Brzina tetive: 7 X5/35 = 1 cm/s

Odnos poluge 5 : 35 ili 1 : 7

Mišići i kosti kao sustav poluga


Silapremadolje

Masa

Silapremagore

Krak sile

Krak opterećenja

Mišićni sustav poluge


Mišići podizačikontrahiraju

Mišići spuštačikontrahiraju

Mišići spuštačikontrahiraju

Mišići podizačisu opušteni

Longitudinalnimišići

(spuštači) suopušteni

Transverzalnimišići(podizači)kontrahiraju

Sinkroni način rada Asinkroni način rada

Sinkroni i asinkroni letni mišići kukacaLongitudinalnimišići

Transverzalnimišići


Glukozau krvi

Glikogenu jetri

Glikogenu mišiću Glukoza

K r v

O2 O2

BezO2

Laktat Piruvat

Glikoliza

Oksidativnafosforilacija

CO2 H2O

Masnekiseline

Masnerezerve

Proteini

Aminokis.

ATP

ATP

ATP

ATP

Glavni izvorkad ima O2

Glavni izvorkad nema O2

Kreatin +

Kontrakcija Relaksacija

Ca2+ crpkasarkoplazmatskog

retikuluma

Kreatinfosfat ADP+

Tijekom mirovanja

Tijekom kontrakcije

Kreatinkinaza

Trenutni izvor

Rijetko!

Tijekomkontrakcije

Tijekommirovanja

Energetika mišićne kontrakcije


100 m 200 m

400 m

800 m

1500 m5 km

10 km42,195 km (maraton)

100 km(ultramaraton)

ATP izfosfagena

ATP izanaerobneglikolize

ATP iz aerobnerazgradnje glukozei glikogena

ATP iz aerobnerazgradnje lipida

Vrijeme (s)

Prosječne brzine:

100 m . 36 km/h200 m - isto400 m . 32 km/h800 m . 29 km/h1500 m . 26 km/h5000 m . 23 km/h10 000 m . 22 km/hmaraton . 21 km/hultramaraton . 17 km/h

Odakle mišić koji intenzivno radi dobiva energiju?


eng. Delayed-onset muscle soreness - DOMS

Theodore Hough(1865 - 1924)

! Prvi ga je 1902. godine opisao američki fiziolog Theodore Hough

! Javlja se nakon ecentrične kontrakcije mišića

! Najjači bolovi javljaju se od 24 do 72 sata nakon naprezanja (tzv. “3.dan na skijanju”)

! Proces je adaptacije mišića na fizičku aktivnost

! Javlja se zbog oštećenja mišića þ vjerojatno vlakanca oko Z diska ivezivno tkivo mišića þ izlazak kontraktilnih proteina iz stanice isenzitizacija receptora boli u mišiću þ upalni proces (makrofazi)

! NEMA NIKAKVE VEZE SA NAKUPLJANJEM MLIJEČNE KISELINE(LAKTATA) U MIŠIĆIMA!

! Mišić se brzo adaptira i više ne pokazuje upalne reakcije na isti tipnaprezanja (eng. repeated-bout effect), a zaštitni se učinak prenosi ina neke susjedne mišiće þ nepoznata je uloga i mehanizamzaštitnog učinka

! Nema lijeka þ nestaje za oko 72 sata þ analgetici, tople kupke,masaža i lagani mišićni rad ponekad malo pomažu. Namakanjemišića u hladnoj vodi þ različiti rezultati

Pikanterije iz fiziologije: Upala mišića (muskulfiber)


! Spora oksidativna (tip I)

! Brza oksidativna (tip IIa)

! Brza glikolitska (tip IIx)

Vrste vlakana (stanica) u mišiću


Vrsta vlakna

Aktivnost miozinske ATPaze Niska Visoka Visoka

Brzina kontrakcije Mala Velika Velika

Otpornost na umor Velika Srednja Mala

Sposobnost oksidativne fosforilacije Visoka Visoka Niska

Razina enzima glikolize Niska Srednja Visoka

Broj mitohondrija Veliki Veliki Mali

Broj kapilara Veliki Veliki Mali

Količina mioglobina Velika Velika Mala

Boja Crvena Crvena Bijela

Količina glikogena Mala Srednja Velika

Spora oksidativna(tip I)

Brza oksidativna(tip IIa)

Brza glikolitska(tip IIX)

Fiziološke značajke triju vrsta vlakana u mišiću


Mišićna vlakna i profesionalni sport


Anaerobnotreniranje mišića

visokog intenziteta(treniranje na snagu)

ilikako postati

Arnold Šrafnciger?

Pitanje za svekolikopučanstvo: Zaštožene, ma kolikoanaerobno trenirale,ne mogu nikad postatimišićave kaomuškarci?


1

2

3

4

5

6

1

2

3

4

5

6

Mehanoreceptor

Transkripcijskiprotein

Mišićni protein

Hrapavi ER

Golgijevkompleks

Vakuola

IGF-II

Receptorfaktora

rastaKinaza Kinaza

Jezgra

Rastezanje stanice deformiracitoskelet, podražimehanoreceptor te aktivirakinazu

Fosforiliraju se citoplazmatskiproteini, uključujući itranskripcijske proteine. Topoveća ekspresiju gena zaregulacijske proteine (kao IGF-II)

Nakon izlaska iz jezgre, mRNAse translatira u ER-u iproizvodi se pakiraju utransportne vakuole

Vakuole se spajaju samembranom i otpuštaju IGF-II

Kada se IGF-II veže na receptor,on aktivira drugu kinazu

Fosforilacija drugihtranskripcijskih proteinadovodi do ekspresije gena zamišićne proteine

Molekularni mehanizam mišićne hipertrofije


Pikanterije iz fiziologije: Regulacija mišićne maseNormalniWhippet

Homozigotnamutacija genaza miostatin

Miostatin (faktor rasta i diferencijacije 8, GDF-8) -otkriven 1997. godine - eksprimira se u mišiću kojise razvija te u “odraslom” mišiću. Prozvod je genaMSTN.

Whippet hound

Belgian Blue

Miostatin u uzgoju životinja þ goveda BelgianBlue i Piedmontese su recesivi homozigoti zamutaciju u MSTN genu. Problem: Premišićavipotomci þ teško prolaze kroz porođajni kanal þproblemi kod poroda þ poteškoće poroda mogubiti veće nego koristi od mesa takve životinja

Miostatin u medicini þ moguća uporaba u liječenju distrofija (blokada ekspresije) i gubitka mišićnemase pri starenju.Miostatin u sportu þ godine 2004. rođeno je dijete homozgtno za mutaciju MSTN gena þ mišićavije isnažnije od ostale djece þ pretraživanje prirodne populacije ljudi sa ciljem otkrivanja “prirodnih”sportaša.


Treniranje mišića na izdržljivost


Ovo bi bio krajpredavanja! Ciao, i

vidimo se naslijedećempredavanju.


Documents

Mišići i kretanje - zaf.biol.pmf.unizg.hrzaf.biol.pmf.unizg.hr/anphys/pdf/07_Misici.pdf · Skala duljine Zaslon osciloskopa ... Pikanterije iz fiziologije: ... Brzina kontrakcije