Lihaksen Fysiologia Luurankolihas
Rakenteelliset erikoisuudet Jättimäiset raidalliset solut Raidallisuus johtuu - myofibrilleistä jotka ovat muodostuneet myofilamenteistä
Rakenteelliset erikoisuudet Z-viiva rajoittaa sarkomeerin = supistuva yksikkö A-viiva = Pääasiassa aktinfibrilleja sitoutuneena myosiiniin H-viiva = pelkkää myosiinia I-band = pelkkää aktiinia
hienorakenne Raidallisuus johtuu kahdesta proteiinista myosiinista ja aktiinista Rakenteelliset erikoisudethienorakenne
Ohuet filamentit - aktiini F-Aktiini[ G-Aktiini monomeeri 1) F-aktiini Monen G-aktiinin polymeeri
Paksut filamentit - myosiini Kevyet ketjut (L1 and L2) Papain Cleavage Site Myosiini Trypsin Cleavage Site COO - S-1 S-2 COO - raskas Meromyosiini kevyt Meromyosiini Myosiini muodostuu proteiinidimeerista joka koostuu nauhamaisista helix juosteista ja globulaarisesta päästä Globulaarinen pää sisältää: 1) ATPaas aktiivisuus 2) Aktiinin sitoutumiskohta Ns kevyet ketjut ovat lisäksi liittyneenä päähän
Rakenteelliset erikoisuudet T-tubulit- Plasmakalvon eli Sarkolemman sisääntyöntyviä putkistoja Z-levyn kohdalla
Rakenteelliset erikoisuudet Solunsisäinen endoplasminen verkosto erilaistunut sarkoplasmiseksi verkostoksi = SR SR varstoi Ca 2+ ioneja
Eksitaatio-kontraktio kytkentä Solunsisäinen endoplasminen verkosto erilaistunut sarkoplasmiseksi verkostoksi = SR SR varstoi Ca 2+ ioneja
Eksitaatio-kontraktio kytkentä Kun lihassyy ärtyy syntyy sarkolemmassa aktiopotentiaaleja jotka siirtyvät myös T-tubuliin Signaali siirtyy SR:ään ja Ca 2+ vapautuu sarkomeerien päälle
Sähköisen aktiivisuuden kytkentä supistukseen Aktiopotentiaali käynnistää supistuksen Asetyylikoliini joka vapautuu hermovälityksen yhteydessä muuttaa lihassolun sisustan positiivisemmaksi- kun tietty kynnysjännite saavutetaan, syntyy aktioptentiaali
Sähköisen aktiivisuuden kytkentä Kun kalvojännite nousee -90 mv:sta n. - 50 mv:iin syntyy aktiopotentiaali Jokaisen aktiopotentiaalin yhteydessä pystytään mittaamaan pieni lihasnykäys supistukseen
Sähköisen aktiivisuuden kytkentä Kun kalvojännite nousee -90 mv:sta n. - 50 mv:iin syntyy aktiopotentiaali Jokaisen aktiopotentiaalin yhteydessä pystytään mittaamaan pieni lihasnykäys supistukseen
Sähköisen aktiivisuuden kytkentä Kun kalvojännite nousee -90 mv:sta n. - 50 mv:iin syntyy aktiopotentiaali Jokaisen aktiopotentiaalin yhteydessä pystytään mittaamaan pieni lihasnykäys supistukseen
Sähköisen aktiivisuuden kytkentä Kun kalvojännite nousee -90 mv:sta n. - 50 mv:iin syntyy aktiopotentiaali Jokaisen aktiopotentiaalin yhteydessä pystytään mittaamaan pieni lihasnykäys supistukseen
Sähköisen aktiivisuuden kytkentä Kun kalvojännite nousee -90 mv:sta n. - 50 mv:iin syntyy aktiopotentiaali Jokaisen aktiopotentiaalin yhteydessä pystytään mittaamaan pieni lihasnykäys supistukseen
Sähköisen aktiivisuuden kytkentä supistukseen Supistus on huomattavasti hitaampi kuin sähköinen ärtyminen +40-100 E/ mv Aktions potential kontraktion
Sähköisen aktiivisuuden kytkentä supistukseen Osittain sen vuoksi että lihassyy on elastinen ja pyrkii vastustamaan liikettä +40 Osittain eksitaatiokontraktio kytkennän hitauden takia -100 E/ mv Aktions potential kontraktion
Shköisen aktiivisuuden kytkentä supistukseen Stimulaatiofrekvenssin nousu Jotta saataisiin aikaan pitkäaikainen supistus tarvitaan useiden aktiopotentiaalin vaikutuksen summaatio Frekvenssi säätää supistusvoimakkuuden. Frekvenssi joka saa aikaan maksimaalisen supistuksen kutsutaan tetanukseksi
Excitaatio-kontraktio kytkentä - Sähköinen signaali T- tubuluksesta siirtyy SR rakenteeseen ns. Triadirakenteen kautta. Triadi koostuu T- tubulista ja kahdesta SR sisternasta Triadi
Excitaatio-kontraktio kytkentä - Triadi T-tubulissa on jännitesensori nimeltään dihydropyridiinireseptori Joka kytkeytyy SR proteiiniin nimeltään ryanodiinireseptori Proteiini nimeltään triadiini liimaa yksiköt yhteen
Mekanismit jotka laukaisevat supistuksen mitä Ca 2+ tekee? Mekanismit ovat aktiiniin liittyneissä proteiineissa: tropomyosiini joka yhdistää säätelyyksikön joka koostuu troponin-t:stä joka sitoutuu tropomyosiiniin troponin-i:stä joka estää supistuksen estämällä myosiinin sitoutumista aktiiniin troponin-c:stä joka on Ca 2+ sensori - sitoo SR:stä vapautuvia Ca 2+ ioneja ja kumoaa troponin-i:n estovaikutuksen
Kun Ca 2+ pitoisuus on matala troponiini I estää aktiinin ja myosiinin vuorovaikutusta Aktin Tn-T TM Tn-C Tn-I Myosin Ca 2+
Kun Ca 2+ pitoisuus on matala troponiini I estää aktiinin ja myosiinin vuorovaikutusta Aktin Tn-T TM Tn-C Tn-I Myosin Ca 2+
Kun Ca 2+ pitoisuus on matala troponiini I estää aktiinin ja myosiinin vuorovaikutusta Aktin Tn-T TM Tn-C Tn-I Myosin Ca 2+
Kun Ca 2+ pitoisuus on matala troponiini I estää aktiinin ja myosiinin vuorovaikutusta Aktin Tn-T TM Tn-C Tn-I Ca 2+ Myosin
Kun Ca 2+ pitoisuus on matala troponiini I estää aktiinin ja myosiinin vuorovaikutusta Aktin TM Tn-T Tn-I Tn-C Ca 2+ Myosin
Kun Ca 2+ pitoisuus on matala troponiini I estää aktiinin ja myosiinin vuorovaikutusta Aktin Tn-T TM Myosin Tn-C Tn-I Ca 2+
Supistuksen mekanismi Molekyylitasolla supistus johtuu myosiinin ja aktiinin sitoutumisesta toisiinsa (syntyy aktomyosiinia) sekä myosiinipään liikkestä Myosiinipään ATPaasi aktiivisuudella on keskeinen merkitys supistustapahtumassa
ATP sykli Ca 2+ ATP Aktiini +Myosiini-ADP-Pi Aktiini-Myosiini-ADP-Pi Aktiini-Myosiini +ADP + Pi Aktiini+Myosiini-ATP Aktomyosiini muodostuu Myosiini vetäytyy eteenpäin Myosiini irtoaa aktiinista
matalassa Ca 2+ pitoisuudessa pysähtyy tähän vila ADP+P i Ca 2+ A + M ADP P i Korkea aktiini affiniteetti * ADP+P i A-M ADP P i * ATP A-M ATP Matala aktiin affiniteetti P i ATP A-M * Rigor Kompleksi ADP ATP:n puutteessa pysähtyy tähän (rigot mortis)
Supistuksen mekanismi-lepo myosiini aktiini
Aktomyosiinin synty
Konformaatiomuutos- Myosiini liikkuu eteenpäin
Sidos irtoaa
Uusi sitoutuminen
Myosiini liikkuu eteenpäin
Sidos irtoaa
Uusi sidos
Myosiini liikkuu eteenpäin
Lihaskudoksen energetiikka Lihastyön energiakulutus tapahtuu siten että ATP:n hydrolyysi relaksoi myosiinipään Useat metaboliset järjestelmät pyrkivät pitämään ATP pitoisuuden tasaisena muuten lihas jäykistyy (rigor) ATP tuotto pitää vastata sen kulutusta ATP kulutus on korkea esim lihasrasituksen yhteydessä
Lihaskudoksen energetiikka Nopeat lihakset saavat energiansa glykolyysistä Seuraavat reaktiot pyrkivät ATP pitoisuuden tasoittamiseen : Glykogenolyysi Lihaksessa Ca 2+ aktivoi glykogeenin hajoamisen troponini C:n kautta Fosfokreatiini on ATP varasto ATP+kreatin kreatin-fosfaattti+adp - levossa kreatiin-fosfaattti+adp ATP+kreatiini - rasituksessa Adenylaatti kinaasi 2ADP ATP+AMP AMP stimuloi glykolyysiä fosfofruktokinaasivaiheessa Enemmän ATP:tä ja laktaattia tuotetaan Glukoneogeneesi maksassa Tuotetusta laktaatista syntyy glukoosia maksassa joka verenkierron kautta tulee uudellen lihasten käyttöön
Lihaskudoksen energetiikka Ca 2+ glycogen + ADP AMP glucose + Maksa crea ATP crea P-crea lactate
Energiapuskureiden aikaikkuna 100 m ennätys 9.8 s ATP 1s PCr kuluu 6-8 s, 30s 50% regeneraatio, 3 min 98% Glycogeeni 1h 1-2 min aerob metabolia rasva Laktaatti 1-20 s >> 60 s väsymys 1000 m 50% aerobinen Marathon 100% aerobinen
Supistuksen mekaniikka Supistusvoima on rippuvainen sarkomeerin pituudesta eli suoraan verrannollinen siihen kuinka monta aktomyosiinisidosta voi syntyä Voimaan liittyvät parametrit mitataan käyttäen ns. isometrista supistusta eli lihakseen syntyy voima mutta lihaksen liike estetään
Lihassupistuksen mekaniikka Isometrinen supistus = lihaksen liike estetään ja mitataan sen aiheuttama voima Pyritään löytämään lihaksen maksimaalinen voima sekä optimaalinen pituus
Venytys-jännitekuvaaja Jos lihasta venytetään ja mitataan sen jännite saadaan kuvaaja joka koostuu lihaksen aktiivisista (supistusvoima) ja passiivista (elastisuus) parametreista Passiivinen jännite lasketaan pois jolloin saadaan kaarimainen kuvaaja Jännite on maksimissaan tietyssä lihaspitudessa jota kutsutaan Lo:ksi joka kuvastaa sitä lihasasentoa jossa lihas kykenee parhaimpaan voimaan
Venytys-jännitekuvaaja Lo kuvastaa aktiini ja myosiini filamenttien optimaalisen sijoittumisen sarkomeerissa eli jos lihas on puristettu kasaan aktomyosiinin synty on vaikea. Samaten jos se on venytetty liikaa
Venytys-jännitekuvaaja L o kuvastaa aktiini ja myosiini filamenttien optimaalisen sijoittumisen sarkomeerissa eli jos lihas on puristettu kasaan aktomyosiinin synty on vaikea. Samaten jos se on venytetty liikaa
Isotooninen kontraktio Isotooninen supistus = lihas saa liikkua mutta voima pidetään samana Mitataan lihaksen nopeus eri vastaopainoilla esim nostetaan eri painoja Nopeus on verrannollinen vastapainon suuruuteen
Supistus/nopeus kuvaaja Maksimaalinen nopeus on verrannollinen maksimaaliseen myosiinin ATPaasein nopeuteen Mitataan supistusnopeus eri vastapainoilla ja saadaan maksimaalinen nopeus Vmax kg Supistusnopeus pienenee kun vastapaino lisääntyy
Supistus/nopeus kuvaaja Kuvaajassa näkyy että supistusnopeus pienenee kun vastapaino suurenee Kun arvoidaan nopeus ilman vastapainoa saadaan maksimaalinen nopeus Kun kerrotaan vastapainon suuruus nopeudella saadaan lihaksen suhteellinen teho
Supistus/nopeus kuvaaja Teho kuvastaa lihaksen suorituskykyä optimaalinen painoalue teho effekt Harjoituksella voidaan optimaalista aluetta siirtä korkeimmille vastapainoille
Supistus/nopeus kuvaaja Teho kuvastaa lihaksen suorituskykyä optimaalinen painoalue teho Harjoituksella voidaan optimaalista aluetta siirtä korkeimmille vastapainoille
Mekaniikka yhteenveto Lihaksen voima on verrannollinen aktomyosiinisidosten määrään ATPaasin nopeus määrää supistusnopeuden
Nopeat ja hitaat lihassyyt Nopeat syyt supistuvat nopeasti mutta väsyvät myös nopeasti Nopeat syyt on käytävät glykolyysiä energialähteenä ja ovat väriltään vaaleanharmaita Nopeilla syillä on erityiset ATPaasit nimeltään tyyppi IIA och IIB Hitaat syytsupistuvat hitaasti ja väsyvät myös hitaasti Hitaat syyt käyttävät oksidatiivista fosforylaatiota energalähteenä Nes sisältävät myoglobiininimistä hemoglobiinille sukua olevaa proteiinia joka toimii happivarastona Punaruskea väri tulee osittain myoglobiibnista ja osittain mitokondrioiden hengitysketjun sytokromienzyymeistä
Nopeat ja hitaat lihassyyt
Nopeat ja hitaat lihassyyt Lihaksiisa on sekä nopeita että hitaita syitä Molempia hermottaa sama hermo nimeltään motorinen yksikkö eri hermosyyt taas hermottavat nopeita ja hitaita syitä Eri lihassyitä käytetään eri urheilulajeissa nopeita esim. pikajuoksussa ja hitaita kestävyyslajeissa Lihashypertrofia = lihassyiden kasvu harjoituksessa
Lihaksen väsyminen? ATP/CrP rigor Kalcium varastot, RyR desensiisaatio Glykogeeni lämpötila Kudosvaurio/ tulehdus Laktaatti- Normaalisti lihas menettää nopeutensa jo ennen laktaatin kertymistä
Lihassairaudet Monessa vakavassa yleissairaudessa lihasten väsyminen on tyypillinen oire On myös harvinaisia lihassairauksia joilla on geneettinen tausta
Lihassairaudet Lihasdystrofiat -lihasatrofia = lihaskudos surkastuu
Lihassairauksia kohtalaisen harvinaisia Myotoniat -Geeniverheitä usein ionikanavissa kuten Na + kanavissa -Lihaskudos on hieman depolarisoitunut, herkistyy-syntyy herkemmin aktiopotentiaaleja -Tämää johtaa spastisiteettiin lihasta on vaike relaksoida Parlayysi -Geeniverheitä usein ionikanavissa kuten Na + kanavissa -Kalvojännite yli aktiopotentiaalin kynnysarvon jolloin Na + kanavat inaktivoituu eikä pysty palautumaan lepotasoon + Na channel gating Refractory -90 mv Resting Inactivation Depolarization -50 mv Activation -50-+20 mv
Geneettisten lihassairauksien diagnostiikka Histologiset värjäykset esim eri ATPaasit Geeniverheiden hakeminen Eri mekaanisten parametrien mittaus Sähköisen toiminnan mittaus EMG Metaboliittien määritys verestä