İskelet Kası Fizyolojisi. Prof. Dr. Muzaffer ÇOLAKOĞLU

Transkript

1 İskelet Kası Fizyolojisi Prof. Dr. Muzaffer ÇOLAKOĞLU

2 Kas Sistemi

3 KAS TÜRLERİ Çizgili kaslar (istemli çalışırlar) Kalp kası (miyokard - istemsiz çalışan tek çizgili kas) Düz kaslar Düz kaslar ve miyokard vücut ağırlığının ancak % 5-10 unu oluşturur

4 İSKELET KASI VE KALP KASI FARKLILIKLARI İskelet kası ile kalp kası arasındaki farklar İskelet kası ile kalp kası arasında pek çok benzerlikler olduğu gibi bazı önemli farklar da vardır. Kalp kası hücreleri oldukça küçüktürler (15-30 mmçap, 50 mm uzunluk). iskelet kası fibrilleri gibi uzunlamasına değillerdir. daha geniş, kısa T tüpleri vardır. dallara ayrılarak bitişik hücreleri birbirine bağlar (anastomoz). bu bağlanma Gap Kavşakları (bağlantı bölgeleri ) ve İnterkale Diskler ile gerçekleşir. Böylece ileti bir fibrilden diğerine yayılır. Çekirdekler periferik değil merkezi konumdadır. çok sayıda mitokondrisi vardır (oksidatif enerji kullanır). T tüpü - SR kavşakları triad değil diad lar şeklindedir.

5 İSKELET KASI VE DÜZ KAS FARKLILIKLARI Düz kaslar kalp ve iskelet kaslarından çok farklıdırlar. Aşağıdaki temel özellikleri taşırlar : Hücreleri çizgili değildir tek merkezi bir çekirdekleri vardır çapları 5-15 mm, uzunlukları mm kadardır hücreler arasında Gap Kavşakları bulunur önemli miktarda bağ doku içerirler. Kasılma özellikleri de iskelet ve kalp kaslarından farklıdır. Uzun süre devam eden çok yavaş kasılmalar sergilerler.

6 Kasların Ortak Özellikleri Uyarılabilme İletebilme Kasılabilme Elastik olma Vizkozite

7 İskelet Kası Fonksiyonları Hareket Korunma Isı meydana getirme Postür ve vücut pozisyonu Mekanik iş Yutma Solunum

8 İskelet Kası Yetişkin insanda vücut ağırlığının % 40 ını, Çocuklarda vücut ağırlığının % 50 sini oluşturur İskelet Kası içeriği: % 75 su % 20 protein % 5 organik ve inorganik bileşikler Fonksiyonları: Hareket Postürün Korunması

9 İskelet Kas Sistemi Figure 6.2 Slide 6.1

10 İskelet Kasının Yapısı Kasın tamamı ve kası oluşturan alt birimlerden fasiküller ve kas fibrilleri fasya (fascia) adı verilen bir bağ doku ile örtülüdür Fasya nın fonksiyonları: Kas fibrillerini korur Kasları kemiğe bağlar Sinir ve kan/lenf damarları için uygun bir ağ zemini sağlar

11 Fasya katmanları Epimisyum Kas yüzeyini oluşturur Uçlara doğru daralarak tendon oluşturur Perimisyum Kas fibrillerini demetlere veya fasiküllere ayırır Endomisyum Tek bir kas fibrilinin (hücresinin) etrafını sarar

12 İskelet Kasının Yapısı Fig. 9.1, p. 279

13 İskelet Kasının Yapısı Kas Fasiküllerden oluşur. Epimisyum ile sarılıdır. Fasikül kas fibrilleri (hücreleri) demetidir. Bizim kas olarak gördüğümüz yapı çok sayıda fasikülden meydana gelir. Herbiri Perimisyum ile sarılıdır. Kas Fibrili fasikül kas fibrillerinden meydana gelir. Kasın gerçek hücreleridir. Herbiri Endomisyum denilen fasya ile sarılıdır.

14 İskelet Kasının Yapısı Figure 6.3 Slide 6.3

15 İskelet Kasının Yapısı

16 İskelet Kasının Yapısı Kas Göbeği Fasikül Fibril (hücre)

17 İskelet Kasının Yapısı Epimisyum Perimisyum Endomisyum Muscle Belly Fasciculus Fiber (Cell)

18 İskelet Kasının Yapısı Epimysium Perimysium Endomysium Sarkoplazma Sarkolemma Çekirdek Muscle Belly Fasciculus Fiber (Cell)

19 İskelet Kası Fibrilleri Tek bir kas fibrili Tek bir kas hücresidir. Çapı mm arasındadır Silindirik yapıdadır Uyarılma ve impuls yayılımını mümkün kılan membranla çevrilidir Miyofibril demetleri içerir

20 İskelet Kas Fibrilinin Temel Bileşenleri Sarkolemma - kas hücresi membranı Sarkolemmanın hemen altında bulunan 100 veya daha fazla çekirdek içerir, Sarkoplazma - sarkolemmanın içini dolduran kas hücresi sitoplazması Sarkotübüler sistem Transvers tüpler (T-tüpleri) Sarkoplazmik retikulum Ca ++ alımı, düzenlemesi, salınımı ve depolanması

21 İskelet Kas Fibrilinin Temel Bileşenleri (devamı) Miyoglobinler - oksijeni sarkolemma dan alıp, mitokonri ye taşırlar Glikojen deposu içerirler Kas fibrillerinin alt birimleri olan Miyofibrilleri içerirler

22 KAS FİBRİLİ

23 SARKOLEMMA Kas hücresi membranına sarkolemma denir. Sarkolemmanın Transvers tüpler (T tüpleri) denilen ve hücre içine uzanan periodik kanalları vardır. Sarkolemma ve T tüplerinin görevi sarkolemmada oluşan aksiyon potansiyelini hücre içine ileterek kasılmanın başlamasını sağlamaktır.

24 Transvers Tüpler (T-Tüpleri) Kas içine doğru bükülerek giren ve kasın bir tarafından diğer tarafına doğru enine keserek (transvers) ilerleyen tübüler bir sistemdir. Sinirsel uyaranların, glikozun, O 2 nin ve iyonların hücre içine daha hızlı girmesini sağlar.

25 Sarkoplazmik Retikulum (SR) T-tüplerinin devamı olan bir düz endoplazmik retikulumdur. Kas hücresi içinde yaygın bir kanal ağı oluşturur. SR da kasılmayı başlatacak olan kalsiyum iyonunun (Ca+2) depoları vardır. Kas hücresinde meydana gelen uyaran sarkolemmada her iki yöne doğru yayılır ve T tüpleri ile hücre içine geçer. Buradan SR ağı boyunca hücre içine yayılarak, SR uçlarından Ca+2 un sarkoplazmaya salınmasına neden olur. Ca+2 kasılmayı başlatır. T-tüplerindeki voltaj sensörleri (DHP) aksiyon potansiyeli sarkolemmada yayılırken oluşan elektriksel akımı algılar. SR membranında Ryanodin Reseptörü DHP den gelen sinyalleri alarak kalsiyum kanallarının açılmasına neden olur. Kalsiyum SR den sarkoplazmaya salınır ve kasılma başlar.

26 Sarkoplazmik Retikulum terminal sisterna Sarkoplazmik retikulumun Z membranına yakın olan parçasıdır. triad = T tubule + terminal sisterna

27

28 KALSİYUM POMPASI SR membranında kasılma sonrasında kalsiyumu sarkoplazmadan tekrar SR ye konsantrasyon gradyanın tersine doğru geri alan ve bu sebeple ATP tüketen Kalsiyum Pompası yer alır.

29

30 Miyofibril Fibrilin kontraktil kısmıdır. Herbiri çok sayıda sarkomerden oluşur.

31 İskelet Kasında Kas fibrili ve Myofibrilin Görünümü

32 Kas ( x 1) Fasikül ( x 75) Fibril ( x 1000) Miyofibril ( x 20000)

33 Miyofibriller Kas fibrilinin alt birimleridir. Herbiri 2 mm çapındadır ve kas fibrili boyunca uzanır Kas hacminin % ını oluştururlar Kas kasılmasının fonksiyonel birimidir Her miyofibrilin etrafını sıvı dolu SR çevreler, Seri olarak birbirlerine bağlı sarkomerlerden oluşur. ~1500 miyozin ve ~3000 aktin proteini içerirler

34 Sarkomer Kasılmanın temel birimidir. İki Z membranı (diski; çizgisi) arasında kalan kısımdır. Her miyofibrilde 10 ile 100,000 uçuca dizilmiş sarkomer bulunur. Sarkomerler Z diskleriyle hem birbirlerine bağlanırlar hem de ayrılırlar. Sarkomer kontraktil proteinlerden oluşur Aktin ( İnce filamanlar) Miyozin (Kalın filamanlardır) Troponin-tropomiyozin bileşiği (Aktin molekülü üzerinde yer alır) Sarkomerin ayırdedici bir görünümü vardır iskelet kasına çizgili bir görüntü verir Sarkomerin boyu istirahat koşullarında 2 mikron (m) kadardır.

35 Sarkomer M Çizgisi Z Çizgisi Z Çizgisi

36 I Bandı A Bandı I Bandı { {

37 I Bandı A Bandı H Zonu I Bandı { { {

38 { A-Bandı I-Bandı { Z-Çizgisi

39 { A-Bandı Sarkolemma Mitokondri I-Bandı Z-Diski { Sarkoplazmik Retikulum (SR) T-Tüpleri

40 Sarkomer Figure 6.5 Slide 6.4B

41

42 MİYOFİLAMANLARIN YAPISI AKTİN Z membranına bağlıdır. Z membranından diğer sarkomere uzanırlar. Her aktin miyofilamanı iki fibröz aktin proteinin oluşturduğu bir çift sarmaldır (F-Aktin) Bu F-Aktin sarmalında globüler aktin (G-Aktin) monomeri denilen yaklaşık 200 küçük birim bulunur. Her G-Aktin monomerinin kasılma sırasında Miyozinbağlayan (MBS), aktif bir bölgesi vardır Aktin miyofilamanı üzerinde uzanan Tropomiyozin protein molekülü yedi G- Aktin aktif bölgesini örter. Troponin protein kompleksi Tropomiyozine bağlıdır ve üç alt birimi vardır; Troponin-T = Troponin i Tropomiyozin ile bağlar, Troponin-I = İstirahatte Aktin ile miyozin arasında köprü kurulmasını önler, Troponin-C = Ca +2 bağlar Troponin-Tropomiyozin kompleksi G-aktinin aktif bölgeleri ile miyozin başı arasındaki etkileşimi düzenler.

43 AKTİN FİLAMANI

44 Aktin Filamanı Yapısı

45 Aktin Filamanı ve Tropomiyozin Molekülü

46 Aktin-Tropomiyozin ve Troponin

47 I C T

48 MİYOZİN Miyozinler Aktin kümesinin arasındadırlar. Aktin bağlayan bir proteindir. Miyozin molekülleri ATPaz aktivitesine sahip ikiye bölünmüş globüler bir baş, bir boyun ve bir kuyruktan oluşur. Boyun, başlar ve kuyruk ile menteşeler yardımıyla eklem yapar. Miyozin başı ve boynunun eklemli hareketi aktine bağlanmasını kolaylaştırır.

49 Miyozin Filamanı Yapısı

50 Miyozin FilamanıYapısı

51 Miyozin FilamanıYapısı Baş Kuyruk (Hafif Miromiyozin) Ağır Miromiyozin

52 Miyozin Filamanı Yapısı Baş Kuyruk (Hafif Miromiyozin) S2 S1 Ağır Miromiyozin

53 Miyofibril enine kesiti miyofibriller Her miyofibril demetler halinde miyofilamanlar içerir kalın MİYOZİN ince AKTİN

54 I bandı A bandı I bandı Z çizgisi/diski ince AKTİN filamanı H zonu /M çizgisi ile kalın MİYOZiN filamanı ELEKTRON MİKROSKOPTA MİYOFİBRİL GÖRÜNTÜSÜ

55 Her miyofibrilin çevresi, yani miyofibrillerin arası : Glikojen granülleri enerji Sarkoplazmik Retikulum kontrol Miyofilamanlar kuvvet üretimi MİYOFİBRİLL Mitokondri enerji

56 KAS FİBRİL inin UYARILMASI Figure 6.6 Slide 6.5B

57

58

59 Motor Son Plak ve Kasılmanın Başlaması

60 Motor Son Plak Potansiyeli (Nöromüsküler İleti) & Kasılma Mekanizması (Kayan Filamanlar Teorisi)

61 KASILMA MEKANİZMASI KAYAN FİLAMANLAR TEORİSİ 1.Sinirsel uyaranlar nöromüsküler kavşağa ulaşır. 2.Asetilkolin motor sinir ucundan salınır motor son plaktaki (kas hücresi membranındaki) asetilkolinkapılı Sodyum Kanallarının reseptörlerine bağlanır. 3.Bağlanma depolarizasyonu başlatır. Oluşan aksiyon potansiyeli t-tüpleri & sarkolemma boyunca yayılarak, sarkoplazmik retikulumdan Ca +2 salınımına neden olur. 4.Ca 2+ troponin e bağlanır troponin-tropomiyozin kompleksinin konumunu değiştirir. Bu değişiklikle troponin-tropomiyozin kompleksi, miyozin bağlanma bölgelerini açıkta bırakacak şekilde, aktin üzerinde kayar.

62 KAYAN FİLAMAN TEORİSİ 5. Ca 2+ aynı zamanda miyozin başının ATPaz aktivitesini arttırır ATP hidrolize olur & Enerji açığa çıkar 6. Açığa çıkan enerji miyozin başında depolanır bu enerji miyozin başını aktin filamanına doğru uzanarak çapraz köprü oluşturmasında kullanılır 7. Miyozin başları hamle vurumu denilen bir hareketle aktin filamanlarını miyofilamanlar birbiri arasına geçecek şekilde çeker. Böylece sarkomer boyu gittikçe kısalır (kasılma gerçekleşir)

63 KAYAN FİLAMAN TEORİSİ 8. Z diskleri birbirine yaklaşır sarkomer boyu kısalır (kasılma) kas fibrili kısalır tüm kas kısalır 9. Sarkoplazmada bulunan ATP kasılmadan sonra Ca+ 2 nin aktivasyonu ile miyozin başına bağlanarak başın aktinden ayrılmasını sağlar 10. Döngü tekraralanarak kasın boyu kısalmaya devam eder. 11. Gevşemenin başlaması için kalsiyumun tekrar SR dışına çıkarılması gerekir. Bu, ATP ile çalışan, kalsiyum pompası tarafından gerçekleştirilir.

64 KAS GEVŞEMESİ Sinirsel uyarı sonlanır, Kalsiyum SR a geri pompalanır, Kalsiyum Troponin den ayrılır, Aktin in Myosin bağlama kısmı yeniden örtülür ve çapraz köprüler ayrılır, Kalsiyum ortamdan uzaklaşınca ATPaz enzim aktivitesi de azalır, Sarkoplazmada aşırı kalsiyum varsa veya uzaklaştırılamamışsa spazm meydana gelir.

65 KALSİYUM (Ca +2 ) Kalsiyum olmazsa kasılma olmaz Aşırı kalsiyum spazm a neden olur (gevşeme gerçekleşmez)

66 Olayların Sırası 1. Sinirsel Uyaranın MSS de oluşumu 2. Alfa Motor Nöron ile Motor Son Plağa iletimi 3. Motor Son Plakta Asetilkolin salınımı ve kas fibrilinde aksiyon potansiyeli oluşumu 4. Sarkolemma & T-Tüplerine yayılışı 5. SR & Terminal Sisternalara geçişi 6. Ca ++ un Troponin (C) ye bağlanışı 7. Troponin tropomiyozin kompleksinde Konformasyonel Değişim 8. Çapraz Köprü Oluşumu 9. Konformasyonel Değişim (Hamle Vurumu) 10. Miyozin başının serbestlemesi & ATP bağlayarak ilk pozisyona dönme

67 Olayların Sırası 1. Sinirsel Uyaranın MSS de oluşumu 2. Alfa Motor Nöron ile Motor Son Plağa iletimi 3. Motor Son Plakta Asetilkolin salınımı ve kas fibrilinde aksiyon potansiyeli oluşumu 4. Sarkolemma & T-Tüplerine yayılışı 5. SR & Terminal Sisternalara geçişi 6. Ca++ un - Troponin (C) ye bağlanışı 7. Troponin tropomiyozin kompleksinde konformasyonel değişim 8. Çapraz Köprü Oluşumu 9. Hamle Vurumu 10.Miyozin başının serbestlemesi & ATP bağlayarak İlk pozisyona dönmesi

68 Olayların Sırası 1. Sinirsel Uyaranın MSS de oluşumu 2. Alfa Motor Nöron ile Motor Son Plağa iletimi 3. Motor Son Plakta Asetilkolin salınımı ve kas fibrilinde aksiyon potansiyeli oluşumu 4. Sarkolemma & T-Tüplerine yayılışı 5. SR & Terminal Sisternalara geçişi 6. Ca++ un - Troponin (C) ye bağlanışı 7. Troponin tropomiyozin kompleksinde konformasyonel değişim 8. Çapraz Köprü Oluşumu 9. Hamle Vurumu 10. Miyozin başının serbestlemesi & İlk pozisyona dönme

72 Olayların Sırası 1. Sinirsel Uyaranın MSS de oluşumu 2. Alfa Motor Nöron ile Motor Son Plağa iletimi 3. Motor Son Plakta Asetilkolin salınımı ve kas fibrilinde aksiyon potansiyeli oluşumu 4. Sarkolemma & T-Tüplerine yayılışı 5. SR & Terminal Sisternalara geçişi 6. Ca++ un - Troponin (C) ye bağlanışı 7. Troponin tropomiyozin kompleksinde konformasyonel değişim 8. Çapraz Köprü Oluşumu 9. Hamle Vurumu 10. Miyozin başının serbestlemesi & İlk pozisyona dönme C I T

73 Olayların Sırası 1. Sinirsel Uyaranın MSS de oluşumu 2. Alfa Motor Nöron ile Motor Son Plağa iletimi 3. Motor Son Plakta Asetilkolin salınımı ve kas fibrilinde aksiyon potansiyeli oluşumu 4. Sarkolemma & T-Tüplerine yayılışı 5. SR & Terminal Sisternalara geçişi 6. Ca++ un - Troponin (C) ye bağlanışı 7. Troponin tropomiyozin kompleksinde konformasyonel değişim 8. Çapraz Köprü Oluşumu 9. Hamle Vurumu 10. Miyozin başının serbestlemesi & İlk pozisyona dönme Ca ++

76 Olayların Sırası 1. Sinirsel Uyaranın MSS de oluşumu 2. Alfa Motor Nöron ile Motor Son Plağa iletimi 3. Motor Son Plakta Asetilkolin salınımı ve kas fibrilinde aksiyon potansiyeli oluşumu 4. Sarkolemma & T-Tüplerine yayılışı 5. SR & Terminal Sisternalara geçişi 6. Ca++ un - Troponin (C) ye bağlanışı 7. Troponin tropomiyozin kompleksinde konformasyonel değişim 8. Çapraz Köprü Oluşumu 9. Hamle Vurumu 10.Miyozin başının serbestlemesi & İlk pozisyona dönme Ca ++

77 Olayların Sırası 1. Sinirsel Uyaranın MSS de oluşumu 2. Alfa Motor Nöron ile Motor Son Plağa iletimi 3. Motor Son Plakta Asetilkolin salınımı ve kas fibrilinde aksiyon potansiyeli oluşumu 4. Sarkolemma & T-Tüplerine yayılışı 5. SR & Terminal Sisternalara geçişi 6. Ca++ un - Troponin (C) ye bağlanışı 7. Troponin tropomiyozin kompleksinde konformasyonel değişim 8. Çapraz Köprü Oluşumu 9. Hamle Vurumu 10. Miyozin başının serbestlemesi & İlk pozisyona dönme Ca ++ ATP

78 KAS FİBRİLİNİN KASILMASI

79 Kayan Filamanlar Teorisi: Genel Bakış Fig. 9.7, p. 287

80 Uyarılma - Kasılma Özeti Motor nöron uyarılması Latent periot Kasılma periyodu Gevşeme periyodu