Konu 4 Kas ve Beden Hareketlerinin Denetimi Aslı Sade Memişoğlu
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. 09.01 İskelet kası Kalp kası Düz kas Çekirdekler Çizgiler Kas lifi Bağ doku Dallanma Çekirdek Çekirdekler Kas 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
1 İskelet kasının yapısı 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
Tendonlar Kas Kan damarı Bağ doku Kas lifi
Çoklu çekirdekler İskelet Kası lifi Kalp Kası lifi Çekirdek Düz Kas lifi
Kas Bağ doku Kas hücresi (lifi) İskelet kasları, tendonlarla iskelete bağlanır Kan damarı Miyofibril Sarkomer Bir kas binlerce kas hücresinden (lifi) oluşur Her kas hücresi içinde miyofibriller bulunur. Bunlarda binlerce kalın ve ince iplik tekrarlayan biçimde sıralanır. Her tekrarlayan birim = sarkomer Kalın miyosin ipliği İnce aktin lifi ipliği
H bölgesi Z çizgisi İnce iplik M çizgisi Kalın iplik Z çizgisi Bir sarkomer: 1. Miyosin adı verilen kalın ipliklerden 2. Aktin adı verilen ince ipliklerden oluşur Miyosin iplikleri titin lifleri ile Aktin iplikleri doğrudan Z çizgisine tutunur
Sarkomer I bandı A bandı H bölgesi Z çizgisi Z çizgisi İnce iplik M çizgisi Kalın iplik Sarkomer iki Z çizgisi arasında kalan bölüm
2 Kasılma moleküler mekanizması Gevşek Kayan iplik modeli Kasılma: 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. Kasılmış A bandı değişmez I bandı daralır H bandı daralır
Kas lifinde aksiyon potansiyeli oluşumu Tek motor ünitesi Nöromusküler bağlantı 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 İki motor ünitesi Motor nöron Motor nöronlar
Nöromusküler (nöron-kas) bağlantı, bir motor nöronun akson ucu ve kontrol ettiği kas lifi arasındaki sinapstır Motor nöron Miyelin Akson ucu Schwan hücresi Asetil kolin içeren kesecikler Motor nörondaki aksiyon potansiyelleri sinapsa asetilkolin (ACh) salınmasına sebep olur Hücre zarı Kas lifi çekirdeği Ach almaçları Sinaps yarığı Bağlantı katlanmaları Asetilkolinin kas lifindeki almaçlara bağlanması, kas lifinde aksiyon potansiyeli başlatır
Aksiyon potansiyeli Ach keseciği Kalsiyum girişi Voltaj kapılı sodyum kanalları Ach salınımı Sodyum girişi Ach almacı Aksiyon potansiyeli başlangıcı Derceli potansiyel 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
Kas lifi gerilimi (mg) Kas lifi aksiyon potansiyeli (mv) 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 Gecikme zamanı Kas lifi aksiyon potansiyeli Kas kasılması Zaman (ms) Aksiyon potansiyeli ve kasın kasılması arasındaki gecikme zamanı kalsiyum salınımı, tropomiyosinin hareketi ve miyosin köprülerinin bağlanması için gereken zamandır
Enine tübüllerin hücre dışı sıvıya açıklığı Kas lifi hücre zarı Enine tübüller aksiyon potansiyellerini kas liflerinin içine kadar ulaştırır: Bu sayede depolarizasyon dalgaları sarkoplazmik retikulumun yakınına kadar gelir ve kalsiyum salınımı başlar Enine tübüller Sarkoplazmik retikulum Miyofibriller Sarkoplazmik retikulum Sarkoplazmik retikulumun sarmal yapısı, kalsiyum salındığında tüm troponin bölgelerine hızlıca ulaşmasını sağlar Miyofibriller Sitoplazma Hücre zarı Enine tübüller Mitokondri
Kasılma Gevşeme Enine tübüldeki aksiyon potansiyeli, bitişiğinde bulunan sarkoplazmik retikulumdan sitoplazmaya kalsiyum salınımına sebep olur Aksiyon potansiyeli Enine tübül Sarkoplazmik retikulum Kas hücre zarı Kalsiyum troponine bağlanır, tropomiyosini çeker, kasılma gerçekleşir ATP harcanarak kalsiyum sitoplazmadan sarkoplazmik retikuluma geri alınır!!!
Miyosin molekülleri çıkıntılar yaparak aktin iplikleri ile temastadır = çapraz köprüler Z çizgisi Çapraz köprü hareketi Z çizgisi İnce iplik Kasılma: Kalın iplik Miyosin çapraz köprüleri aktine bağlanır; Aktini kaydırmak için bükülürler
Kalın iplik Çapraz köprü İnce iplik Aktin bağlanma bölgesi ATP bağlanma bölgesi Tropomiyosin Çapraz köprü Troponin Aktin Miyosin Kalın iplik esasen miyosin moleküllerinden oluşan bir polimerdir Her birinde ATP ve aktine bağlanan bir çapraz köprü bulunur.
Çapraz köprü döngüsü için ATP gereklidir 1. Aktin üzerindeki miyosin bağlanma bölümü açılır ve enerjili miyosin bağlanır 4. ATP nin hidrolizi köprüye enerji verir ve tekrar döngüyü başlatır. 2. Bağlanma ADP nin ayrılmasına ve köprünün bükülmesine sebep olur 3. Yeni ATP nin bağlanması köprünün kopmasına sebep olur
ATP bağlanması miyosinin aktinden kopması için gereklidir!! Ölümden sonra kas kasılması ATP moleküllerinin tükenmesi ve miyosinlerin aktine bağlı kalması (kopamaması) sebebiyle olur. = Rigor mortis
Düşük sitoplazmik kalsiyum, gevşek durumdaki kas Kasılmada Kalsiyum, Troponin ve Tropomiyosinin önemi Aktin bağlanma bölgesi Çapraz köprü aktine bağlanamaz Yüksek sitoplazmik kalsiyum, aktif kas Köprü bağlanma bölgeleri açılır Köprü aktine bağlanır ve kaydırır Gevşek haldeki iskelet kasında tropomiyosin, aktindeki çapraz köprü bağlanma bölgesini örter. Kalsiyum troponine bağlanır ve birlikte tropomiyosini bağlanma bölgesinden çekerler.
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 Tetanus 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 tetanus İç içe geçmeyen tetanus Sarsı
Tetanus Kas liflerine sürekli gelen uyarılar sonucunda gevşeme olmadan sürekli bir şekilde kasılır. Normal bir hareket için bu gereklidir
3. Kasların organizasyonu Kaslar iskelet etrafında belirli bir düzende bulunurlar İki temel organizasyon bulunur: 1. Antagonist: Karşıt çalışan kaslar 2. Sinerjist: Birlikte çalışan kaslar
3.1. Antagonist kaslar Biseps kası kasıldığında kolu büker Fakat kasların itme kuvveti yoktur sadece gevşer Kolu düzeltmek için triseps kasının kasılması gerekir. Biseps kasılır triseps gevşer Biseps kasılır Triseps kasılır biseps gevşer Eklemleri tüm hareketlerini bu şekilde çalışan pekçok antagonist kas sağlar Düzelme Triseps kasılır 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
6.1 İzotonik egzersiz Konsentrik kasılma: kasın kasılırken kısalması Ağırlık kaldırma Egzentrik kasılma: Kasın kasılırken uzaması Ağırlığı indirme
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
8. İskelet kası enerji metabolizması 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
gerilme 8.4 Kas yorgunluğu Tekrarlanan uyarılar sonrası kas bir noktada gerilmesini kaybeder ve artık kasılmaz Dinlenme sonrası tekrar kasılma sağlanır fakat dinlenme süresi yetersizse daha hızlı yorgunluk olur Fatigue = yorgunluk uyarı Dinlenme
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
9. İskelet kası rahatsızlıkları 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
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
10.1 Düz kas yapısı 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) Çekirdek Yoğun cisimcik Aktin Miyosin
10.2 Düz kas kasılması 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
10.3 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