11 MZB II - Sommer
Nervengewebe Muskelgewebe
Nervengewebe Muskelgewebe
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Lernkarten
Bindegewebe der Skelettmuskulatur:
Endomysium
Skelettmuskelfaser
Grösse
Das Zellindividuum der Skelettmuskulatur ist die Muskelfaser ein lang gestrecktes, zylindrisches Gebilde mit vielen Zellkernen.
grosse 'Zellen'
– ~3 cm lang, aber sehr variabel
• ~1 mm lang im M. stapedius (Innenohr)
• ~10 cm in langen, parallelfaserigen Muskeln
• >20 cm im M. sartorius
– 10 – 100 μm Durchmesser
Skelettmuskelfaser:
Syncytium
- Vorläuferzellen
Das Synzytium ist eine durch Verschmelzung (Fusion) mehrerer Einzelzellen entstehende mehrkernige Zelleinheit. Ihr Zytoplasma enthält mehrere Zellkerne.
Syncytium
– Vorläuferzellen, Myoblasten, verschmelzen zu einer Muskelfaser.
– bis zu mehrere hundert, peripher (!) plazierte Zellkerne in einer gemeinsamen Zellmembran
– umgeben von einer Basalmembran
Myofilamente
Myofilamente sind fadenförmige Proteine (Filamente), die den Hauptbestandteil einer Muskelzelledarstellen. Sie bestehen im Wesentlichen aus den Proteinpolymeren Aktin und Myosin.
Interaktion zwischen Aktin und Myosin als Grundlage der Kontraktion
–> Grundlage der Bewegung nicht nur in Muskeln, sondern auch als Teil des intrazellulären Transports
Sarkomer
Kompnenten
Funktion
Vorkommen
Unter Sarkomer versteht man die kleinste kontraktile Einheit des Muskels. Sarkomere setzen sich aus den Myofilamenten zusammen und befinden sich in den sogenannten Myofibrillen.
Sarkomere sind regelmässige Assoziationen von Aktinund Myosinfilamenten – und vielen anderen Proteinen
sind die kleinste kontraktile Einheit der quergestreiften Muskulatur – Skelett- und Herzmuskulatur
Sarkomer:
M-Linie
I-Bande
A-Bande
H-Bande
I-Bande: Bereich des Sarkomers in den sich keine Myosinfilamente erstrecken
A-Bande: Myosinfilamente inkl. der Überlappung mit den Aktinfilamenten • H-Bande: Bereich der A-Bande in dem Aktin- und Myosinfilamente nicht überlappen
-> Die Breite der I- und H-Banden ändert sich mit der Kontraktion/Streckung des Muskels.
Myofibrillen
Verbindung unterinander/ zum Sarkolemma
Eine Myofibrille ist eine im Lichtmikroskop erkennbare Bau- und Funktionseinheit der Muskelfaser, die man in quergestreifter Muskulatur findet.
Eine Myofibrille besteht aus einer Aneinanderreihung von Sarkomeren, welche ihrerseits ausMyofilamenten zusammengesetzt sind.
-> Ketten von Sarkomeren, die sich durch die gesamte Muskelfaser erstrecken
Desmin verbindet die Myofibrillen untereinander und mit dem Sarkolemma
Anzahl abhängig von der Grösse der Muskelfaser
Myofibrillen:
kongenitale Muskeldystrophie
Duchenne's Muskeldystrophie
Desmin verbindet die Myofibrillen untereinander und mit dem Sarkolemma.
– über weitere Proteine mit Laminin 2
Defekt -> kongenitale Muskeldystrophie
– und Dystrophin: bildet ein Membranstabilisierendes Fibrillennetz
Defekt -> Duchenne's Muskeldystrophie
Muskel-Sehnen Übergang
Aufbau/Prinzip
myotendinöse Verbindung
Oberflächenvergrösserung durch tiefe Faltungen des Sarkolemmas an den Enden der Muskelfasern – die Basalmembran folgt diesen Falten
intrazellulärer Anheftungsplaque – mit Verbindung zu den Myofibrillen
feine kollagene Fasern der Sehne strahlen in die Basallamina der Muskelfaser ein
Myopathien bei Defekten der Proteine der myotendinösen Verbindung
Motorische Endplatten
Transmitter
Die motorische Endplatte ist eine spezialisierte chemische Synapse, die für die Übertragung der Erregung von der Nervenfaser auf die Muskelfaser verantwortlich ist
-> spezialisierte Synapsen, die sich typisch im Bereich des Muskelbauches finden
Transmitter: Acetylcholine
T-Tubulus System
Die Transversaltubuli sind tiefe Einstülpungen der Plasmamembran der Muskelzelle, d.h. desSarkolemms. Sie ermöglichen es, dass sich die Depolarisation der Zellmembran bei Muskelzellen schneller in das Zellinnere überträgt.
– Einstülpungen der Zellmembran der Muskelfasern
– setzen sich in das Sarkoplasma der Muskelfasern fort und umgeben dort die Myofibrillen im Bereich des Übergangs von A- und I-Bande und
– stehen dort in engem Kontakt mit den terminalen Zisternen des SR
Sarcoplasmatisches Retikulum
Das sarkoplasmatische Retikulum, kurz SR, ist ein spezialisiertes endoplasmatisches Retikulum(ER), das sich in den Myozyten der glatten und quergestreiften Muskulatur findet.
- SR: Kalzium-Speicher
- die mechanische Kopplung von Membranproteinen des T-Tubulus Systems und des SR vermittelt die Ausschüttung von Kalzium aus dem SR bei der Erregung der Muskelfaser -> Kontraktion
Triaden
Triaden – SR und T-Tubulus
Triaden kommen in Skelettmuskelzellen vor und dienen der schnellen Übermittlung von motorischen Reizen, welche zur aktiven Verkürzung der Muskelfasern führen.
elektromechanische Kopplung: strukturell vermittelt durch eng benachbarte Kontakte zwischen Sarkolemm der T-Tubuli und bestimmten Abschnitten der SR Membranen
Muskeln:
Fasertypen
-> zuständig für
Determiniert durch
Typ-I: rote Muskelfasern,
Haltungsmotorik
Typ II: Bewegungsmotorik
-> muskelspezifische Kombinationen von Fasertypen
Der Typ der innervierenden Nervenfaser bestimmt den Typ der Skelettmuskelfaser
Muskelfasertypen:
Typ I
eigenschaften
Typ-I: rote Muskelfasern, Haltungsmotorik
– Myoglobin-reich (Sauerstoffspeicher) und viele Mitochondrien (ATP Bildung)
– Myosin-Typ I: niedrige ATPase Aktivität -> langsam (slow, S-Typ), ermüdungsresistent
Muskelfasertypen:
Typ II
eigenschaften
Typ II: Bewegungsmotorik
– Typ IIA: Myosin-Typ IIA, höhere ATPase Aktivität, viele Mitochondrien schneller, relativ ermüdungsresistent (FR-typ, fast-fatigue resistant)
– Typ IIB, weisse Muskelfasern: Myosin-Typ IIB, hohe ATPase Aktivität, reich an Glycogen, wenige Mitochondrien -> glykolytisch arbeitend, sehr schnell, aber auch schnell ermüdent (FF-Typ, fast fatigueable)
– im Menschen Myosin Typ IIX
Motorische Einheit
Anzahl fasern pro einheit bestimmt durch...
sprouting
Die von einer Nervenfaser innervierten Muskelfasern bilden eine motorische Einheit.
–> Alle Muskelfasern einer motorischen Einheit haben denselben Typ.
Die 'Feinheit' der vom Muskel erforderten Bewegungen bestimmt die Anzahl der Muskelfasern in einer motorischen Einheit.
–> Finger- und äussere Augenmuskeln: 100-300; M. gastrocnemius: ~2000
Die Muskelfasern einer motorischen Einheit bilden im Muskel keine morphologische Einheit, sondern vermischen sich mit den Muskelfasern anderer Einheiten.
Verliert eine Einheit ihre Innervation, z.B. duch eine Neuropathie, kann
diese von benachbarten Nervenfasern übernommen werden ('sprouting').
– Unterscheidet sich der Typ der ursprünglichen von der 'neuen' Innervation ändern auch die Muskelfasern ihren Typ.
– Wiederholt sich dieser Vorgang kommt es zum 'fibre-type grouping' innerhalb des Muskels, d.h. viele Muskelfasern gleichen Typs liegen beieinander.
Myogenese und Regeneration:
Enwicklung von Muskeln;
Myoblasten, Myotuben
Myogenesis is the formation of muscular tissue
"Aus mesenchymalen Muskelprogenitorzellen gehen unreife, mitotisch aktive Myoblasten hervor. Durch Fusion reifer Myoblasten entstehen lange, dünne Myotuben mit zentral gelegenen Kernketten. Die Myotuben reifen zu Muskelfasern."
- embryologisch aus dem paraxialen Mesoderm
- Myoblasten fusionieren zu Myotuben
– noch zentralständige Kerne
– Bildung des kontraktilen Apparats und Verdrängung der Kerne an den Rand der Muskelfasern
Myogenese und Regeneration:
Satellitenzellen
"Satellitenzellen sind ruhende Myoblasten und Stammzellen, die der reifen Muskelfaser innerhalb des Basalmembran-Schlauches eng anliegen. Sie stellen in ihrer Gesamtheit einen Zellvorrat dar, aus dem die reifen Muskelfasern (deren Kerne sich nicht mehr teilen) bei Bedarf zusätzliche Kerne erhalten. Die Satellitenzellen werden durch diverse Wachstumsfaktoren (z. B. IGF-1, S. 445) zur Proliferation angeregt, einige Tochterzellen fusionieren mit der Muskelfaser, einige kehren in den ruhenden Zustand zurück. Dieser Zugewinn an Kernen ist erforderlich, wenn die Muskelfaser sich vergrößert, sowohl beim normalen Wachstum als auch bei der durch Training bedingten Zunahme der Faserdicke (Hypertrophie). Wird ein Muskel nicht benutzt, so nimmt die Faserdicke aufgrund beschleunigten Proteinabbaus ab (Inaktivitätsatrophie), die Zahl der Satellitenzellen sinkt."
Satellitenzellen
– bleibende Myoblasten
– an die Muskelfasern angelagert; ~4% der sichtbaren Kerne
– in Standardfärbungen lichtmikroskopisch schlecht zu differenzieren
– gemeinsame Basallamina
– Regeneration der Muskelfaser bei Schädigungen -> Proliferation -> myogene Progenitoren -> Proliferation -> Fusion
– teils zentralständige Kerne bei regenerierten Muskelfasern
Herzmuskulatur:
"streifung"
grösse der Zellen
kern (lokalisation)
vaskularisierung
• quergestreifte Muskulatur
• grosse Zellen
– 10-20 x 40-100 μm; rel. gross im Vergleich zu anderen
Körperzellen, aber viel kleiner als Skelettmuskelfasern
– von Basalmembran umgeben
• verzweigt
• ein oder zwei zentralständige Kerne
• durch Glanzstreifen miteinander verbunden
• extrem gut vaskularisiert
– in Querschnitten ~2000 Kapillaren/mm2
Glanzstreifen
Disci intercalares, intercalated discs
Die Glanzstreifen sind Zellverbindungen zwischen den Herzmuskelzellen (Kardiomyozyten) desMyokards. Sie sind das Äquivalent zu den Z-Streifen der Skelettmuskulatur.
• mechanische Verbindung
– transversale Komponente der Glanzstreifen
– Zelladhäsion durch Fasciae adhaerentes und Desmosomen
– 'letzte Z-Linie' eines Sarkomers
• elektrische Verbindung
– longitudinale Komponente
– Reizleitung durch Nexus (gapjunctions)
– erhöhte Dichte von Ionenkanälen
-> erhöhte Erregbarkeit der Zellmembran
Herzmuskulatur:
Aufbau; vergleich Skelettmuskulatur/ Herzmuskulatur
• der Aufbau des kontraktilen Apparats entspricht fast vollständig dem der Skelettmuskulatur
– Myofilamente, Sarkomere, Myofibrillen
• lichtmikroskopische Erscheinung weniger regelmässig als bei der Skelettmuskulatur
– bedingt durch Verzweigungen der Muskelzellen, viele Mitochondrien zwischen den Myofibrillen, Lage des Kerns
• Unterschiede
– nur ein T-Tubulus/Sarkomer im Bereich der Z-Linie
– nur schwach ausgebildete terminale Zisternen des SR
Herzmuskel:
Erregung und reizleitung:
"myogen"
Sinusknoten und AV-Knoten
myogen = hergestellt aus Muskeln
- Den Herzrhythmus generierende und reizleitende Zellen sind modifizierte Muskelzellen
Sinusknoten: primärer Schrittmacher
Atrioventikularknoten (AV Knoten): sekundärer Schrittmacher
Herzmuskel:
Erregung und reizleitung:
Purkinje Fasern
Die Purkinje-Fasern bilden den letzten Abschnitt des Erregungsleitungssystems des Herzens.
Purkinje Fasern
– Reizleitung vom AV-Knoten ausgehend
– dicker als die Arbeitsmuskulatur (~30 μm)
-> höhere Leitungsgeschwindigkeit
– glykogenreich
– schmaler Mantel kontraktiler Fibrillen im peripheren Zytoplasma
– über Glanzstreifen mit der Arbeitsmuskulatur verbunden
Herzmuskel:
Wachstum und Regeneration
Auf eine erhöhte Belastung reagiert die Herzmuskulatur mit einer Hypertrophie der Muskelzellen.
– Zunahme der Grösse einzelner Zellen anstelle einer Zunahme der Zahl der Muskelzellen (Hyperplasie)
Herzmuskulatur kann nicht
regenerieren
– keine (? – zumindest zu wenige) den Satellitenzellen entsprechenden Zellen
– Ersatz des geschädigten Muskelgewebes durch eine Bindegewebsnarbe und Beeinträchtigung der Funktion (sekundäre Wundheilung)
– extrem aktives Forschungsgebiet
Myoendokrine Zellen des Herzens
'Nebenerwerb' von Muskelzellen
im endokrinen System
– sekretorische Vesikel
Glatte Muskulatur:
Zellgrösse
Zellkern (lokalisation)
• typisch spindelförmige Zellen
– variable Grösse: 1 x 10 μm (Arteriolen) bis 12 x 600 μm (Uterus bei Schwangerschaft)
– Myofibroblasten (Gefässe) auch teils verzweigt
– Myoepithelzellen teils stark verzweigt
• ein zentral platzierter Zellkern
– Zellorganellen oft im myofilamentfreien Zytoplasma über den Polen des Zellkerns; Basallamina
• typisch in Zellverbänden: Bündel oder Schichten glatter Muskulatur
– typisch ohne definierbares Epi- oder Perimysium
– auch als Einzelzellen
Glatte Muskulatur:
Kontraktiler Apparat
-> unterschiede zur quergestreiften Muskulatur
Elemente
• Serien von Aktin- und Myosinfilamenten als Grundlage der Kontraktion, aber...
• keine Sarkomere, keine T-Tubuli, kein spezialisiertes SR
–> d.h. auch keine Querstreifung
statt dessen
• Zisternen des SR und Kaveolen in Nähe der Zellmembran
• Anheftungsplaques (Vinculin, Talin) und zytoplasmatische Verdichtungen (Funktion wie Z-Scheiben)
• Myosin Typ SMII, viele Aktinfilamente (12-14:1 anstatt ~6:1), keine H-Bande, abgeflachte Filamente
• Intermediärfilamente: Desmin, Vimentin
Glatte Muskulatur:
Typen
multi-unit Typ
single-unit oder viszeraler Typ
Myofibroblasten
Glatte Muskulatur:
Multi-unit Typ:
eigenschaften
Vorkommen
– die einzelne Muskelzelle als funktionelle Einheit
– spezifische Innervation
– keine spontane Kontraktion
z.B. Ziliarmuskel (Akkomodation) & Mm dilatator pupillae & sphincter pupillae (Mydriasis & Miosis)
Glatte Muskulatur:
single-unit oder viszeraler Typ:
eigenschaften
Vorkommen
– mehrere, über gap-junctions miteinander verbundene Muskelzellen bilden eine funktionelle Einheit
– spontane Kontraktion bei z.B. Dehnung
z.B. Muskulatur des Verdauungstraktes, Wand anderer Hohlorgane
Glatte Muskulatur:
Myofibroblasten:
eigenschaften
– arbeiten als Muskelzellen und als Faser-bildende Fibroblasten
– ~glatte Muskulatur der Gefässe
– Synthese der elastischen und kollagenen Fasern in der Tunica media der Gefässwand
Glatte Muskulatur:
Wachstum und Regeneration:
Hypertrophie und Hyperplseie
- Treten wann auf?
Embryologischer ursprung
Hypertrophie und Hyperplasie
– Hypertrophie der Blasenmuskulatur bei
Vergrösserung der Prostata
– Hypertrophie bei Bluthochdruck
• auch altersbedingt
– Hyperplasie bei Arteriosklerose
embryologisch aus dem lokalen Mesoderm
Glatte Muskulatur:
Myoendokrine Zellen
'Nebenerwerb' von Muskelzellen
im endokrinen System
– sekretorische Vesikel