Physio Rigo

a) dicke Filamente:

- ca 1,6 um lang, 12 nm dick

- Zusammenlagerung von ca 300 Myosinmolekülen

- das Myosinmolekül besteht aus 2 schweren und 4 leichten Ketten => alpha helikale Schwanzteile sind umeinander gewunden 

- Kopfteil entspricht der enzymatischen Domäne, kann ATP hydrolysieren ( zeigen zu den Aktinfilamenten und kann an diese binden) 

- bilden zuerst durch Dimerisierung und dann durch Polymerisierung die dicken Filamente

- sind an der M- Linie mit dem gegenüberliegenden Filament verbunden

b) dünne Filamente:

- ca. 10 nm dick

- ungefähr 400 G- Aktinmoleküle bilden einen Strang => 2 Stränge winden sich zu einer helicalen Struktur und bilden ein F- Aktin Filament

- besitzen eine Polarität (wichtig für Motorproteine)

- Polymerisierung erfolgt durch ATP, die Depolymerisierung wird durch Proteine verhindert 

- über alpha- Aktinin in den Z- Scheiben verankert

c) 3. Filamentsystem:

- besteht aus Titinsträngen => Strukturprotein, lagert sich von der M- Linie beginnend an die Myosinfilamente an

- ragen über diese hinaus und sind an der Z- Linie elastisch verankert => stabilisiert Sarkomere und positioniert die Myosinfilamente zu den Aktinfilamenten

=> ermöglicht passive Dehnung

- RMP: -85 mV => mehr leaky K+ Kanäle, schließen bei starker Depolarisation 

- schnelle Depol durch Na+- Kanäle, wenn die Schwelle erreicht würde => Repol. durch K+ Kanäle (spannungsabhänige)

=> elektrischer Reiz löst mechanische Antwort aus 

_____

Reize gelangen über A alpha Fasern zum Sarkolemm => motorische Endplatte  => Weiterleitung in beide Richtungen

=> K+ Konzentration in den T Tubuli steigt wegen dem kleinen Lumen schnellan => Repol. nicht nur K+ sondern auch CL-  abhängig

Permeabilität Cl- ist hoch und Triebkraft vorhanden da ic Cl- Konzentration sehr niedrig => verhindert, dass bei der Repol. die K+ Konzentration zu stark steigt

im T- Tubulus: L- Typ spannungsabhängige Calcium Kanäle => Dihydropyridin Rez ( 4 DHP Rez. bilden eine Einheit (Tetrade) => Pore

=> RyR1 sind mechanisch an die DHPR gebunden 

===> Depol muss nicht unbedingt DHP öffnen -> Konformationsänderung reicht aus -> wirkt mechanisch auf RyR1 

IN TRIADE CALCIUMKONZENTRATION : 10^-6 mol

 dauerhafte Repol. -> RMP wiederhergestellt, wenn sich RyR1 und DHP schließen

- Calciumfreisetzung stoppt

- Abbau der intrazellulären Calciumkonzentration durch

1. PMCA, NCX -> in ec Raum

2. SR Rücktransport durch SERCA

3. Calsequestrin, Calicumpufferprotein -> über SR Membranproteine in SR übermittelt

- Tropomyosin bedeckt die Myosinbindungsstelle des F Aktins

- Querbrückenzyklus stoppt

- originale Sarkomerlänge wird wieder hergestellt

1. Einzelzuckung:

- wird die Kontraktion einer motorischen Einheit der Skelettmuskulatur durch ein einzelnes AP ausgelöst, so spricht man von einer Einzelzuckung

- beim Skelettmuskel ist die Amplitude der Einzelzuckung praktisch const., da jedes AP des MN zu einer Erregung aller Muskelfasern einer motorisschen Einheit führt und jede Faser bei Erregung praktisch immer mit gleicher Kontraktionsamplitude antwortet => entsprechend zeigt der Skelettmuskel sowohl für Einzelfasern als auch motorische Einheiten ein Alles- oder - nichts Verhalten

=> bei einer Einzelzuckung werden verschiedene Abschnitte unterschieden:

a) Latenzzeit: Zeit zweischen Beginn des APs und Beginn der Kontraktion (20 ms) 

b) Gipfelzeit: Zeit, in der die aktive Kraft, bzw die aktive Verkürzung ihre Maxima erreicht

c) Erschlaffungszeit: von Maximum bis vollständige Erschlaffung

außerdem unterscheidet man zwischen:

1. schnellen Muskelfasern: besitzen deutlich weniger Myoglobin und exprimieren schnelle Myosinisoformen => kurze aber schnelle Krafteinwirkungen pro ATP

2. langsame Muskelfasern: sind reich an Myoglobin und exprimieren langsame Myosinformen => langsame lange Krafteinwirkung bei realtiv geringem ATP Verbrauch 

- ein einzelnes Ap führt im Skelettmuskel zu einer Einzelzuckung

- da AP des Skelettmuskels ist viel kürzer ( weniger ms) als die mechanische Antwort ( 50-500 ms), sodass noch während einer Einzelzuckung ein weiteres AP ausgelöst werden kann

- ist der Abstand zwischen 2 APs kleiner als die Dauer einer Einzelzuckung, kommt es durch Überlagerung => SUPERPOSITION zu einer Vergrößerung mechan. Antwort

- Serien von Aps führen zu lang anhaltenden mech. Antworten, die in Abhängigkeit von der AP- Frequenz noch Schwankungen im Reiztakt zeigen => unvollständige tetanische Kontraktion

- wird Abstand zwischen aufeinanderfolgenden Aps kleiner als 1/3 => Verschmelzungsfrequenz => vollständige tetanische Kontraktion

=> ca. 5 Hz: Einzelzuckung

=> ca. 10 Hz: inkompletter Tetanus

=> ca. 40 Hz: kompletter Tetanus

klinisch: Wundstarrkrampf -> bakterielle Tetanotoxie

_____

Tetanie: unwillkürliche Muskelkontraktion durch meist Hypokalämie => AP kann leichter ausgelöst werden (Na+) => spontanes Enstehen

- praktisch alle Bewegungen unseres Körpers stellen eine Kombi von isotonischen und isometrischen Kontraktionen dar

- max. Kraft und Geschwindigkeit einer Kontraktion hängen stark von den Ausgangsbedingungen ab

- am effizientesten arbeitet ein Muskel unter Teillast

- der Energiebedarf eines arbeitenden Muskels wird mit ATP gedeckt => dauerhafte Muskelarbeit ist nur mit sauerstoffabhängiger ATP- Bildung möglich

Kontraktionsformen:

a) isometrische Kontraktion

- Muskelursprung und Muskelansatz sind fest verankert, sodass sich die Muskellänge bei einer Kontraktion nicht verändert

b) isotonische Kontraktion

- Muskel ist nur am Ursprung befestigt und kann ein an seinem freien Ende befestigtes Gewicht anheben

=> rein isometrisch/ isotonische Kontraktionen kommen unter physiologischen Bedingungen jedoch praktisch nicht vor => Muskelbewegungen sind meist Kombi aus beiden : auxotonische Kontraktion ( sowohl Kraft als auch Länge verändern sich)

- wird ein entspannter Muskel passiv in die Länge gezogen, steigt die aufzuwendende Kraft mit zunehmender Dehnung exponentiell an bis zu einem Maximum

- würde der Muskel jetzt noch weiter gedehnt werden => Zerreißen

- der Verlauf der Ruhedehnungskurve spiegelt die elastischen Eigenschaften des Skelettmuskels wider

- von jedem Punkt der Kurve aus kann der Muskel zu einer max.. isotonischen bzw isometrischen Kontraktion stimuliert werden

- die Differenz zwischen den Kurven der isotonischen bzw isometrischen Maxima und der Ruhedehnungskurve entspricht dabei jeweils der aktiv durch Filamentgleiten entwickelten Muskelspannung

=> bei max Dehnung kann man praktisch keine aktive Muskelspannung mehr entwickeln

ATP dient als Energiequelle, wird am Myosinkopf hydrolisiert => 3 Mechanismen regenerieren sehr schnell ATP

1. ATP Puffer:

- Kreatin- Phosphat dient hier als Speicherform

- Lohmann Reaktion: anaerob, alaktizid ( weder O2 noch Laktat werden benötigt)

-> Kreatinphosphat + ADP <-> Kreatin + ATP (m.h. Kreatinkinase) => schnell umsetzbar 

2. aerober Weg:

- mit Sauerstoff, langsam aber sehr effizient => 30 Mol ATP/ Mol Glucose => oxidative Phosphorylierung => Verwertung energiereicher Elektroenen in der Atmungskette

- beginnt erst 30-60 sek nach Beginn der Belastung

- über lange Zeit aktiv

- steady state => wenn Syntheserate und Hydrolyserate gleich sind

3. anaerober Weg:

- ohne Sauerstoff, sehr schnell, aber Glucose nur sehr ineffizient abgebaut ( 2-3 Mol/ ATP pro Mol Glucose) => stammt v.a. vom Glykogenabbau

- nur für kurze Zeit => Lactatanhäufung führt zu metabolischer Azidose ( Milchsäuregärung nötig, um Redoxäquivalente zu regenerieren)

3. aerober Weg:

- mit Sauerstoff, langsam aber sehr effizient => 30 Mol ATP/ Mol Glucose => oxidative Phosphorylierung => Verwertung energiereicher Elektroenen in der Atmungskette

- beginnt erst 30-60 sek nach Beginn der Belastung

- über lange Zeit aktiv

- steady state => wenn Syntheserate und Hydrolyserate gleich sind

1. Körpertemperatur steigt -> bis zu 38 Grad

2. Senkung des Blut PHs: durch Lactat -> z.B. 7,2 ( von 1 mM auf 10 mM) => Lactat und H+ werden gemeinsam entfernt ( nur bei Überschreiten der Dauerleistungsgrenze)

3. extrazellulärer Kaliumanstieg: durch viele Aps => da Natrium Kalium Atpase nicht schnell genug arbeitet => kann zu Herzarrythmien kommen 

- besteht aus einkernigen, spindelförmigen Zellen

- Zellkerne liegen im Zentrum

- Durchmesser: 5- 10um, Länge: 100 um

- enthalten sogenannte Minisarcomere ( durch dense bodies begrenzt => enthalten alpha- aktinin -> bilden el. Zytoskelett, mit ec Bindegewebe verbunden) -> sind unregelmäßig zueinander angeordnet, daher ist keine Querstreifung sichtbar: können in alle Richtungen kontrahieren

- die Aktinfilamente ähneln denen der quergestreiften Muskulatur, aber sind viel länger => Tropomyosin ist an die Helices angelagert ( zudem sind mehr Aktinfilamente um die Myosinfilamente angelagert)

- kein Titin

- enthalten kein Troponin => stattdessen Caldesmon, Calponin und Calmodulin

- Myosinisoform ist viel länger als bei quergestreifter => sind antiparallel angeordnet -> an den schweren Ketten des Hebelarms sind weitere regulatorishe leichte Ketten zu finden => kann durch Phosphorylierung reguliert werden 

=> durch Calmodulin abhängiges Enzym : MLC20- Phosphorylierung => regulatorische leichte Kette

- Gleitfilamenttheorie: durch höhere Länge der Filamente : Überlappung weniger stark => größerer aktiver Längenbereich 

- zudem mehr Myosinköpfe an den Filamenten, görßere Kraft pro Querschnitt als Skelettmuskulatur

- ähnlich zu Skelettmuskulaltur, besitzt aber Besonderheiten:

-> hohe ADP Affinität => verzögert die Abspaltung => trägt länger zur aktiven Kraft bei => zusätzliche Umlagerung des Hebelarms

-> ATPumsatz 100-1000 fach langsamer als in Skelettmuskeln => gleichzeitig ist die Kontraktionsgeschwindigkeit viel geringer => bei geringerem ATP Verbrauch lange anhaltende Kraft möglich

abhängig von Kontraktionsdauer:

1. phasisch:

- überwiegend elektromechanisch gesteuert: kurzer Stimulus erzeugt Calcium Einstrom => erzeugt eine kurze Krafteinwirkung von ungefähr 3s 
=> Calcium abhängig und sehr ATP aufwendig

2. tonisch:

- vor allem pharmakomechanisch gesteuert -> langer Stimulus erzeugt Calcium Einstrom -> Calcium intrazellulär sinkt wieder und bleibt aber auf einem Hintergrundniveau erhalten

- auch dann steigt Muskelkraft weiter => stagniert erst bei hohem steady state => wenig ATP nötig

=> zufällige Dephosphorylierung von Aktin gebunden MLC20 verlangsamt die Dissoziation => als Verriegelung bezeichnet

- sind ähnlich der Herzmuskelzellen mit benachbarten Zellen über gap junctions verbunden => funktionelles Synthitium

- besitzen eigene Schrittmacherzellen => rhythmische Aktivität ( über veg. Nervensystem und Dehnung modeliert)

- treten fast überall auf

- aktive Entspannung ist möglich

- Membranpot. schwankt ( spontane Schwankungen der Schrittmacherzellen)

=> myogener Tonus

- können unabhängig voneinander wirken, nicht untereinander verbunden

- meist keine spontane Aktivität und unempfindlich für Dehnung

- durch zahlreiche veg. Nerven innerviert, welche aus Varikositäten erregende und hemmende NT freisetzen => neurogener Tonus

- ähnlich der quergestreiften Muskulatur:

- sehr selten:

=> INNERE AUGENMUSKELN

=> M. ARRECTOR PILLI

=> VAS DEFFERENS

=> GROSSE GEFÄSSE

- viskoelastisches Verhalten bei Dehnung, nur zeitweise Rückstellkraft => anschließend Dehnung bleibt erhalten bis akt. Verkürzung den Grundzustand wieder herstellt => plastisches Verhalten

Fördert Wachheit

Hemmt Müdigkeit

- locus caeruleus: NA Projektion 

-Raphekerne: serotoninerge Projektionen 

-ncl tuberomamillaris: histaminerge projektion 

Fördert Wachheit

Hemmt Müdigkeit

-NT : Orexin (Hypocretin)

Hemmt Wachzustand 

Fördert Müdigkeit und schlaf

- hemmt die aktivierenden Systeme

- NT : GABA und Galanin 

a) homeostatisch

- Verhältnisse zwischen Schlsf und Wach -> stabil 

- ist also abhängig von der Aktivität ( wenn hohe Aktivität dann ist schlaf auch hoch )

- durch Adenosin: wird bei hoher Aktivität der Neuronen frei -> stimuliert VLPO (hemmt RAS  und hinteren lateralem Hypothalamus -> Schlsfzustsnd wird stabilisiert

b) circadian:

- entspricht dem Tagesrhythmus 

-das primäre Zentrum ist der ncl. Suprachiasmaticus (zentrale Uhr) des hypothalamus 

=> dieser wird über die Retina durch dunkel/ hell Zyklen beeinflusst (Melanopsinhaltige Ganglienzellen 

- dort wird der Rhythmus hauptsächlich reguliert

- wichtig zum Beispiel im endokrinen System oder bei der Thermoregulation und auch im Stoffwechsel 

- hohe Produktion bei Dunkelheit 

- gering bei Helligkeit

- besitzt Rezeptoren in verschiedenen Geweben und im SCN => kann bei rhythmisch bedingten Schlsfstörungen als Schlsfmkttel verwendet werden 

 Aber sehr viele in vielen verschiedenen Organen => Wirkungen sind nicut genau bekannt 

1. Genitalienentwicklung

2. sekundär männliche Geschlechtsmerkmale

3. Talgdrüsen

1. Männliche Orientierung, Sexualverhalten (ZNS), permissiv für normale Libido

2. Spermatogenese ( hilft Spermienreifung)

3. Osteoblastproliferation (aber Schließung der Epiphysenfugen) -> stoppt Längenwachstum; erhält Knochendichte aufrecht

4. negatives Feedback auf LH

1. Lipido, sexueller Antrieb

2. Entwicklung der Genitalien, Uterusmuskulatur

3. Sekundäre weibliche Geschlechtwsmerkmale

4. Brustkanalentwicklung

5. Proliferation des Endometriums in der Follikulärphase

6. Uterusmuskulatur: Oxytozinrezeptoranzahl steigt

7. Progesteronrezeptoranzahl steigt

8. cervicales Sekret: mehr, dünnflüssiger, mit kurzen Fettsäuren

9. Tuba uterina Motilität steigt

10. Negatives Feedback auf FSH, aber: andauernde hohe Konzentration von E2 führt zum positiven Feedback auf FSH und LH

11. PRL Spiegel steigt, laktierende Wirkung von PRL aber gehemmt ( nur Brustalveolenentwicklung)

12. Knochenwirkungen: wie bei Testosteron! + OPG Spiegel steigt -> Osteoclast sinkt -> Mineraliengehalt steigt (s. postmenopausale Osteoporose)

13. Kardioprotektive WIrkungen (eNos steigt, LDL sinkt, HDL steigt)

14. Veränderung vom Leberstoffwechsel ( Antithrombinproduktion der Leber sinkt, erhöhtes Risiko einer Thrombose, Angiotensinogen steigt, Transportproteine der Hormone steigen)

15. Mitogen, erhöht Krebsrisiko (Brust und Uterus)

1. Östrogenrezeptoranzahl sinkt

2. Endometrium secretionis: Hemmung der Mitosen, Reifung/ Differenzierung der Zellen, Drüsenaktivität ( VOrbereitung auf Einbettung)

3. Kapazitation von Spermien

4. negatives Feedback auf GnRH/LH, hemmt somit das LH- FSH- Surge

5. Aufrechterhaltung der Schwangerschaft, durch:

- E2- Rezeptoranzahl sinkt

-Alpha 1 Rezept. sinkt

- Spannungsabh. Ca2+- Kanäle sinken

- gap junctions sinken

- Oxytozinrezeptoren sinken

- Hemmung der Immunantwort auf den Fetus 

- stimuliert die Deziduareaktion des Endometriums -> Vorbereitung auf Implantation

- hemmt Kontraktion des Uterus

- hemmt Laktation während Schwangerschaft

=> Schwangerschaft unterstützen, Geburt vorbereiten, aber die Geburt selbst vorbeugen

6. Brustalveolenentwicklung

7. Fördert die Zelldifferenzierung, wirkt Östradiol bei der Krebsrisikoerhöhung entgegen (Pille)

=> P4 ist ein Cortisol- Rezeptor- Antagonist

(rhythmische PRL Sekretion entsteht durch frequenzierte Stimulation der Brustwarze)

1. Brustentwicklung und Alveolensystementwicklung (zusammen mit P4)

2. dient der EInleitung und AUfrechterhaltung der Laktation

3. konzeptive Wirkung ( auch im Mann): wegen 4.

4. PRL hemmt GnRH -> TRH stimuliert PRL- Sekretion -> bei Hypothyreose T3/T4 sinken -> neg. Feedback auf TRH fehlt => TRH steigt

5. psychisch: fördert Muttergefühle

6. D3 Synergist im Darm

vor Geburt( stark eingeschränkt): im Uterus über Gq

1. Kontraktion der Myoepithelzellen der Milchdrüsen

2. Kontraktion der Uteruswandmuskulatur

3. psychische Einflüsse

1. stimuliert die P4- und E2- Synthese im 1/3 der Schwangerschaft über seine Wirkungen an LH- Rezeptoren ( obwohl LH und FSH eigentlich unverändert sind)

2. stimuliert fetale Leydig- Zellen des fetalen Hodens -> Testosteron steigt

3. stimuliert fetale NNR -> DHEA(S) steigt ( daraus werden in der Plazenta ÖStrogene gebildet)

4. autokriner Growth factor, welcher die Trophoblasten und Plazentareifung fördert

5. hemmt indirekt die FSH und LH Freisetzung -> wichtig, da hohe LH/FSH die Menstruation einleiten würden

HCG ALS SCHWANGERSCHAFTSTEST: NUR DIE BETA- KETTE IST SPEZIFISCH, IM HARN ODER BLUT, IM HARN: CA. 14 TAGE NACH BEFRUCHTUNG (VOR ALLEM MORGENS), IM PLASMA: 7-10 TAGE NACH BEFRUCHTUNG

CRH (plazental) -> ACTH -> Cortisol ( während Schwangerschaft veränderte Rückkopplungsmechanismen -> keine Hemmung auf CRH)

entsteht am Ende der Schwangerschaft in der fetalen NNR: wichtig für Reifung des Fetus

1. Pneumozyten Typ 2 Reifung -> Surfactant

2. Schließen des ductus arteriosus Botalli

3. Auffüllen der Glykogenspeicher (wichtig, da bei Geburt vorübergehend wenig Sauerstoff zur Verfügung steht)

Produkt: Gastrin

Wo?: Magen, Duodenum

Reiz für Sekretion: nervus vagus, enterale Efferenzen, Noradrenalin über beta2- Rez., Aminosäuren im Magen

Rezeptoren:CCK2 (Gq)

Wirkung: 

1. Magen Salzsäuresekretion steigt

2. Magenmotilität steigt

3. trophische Wirkung (= Zellteilung) steigt

Produkt: CCK

Wo?: Duodenum, Anfang Jejunum

Reiz für Sekretion:Aminosäure, Fettsäure in Dünndarm

Rezeptoren:CCK1 (Gq)

Wirkung:

1. Gallenentleerung steigt

2. Insulinsekretion steigt 

3. Magenentleerung sinkt

4. Sättigungsgefühl

Produkt: Somatostatin

Wo?: Pankreas, Dünndarm

Reiz für Sekretion: PH<2,3, n.vagus, M3-Ach- Rez., CCK

Rezeptoren:Somatostatin- Rez. (Gi)

Wirkung:

1. allgemeine Hemmung z.b. G-Zellen, Belegzellen

Produkt: Histamin

Wo?: Antrum

Reiz für Sekretion: PACAP, CCK, Gastrin

Rezeptoren: H2-Rez (Gs)

Wirkung: Magen Salzsäuresekretion steigt

Produkt: Sekretin

Wo?: Duodenum, Anfang Jejunum

Reiz für Sekretion: Salzsäure im Dünndarm

Rezeptoren: Sekretin- Rez. (Gs)

Wirkung:

1. HCO3- Sekretion in Gangepithelzellen (Pankreas)

2. potenziert den Effekt von CCK an Pankreas Azinuszellen

Produkt: GLP-1, GLP-2

Wo?: Ileum

Reiz für Sekretion: Kohlenhydrate, Proteine, Lipide im DÜnndarm

Rezeptoren:-

Wirkung:

1. Insulinsekretion steigt

2. Glukagonsekretion sinkt

3. Magensaftsekretion

4. Magenmotilität sinkt

Produkt: GIP

Wo?: Duodenum, Jejunum

Reiz für Sekretion: Duodenum Glucosekonzentration steigt

Rezeptoren: GIP- Rez. (beta- Zellen Pankreas)

Wirkung: Insulinsekretion steigt

Produkt: Ghrelin

Wo?: Magen, Duodenum, Jejunum

Reiz für Sekretion: Nüchternzustand

Rezeptoren: GHS- Rez.

Wirkung: Hungergefühl ( WIrkung im Ncl. arcuatus)

Produkt: Motilin

Wo?: Dünndarm

Reiz für Sekretion: -

Rezeptoren: -

Wirkung: Magenmotilität steigt

- mehr als die Hälfte der Region dient zur Kontrolle der Handmuskeln und solcher, welche beim Sprechen benutzt werden

- meist werden durch Neuronen ganze Bewegungsmuster kontrolliert

- seltener innervieren Neuronen einzelne Muskeln => nur bei sehr feinen Bewegungen

=> tractus corticospinalis

- Somatotropie ähnlich zu M1

- steuert ein komplexes Beweegungsmuster => dient zur komplexen V erarbeitung der Bewegungsprogramme

- besitzt direkte und indirekte (Thalamus & Basalganglien) Verbindungen zu M1

- enthält sogenannte Mirror Neuronen: werden schon beim Beobachten von Bewegungen aktiv => dabei müssen keine Bewegungen ausgeführt werden; Rolle beim Lernen;