Muskelphysiologie


A. I.
Diese Lernkarten behandeln die Grundlagen der Muskelphysiologie auf Universitätsniveau. Sie konzentrieren sich auf die Mechanismen der Muskelkontraktion, die Rolle von ATP, Kalzium und Myosin, sowie die verschiedenen Arten von Muskelzellen und deren Funktionen. Die Karteikarten sind besonders nützlich für Medizinstudenten, die ein tiefes Verständnis der Muskelphysiologie und deren Anwendung in der Veterinärmedizin erlangen möchten.
Flashcards
53
Students
3
Language
German
Category
Medical
Level
University
Created / Updated
10.06.2016 / 31.05.2019

Flashcards

Titin

ermöglicht Rückkehr in Ursprungslänge nach Streckung, formt Fibrillen, grösstes Protein, an M- und Z-Platte befestigt, hält Sarkomer zusammen mit seiner Elastizität

Myomesin

bildet M-Linie (in Mitte des A-Bands, wo nur Myosin ist)

Alpha-actinin

Befestigung der Aktinfilamente an Z-Disk

Nebulin

Befestigung der Aktinfilamente in Sarkoplasma

Dystrophin

verfestigt Sarcolemma, hilft bei Spannungsübertragung v. Sarkomer zu Sehne

Myosin-cross-bridges

Verbindungen zwischen Aktin- und Myosinfilamenten, erlaubt Kontraktion und hält Struktur. Muss Myosinfilamente an Aktin binden und auch wieder lösen können, Vorgang von Binden, Lösen und wieder Binden=Kontraktionszyklus

 Kontraktionszyklus

Vorgang von Binden, Lösen und wieder Binden

Sliding filament theory

Filamente gleiten übereinander, dünne Filamente werden zu Sarkomer-Zentrum gezogen => Sarkomer verkürzt sich. Beugung=mehr Überlappung, Streckung weniger. Dabei binden Myosinköpfchen an Aktin und krümmen sich=> Aktin wird zu M-Linie gezogen. Dann löst sich Köpfchen wieder und Neustart. 

Eine Runde= power stroke, verkürzt um 1nm

durch Wiederholung Verkürzungen um bis zu 50%

Was braucht es für den Kontraktionszyklus

ATP als Energiequelle

Kalzium-Freisetzung im Sarkoplasmatischen Reticulum im Muskel

Signale von Motoneuronen für Muskelkontraktion: Aktionspotentiale und dann Freisetzung des Neurotransmitters Ach an der Neuromuskulären Synapse

ATP

tranportiert chemische Energie in Zellen für den Stoffwechsel

wenn es gebraucht wird (verstoffwechselt) dann wird es zurück zu seinem Vorgänger (ADP) verwandelt. 

Es entsteht durch ATP-Synthese, wird immer wieder recyclet

ATP bei Muskelkontraktion

  • ATP setzt an Myosinköpfchen an un d löst dieses von Aktinfilament=> so kehrt Myosinköpfchen in Ursprungsposition zurück.
  • es spaltet sich mit Hilfe von Magnesium in Pi und ADP, während dem ist Aktin und Myosin wieder nicht so eng aneiinander gebunden, nachher hingegen mehr.
  • Das Myosinköpfchen kann jetzt etwas höher greifen
  • Während sich ADP und Pi von dem Myosinköpfchen lösen findet der power stroke statt

Rigor mortis

Rigor mortis entsteht weil nach Tod kein ATP mehr zur Verfügung steht, dass die Myosinköpfchen von den Aktinfilamenten löst=> also bleiben alle Muskeln gleich

Lösung erst nach 8h bei Menschen (bei grossen Tieren länger) weil dann proteolytische Prozesse beginnen

Rolle von Kalzium bei Muskelkontraktion (Auslösung)

  • bei ruhenden Muskelzellen ist die Kalzium-Konzentration in Muskelzellen sehr tief (unter 10^-6), dann sind die Stellen an Aktin für die Myosinköpfchen blockiert
  • wenn Ca2+ zunimmt auf 10^-4 und höher binden 4 Ca2+ an ein Troponin C
  • Dies führt zu einer Konformationsänderung, die die Myosinbindungsstelle am Aktin freimachen
  • Kalzium geht zurück in das SR (sarkoplasmatisches Retikulum), das die Myofibrillen umgibt und die Verbindung zu den queren T-Tubuli herstellt (die bringen Aktionspotential)
  • Calzium ist ein second messenger
  • APT und Kalzium ist notwendig für Anspannung, nur ATP für Entspannung

Longitudinalsystem

Bestandteil von SR, besteht aus den Longitudinaltubuli und den Terminal cisternae. 

verbunden mit den Transversaltubuli

Kalziumspeicher

wenn es den nicht gäbe wäre Muskel ständig kontrahiert, weil immer viel Kalzium ausserhalb des SR wäre

  • zwischen Intrazellulärflüssigkeit und Sarkoplasma hoher Ca2+-Gradient (also in Zelle! nicht der Gradient gegen aussen gemeint hier)
  • Ca2+ ist in cistern von den SR gespeichert, diese liegen entlang der Z-lines vom Sarkomer
  • die Membran des SR hat eine Ca2+-Pumpe, die mit ATP angetrieben wird, um den hohen Gradienten zwischen SR und Intrazellulärflüssigkeit aufrecht zu erhalten.

twitch=Zuckung

von einem einzelnen Aktionspotential produziert, ermöglichen keine brauchbaren Bewegungen

Kontraktionssummierung oder Wellensummierung

ein Aktionspotential muss ankommen, bevor die Relaxationsphase beendigt ist kommt es zu einer zweiten, stärkeren Kontraktion. Das Zusammenzählen von einzelnen Zuckungen wird Kontraktionssummierung oder Wellensummierung genannt

Tetanus

wenn die Stimulierung des Muskels länger anhält entsteht Tetanus, die relative Spannung ist höher als die einer Einzelzuckung=> entsteht wenn Kalziumpumpe nicht in der Lage ist Ca zurück in das SR zu pumpen

Mindestfrequenz für Kontraktionen

eine Einzelzuckung dauert weniger als 20 msec, um also eine Summierung zu haben muss öfters als alle 20msec ein Stimulus kommen. Das ist bei 50 Stimuli pro Sekunde möglich=> Mindestfrequenz=50

Complete Tetanus

wenn die Stimuli so schnell nacheinander folgen, dass es zu gar keiner Relaxierung dazwischen mehr kommt, weil das SR zu wenig Zeit hat überhaupt Calciumione zurückzupumpen=> konstanter Muskelspannung. Passiert bei allen Muskelkontraktionen mit einigen Muskelfasern.

Einflüsse auf die Muskelkraft

1. Grösse der Muskelzelle

2. Anzahl der Motorischen Einheiten die aktiviert werden

3. Die Frequenz der stimuli

4. Beziehung zwischen Länge und Spannung

Was genau braucht ATP bei Muskelkontraktion?

Hydrolyse von ATP bei den Myosin-crossbridges

Ca2+ in SR retourpumpen, gegen Konzentrationsgradient

Wie kommt ATP in die Muskelzelle?

ATP kann nicht reingebracht wrden, sondern muss in der Zelle synthetisiert werden. 5 mikrom ATP/Muskelgramm reicht nur für 5-6s Kontraktion

2 Arten der Muskelfunktionen

1. Short term muscle function (high intensity, strength)

2. Long term muscle function (Power burst enzyme system)

Short term muscle funciton

Kreatinphosphat kann hochenergetisches Phosphat zu ADP machen mit der Kreatinphoshokinase

Creatinphosphat + ADP <=> Creatin + ATP

  • grosse, schnell brauchbare Reserve, es hat mehr Kreatinphosphat als ATP in Muskelzelle
  • braucht kein Sauerstoff
  • Produziert kein Laktat
  • reicht für 10-12s Arbeit

Long Term muscle function

Glycolyse:

  • anaerobe Spaltung von Glykose zu Pyruvat
  • wenig (2) ATP pro Glukosemolekül
  • Laktatproduktion
  • Reicht für insgesamt 60 sec Arbeit
  • Glukose gespeichert=Glykogen (100 mikrogramm glcuoseeinheiten pro Gramm protein)
  • Leistung ist limitiert durch den sinkenden pH im Sarkoplasma (=>Laktatbildung), Muskelermüdigung schützt vor Übersäuerung der Muskelzellen

Citruscycle: (Mit Sauerstoff, für Ausdauer)

  • Pyruvat kann mit genügend Sauerstoff statt zzu Laktat zu CO2 und H2O umgewandelt werden (Quellen sind Kohlenhydrate, Fette und Aminosäurenproteine)
  • Produziert viel ATP (36 pro Glukosemolekül)
  • geht aber langsam

Typ I Fasern

auch oxidativ, langsame, die roten.

haben viel Myoglobin drin (darum rot) (so viel Sauerstoff gespeichert)

um Stellung zu halten und für schnelle wiederholende Ausdauerbewegungen, verbrauchen am liebsten Fett

Typ II Fasern

schnelle oder glykolytische Fasern

hoher anaerober Stoffwechsel, für schnelle Geschwindigkeit oder Schnellkraft

Type IIa und Typ IIb gibt es noch

Typ IIa

hohes Vmax, aktivieren sich schnell aber sind Müdigkeitsresistent, können Glukose oder Fett als Energiespeicher nutzen, ist aber teuer. Für schnell wiederholende Bewegungen

 

Typ IIb

verkürzen sich sehr schnell und werden schnell müde. Sprinter und Gewichtheber, Vögel die zu Hause gehalten werden und nie fliegen (andere haben IIa)

Entwicklung der Muskelzellen ab Geburt

Anfangs sind alle Skelettmuskeln langsam. Mit der Zeit werden sie redifferenziert und schnelle fasern beginnen zu entstehen

Hitzeproduktion bei Muskelkontraktion

65-70% der Energie die von gestreiften Muskeln entsteht wird als Wärmeenergie verwendet, egal ob isometrische oder isotonische Kontraktion. Hängt von der Aktin-Myosin-Interaktion ab.

  • Aktivierungshitze ist am grössten
  • Relaxierungshitze gibts auch, wenn potentielle Energie freigesetzt wird
  • ERholungs Hitze kommt von Wiederauffüllung der Energiereserven

Peripherale fatigue

Weniger Kontraktionseffizienz, Grund: ·       Lange Anstrengungen bewirken Ansammlung von Produkten des Glykolytischen Stoffwechsels (Laktat), weil ATP nicht schnell genug aus Sauerstoff und Glykogendepot hergestellt werden kann

Central fatigue

bei noch härterem Training, die motorische Endplatte sendet nicht mehr so viele Potentiale weil der Ach-Speicher aufgebraucht ist. ein Schutzmechanismus

Herzmuskel und Herzmuskelzellen

Myocardium und cariomyocyten, einziger unwillentlicher gestreifter Muskel, sehr Müdigkeitsresistent, viele Mitochondrien, gute Sauerstoffversorgung, viel Myoglobin

myogenisch

heisst selbstständig, Herzmuskel kontrahiert sich ohne Elektrische Impulse vom ZNS

Glanzstreifen

enthalten Gap junctions zur Erregungübertragung und Desmosomen und fasciae adhaerentes für Stabilsation. => wenn eine Herzmuskelzelle sich kontrahiert machen es die andern auch

fibrillation

unkoordinierte Kontraktionen => Herzflimmern

Kontraktile Fasern

ähnlich wie Skelettmuskelfasern, viele Myofibrillen in einer Muskelzelle, Sarkomere, SR und T-Tubuli angebunden an Z-disk

Verbindungsfasern

Pacemakerfasern, kontrahieren nicht, funktionieren als Signal-Transmission (verbreiten elektrische Signale (AP))=> modulieren und koordinieren Kontraktionen

Study