Physiologie: Glatter Muskel
Physiologie: Glatter Muskel: Struktur, Typen, Eigenschaften, Kontraktion/Relaxion, Querbrückenzyklus, Rolle des Calciums, Calcium Sensitivierung/Desensitivierung, Myogener Tonus
Physiologie: Glatter Muskel: Struktur, Typen, Eigenschaften, Kontraktion/Relaxion, Querbrückenzyklus, Rolle des Calciums, Calcium Sensitivierung/Desensitivierung, Myogener Tonus
Spezifische Eigenschaften der glatten Muskulatur?
- Geringer ATP-Verbrauch (20 - 400x kleiner als Skelettmuskel)
- “Plastizität” → “Ruhezustand” gestreckt oder entspannt;
- Kontraktion: Dauer: 1-3 s (Bereich: 0.2-30 s), lang anhaltend; Delay: 50-100 ms; langsame chem. Reaktionen.
- Zellen: Spindelförmig (l = 30-800 μm, d = 2-10 μm); Synthese von Kollagen, Elastin, Laminin, Proteoglykane (Bindegewebe, extrazelluläre Matrix);
- keine T-Tubuli; SR submembranär;
Eigenschaften des Cytoskeletts der glatten Muskulatur
Cytoskelett: Intermediärfilamente, dense bodies (‘Z-Scheiben’); Aktin-/Myosinfilamente in Bündeln angeordnet (15:1); keine Querstreifung
- Aktinfilamente: Aktin, Tropomyosin, Caldesmon, Calponin, • Calmodulin - Ca2+ Sensor
- Myosinfilamente: wie quergestreifte Muskulatur;
- Evidenz für Gleitfilamentmechanismus;
Wie wird die glatte Muskulatur Koordiniert/Moduliert?
Koordination/Modulation der Funktion durch neuronale (vegetatives NS), humorale u. lokale Faktoren; erzeugt Kräfte und Bewegungen innerer Organe (Hohlorgane z.B. Verdauungstrakt, Widerstandsgefässe)
Welche Muskeltypen gibt es?
- Multi-Unit:
- Einzelzellen. Neurogene Aktivierung; vegetative Innervation, Hormone. Bsp.: Irismuskel, Ziliarmuskel.
- Single-Unit:
- Zellen bilden via Gap Junctions funktionellen Einheiten. Myogene Aktivierung; Modulation via Wirkstoffe (Hormone, vegetative NS). Autorhythmie. Bsp.: Darm, Uterus, Ureter.
Wie verläuft die Auto-Rhythmie (z.B. Verdauungstrakt)?
- Spannungsabhängige Ca2+-Kanäle öffnen sich
- Es gibt ein AP Spike
- Ca2+-Influx erhöht die interne Ca2+-Konzentration
- Öffnung Ca2+-abhängiger K+-Kanälen
- Dies führt zur Hyperpolarisation
- Die spannungsabhängigen Ca2+-Kanäle schliessen sich, die intrazelluläre Ca2+-Konzentration sinkt.
- Ca2+-abhängiger K+-Kanälen schliessen sich
Das Ruhepotential der glatten Muskulatur?
Instabil, spontane Änderungen bzw. Oszillationen, Spannungsbereich:-60bis-40mV;PK :PCl :PNa =6:4:1
Das Aktionspotential der glatten Muskulatur?
- Spike-Typ: 10 - 50 ms; overshoot,
- Plateau-Typ: 100 - 300 ms;
- Mechanismus:
- Depolarisation: ICa-L ↑ ,
- Repolarisation: IK ↑
AP-Auslösung und Schrittmacher?
AP-Auslösung: neurogen (Transmitter), myogen (Schrittmacher), Dehnung, Hormone
Schrittmacher: Langsame Depolarisation, Mechanismus: spannungsabhängige Kanäle (INa, IK, ICa).
Wie wird der Querbrückenzyklus beim glattner Muskel reguliert?
Kontrolle des Querbrückenzyklus durch Phosphorylierung / Dephosphorylierung der regulatorischen leichten Myosinkette (MLC) durch MLCK / MLCP
Wie ist der Mechanismus des Querbrückenzykluses im glatten Muskel?
- Ca2+ Sensor in Cytoplasma Calmodulin ([Ca2+]i > 100 nM) Bindung von 4 Ca2+ Ionen ➜ Aktivierung MLCK ➜ Phosphorylierung der MLC (Myosinkopf) ➜ Aktivierung Querbrückenzyklus;
- ↑ Phosphorylierung der leichten Myosinkette ➜ ↑ Kontraktion;
- ↓ ([Ca2+]i ➜ Dephosphorylierung der MLC (via MLCP) ➜ Relaxation;
Mechanismen zur Auslösung von Kontraktion und Relaxation im glatten Muskel?
Die für die Kontraktion notwendige intrazelluläre Ca2+ Konzentrationserhöhung kann im glatten Muskel durch verschiedene intrazellulare Signalwege oder Ca2+ Influx-Mechanismen erreicht werden - das ist im Gegensatz zum Herzmuskel oder Skelettmuskel wo es nur einen Mechnismus zur intrazellulären Ca2+ Erhöhung gibt!
- Aktivierung
- Spannungsgesteuerte Ca2+-Kanäle
- Via α1-Rezeptor (Noradrenalin >> Adrenalin) -> Phospholipase C -> IP3 -> Öffnung IP3R des SR, Ca-Freisetzung
- Relaxation
- Ca2+-ATPase
- 3Na+-Ca2+-Austauscher
- β2-Rezeptor (Adrenalin >> Noradrenalin) = -> Adenylcyclase -> cAMP -> Proteinkinase A -> Ca ins SR
Tonusänderung im glatten Muskel durch Ca2+ Sensitivierung/Desensitivierung des kontraktilen Apparates (allgemein)
Die Aktivität der MLCK u. MLCP wird durch intrazelluläre Signalwege moduliert. Durch MLCK/ MLCP wird die Sensitivität des kontraktilen Apparates bezüglich des trigger Ca2+ verändert, d.h. bei einer vorliegenden Ca2+ Konzentartion kann die resultierende Kontraktion schwächer oder stärker ausfallen abhängig von der MLCK/MLCP Aktivität.
Tonesänderungen im glatten Muskulatur durch Ca2+ Desensitivierung?
Desensitivierung von Ca2+(Tonus runter, Myosin-LC-Phosphorylierung runter) durch
- β2-Rezeptor: -> Adenylcyclase -> cAMP -> Proteinkinase A -> Inhibation MLCK
- NO -> Guanylylcyclase -> cGMP -> Proteinkinase G -> Aktivierung MLCP
Tonesänderungen im glatten Muskulatur durch Ca2+ Sensitivierung?
Sensitivierung (Tonus hoch; Myosin-LC-Phosphorylierung hoch) durch:
- α1- Rezeptor -> Phospholipase C -> DG -> Proteinkinase C -> Hemmung MLCP
- Ligandengesteuerter Rezeptor -> Rho -> Roh-Kinase -> Hemmung MLCP
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Spezifische Eigenschaften der glatten Muskulatur?
- Geringer ATP-Verbrauch (20 - 400x kleiner als Skelettmuskel)
- “Plastizität” → “Ruhezustand” gestreckt oder entspannt;
- Kontraktion: Dauer: 1-3 s (Bereich: 0.2-30 s), lang anhaltend; Delay: 50-100 ms; langsame chem. Reaktionen.
- Zellen: Spindelförmig (l = 30-800 μm, d = 2-10 μm); Synthese von Kollagen, Elastin, Laminin, Proteoglykane (Bindegewebe, extrazelluläre Matrix);
- keine T-Tubuli; SR submembranär;
Eigenschaften des Cytoskeletts der glatten Muskulatur
Cytoskelett: Intermediärfilamente, dense bodies (‘Z-Scheiben’); Aktin-/Myosinfilamente in Bündeln angeordnet (15:1); keine Querstreifung
- Aktinfilamente: Aktin, Tropomyosin, Caldesmon, Calponin, • Calmodulin - Ca2+ Sensor
- Myosinfilamente: wie quergestreifte Muskulatur;
- Evidenz für Gleitfilamentmechanismus;
Wie wird die glatte Muskulatur Koordiniert/Moduliert?
Koordination/Modulation der Funktion durch neuronale (vegetatives NS), humorale u. lokale Faktoren; erzeugt Kräfte und Bewegungen innerer Organe (Hohlorgane z.B. Verdauungstrakt, Widerstandsgefässe)
Welche Muskeltypen gibt es?
- Multi-Unit:
- Einzelzellen. Neurogene Aktivierung; vegetative Innervation, Hormone. Bsp.: Irismuskel, Ziliarmuskel.
- Single-Unit:
- Zellen bilden via Gap Junctions funktionellen Einheiten. Myogene Aktivierung; Modulation via Wirkstoffe (Hormone, vegetative NS). Autorhythmie. Bsp.: Darm, Uterus, Ureter.
Wie verläuft die Auto-Rhythmie (z.B. Verdauungstrakt)?
- Spannungsabhängige Ca2+-Kanäle öffnen sich
- Es gibt ein AP Spike
- Ca2+-Influx erhöht die interne Ca2+-Konzentration
- Öffnung Ca2+-abhängiger K+-Kanälen
- Dies führt zur Hyperpolarisation
- Die spannungsabhängigen Ca2+-Kanäle schliessen sich, die intrazelluläre Ca2+-Konzentration sinkt.
- Ca2+-abhängiger K+-Kanälen schliessen sich
Das Ruhepotential der glatten Muskulatur?
Instabil, spontane Änderungen bzw. Oszillationen, Spannungsbereich:-60bis-40mV;PK :PCl :PNa =6:4:1
Das Aktionspotential der glatten Muskulatur?
- Spike-Typ: 10 - 50 ms; overshoot,
- Plateau-Typ: 100 - 300 ms;
- Mechanismus:
- Depolarisation: ICa-L ↑ ,
- Repolarisation: IK ↑
AP-Auslösung und Schrittmacher?
AP-Auslösung: neurogen (Transmitter), myogen (Schrittmacher), Dehnung, Hormone
Schrittmacher: Langsame Depolarisation, Mechanismus: spannungsabhängige Kanäle (INa, IK, ICa).
Wie wird der Querbrückenzyklus beim glattner Muskel reguliert?
Kontrolle des Querbrückenzyklus durch Phosphorylierung / Dephosphorylierung der regulatorischen leichten Myosinkette (MLC) durch MLCK / MLCP
Wie ist der Mechanismus des Querbrückenzykluses im glatten Muskel?
- Ca2+ Sensor in Cytoplasma Calmodulin ([Ca2+]i > 100 nM) Bindung von 4 Ca2+ Ionen ➜ Aktivierung MLCK ➜ Phosphorylierung der MLC (Myosinkopf) ➜ Aktivierung Querbrückenzyklus;
- ↑ Phosphorylierung der leichten Myosinkette ➜ ↑ Kontraktion;
- ↓ ([Ca2+]i ➜ Dephosphorylierung der MLC (via MLCP) ➜ Relaxation;
Mechanismen zur Auslösung von Kontraktion und Relaxation im glatten Muskel?
Die für die Kontraktion notwendige intrazelluläre Ca2+ Konzentrationserhöhung kann im glatten Muskel durch verschiedene intrazellulare Signalwege oder Ca2+ Influx-Mechanismen erreicht werden - das ist im Gegensatz zum Herzmuskel oder Skelettmuskel wo es nur einen Mechnismus zur intrazellulären Ca2+ Erhöhung gibt!
- Aktivierung
- Spannungsgesteuerte Ca2+-Kanäle
- Via α1-Rezeptor (Noradrenalin >> Adrenalin) -> Phospholipase C -> IP3 -> Öffnung IP3R des SR, Ca-Freisetzung
- Relaxation
- Ca2+-ATPase
- 3Na+-Ca2+-Austauscher
- β2-Rezeptor (Adrenalin >> Noradrenalin) = -> Adenylcyclase -> cAMP -> Proteinkinase A -> Ca ins SR
Tonusänderung im glatten Muskel durch Ca2+ Sensitivierung/Desensitivierung des kontraktilen Apparates (allgemein)
Die Aktivität der MLCK u. MLCP wird durch intrazelluläre Signalwege moduliert. Durch MLCK/ MLCP wird die Sensitivität des kontraktilen Apparates bezüglich des trigger Ca2+ verändert, d.h. bei einer vorliegenden Ca2+ Konzentartion kann die resultierende Kontraktion schwächer oder stärker ausfallen abhängig von der MLCK/MLCP Aktivität.
Tonesänderungen im glatten Muskulatur durch Ca2+ Desensitivierung?
Desensitivierung von Ca2+(Tonus runter, Myosin-LC-Phosphorylierung runter) durch
- β2-Rezeptor: -> Adenylcyclase -> cAMP -> Proteinkinase A -> Inhibation MLCK
- NO -> Guanylylcyclase -> cGMP -> Proteinkinase G -> Aktivierung MLCP
Tonesänderungen im glatten Muskulatur durch Ca2+ Sensitivierung?
Sensitivierung (Tonus hoch; Myosin-LC-Phosphorylierung hoch) durch:
- α1- Rezeptor -> Phospholipase C -> DG -> Proteinkinase C -> Hemmung MLCP
- Ligandengesteuerter Rezeptor -> Rho -> Roh-Kinase -> Hemmung MLCP
