1.2-İskelet Kası ve Kasılma

İskelet Kası Fizyolojisi
Prof. Dr. Muzaffer ÇOLAKOĞLU
Kas Sistemi
KAS TÜRLERİ
• Çizgili kaslar (istemli çalışırlar)
• Kalp kası (miyokard - istemsiz çalışan tek çizgili kas)
• Düz kaslar
• Düz kaslar ve miyokard vücut ağırlığının ancak
% 5-10’unu oluşturur
İSKELET KASI VE KALP KASI
FARKLILIKLARI
İskelet kası ile kalp kası arasındaki farklar
İskelet kası ile kalp kası arasında pek çok benzerlikler olduğu gibi bazı
önemli farklar da vardır.
Kalp kası hücreleri
• oldukça küçüktürler (15-30 mmçap, 50 mm uzunluk).
• iskelet kası fibrilleri gibi uzunlamasına değillerdir.
• daha geniş, kısa T tüpleri vardır.
• dallara ayrılarak bitişik hücreleri birbirine bağlar (anastomoz).
• bu bağlanma Gap Kavşakları (bağlantı bölgeleri ) ve İnterkale
Diskler ile gerçekleşir. Böylece ileti bir fibrilden diğerine yayılır.
• Çekirdekler periferik değil merkezi konumdadır.
• çok sayıda mitokondrisi vardır (oksidatif enerji kullanır).
• T tüpü - SR kavşakları triad değil diad’lar şeklindedir.

İSKELET KASI VE DÜZ KAS
FARKLILIKLARI
Düz kaslar kalp ve iskelet kaslarından çok farklıdırlar.
Aşağıdaki temel özellikleri taşırlar :
•
Hücreleri çizgili değildir
•
tek merkezi bir çekirdekleri vardır
•
çapları 5-15 mm, uzunlukları 200-300 mm kadardır
•
hücreler arasında Gap Kavşakları bulunur
•
önemli miktarda bağ doku içerirler.
Kasılma özellikleri de iskelet ve kalp kaslarından farklıdır.
Uzun süre devam eden çok yavaş kasılmalar sergilerler.
Kasların
Ortak
Özellikleri
Uyarılabilme
İletebilme
Kasılabilme
Elastik olma
Vizkozite
İskelet Kası
Fonksiyonları
Hareket
Korunma
Isı meydana getirme
Postür ve vücut pozisyonu
Mekanik iş
Yutma
Solunum
İskelet Kası
• Yetişkin insanda vücut ağırlığının % 40’ını,
• Çocuklarda vücut ağırlığının % 50’sini oluşturur
• İskelet Kası içeriği:
– % 75 su
– % 20 protein
– % 5 organik ve inorganik bileşikler
• Fonksiyonları:
– Hareket
– Postürün Korunması
İskelet Kas Sistemi
Figure 6.2
Slide 6.1
İskelet Kasının Yapısı
• Kasın tamamı ve kası oluşturan alt
birimlerden fasiküller ve kas fibrilleri fasya
(fascia) adı verilen bir bağ doku ile örtülüdür
• Fasya’nın fonksiyonları:
– Kas fibrillerini korur
– Kasları kemiğe bağlar
– Sinir ve kan/lenf damarları için uygun bir ağ
zemini sağlar
Fasya katmanları
• Epimisyum
– Kas yüzeyini oluşturur
– Uçlara doğru daralarak tendon oluşturur
• Perimisyum
– Kas fibrillerini demetlere veya fasiküllere ayırır
• Endomisyum
– Tek bir kas fibrilinin (hücresinin) etrafını sarar
İskelet Kasının Yapısı
Fig. 9.1, p. 279
İskelet Kasının Yapısı
Kas – Fasiküllerden oluşur. Epimisyum ile sarılıdır.
Fasikül – kas fibrilleri (hücreleri) demetidir. Bizim kas
olarak gördüğümüz yapı çok sayıda fasikülden meydana
gelir. Herbiri Perimisyum ile sarılıdır.
Kas Fibrili – fasikül kas fibrillerinden meydana gelir.
Kasın gerçek hücreleridir. Herbiri Endomisyum denilen
fasya ile sarılıdır.
İskelet Kasının Yapısı
Figure 6.3
Slide 6.3
İskelet Kasının Yapısı
İskelet Kasının Yapısı
Kas Göbeği
Fasikül
Fibril (hücre)
İskelet Kasının Yapısı
Epimisyum
Perimisyum
Endomisyum
Muscle Belly
Fasciculus
Fiber (Cell)
İskelet Kasının Yapısı
Epimysium
Perimysium
Endomysium
Fasciculus
Fiber (Cell)
Sarkoplazma
Sarkolemma
Çekirdek
Muscle Belly
İskelet Kası Fibrilleri
• Tek bir kas fibrili
– Tek bir kas hücresidir. Çapı 10-80 mm arasındadır
– Silindirik yapıdadır
– Uyarılma ve impuls yayılımını mümkün kılan
membranla çevrilidir
– Miyofibril demetleri içerir
İskelet Kas Fibrilinin Temel
Bileşenleri
– Sarkolemma - kas hücresi membranı
– Sarkolemmanın hemen altında bulunan 100
veya daha fazla çekirdek içerir,
– Sarkoplazma - sarkolemmanın içini dolduran
kas hücresi sitoplazması
– Sarkotübüler sistem
• Transvers tüpler (T-tüpleri)
• Sarkoplazmik retikulum
• Ca++ alımı, düzenlemesi, salınımı ve depolanması
İskelet Kas Fibrilinin Temel
Bileşenleri (devamı)
– Miyoglobinler - oksijeni sarkolemma’dan alıp,
mitokonri’ye taşırlar
– Glikojen deposu içerirler
– Kas fibrillerinin alt birimleri olan Miyofibrilleri
içerirler
KAS FİBRİLİ
SARKOLEMMA
Kas hücresi membranına sarkolemma denir. Sarkolemmanın Transvers
tüpler (T tüpleri) denilen ve hücre içine uzanan periodik kanalları vardır.
Sarkolemma ve T tüplerinin görevi sarkolemmada oluşan aksiyon
potansiyelini hücre içine ileterek kasılmanın başlamasını sağlamaktır.
Transvers Tüpler (T-Tüpleri)
Kas içine doğru bükülerek giren ve kasın bir tarafından diğer tarafına
doğru enine keserek (transvers) ilerleyen tübüler bir sistemdir. Sinirsel
uyaranların, glikozun, O2’nin ve iyonların hücre içine daha hızlı
girmesini sağlar.
Sarkoplazmik Retikulum (SR)
• T-tüplerinin devamı olan bir düz endoplazmik retikulumdur.
Kas hücresi içinde yaygın bir kanal ağı oluşturur. SR da
kasılmayı başlatacak olan kalsiyum iyonunun (Ca+2)
depoları vardır.
• Kas hücresinde meydana gelen uyaran sarkolemmada her iki
yöne doğru yayılır ve T –tüpleri ile hücre içine geçer.
Buradan SR ağı boyunca hücre içine yayılarak, SR
uçlarından Ca+2’un sarkoplazmaya salınmasına neden olur.
Ca+2 kasılmayı başlatır. T-tüplerindeki voltaj sensörleri
(DHP) aksiyon potansiyeli sarkolemmada yayılırken oluşan
elektriksel akımı algılar.
• SR membranında Ryanodin Reseptörü DHP’den gelen
sinyalleri alarak kalsiyum kanallarının açılmasına neden
olur. Kalsiyum SR’den sarkoplazmaya salınır ve kasılma
başlar.
Sarkoplazmik Retikulum
terminal sisterna – Sarkoplazmik retikulumun Z membranına
yakın olan parçasıdır.
triad = T tubule + terminal sisterna
KALSİYUM POMPASI
SR membranında kasılma sonrasında kalsiyumu
sarkoplazmadan tekrar SR’ye konsantrasyon gradyanın tersine
doğru geri alan ve bu sebeple ATP tüketen Kalsiyum Pompası
yer alır.
Miyofibril
Fibrilin kontraktil kısmıdır. Herbiri çok sayıda
sarkomerden oluşur.
İskelet Kasında Kas fibrili ve Myofibrilin
Görünümü
Fasikül ( x 75)
Kas ( x 1)
Fibril ( x 1000)
Miyofibril ( x 20000)
Miyofibriller
• Kas fibrilinin alt birimleridir. Herbiri 2 mm
çapındadır ve kas fibrili boyunca uzanır
• Kas hacminin % 80-90’ını oluştururlar
• Kas kasılmasının fonksiyonel birimidir
• Her miyofibrilin etrafını sıvı dolu SR çevreler,
• Seri olarak birbirlerine bağlı sarkomerlerden
oluşur.
• ~1500 miyozin ve ~3000 aktin proteini içerirler
Sarkomer
Kasılmanın temel birimidir.
İki Z membranı (diski; çizgisi) arasında kalan kısımdır. Her
miyofibrilde 10 ile 100,000 uçuca dizilmiş sarkomer bulunur.
Sarkomerler Z diskleriyle hem birbirlerine bağlanırlar hem de
ayrılırlar. Sarkomer kontraktil proteinlerden oluşur
 Aktin ( İnce filamanlar)
 Miyozin (Kalın filamanlardır)
 Troponin-tropomiyozin bileşiği (Aktin molekülü üzerinde yer alır)
Sarkomerin ayırdedici bir görünümü vardır
 iskelet kasına çizgili bir görüntü verir
Sarkomerin boyu istirahat koşullarında 2 mikron (m) kadardır.
Sarkomer
M Çizgisi
Z Çizgisi
Z Çizgisi
I Bandı
A Bandı
I Bandı
{
{
I Bandı
H Zonu
A Bandı I Bandı
{
{
{
A-Bandı
I-Bandı
{{
Z-Çizgisi
A-Bandı
I-Bandı
{{
Sarkolemma
Mitokondri
Sarkoplazmik
Retikulum
(SR)
Z-Diski
T-Tüpleri
Sarkomer
Figure 6.5
Slide 6.4B
MİYOFİLAMANLARIN YAPISI
AKTİN
Z membranına bağlıdır. Z membranından diğer sarkomere uzanırlar.
Her aktin miyofilamanı iki fibröz aktin proteinin oluşturduğu bir çift sarmaldır
(F-Aktin)
Bu F-Aktin sarmalında globüler aktin (G-Aktin) monomeri denilen yaklaşık 200
küçük birim bulunur. Her G-Aktin monomerinin kasılma sırasında Miyozinbağlayan (MBS), aktif bir bölgesi vardır
Aktin miyofilamanı üzerinde uzanan Tropomiyozin protein molekülü yedi GAktin aktif bölgesini örter.
Troponin protein kompleksi Tropomiyozine bağlıdır ve üç alt birimi vardır;
Troponin-T = Troponin’i Tropomiyozin ile bağlar,
Troponin-I = İstirahatte Aktin ile miyozin arasında köprü kurulmasını önler,
Troponin-C = Ca+2 bağlar
Troponin-Tropomiyozin kompleksi G-aktinin aktif bölgeleri ile miyozin başı
arasındaki etkileşimi düzenler.
AKTİN FİLAMANI
Aktin Filamanı Yapısı
Aktin Filamanı ve Tropomiyozin
Molekülü
Aktin-Tropomiyozin ve Troponin
I
C
T
MİYOZİN
Miyozinler Aktin kümesinin arasındadırlar.
Aktin bağlayan bir proteindir.
Miyozin molekülleri ATPaz aktivitesine sahip
ikiye bölünmüş globüler bir baş, bir boyun ve bir
kuyruktan oluşur.
Boyun, başlar ve kuyruk ile menteşeler
yardımıyla eklem yapar.
Miyozin başı ve boynunun eklemli hareketi
aktine bağlanmasını kolaylaştırır.
Miyozin Filamanı Yapısı
Miyozin FilamanıYapısı
Miyozin FilamanıYapısı
Baş
Kuyruk
(Hafif Miromiyozin)
Ağır Miromiyozin
Miyozin Filamanı Yapısı
Baş
S1
Kuyruk
(Hafif Miromiyozin)
Ağır Miromiyozin
S2
Miyofibril enine kesiti
miyofibriller
Her miyofibril demetler halinde miyofilamanlar içerir
kalın MİYOZİN
ince AKTİN
I bandı
Z çizgisi/diski
ince AKTİN filamanı
A bandı
I bandı
H zonu /M çizgisi ile
kalın MİYOZiN filamanı
ELEKTRON MİKROSKOPTA MİYOFİBRİL GÖRÜNTÜSÜ
Her miyofibrilin çevresi, yani miyofibrillerin arası :
Glikojen granülleri
enerji
Sarkoplazmik Retikulum
kontrol
Miyofilamanlar
kuvvet üretimi
Mitokondri
enerji
MİYOFİBRİLL
KAS FİBRİL’inin UYARILMASI
Figure 6.6
Slide 6.5B
Motor Son Plak ve Kasılmanın Başlaması
Motor Son Plak Potansiyeli
(Nöromüsküler İleti)
&
Kasılma Mekanizması
(Kayan Filamanlar Teorisi)
KASILMA MEKANİZMASI
KAYAN FİLAMANLAR TEORİSİ
1. Sinirsel uyaranlar nöromüsküler kavşağa ulaşır.
2. Asetilkolin motor sinir ucundan salınır  motor son
plaktaki (kas hücresi membranındaki) asetilkolinkapılı Sodyum Kanallarının reseptörlerine bağlanır.
3. Bağlanma depolarizasyonu başlatır. Oluşan aksiyon
potansiyeli t-tüpleri & sarkolemma boyunca yayılarak,
sarkoplazmik retikulumdan Ca+2 salınımına neden
olur.
4. Ca2+ troponin’e bağlanır  troponin-tropomiyozin
kompleksinin konumunu değiştirir. Bu değişiklikle
troponin-tropomiyozin kompleksi, miyozin bağlanma
bölgelerini açıkta bırakacak şekilde, aktin üzerinde
kayar.
KAYAN FİLAMAN TEORİSİ
5. Ca2+ aynı zamanda miyozin başının ATPaz
aktivitesini arttırır ATP hidrolize olur &
Enerji açığa çıkar
6. Açığa çıkan enerji miyozin başında
“depolanır”  bu enerji miyozin başını aktin
filamanına doğru uzanarak çapraz köprü
oluşturmasında kullanılır
7. Miyozin başları hamle vurumu denilen bir
hareketle aktin filamanlarını miyofilamanlar
birbiri arasına geçecek şekilde çeker. Böylece
sarkomer boyu gittikçe kısalır (kasılma
gerçekleşir)
KAYAN FİLAMAN TEORİSİ
8. Z diskleri birbirine yaklaşır  sarkomer boyu
kısalır (kasılma)  kas fibrili kısalır tüm kas
kısalır
9. Sarkoplazmada bulunan ATP kasılmadan sonra
Ca+2’nin aktivasyonu ile miyozin başına
bağlanarak başın aktinden ayrılmasını sağlar
10. Döngü tekraralanarak kasın boyu kısalmaya
devam eder.
11. Gevşemenin başlaması için kalsiyumun tekrar SR
dışına çıkarılması gerekir. Bu, ATP ile çalışan,
kalsiyum pompası tarafından gerçekleştirilir.
KAS GEVŞEMESİ
Sinirsel uyarı sonlanır,
Kalsiyum SR’a geri pompalanır,
Kalsiyum Troponin’den ayrılır,
Aktin’in Myosin bağlama kısmı yeniden örtülür ve
çapraz köprüler ayrılır,
Kalsiyum ortamdan uzaklaşınca ATPaz enzim
aktivitesi de azalır,
Sarkoplazmada aşırı kalsiyum varsa veya
uzaklaştırılamamışsa spazm meydana gelir.
KALSİYUM
+2
(Ca )
Kalsiyum olmazsa kasılma olmaz
Aşırı kalsiyum spazm’a neden
olur (gevşeme gerçekleşmez)
Olayların Sırası
1. Sinirsel Uyaranın MSS’de oluşumu
2. Alfa Motor Nöron ile Motor Son Plağa iletimi
3. Motor Son Plakta Asetilkolin salınımı ve kas fibrilinde
aksiyon potansiyeli oluşumu
4. Sarkolemma & T-Tüplerine yayılışı
5. SR & Terminal Sisternalara geçişi
6. Ca++’un Troponin (C)’ye bağlanışı
7. Troponin –tropomiyozin kompleksinde Konformasyonel
Değişim
8. Çapraz Köprü Oluşumu
9. Konformasyonel Değişim (Hamle Vurumu)
10. Miyozin başının serbestlemesi & ATP bağlayarak ilk
pozisyona dönme
Olayların Sırası
1. Sinirsel Uyaranın MSS’de oluşumu
2. Alfa Motor Nöron ile Motor Son Plağa
iletimi
3. Motor Son Plakta Asetilkolin salınımı ve kas
fibrilinde aksiyon potansiyeli oluşumu
4. Sarkolemma & T-Tüplerine yayılışı
5. SR & Terminal Sisternalara geçişi
6. Ca++ ‘un - Troponin (C)’ye bağlanışı
7. Troponin –tropomiyozin kompleksinde
konformasyonel değişim
8. Çapraz Köprü Oluşumu
9. Hamle Vurumu
10.Miyozin başının serbestlemesi & ATP
bağlayarak İlk pozisyona dönmesi
Olayların Sırası
1. Sinirsel Uyaranın MSS’de oluşumu
2. Alfa Motor Nöron ile Motor Son Plağa
iletimi
3. Motor Son Plakta Asetilkolin salınımı ve
kas fibrilinde aksiyon potansiyeli oluşumu
4. Sarkolemma & T-Tüplerine yayılışı
5. SR & Terminal Sisternalara geçişi
6. Ca++ ‘un - Troponin (C)’ye bağlanışı
7. Troponin –tropomiyozin kompleksinde
konformasyonel değişim
8. Çapraz Köprü Oluşumu
9. Hamle Vurumu
10. Miyozin başının serbestlemesi & İlk
pozisyona dönme
Olayların Sırası
1. Sinirsel Uyaranın MSS’de oluşumu
2. Alfa Motor Nöron ile Motor Son Plağa
iletimi
3. Motor Son Plakta Asetilkolin salınımı ve
kas fibrilinde aksiyon potansiyeli oluşumu
4. Sarkolemma & T-Tüplerine yayılışı
5. SR & Terminal Sisternalara geçişi
6. Ca++ ‘un - Troponin (C)’ye bağlanışı
7. Troponin –tropomiyozin kompleksinde
konformasyonel değişim
8. Çapraz Köprü Oluşumu
9. Hamle Vurumu
10. Miyozin başının serbestlemesi & İlk
pozisyona dönme
Olayların Sırası
1. Sinirsel Uyaranın MSS’de oluşumu
2. Alfa Motor Nöron ile Motor Son Plağa
iletimi
3. Motor Son Plakta Asetilkolin salınımı ve
kas fibrilinde aksiyon potansiyeli oluşumu
4. Sarkolemma & T-Tüplerine yayılışı
5. SR & Terminal Sisternalara geçişi
6. Ca++ ‘un - Troponin (C)’ye bağlanışı
7. Troponin –tropomiyozin kompleksinde
konformasyonel değişim
8. Çapraz Köprü Oluşumu
9. Hamle Vurumu
10. Miyozin başının serbestlemesi & İlk
pozisyona dönme
Olayların Sırası
1. Sinirsel Uyaranın MSS’de oluşumu
2. Alfa Motor Nöron ile Motor Son Plağa
iletimi
3. Motor Son Plakta Asetilkolin salınımı ve
kas fibrilinde aksiyon potansiyeli oluşumu
4. Sarkolemma & T-Tüplerine yayılışı
5. SR & Terminal Sisternalara geçişi
6. Ca++ ‘un - Troponin (C)’ye bağlanışı
7. Troponin –tropomiyozin kompleksinde
konformasyonel değişim
8. Çapraz Köprü Oluşumu
9. Hamle Vurumu
10. Miyozin başının serbestlemesi & İlk
pozisyona dönme
Olayların Sırası
1. Sinirsel Uyaranın MSS’de oluşumu
2. Alfa Motor Nöron ile Motor Son Plağa
iletimi
3. Motor Son Plakta Asetilkolin salınımı ve
kas fibrilinde aksiyon potansiyeli oluşumu
4. Sarkolemma & T-Tüplerine yayılışı
5. SR & Terminal Sisternalara geçişi
6. Ca++ ‘un - Troponin (C)’ye bağlanışı
7. Troponin –tropomiyozin kompleksinde
konformasyonel değişim
8. Çapraz Köprü Oluşumu
9. Hamle Vurumu
10. Miyozin başının serbestlemesi & İlk
pozisyona dönme
C I
T
Olayların Sırası
1. Sinirsel Uyaranın MSS’de oluşumu
2. Alfa Motor Nöron ile Motor Son Plağa
iletimi
3. Motor Son Plakta Asetilkolin salınımı ve
kas fibrilinde aksiyon potansiyeli oluşumu
4. Sarkolemma & T-Tüplerine yayılışı
5. SR & Terminal Sisternalara geçişi
6. Ca++ ‘un - Troponin (C)’ye bağlanışı
7. Troponin –tropomiyozin kompleksinde
konformasyonel değişim
8. Çapraz Köprü Oluşumu
9. Hamle Vurumu
10. Miyozin başının serbestlemesi & İlk
pozisyona dönme
Ca++
Olayların Sırası
1. Sinirsel Uyaranın MSS’de oluşumu
2. Alfa Motor Nöron ile Motor Son Plağa
iletimi
3. Motor Son Plakta Asetilkolin salınımı ve
kas fibrilinde aksiyon potansiyeli oluşumu
4. Sarkolemma & T-Tüplerine yayılışı
5. SR & Terminal Sisternalara geçişi
6. Ca++ ‘un - Troponin (C)’ye bağlanışı
7. Troponin –tropomiyozin kompleksinde
konformasyonel değişim
8. Çapraz Köprü Oluşumu
9. Hamle Vurumu
10. Miyozin başının serbestlemesi & İlk
pozisyona dönme
Ca++
Olayların Sırası
1. Sinirsel Uyaranın MSS’de oluşumu
2. Alfa Motor Nöron ile Motor Son Plağa
iletimi
3. Motor Son Plakta Asetilkolin salınımı ve kas
fibrilinde aksiyon potansiyeli oluşumu
4. Sarkolemma & T-Tüplerine yayılışı
5. SR & Terminal Sisternalara geçişi
6. Ca++ ‘un - Troponin (C)’ye bağlanışı
7. Troponin –tropomiyozin kompleksinde
konformasyonel değişim
8. Çapraz Köprü Oluşumu
9. Hamle Vurumu
10. Miyozin başının serbestlemesi & İlk
pozisyona dönme
Ca++
Olayların Sırası
1. Sinirsel Uyaranın MSS’de oluşumu
2. Alfa Motor Nöron ile Motor Son Plağa
iletimi
3. Motor Son Plakta Asetilkolin salınımı
ve kas fibrilinde aksiyon potansiyeli
oluşumu
Ca++
4. Sarkolemma & T-Tüplerine yayılışı
5. SR & Terminal Sisternalara geçişi
6. Ca++ ‘un - Troponin (C)’ye bağlanışı
7. Troponin –tropomiyozin kompleksinde
konformasyonel değişim
8. Çapraz Köprü Oluşumu
9. Hamle Vurumu
10.Miyozin başının serbestlemesi & İlk
pozisyona dönme
Olayların Sırası
1. Sinirsel Uyaranın MSS’de oluşumu
2. Alfa Motor Nöron ile Motor Son Plağa
iletimi
3. Motor Son Plakta Asetilkolin salınımı
ve kas fibrilinde aksiyon potansiyeli
oluşumu
Ca++
4. Sarkolemma & T-Tüplerine yayılışı
5. SR & Terminal Sisternalara geçişi
6. Ca++ ‘un - Troponin (C)’ye bağlanışı
ATP
7. Troponin –tropomiyozin kompleksinde
konformasyonel değişim
8. Çapraz Köprü Oluşumu
9. Hamle Vurumu
10. Miyozin başının serbestlemesi & İlk
pozisyona dönme
KAS FİBRİLİNİN KASILMASI
Kayan Filamanlar Teorisi: Genel Bakış
Fig. 9.7, p. 287
Uyarılma - Kasılma Özeti
Motor nöron uyarılması
Latent periot
Kasılma periyodu
Gevşeme periyodu