Svalová síla, svalová práce, svalová únava SVALY II Kosterní sval Svalová síla, svalová práce, svalová únava Hladký sval Srdeční sval

Úvod Slidy z přednášky Vzhledem k autorským právům nebylo možno v této veřejně šířené verzi zachovat obrazovou dokumentaci, která byla součástí přednášky. Uvítám jakékoliv připomínky, nejasnosti se pokusím osvětlit a dotazy zodpovědět, to vše na mailu: yamamoto@lf3.cuni.cz. © 2005, doc. RNDr. Anna Yamamotová, CSc.

Kosterní sval – typy kontrakcí Izometrická kontrakce Mění se napětí svalu, délka zůstává stejná Registrace tenzometry Izotonická kontrakce Mění se délka při nezměněném napětí Registrujeme jako myografickou křivku

Typy myografických křivek - tetanus Svalová kontrakce - záškub Sumace Superpozice Tetanus: hladký – mnohonásobná sumace Vlnitý – mnohonásobná superpozice

Závislost síly kontrakce na délce svalu Výsledná síla kontrakce je součtem Aktivní tenze během kontrakce Pasivní tenze (klidová tenze) (sarkolema, cévy, nervy)

Závislost rychlosti kontrakce na zátěži Maximální - při nulové zátěži Při maximálním zatížení - nulová

Svalová síla Svalová síla závisí na počtu motorických jednotek Motorická jednotka – skupina svalových vláken inervovaná jedním motoneuronem (od 2-3 do několika set) Celková síla všech vláken 250 000 N 1 Newton (N) = 1 kg.m/s2 Svalovou sílu ovlivňují Dědičné predispozice Hormonální vlivy – testosteron, anabolika

Svalová hypertofie Zvyšuje se počet myofibril Na 120% narůstá množství mitochondriálních enzymů o 60-80% roste množství ATP a kreatinfosfátu o 50% se zvyšuje zásoba glykogenu o 75-100% se zvětšují tukové rezervy

Typy vláken kosterního svalu Každý sval má různé zastoupení rychlých a pomalých vláken Rychlá vlákna – bílá Větší vlákna pro větší sílu kontrakce Rozsáhlé sarkoplazmatické retikulum, pro rychlé uvolnění Ca2+ Mnoho glykolytických enzymů, rychlé tvorba energie z glykolýzy Relativně menší krevní zásobení (oxidační procesy jsou sekundární) Méně mitochondrií (méně oxidace) Skokani, sprinteři

Typy vláken kosterního svalu Každý sval má různé zastoupení rychlých a pomalých vláken Pomalá vlákna - červená Menší vlákna Inervovaná menšími nervovými vlákny Větší krevní zásobení kapilárami – dostatečný přísun kyslíku Velký počet mitochondrií (vysoký oxidační metabolizmus) Vysoký obsah myoglobinu (obsahuje železo, jako hemoglobin, červená barva) Přizpůsobená na kontinuální svalovou aktivitu, antigravitační svaly, vytrvalostní běh

Svalová práce Svalová práce = svalová síla působící po určité dráze (A = F . s) (J) Dynamická (pohyb) Vyžaduje větší prokrvení a větší spotřebu krve Lepší odtok zplodin látkové výměny (ve fázi ochabnutí) Statická (změna napětí bez zkrácení) Menší prokrvení, menší spotřeba krve Cirkulace je snížená, rychleji vzniká svalová únava

Svalová únava Akutní (mizí do 24 hodin) a chronická (až úplná vyčerpanost) Zmenšování svalové kontrakce U stimulovaného svalu – zhoršení přenosu vzruchů z nervu na sval Únava nervosvalové ploténky Svalová únava roste úměrně se ztrátou svalového glykogenu Hromadění laktátu – snížení pH, nárůst K+, dráždění volných nervových zakončení – bolest, otoky Může končit kontrakturou – kontrakce bez akčních potenciálů, vyčerpání ATP

Orbeliho fenomén Účinek adrenalinu dočasně zvyšuje sílu svalové kontrakce Oddaluje nástup únavy na nervosvalové ploténce Svalová únava - ochrana před vyčerpáním energetických zásob

Zdroje energie pro svalovou kontrakci ATP – zásoby vystačí na 1-2 s trvající kontrakce Kreatinfosfát – je ho asi 5x víc než ATP, vystačí na 7-8 s kontrakce Glykogen enzymatickým rozpadem glykogenu na pyruvát a laktát se získá energie na přeměnu ADP na ATP, udrží kontrakci po dobu 1 min Dvojí význam glykolýzy Rekce probíhají i bez kyslíku (sval může krátkou dobu pracovat) Rychlost tvorby ATP je 2.5 x rychlejší, než v přítomnosti kyslíku ALE: ve svalu se kumuluje mnoho konečných produktů Oxidativní metabolizmus – konečný zdroj energie 95% celkové energie pro sval

Funkce ATP ATP je potřebná pro Svalovou kontrakci – uvolnění myozinu z aktinu Činnost Na+/K+ pumpy Činnost Ca++ pumpy Fyziologické vyčerpání zásob ATP (obnovitelné) – kontraktura Ireverzibilní ztráta ATP – rigor mortis Nastupuje dřív po po svalové práci a vyčerpání Trvá dokud nejsou svalové proteiny zničeny autolýzou (15-25 hodin)

Hladký sval - struktura Obsahují aktin a myosin, nemají troponin Denzní tělíska – analog Z-linie – upevnění aktinu Aktinová vlákna - dlouhá, je jich asi 15 x víc než myosinových kontrakce je asi 30x pomalejší než u kosterního svalu velká elasticita síla kontrakce je dostatečná i při velkém natažení – některá vlákna mají optimální překrývání aktinu a myosinu na jedné délce, jiná vlákna na druhé

Kontrakce hladkého svalu Vzniká v důsledku zvýšení intracelulárního Ca2+ Nervovou stimulací Natažením vlákna Hormonální stimulací Chemickými změnami v okolí vlákna Síla kontrakce závisí na koncentraci extracelulárního vápníku Odstraňování Ca2+ Ca-pumpou je mnohem pomalejší než u kosterního svalu, kontrakce trvá déle

Hladký sval – membránový potenciál Pomalé vlny Klidový potenciál –50 až –60 mV pomalé vlny vznikají spontánně mohou iniciovat akční potenciál (-35 mV) čím víc AP, tím silnější kontrakce Hladký sval má mnoho napěťově řízených Ca2+ kanálů, méně Na kanálů Význam Ca2+ iontů – pro vznik akčních potenciálů, fáze plató, podílejí se i na kontrakci

Mechanizmus kontrakce Zahájení kontrakce 4 Ca2+ se váží na regulační bílkovinu kalmodulin Komplex kalmodulin-Ca aktivuje myozinkinázu lehkého řetězce (fosforylující enzym) Lehký řetězec myozinu (regulační řetězec) je fosforylován, hlavy myozinu se mohou navázat na aktin Ukončení kontrakce: Poklesne-li Ca2+ pod kritickou úroveň, předchozí procesy se obrátí, kromě fosforylace Enzym myozinfosfatáza oddělí fosfát od myozinu

Hladký sval - kontrakce

Kontrakce bez akčního potenciálu Ca2+ ionty se mohou dostat do buňky ligandem (hormonem) řízeným Ca2+ kanálem nemusí dojít ke změně membránového potenciálu, protože Na+ pumpa vyčerpá dostatečné množství Na+ iontů ven

Hladký sval – typy svalů Útrobní (viscerální) Více svalových vláken se zkracuje jako celek, tvoří syncitium Mezi vlákny jsou spojení typu gap junction – ionty mohou přecházet z jednoho vlákna do druhého Vnitřní (duté) orgány GIT, střeva, žlučovod, močovod, děloha, cévy Vícejednotkový Skládá se z jednotlivých vláken hladkého svalstva Každé vlákno pracuje nezávisle Je pod nervovou kontrolou, jemné, cílené pohyby M. ciliaris v oku je řízen parasympatikem Piloerektor – řízen sympatikem

Řízení hladkého svalu Hladké svaly jsou řízeny autonomními nervy Nervy netvoří přímé spojení jako je nervosvalová ploténka Difusní spojení, mnohočetné varikozity uvolňující mediátory a peptidy U vícejednotkových svalů jsou kontaktní spojení jako u nervosvalové ploténky

Srdeční sval - struktura Příčně pruhovaný jako kosterní sval Typické myofibrily s aktinem a myosinem, troponin Vlákna tvoří syncitium se spojeními gap junction Vlákna oddělují interkalární disky s nízkým el. odporem Usnadnění průchodu AP

Srdeční sval – akční potenciál Klidový potenciál –80 až –95 mV Amplituda 105 mV Fáze plató Trvání 200 – 300 ms

Řízení srdečního svalu Sympatikus Noradrenalin vazbou na adrenergní receptory ovlivňuje Ca2+ kanál (Ca2+ teče dovnitř) Zvyšuje frekvenci Zesiluje sílu kontrakce Zvyšuje rychlost vedení Zvyšuje dráždivost Parasympatikus Acetylcholin vazbou na muskarinové cholinergní receptory ovlivňuje K+ kanál (K+ teče ven) Vyvolává hyperpolarizaci membrány Snižuje se excitabilita Zpomaluje se frekvence

Kosterní sval Hladký sval Sarkomera ano ne Jádra mnoho jedno Sarkopl. retikulum rozsáhlé málo vyvinuté T-tubuly ne (kaveoly) Obsah aktomyosinu větší menší Poměr A:M 2:1 15:1 Délka A vlákna mnohem větší Roztažnost malá velká (10x) Rychlost vedení rychlejší pomalejší Rychlost kontrakce vyšší nižší Klidový potenciál -80 až –90 mV -50 až –60 mV nestabilní

Kosterní sval Hladký sval Mechanizmus kontrakce Ca- TN-C TN-I Ca-kalmodulin myozinkináza Ukončení pokles Ca spontánně pokles Ca myozin-fosfatáza Spotřeba ATP vysoká nízká Autonomní pohyby ne ano pacemaker Řízení motoneuron autonomní NS humorální mechanické Únava ano prakticky ne