2010-Opracowanie pytań egzaminacyjnych fizjologia.doc

1. CZYNNOŚĆ MIĘŚNI POPRZECZNIE PRĄŻKOWANYCH.

Zasadniczą czynnością mięśni szkieletowych jest wywieranie siły w stosunku do dźwigni kostnych utworzonych przez kości i odpowiednie stawy, lub w stosunku do narządow.

Ze względu na liczbę stawow uruchamianych przez mięśnie można je podzielić na jedno-, dwu-, lub wielostawowe. Z kolei ze względu na kierunek siły przyłożonej do dźwigni stawowych mięśnie można podzielić na: 1) protagonistyczne, 2) synergistyczne, 3) antagonistyczne.

1) Są to mięśnie, ktorych skurcz powoduje dany ruch w stawie.

2) Mięśnie te wzajemnie zwiększają skuteczność swych skurczow np. zgięcie grzbietowe w

stawie promieniowo-nadgarstkowym zwiększa siłę z jaką można zgiąć palec podczas uchwytu

3) Mięśnie te wywierają na daną dźwignię kostną siły przeciwne: Czyli inaczej mowiąc są to

prostowniki i zginacze

Jednakowo silny skurcz mięśni protagonistycznych i antagonistycznych (razem) powoduje

stabilizacje stawu. Przykładem mogą być mięśnie grzbietu utrzymujące nas w pozycji pionowej, albo

staw barkowy czy łokciowy. Napięcie tych stawow wykorzystywane jest na przykład przy wykonywaniu

precyzyjnej prący palcami. taka stabilizacja stawu określana jest jako funkcja statyczna mięśni.

3. Rodzaje skurczów. Właściwości skurczu mieśnia poprzecznie-prążkowanego                    w warunkach fizjologicznych.

Skurcz-aktywny proces w czasie,ktorego wytwarza się siła. Ta siła powstająca dzięki wsuwaniu się nitek cienkich aktyny pomiędzy nitki grube miozyny i działa rownolegle do długości włokna mięśniowego powodując albo jego skrocenie albo zmianę napięcia. Siła, z jaką działa kurczący się mięsień na jakiś obiekt nosi nazwę siły skurczowej lub napięcia skurczowego.

Skurcz pojedynczy

Pojedyncze pobudzenie, błony komorki mięśniowej przejawia się potencjałem czynnościowym trwającym kilka milisekund, ktory wyzwala pojedynczy skurcz mięśnia trwający u ssakow 7,5 -120ms w zależności od rodzaju mięśnia. Na wykresie możemy wyrożnić ramie wstępujące, szczyt, ramię zstępujące. Pobudzenie mięśnia i towarzysząca mu depolaryzacja wygasają w czasie powstania ramienia wstępującego skurczu. Jeśli przerwa między pobudzeniem jest dłuższa niż całkowity czas skurczu następne pobudzenie wywoła skurcz pojedynczy.

Skurcz tężcowy

Jeżeli przerwy pomiędzy pobudzeniem błony komorkowej są krotsze niż czas trwania skurczu

pojedynczego to każde następne pobudzenie podtrzyma aktywacje układow kurczliwych wywołaną pobudzeniem poprzedzającym. W rezultacie skurcz rozwinięty na pierwsze pobudzenie zostanie podtrzymany tak długo jak długo mięsień będzie drażniony.

Skurcz tężcowy niezupełny

Jeżeli następne pobudzenie występuje w momencie, gdy mięsień zaczął się już rozkurczać.

Skurcz tężcowy zupełny

jeżeli następne pobudzenie wypada na ramieniu wstępującym skurczu, to mięsień nie może się przed następnym pobudzeniem rozkurczyć, wykres szczytu takiego skurczu jest linia zbliżona do prostej.

Podział ze względu na długość i napięcie mięśnia:

Skurcz izotoniczny(stałe napięcie)

komorki mięśniowe skracają się i cały mięsień ulega skroceniu jego napięcie nie zmienia się Przyczepy mięśnia zmieniają swe położenie względem siebie. Mięśnie wykonują prące zewnętrzną gdyż przeciwdziała obciążeniu. Energia wyzwolona w mięśniu w procesie skurczu zostaje zmieniona na pracę mechaniczną a reszta na ciepło.

Skurcz izotoniczny nieobciążony

Na jego przyczepy nie działa żadna siła. mięsień skraca się z prędkością max.

Skurcz izotoniczny obciążony

Na przyczep mięśnia działa siła (obciążenie), ktora powoduje najpierw wzrost napięcia a potem skrocenie mięśnia. Mamy więc zmianę napięcia i skrocenie się mięśnia czyli jest to skurcz auksotoniczny zwany tez skurczem izotonicznym obciążonym.

Skurcz izometryczny ( długość stała)

charakteryzuje się wzrostem napięcia bez zmiany jego długości, przyczepy mięśnia nie zmieniają swojego położenia względem siebie, np. gdy podnosimy cos co jest za ciężkie. mięsień nie wykonuje prący mechanicznej a wyzwalająca się w procesie tego skurczu energia zostaje zmieniona wyłącznie na ciepło.

4. ZJAWISKA BIOCHEMICZNE W MIĘŚNIACH POPRZECZNIE PRĄZKOWANYCH, ENERGETYKA SKURCZU, OBJAWY I PRZYCZYNY ZNUŻENIA MIĘŚNI SZKIELETOWYCH.

Źrodłem energii dla skurczu mięśnia szkieletowego mogą być: ATP, fosfokreatyna, glikogen mięśniowy, glukoza z krwi, wolne kwasy tłuszczowe. Energia dostarczona w w/w związkach jest wykorzystywana na wykonywanie pracy jedynie w 20-25%. Zwane jest to wydajnością energetyczną mięśnia. Pozostała energia zamienia się w ciepło. Wydajność ta zależy od prędkości skurczu – maksymalna przy umiarkowanej prędkości.

Do skurczu potrzebna jest energia z rozpadu ATP. Jest go w mięśniach około 4 mmol/kg tkanki mięśnia. Taka ilość w przypadku gdyby tylko ten związek był aktywowany starczyłaby na utrzymanie pełnego skurczu przez 1-2 sek. ATP rozpada się na ADP, ktore ułamku sekundy jest resyntezowane na ATP. Fosfokreatyna rownież posiada wiązania wysokoenergetyczne i występuje w ilości 15-20 mmol/kg masy mięśnia. Energia powstająca przy rozpadzie fosfokreatyny jest zużywana na resyntezę ATP. Glikogen mięśniowy – glikoliza zachodzi rownież w warunkach beztlenowych a tworzenie ATP dzięki glikolizie

zachodzi z dużą prędkością co pozwala na skurcz w ciągu 1 minuty. Glukoza i kwasy tłuszczowe jako źrodła energii są szczegolnie ważne przy bardzo długiej aktywności mięśniowej.

(Efekt Fenna: im większa jest wykonywana praca przez mięsień tym więcej ATP rozpada się do ADP.)

Na mechanizm znużenia składają się dwa czynniki:

● spadek pH

● spadek zawartości ATP

W czasie szybko narastającego lub długotrwałego wysiłku fizycznego dowoz tlenu do kom. Mięśniowych nie nadąża za zapotrzebowaniem na energie i P tlenu w kom. znacznie się obniża. Dochodzi wtedy do dysocjacji mioglobiny, barwnika zbliżonego budową i właściwościami do hemoglobiny, ktora uwalnia związany tlen. Jest to jedyny magazyn tlenu wewnątrzkom., z ktorego komorka może czerpać w czasie zwiększonego zapotrzebowania na energię lub zatrzymania krążenia krwi. Jednakże ilość tlenu związanego z mioglobiną jest niewielka w porownaniu z zapotrzebowaniem na tlen. W tym stanie energia do resyntezy ATP jest czerpana w procesie glikolizy beztlenowej oraz z hydrolizy fosfokreatyny.

Czerpanie energii do resyntezy ATP w czasie beztlenowej jest znacznie mniej wydajne                  w porownaniu z faza tlenową i jest ograniczone w czasie ze względu na obniżanie się pH                w kom. na skutek gromadzenia się mleczanow. Spadek pH zwalnia także wydzielanie Ca2+ z siateczki sarkoplazmatycznej i zmniejsza wrażliwość układow kurczliwych mięśnia na Ca2+.

8. UNERWIENIE MIĘSNI SZKIELETOWYCH. JEDNOSTKA MOTORYCZNA.

Mieśnie szkieletowe są unerwione przede wszystkim ruchowo przez neurony ruchowe, motoneurony a. które zlokalizowane są w rogach przednich rdzenia kręgowego (z wyjątkiem motoneuronów nerwów czaszkowych)

Jednostka motoryczna – to zespół komórek mięśnia szkieletowego (włókien mięśniowych) unerwianych przez tę samą komórkę nerwową, przez co wspólnie są  pobudzane i jednocześnie kurczące się.
Liczba włókien mięśniowych w jednostce motorycznej jest różna w różnych mięśniach. Od liczby włókien przypadających na jeden neuron zależy precyzja ruchu. W mięśniach kończyny dolnej, o niewielkiej precyzji, jeden neuron aktywuje wiele włókien mięśniowych, z kolei najmniejsza liczba włókien przypada na jednostkę motoryczną mięśni zewnętrznych oka, gdzie niezbędna jest duża precyzja ruchów.

9. CZYNNOŚC SYNAPSY NERWOWO-MIĘŚNIOWEJ.

Przewodzenie impulsów z nerwu do mięśnia odbywa się za pośrednictwem synapsy nerwowomięśniowej. Włókna mięśni szkieletowych unerwione są przez włókna grube z osłonką mielinową. Są to wypustki dużych neuronów ruchowych rdzenia kręgowego, zwanych motoneuronami. Kończące się włókno nerwowe tworzy płytkę motoryczną, która znajduje się przeważnie w pobliżu środka włókna mięśniowego. W pobliżu zakończenia włókno nerwowe traci osłonkę mielinową.

Synapsa nerwowo-mięśniowa składa się zatem z błony presynaptycznej, szczeliny synaptycznej i błony postsynaptycznej. Pod błoną postsynaptyczną znajdują się sarkomery. Szczelina synaptyczna nie jest pusta, jest wypełniona. Błona presynaptyczna jest błoną zakończenia nerwowego. Szczelina ma szerokość 20-30nm i w niej znajduje się blaszka składająca się z włókien siatkowatych przez które

dyfunduje płyn zewnątrzkomórkowy. Poniżej jest błona postsynaptyczna.

W zakończeniu aksonu znajdują się mitochondria oraz duża liczba pęcherzyków synaptycznych. ACH, która jest transmiterem syntetyzowana jest w cytoplazmie i absorbowana jest do pęcherzyków znajdujących się w równej odległości od błony presynaptycznej. W takiej synapsie nerwowo-mięśniowej jest ok. 300 000 pęcherzyków synaptycznych. Jeden impuls nerwowy uwalnia przeciętnie ACH z ok. 300 pęcherzyków. Otwiera on jednocześnie kanały wapniowe pozwalając na dyfuzję znacznej ilości jonów Ca2+ do wnętrza zakończenia. Jest to tzw. sprzężenie elektrowydzielnicze powodujące, że jony Ca2+ przyciągają ACH i pęcherzyki łącząc się z błoną presynaptyczną, otwierają się i wyrzucają swoją zawartość do szczeliny synaptycznej. ACH dyfunduje szczeliną synaptyczną do błony postsynaptycznej i

tam wiąże się z receptorami cholinergicznymi błony mięśniowej. Receptor ten jest zasadniczo kanałem, jest to białko o masie 270 000. Jest on zamknięty do chwili połączenia z ACH. To połączenie wywołuje zmianę konformacyjną i ta otwiera kanał o średnicy 0,65nm. U wejścia kanału znajduje się silny ładunek ujemny. Kanał ten przepuszcza głównie jony Na+, które w dużej liczbie przechodzą do włókna

mięśniowego dając potencjał depolaryzacyjny zwany potencjałem płytki końcowej. Powstaje z niego potencjał czynnościowy i ten szerząc się powoduje w efekcie skurcz mięśnia. Wyzwolona ACH jest szybko niszczona przez cholinestrazę, a tylko mała jej część dyfunduje poza szczelinę synaptyczną. Depolaryzacja błony postsynaptycznej ma amplitudę 50-75mV.

W tych warunkach już 15-30mV jest

wystarczające do wywołania potencjału czynnościowego. Wynika stąd, że synapsa nerwowo-mięśniowa ma wysoki współczynnik bezpieczeństwa. Mimo to bardzo długie sztuczne drażnienie o wysokiej częstotliwości, np. większej niż 100Hz przez kilka minut może wywołać znużenie synapsy i impulsy wtedy nie będą przechodziły z włókna nerwowego do mięśnia. Zjawisko to nosi nazwę znużenia synapsy

nerwowo-mięśniowej.

10. Cechy wysiłku statycznego i dynamicznego, reakcje krążeniowo – oddechowe. Znaczenie wysiłku fizycznego dla człowieka.

W zależności od rodzaju skurczu wyróżnia się:

1.Wysiłek statyczny

·        

Wzrasta napięcie mięśni

·         Nie zmienia się długość mięśni    skurcz izometryczny

2. Wysiłek dynamiczny

·         Mięśnie kurcząc się zmieniają swoją długość            skurcze izotoniczne

·         Mięśnie wykonują pracę w znaczeniu fizycznym     lub auksotoniczne

3.Wysiłek o charakterze mieszanym

·         Obejmuje fazę statyczną i dynamiczną w czynności tej samej grupy mięśni

·         Jedna grupa mięśni obciążona jest statycznie, a druga w tym samym czasie wykonuje pracę dynamiczną(bieg z utrzymywaniem w ręce ciężaru)

Reakcje krążeniowo – oddechowe:

·         Wysiłek statyczny jednego przedramienia daje rozszerzenie naczyń w drugim przedramieniu, zwężenie w kończynach dolnych

·         Przepływ czynnościowy – roboczy zwiększa się w wyniku rozszerzenia naczyń włosowatych, zwiększa się filtracja.

Wczesna faza:

- zwiększa się przepływ w żyłach

- zwiększa się pompa mięśniowa

Późna faza:

- K+

- kwas mlekowy                               hiperpolaryzacja i uwalnianie się z

- CO2                                               tętniczek noradrenaliny – efekt sympa-

- hipoksja                                         tykolityczny i adrenolityczny skurczu

- wzrost ciśnienia onkotycznego      mięśnia

- adenozyna, prostaglandyny,

   bradyknina

- wzrost temp.ciała

·        

W czasie wysiłku zwiększa się przepływ krwi przez płuca. Nieczynne naczynia włosowate zostają otwarte        zwiększa się łożysko wymiany gazowej i wzrasta pojemność dyfuzyjna płuc

·         Reakcja układu krążenia na wysiłki DYNAMICZNE

- zwiększenie przepływu krwi przez mięśnie

- wzrost pojemności minutowej serca proporcjonalnie do zapotrzebowania na tlen

- zwiększenie l. skurczów, objętości wyrzutowej i frakcji wyrzutowej

- rozszerzenie tętnic wieńcowych i naczyń skóry(usuwanie ciepła)

- ciśnienie tętnicze skurczowe wzrasta proporcjonalnie do wielkości obciążenia, rozkurczowe nieznacznie może wzrosnąć

·         Reakcja układu krążenia na wysiłki STATYCZNE:

- jest proporcjonalna do względnej siły skurczu mięśni

- zmiany czynności u. krążenia nie wykazują zależności od zapotrzebowania na tlen

- charakterystyczny jest duży wzrost ciśnienia tętniczego

- pojemność minutowa się zwiększa-zależy tylko od częstości skurczów mięśnia

- objętość wyrzutowa nie zmienia się

Znaczenie wysiłku fizycznego dla człowieka:

·         Poprawa  podstawowych cech motorycznych, takich jak: siła, szybkość, wytrzymałość

·         Usprawnienie procesów oddychania i zaopatrzenia organizmu w tlen - zwolnienie rytmu oddechowego, zwiększanie pojemności płuc, wzrost wykorzystania tlenu w powietrzu wdychanym

·         Zwiększenie liczby czerwonych krwinek

·         Profilaktycznie stosowany ruch może mieć znaczenie w zapobieganiu niewydolności krążenia, chorobie wieńcowej, nadciśnieniu, żylakom

·         Wysiłek wytrzymałościowy wpływa głównie na usprawnienie funkcjonalne narządów wewnętrznych

·         Wysiłek szybkościowy i siłowy przewiduje stan wytrenowania mięśni szkieletowych i układów ruchowych nerwowo mięśniowych

·         Zmniejszenie zagrożenia chorobami przemiany materii takimi jak otyłość i cukrzyca, regulacja procesów metabolicznych

·         Wzrost masy mięśniowej pod wpływem wysiłku

·         Zwiększenie obciążeń aparatu ruchu powoduje zmiany w układzie kostnym, hipertrofia kości – zmiana ich kształtu, szerokości i długości, kości są bardziej masywne, zwiększa się szerokość powierzchni stawowych.

11. Rodzaje i cechy fizjologiczne mięśni gładkich.

Miocyty gładkie: komórki kształtu wrzecionowatego; długość 5-400 um, szerokość 1-20 um. Brak poprzecznego prążkowania, brak sarkomerów, brak prążków Z. Funkcję prążków Z pełnią ciałka gęste (zbudowane z alfa-aktyniny i filaminy); Ciałka gęste zespalają nitki aktyny z wewnętrzną powierzchnią błony komórkowej. Do aktyny przyłączone są z pomocą winkuliny i desminy.
charakterystyka: mniej białek kurczliwych w porównaniu do m. poprzecznie prążkowanych; mniejsza aktywność ATP-azy miozynowej, mniej ATP i fosfokreatyny. Brak zmęczenia, mała siła skurczu, ale nie słabnie ona przy znacznym rozciągnięciu. Z reguły, im bardziej rozciągnięty mięsień, tym większa siła skurczu. Niezależne od woli, unerwione autonomicznie.
Miocyty połączone ze sobą (nexus), tworzą syncytium. Błony sąsiednich miocytów ściśle przylegają w obrębie ciałek gęstych, dzięki czemu siła generowana przez pojedynczą komórkę przenosi się na całe syncytium. Miocyty połączone z podłożem łącznotkankowym
za pomocą fibronektyny.

 

Rodzaje mięśni gładkich:

Mięśnie gładkie typu wielojednostkowego – gęsto unerwione (autonomicznie), liczne żylakowatości splotu nerwowego, bardzo mała odległość między żylakowatością a błoną miocytu, duże stężenie neuromediatowa na receptorze komórkowym miocytu. Pobudzenie trwa krótko i skurcz ustępuje szybko po ustaniu impulsu nerwowego. Szybki wychwyt zwrotny neurotrasmitera. Mało wrażliwe na katecholaminy. Mm. wielojednostkowe są silnie kontrolowane nerwowo i nie mają własnego automatyzmu. Przykłady: mięśniówka ściany nasieniowodów, pęcherzyków nasiennych, mięśnie źrenicy.

 

Mięśnie gładkie typu jednostkowego (trzewnego) – skąpe unerwienie, duże odległości między żylakowatościami a miocytami. Słaby efekt pobudzenia nerwowego, występujący z opóźnieniem; skutki pobudzenia utrzymują się dłużej, wychwyt zwrotny neurotrasmitera jest wolniejszy. Bardziej wrażliwe na katecholaminy. Słabo kontrolowane przez układ autonomiczny, za to liczne są komórki rozrusznikowe – duży stopień automatyzmu. Przykłady: mięśnie gładkie jelita (oprócz zwieraczy), mięśniówka moczowodu, mięśniówka ścian dużych tętnic.

Mięśnie gładkie typu pośredniego. Niektóre miocyty znajdują się bliżej żylakowatości nerwowych, inne dalej. Właściwości pośrednie, między typem wielo – i jednostkowym. Przykłady: mięśnie gładkie ściany średnich i małych tętnic.

12. Mechanizm skurczu mięśni gładkich. Czynniki pobudzające mięśnie gładkie.

Pobudzenie skurczowe w mięśniach gładkich jest wynikiem nagłego wzrostu stężenie jonów Ca 2+ w sarkoplazmie. Jony te pochodzą głównie ze środowiska zewnątrzkomórkowego i przenikają w chwili depolaryzacji przez bramkowane potencjałem kanały dla Ca 2+ do wnętrza komórki.

Kolejne etapy w skurczu m. gładkich:

-otwieranie kanałów wapniowych i dokomórkowy prąd jonów Ca 2+

- jony Ca 2+ łącząc się z kalmoduliną aktywują kinazę lekkich łańcuchów miozynowych

- katalizowanie przez kinazę fosforylacji miozyny

- fosforyzowana miozyna wykazuje działanie ATP-azowe i rozkłada ATP oraz tworzy mostki poprzeczne z aktyną, dzięki czemu aktyna ślizga się po miozynie

-skurcz mięśnia gładkiego

- w momencie spadku stężenia Ca 2+  w miocytach dochodzi do defosforylacji miozyny przez fosfatazy

-rozkurcz lub utrzymujący się skurcz, dzięki mechanizmowi „ryglowania” mostków poprzecznych, czyli utrzymywania się przez pewien czas połączenia aktyny z miozyną, pomimo spadku stężenia Ca 2+  sarkoplazmie.

Po repolaryzacji jony Ca 2+  zostają usunięte z sarkoplazmy na zewnątrz błony komórkowej na zasadzie aktywnego transportu i to warunkuje rozkurcz oraz powrót mięśnia do stanu spoczynkowego.

...