Tkanka mięśniowa. pobudliwość kurczliwość

Transkrypt

1 Aparat kurczliwy: miofilamenty cienkie ( i białka pomocnicze) miofilamenty grube (miozyna 2) Tkanka mięśniowa troponina tropomiozyna troponina lub kaldesmon i kalponina łańcuchy lekkie miozyna 2 pobudliwość kurczliwość miozyna 2 Miofilamenty nie kurczą się, lecz przesuwają względem siebie ( główki miozyny kroczą po aktynie) Klasyfikacja tkanki mięśniowej: (1) mięśnie gładkie (2) mięśnie poprzecznie prążkowane Mięśnie gładkie: aparat kurczliwy o niższym poziomie uporządkowania reagują na różne bodźce (nerwowe, hormonalne, mechaniczne) nie podlegają naszej woli skurcz wolny, ale długotrwały komórki produkują własne blaszki podstawne i składniki substancji międzykomórkowej (m.in. włókna sprężyste i srebrochłonne) mięśnie szkieletowe mięsień sercowy Komórki mięśniowe gładkie tworzą warstwy (błony mięśniowe) lub pęczki i są połączone połączeniami szczelinowymi (neksusami), co umożliwia przewodzenie bodźców Komórka mięśniowa gładka wydłużona, wrzecionowata pałeczkowate jadro organelle zgrupowane na biegunach jądra pozostałą cytoplazmę zajmuje aparat kurczliwy otoczona blaszką podstawną Występowanie: warstwy: naczynia krwionośne, układ pokarmowy, drogi oddechowe, układ moczowo-płciowy (w tym macica, pęcherz) pęczki: mięśnie wyprostne włosa, tęczówka 1

2 Bardzo liczne cienkie i nieliczne grube miofilamenty tworzą wydłużoną sieć Miofilamenty cienkie są powiązane ze sobą i przyczepione do błony komórkowej za pośrednictwem białek wiążących aktynę ciałka gęste (α-aktynina) ciałko gęste podbłonowa płytka gęsta (α-aktynina, winkulina) kaweola podbłonowa płytka gęsta Aparat kurczliwy: miofilamenty cienkie: - - tropomiozyna - kaldesmon - kalponina miofilamenty grube: miozyna 2 Molekularny mechanizm skurczu komórki mięśniowej gładkiej: 1. Bodziec 2. Otwarcie kanałów wapniowych 3. Wzrost poziomu Ca 2+ w cytoplazmie (sygnał wewnątrzkomórkowy) 4. Przyłączenie jonów Ca do kaldesmonu i kalponiny (wzrost aktywności ATPazowej miozyny) oraz do cytoplazmatycznego białka - kalmoduliny 5. Kompleks kalmodulina-ca aktywuje kinazę lekkich łańcuchów miozyny 6. Kinaza fosforyluje łańcuchy lekkie, co powoduje odsłonięcie miejsc wiążących aktynę miejsca wiążące aktynę zamknięte kinaza lekkich łańcuchów fosforylacja łańcuchów lekkich miozyny miejsca wiążące aktynę otwarte 7. Miozyna łączy się z aktyną 8. Skurcz Śródmiąższowe komórki Cajala (specyficzna populacja komórek mięśniowych gładkich) liczne długie wypustki słabiej rozwinięty ap. kurczliwy liczne zakończenia nerwowe b. liczne połączenia szczelinowe Funkcje: spontanicznie generują bodźce skurczowe (kom. rozrusznikowe ) pośredniczą w przekazywaniu bodźców pomiędzy zakończeniami nerwowymi a roboczymi komórkami mięśniowymi Występowanie: przewód pokarmowy naczynia krwionośne moczowód Niemięśniowe komórki kurczliwe: - różne pochodzenie - aparat kurczliwy jak w komórkach mięśniowych gładkich Komórki mioepitelialne - pochodzenie nabłonkowe - obecne w niektórych gruczołach - wyciskają wydzielinę do przewodów Miofibroblasty - pochodzenie mezenchymatyczne - obecne w skórze i niektórych narządach - uczestniczą w gojeniu ran Komórki mioidne - pochodzenie mezenchymatyczne - występują w jądrach - wypychają plemniki z kanalików nasiennych Perycyty - pochodzenie mezenchymatyczne - występuja w ścianie naczyń włosowatych - regulują światło naczynia 2

3 Mięśnie szkieletowe aparat kurczliwy o uporządkowanym układzie reagują wyłącznie na bodźce nerwowe zależą od naszej woli skurcz szybki, ale krótkotrwały włókna mięśniowe wytwarzają własną blaszkę podstawną Mięsień szkieletowy jest narządem zbudowanym z włókien mięśniowych i tkanki łącznej otaczającej: brzusiec (namięsna), pęczki włókien (omięsna) i pojedyncze włókna mięśniowe (śródmięsna) namięsna omięsna śródmięsna mięsień pęczek mięśniowy blaszka podstawna cytoplazma jądro włókno mięśniowe W tkance łącznej przebiegają naczynia krwionośne i włókna nerwowe Włókno mięśniowe szkieletowe jest wielojądrzastą zespólnią powstałą przez zespolenie wielu komórek prekursorowych (mioblastów) Budowa włókna mięśniowego szkieletowego: sarkolema (błona komórkowa + blaszka podstawna) wąska obwodowa warstwa cytoplazmy zawierająca jądra i organelle obszar centralny zawierający aparat kurczliwy - równolegle ułożone, poprzecznie prążkowane miofibryle Pomiędzy miofibrylami: mitochondria, kanaliki T, siateczka sarkoplazmatyczna glikogen, mioglobina Budowa miofibryli: regularny układ miofilamentów tworzy segmenty - sarkomery Filamenty i białka podporowe sarkomeru i miofibryli titina tropomodulina nebulina H linia Z: α-aktynina, mocuje końce cienkich miofilamentów linia M: miomezyna, tworzy mostki łączące bocznie grube miofilamenty I A I Z M Z titina zapobiega nadmiernemu rozciągnięciu sarkomeru nebulina usztywnia cienki miofilament tropomodulina blokuje wolny koniec cienkiego miofilamentu, zapobiega jego wydłużaniu (polimeryzacji aktyny) dystrofina Dystrofina łączy obwodowe miofilamenty cienkie z błoną komórkową 3

4 Mutacje w obrębie genu kodującego dystrofinę wywołują ciężkie schorzenie miodegeneracyjne, dystrofię mięśniową Duchenne a Miofibryle połączone są na wysokości linii Z sarkomerów poprzecznie biegnącymi filamentami pośrednimi (desmina) w ten sposób, że sarkomery znajdują się na tym samym poziomie - daje to efekt poprzecznego prążkowania całego włókna mięśniowego Molekularna struktura miofilamentów cienkie grube główki (fragmenty S1) tropomiozyna troponina cząsteczka miozyny 2 Molekularny mechanizm skurczu 1. Wzrost poziomu jonów Ca 2+ (sygnał wewnątrzkomórkowy) 2. Jony Ca wiążą się z troponiną C 3. Troponina I poprzez troponinę T odsuwa tropomiozynę od aktyny 4. Główki miozyny wiążą się z aktyną 5. Miozyna kroczy po powierzchni aktyny - miofilamenty przesuwają się względem siebie, sarkomer się skraca miofilament tropomiozyna troponina (C, I, T) miozyna ale w miofybryli to nie ma prawa działać!... czyli dylemat skurczu mięśniowego (contraction dilemma) Bodziec dochodzi do każdego włókna mięśniowego z zakończenia włókna nerwowego, płytki motorycznej (synapsa nerwowo-mięśniowa) tak skierowane są wektory sił generowanych przez sarkomery? zakończenie włókna nerwowego fala skurczu To jednak działa, gdyż sarkomery nie kurczą się równocześnie, tylko po kolei, każdy z minimalnym opóźnieniem w stosunku do poprzedniego co pozwala na efektywne skrócenie miofibryli. fałdy sarkolemy kanały sodowe neuroprzekaźnik: acetylocholina 4

5 Systemy błonowe otaczające miofibryle: kanaliki T i siateczka sarkoplazmatyczna błona komórkowa miofibryla cysterna brzeżna siateczki sarkopl. kanalik T siateczka sarkoplazmatyczna Reakcja włókna mięśniowego na bodziec nerwowy - etapy 1. Przekazanie bodźca na błonę komórkową (płytka motoryczna) 2. Wprowadzenie bodźca w głąb włókna (błona kanalików T) 3. Zmiana kształtu białka wrażliwego na bodziec (zmianę potencjału błony) w błonie kanalika T 4. Mechaniczne otwarcie kanałów wapniowych w błonie cysterny brzeżnej kanaliki T wpuklenia błony komórkowej zlokalizowane wzdłuż granic między prążkami I i A siateczka sarkoplazmatyczna odpowiednik siateczki gładkiej/kalciosomu, o segmentowym układzie, gromadzi jony Ca triada mięśniowa: kanalik T + 2 cysterny brzeżne 5. Wzrost poziomu jonów Ca w cytoplazmie (czyli także w otoczeniu miofilamentów) błona kanalika T błona cysterny brzeżnej kanał wapniowy bodziec Połączenie mięsień-ścięgno Typy włókien mięśniowych szkieletowych: czerwone (typ I) pośrednie (typ IIA) białe (typ IIX) miofilamenty cienkie białka pośredniczące integryny kolagen Włókna białe: większa średnica, mniej mioglobiny i mitochondriów, węższe linie Z, b. szybki skurcz, szybkie zmęczenie Włókna czerwone: mniejsza średnica, więcej mioglobiny i mitochondriów, szersze linie Z, wolniejszy skurcz, bardziej odporne na zmęczenie Komórki satelitarne Struktury receptoryczne mięśni szkieletowych: wrzecionka nerwowo-mięśniowe i nerwowo-ścięgniste włókna nerwowe ruchowe (eferentne) włókna nerwowe czuciowe (aferentne) błona komórkowa komórki satelitarnej blaszka podstawna torebka normalne włókna mięśniowe otaczające wrzecionko (ekstrafuzalne) włókna nerwowe czuciowe (aferentne) błona komórkowa włókna mięśniowego niezróżnicowane (komórki macierzyste mięśni szkieletowych) leżą pod blaszką podstawną mogą się namnażać i wbudowywać do istniejących włókien odpowiadają za rozrost, przebudowę i regenerację mięśni małe włókna mięśniowe wrzecionka, oplecione licznymi zakończeniami nerwowymi (intrafuzalne) włókna kolagenowe ścięgna 5

6 Z uwagi na przestrzenny charakter skurczu, komórki mięśnia sercowego (kardiomiocyty) oraz ich aparat kurczliwy tworzą przestrzenną sieć Mięsień sercowy: zbudowany z oddzielnych komórek uporządkowany układ aparatu kurczliwego (sarkomery) reaguje na bodźce generowane przez własne komórki skurcz rytmiczny skurcz przestrzenny Pomiedzy rozgałęzionymi kardiomiocytami znajdują się bardzo liczne naczynia włosowate Komórki mięśnia sercowego zawierają: centralne jądro, a wokół niego organelle rozgałęzione pęczki miofilamentów zorganizowanych w sarkomery, a między nimi bardzo liczne mitochondria Cienkie miofilamenty kardiomiocytów zawierają specyficzne izoformy troponiny (inne niż w m. szkieletowych). Przy uszkodzeniu komórki wydostają się one do krwi i ich obecność w osoczu jest jednym z najwcześniejszych wskaźników zawału serca. Kanaliki T i siateczka sarkoplazmatyczna w komórkach mięśnia sercowego pełnią te same funkcje co w włóknach mięśniowych szkieletowych, choć nieco różnią się morfologią i mechanizmem działania Komórki mięśnia sercowego są połączone wstawkami - zespołami połączeń międzykomórkowych desmosom wstawka neksus szersze kanaliki T zlokalizowane na poziomie linii Z mniejsze cysterny brzeżne diady zamiast triad (kanalik T + 1 cysterna brzeżna) w błonie kanalików T kanały wapniowe otwierane zmianą potencjału, wstępny wzrost poziomu Ca aktywuje kanały wapniowe w siateczce sarkoplazmatycznej (wzmocnienie sygnału) powięź przylegania 6

7 Komórki robocze przedsionków Komórki układu bodźcotwórczo-przewodzącego są prymitywnymi komórkami mięśnia sercowego ubogi aparat kurczliwy brak kanalików T liczne neksusy mniejsze brak kanalików T niektóre komórki pełnią również funkcję dokrewną: produkują przedsionkowy peptyd natriuretyczny Węzeł zatokowo-przedsionkowy (1), węzeł przedsionkowo-komorowy (2): spontaniczna, rytmiczna depolaryzacja Pęczek Hisa (3), włókna Purkiniego (4): pęczki komórek połączone neksusami między sobą i z kardiomiocytami roboczymi ( rozprowadzanie bodźców) A jednak są! Komórki macierzyste mięśnia sercowego zawał blizna łącznotkankowa Komórki mięśnia sercowego nie mają zdolności do regeneracji uszkodzony rejon (np. rejon zawału) zastępuje łącznotkankowa blizna, co prowadzi do upośledzenia wydolności serca. Aby pobudzić regenerację, próbowano (bez większego powodzenia) wstrzykiwać do rejonu blizny komórki macierzyste pobrane z innych narządów pacjenta (szpiku, mięśni szkieletowych). Ostatnio jednak okazało się, że małe komórki zlokalizowane pomiędzy kardiomiocytami w hodowli przekształcają się w sprawne czynnościowo kardiomiocyty nie wiadomo, dlaczego nie są aktywne w sercu po przeszczepieniu do serca szczura wbudowują się w mięsień sercowy w hodowli mogą tworzyć kuliste skupiska (kardiosfery) 2012: Sukces? Dobre wyniki leczenia pacjentów po zawale komórkami macierzystymi mięśnia sercowego (badania kliniczne I fazy) 31 pacjentów, blizna pozawałowa lewej komory, obszar blizny (średni) 24% wyhodowano ich własne komórki macierzyste z biopsji m. sercowego komórki wstrzyknięto do gałęzi t. wieńcowej po 6 miesiącach: - żaden pacjent nie zmarł - obszar blizny zmniejszył się o 12% (u pacjentów nieleczonych o 1,5%) - masa żywego mięśnia sercowego zwiększyła się o 20 g (u pacjentów nieleczonych o 2 g) (Makkar et al., Lancet 2012, March 10) 7