FYSIOLOGIE MENS EN DIER – SPIEREN – B

FYSIOLOGIE MENS EN DIER – SPIEREN – B. BUWALDA
Human Physiology (Silverthorn 5th); Spieren
The somatic motor division (p.397-401)
- Hfdst 12 (zonder fig. 12.21 en “cardiac muscle” op p.439-440)
- Hfdst 13 (p.447-457)
- Werkcollege spier (Silverthorn CD)
3 soorten spieren;
- skeletspieren
- gladde spieren
- hartspieren
De aansturing van skeletspieren gaat via somatische zenuwen.
Er zijn 2 soorten aansturing; Autonome zenuwen & somatische
(excitatoir – altijd spiercontractie) zenuwen.
Anatomie neuromusculaire junctie;
1 spiervezel heeft meerdere kernen.
-
Bestaat uit; axon uitlopers (vertakkingen dicht bij spier)
Motor eind platen (specialisatie van het membraan van de spiercel, regio van
spiermembraan die hoge concentratie van Nicotinerge ACh-R bevat)
Schwann cellen (gemyeliniseerde axonen, snelheid actie potentiaal, ontwikkeling
junctie en groeifactoren & produceren myeline)
Een somatisch motor neuron kan meerdere spiervezels aansturen, hoe minder hij er aanstuurt
hoe nauwkeuriger de beweging. Hoe meer hij er aanstuurt hoe grover de beweging.
Motor eindplaat zorgt voor goed contact.
De synaptische spleet is gevuld met collageen, die zorgt
voor een hechte koppeling, (nodig ivm de bewegende
spieren) en bevat ook AChE voor de afbraak van ACh.
Neuronale werking op motor eindplaat;
- ACh werkt altijd excitatoir op spiervezel en geeft dus altijd contractie.
- Er bestaat geen antagonistische innervatie op spiervezels die zorgt voor ontspanning van
spieren
- Ontspanning: inhibitie somatische motor neuronen in centraal zenuwstelsel
Axon terminal;
1. actiepotentiaal
2. opening spannings-afhankelijke Ca2+ kanalen: Ca2+
influx. ( Ca2+ bindt aan eiwitten en zorgt ervoor dat
ACh + vesicels migreren naar uiteinde synaps)
3. afgifte Ach uit vesicels
4. binding aan Nicotine-R
Nicotine-R;
- opening ion Na/K kanaal spiervezelmembraan, oiv ACh.
- instroom Na+ groter dan uitstroom K+ depolariseert spiervezel.
- Contractie
Soorten spieren;
Skeletspieren
Beweging
Vaak aan bot
Willekeurig
Signaal van somatisch motor neuron
Dwarsgestreept (Gladde spier & hartspier)
Verplaatsing materiaal/inhoud
(vast/vloeibaar).
Niet aan bot
Onwillekeurig
Meervoudige controle/sturing nivo’s
(autonoom nerveus, intrinsiek, endocrien)
Antagonistische skeletspieren;
Zorgen voor beweging van gewrichten:
- flexor: flexie
- naar je lichaam toe (arm buigen) = antagonistische skeletspier
- extensor: extensie
- van je lichaam af (arm strekken) = agonistische skeletspier
Skeletspier: terminologie
Algemene term
Spier cel (muscle cell)
Cel membraan (cell membrane)
Cytoplasma
Modified endoplasmic reticulum
Gelijke spier benaming
Muscle fiber
Sarcolemma
Sarcoplasm
Sarcoplasmic reticulum
Anatomie van de spier;
– Bundel spiervezels
– Veel kernen op oppervlak vezel
– Paralelle oriëntatie
– Elke vezel heeft bindweefselkapsel
– Vezels samen in bundels (fasicles)
– Ook de fasicles en de spier hebben elk een bindweefselkapsel
– Alle bindweefselkapsels zijn verbonden met elkaar
Spiervezel (=spiercel);
Spiervezel: sarcoplasmatisch reticulum;
Contractiele en elastische eiwitten
Lumen →extra-cellulair → snelheid actie potentiaal / Storage and release Ca2+ (belangrijk
voor contractie)
T-tubuli – inkepingen in het membraan, belangrijk voor geleiding.
Myofibril;
Zones niet leren.
Contractiele eiwitten: actine (dun, laat meer licht door) en myosine (dik)
Regulatoire eiwitten: tropomyosine en troponine
“Giant accessory”eiwitten: titine (positioneert myosine) en nebuline (positioneert actine)
Als de Z schijven naar elkaar toe gaan is er sprake van spiercontractie.
Sarcomeer wordt dan korter.
Myosine kopjes kunnen interacties aangaan met actine.
- Myosine is “motoreiwit”
- Dik filament = ong. 250 myosine moleculen
- staart, overgangsgebied, kop (die kan
interacteren met G-actine)
- Actinefilament (F(ilament)-actine)
opgebouwd uit G(lobular)-actine moleculen.
- Dubbele streng (“helix”)
Calcium→ Troponin-Calcium →Tropomyosin → actin
Tropomyosine inhibeert de binding tussen myosine-kopjes en G-actine. De tropomyosine gaat
oiv Ca2+ iets aan de kant waardoor het myosine-kopje beter kan binden aan G-actine.
Titine en nebuline;
Titine is grootste eiwit in ons lichaam
- stabilisatie en elasticiteit
Nebuline : inelastisch
Bij spiercontractie worden spieren korter.
Sarcomeerlengte;
Contractie:
- dikke en dunne filamenten worden niet korter
- A band blijft altijd gelijke lengte houden; H en I band korter
- filamenten glijden langs elkaar
Basis van de spiercontractie;
Basis van de spiercontractie, kopje knikt naar binnen.
zwak; (90º); de situatie van een spier in rust
Contractie; kopjes trekken actine filamenten naar binnen (worden niet korter itt sarcomeer).
Energievoorraad in de spieren;
- Meestal voldoende ATP aanwezig waardoor de spier kan ontspannen
- Rigor mortis (lijkstijfheid): ATP gebrek
- Tijdelijk: enzymatische afbraak bindingen
Excitatie-contractie (E-C coupling) moleculair;
RyR = RyanoRodine-R
Ach afgifte in neuromusculaire junctie → Na influx in spiervezel → Depolarizatie “alles of
niets” EPP (eindplaatpotentiaal) → Spanningsafhankelijke Dihydropyridine rec. Calcium
kanalen open Sarc. Ret → Troponine binding Calcium → Power stroke
Ontspanning skeletspier;
- Ca2+-ATPase pompt Ca2+ terug in
sarcoplasmatisch reticulum
- Ca2+ laat los van troponine
- Tropomyosine glijdt terug en blokkeert de
myosine bindingsplaats
Twitch;
- Enkele contractie-relaxatie cyclus
- Vertraging (tijd die nodig is voor excitatiecontractie koppeling)
- 1 actiepotentiaal in spiervezel geeft 1 twitch
Energievoorziening skeletspieren;
- Hoeveelheid ATP aanwezig in spiervezel voldoende voor ong. 8 twitches
- Phosphocreatine in spiervezel (hoogenergetische fosfaatverbindingen)
- Creatine kinase
- Metabolische productie ATP
- glucose via glycolyse naar pyruvaat en pyruvaat (O2) in citroenzuurcyclus (30 ATP)
- anaeroob: glucose in lactaat (2 ATP)
- vetzuur verbranding (altijd met O2): beta-oxydatie
- langzaam en m.n. bij lichtere inspanning
Spier raakt NIET door z’n ATP heen, (alleen bij rigor mortis & geen beweging meer).
Energieproductie en energieverbruik door skeletspier;
Bij geen O2 → gebruik van glycolyse (rood)
Wel O2 → eerst citroenzuurcyclus (donkergeel) → daarna vetzuurverbranding (geel)
Vermoeidheid van de
skeletspier;
Langzame en snelle spieren; slow and fast-twitch
Myoglobine → bindt zuurstof → rode kleur → vermoeidheid resistent
Witte spieren → weinig zuurstof → krachtexplosie → snel vermoeid
Verdeling spiersoorten is deels genetisch bepaald.
Gebaseerd op: A) de isoform van de myosine ATPase: fast-twitch splitsen ATP sneller
B) duur van de contractie (Ca2+ ATPase sarcoplasmatisch reticulum)
Kracht van de skeletspier tijdens 1 twitch; hangt af van de lengte van sarcomeer.
Toename contractiekracht met summatie van spier-twitches;
(d = tetanus)
Motor units;
- Groep spiervezels die gezamenlijk functioneren samen met het
somatische motor neuron dat de groep spiervezels aanstuurt.
- Alle spiervezels in een motorunit behoren tot hetzelfde type
- Sport en genetische verschillen in aanleg spiervezels
- Duursporters versus sprinters, gewichtheffers, springers..
Gradaties in contractiesterkte en duur;
- Contractiekracht neemt toe met het inschakelen van meer motorunits
- Verschillende excitatiedrempels motorneuronen;
- Laagdrempelig: vermoeidheidsresistente slow-twitch vezels
- Hogerdrempelig: vermoeidheidresistente fast-twitch oxidatieve-glycolytische vezels
- Hoogdrempelig: snel vermoeide glycolytische fast-twitch
Asynchrone inschakeling motorunits gaat vermoeidheid tegen.
Isotonische en isometrische contracties;
Isometrische spierbewegingen:
Deze vinden plaats als de spierspanning
toeneemt, zonder dat de spier langer
wordt. De spier wordt niet langer en de
spanning in de spieren is gelijk aan de
weerstand van de halter.
Concentrische spierbewegingen:
Deze vinden plaats wanneer een spier
korter wordt tijdens het samentrekken.
Wanneer je tijdens de biceps oefening
het gewicht naar boven brengt, wordt er
een concentrische spierbeweging
gemaakt.
Excentrische spierbewegingen:
Tegengestelde actie van concentrische
beweging. Deze brengen de spier terug naar de beginpositie. De spier wordt langer als de
hoek van het gewricht groter wordt en zich ontspant. Wanneer je tijdens de biceps oefening
het gewicht terug laat zakken naar de beginpositie, is dit een voorbeeld van een excentrische
spierbeweging.
Beweging: van
isometrisch naar
isotonisch
Skeletspieraandoeningen;
- Spierkramp: overmatige prikkeling door somatische motorneuronen (geforceerd
strekken: inhibitie motorneuronen)
- Overbelasting
- Langdurige inactiviteit
- Giffen: (botulisme (botox), tetanus)
ALS: amyotrophe laterale sclerose;
Neurodegeneratieve ziekte: motorneuronen in ruggemerg en hersenstam, Oorzaak
onbekend.
Gladde spieren versus skeletspieren;
• Contractie en relaxatie in gladde spiercel twitch veel langzamer
• laag zuurstofverbruik en weinig vermoeidheid (sphincterspieren)
• veel meer actine
• geen troponine
• actine en mysosinefilamenten zijn langer
Variëteit in gladde spiercellen;
- Veel verschillende type gladde spieren: (vasculair, gastrointestinaal, urinewegen,
ademhaling, voortplanting en oculair)
- Contractie gecontrolleerd door: hormonen, diverse neurotransmitters, en allerlei
andere paracrien afgegeven stoffen
Gladde spier versus skelet spier;
- Kleine cellen met een enkele nucleus
- Geen gespecialiseerde receptor structuur als motor eind plaat.
Type gladde spier;
a) Single-unit smooth cells; cellen verbonden dmv gap junctions, cellen contracteren als
single unit.
b) Multi-unit smooth cells; niet elektrisch gelinkt, elke cel moet apart worden
gestimuleerd.
Multi-unit kan veranderen in
single-unit.
Anatomie van de gladde spiercel;
- Geen sarcomeren
- Myosine is over de hele lengte bedekt met “kopjes”
Gladde spier contractie: moleculair;
Paar verschillen met skeletspier:
- Ca2+ bindt aan calmoduline in
gladde spier
- Ca2+ bindt troponine in
skeletspier
- Fosforylatie in gladde spier
- Regulatie myosine ATPase
activiteit controleert contractie
- In skeletspier ligt de controle
bij actine gekoppelde
processen
Ontspanning gladde spier;
Diverse wegen tot initiatie van contractie in gladde spiercel;
Onstabiele rust membraan potentiaal;
Pacemaker potentialen:
Ionkanalen die spontaan openen en sluiten.
Chemische signalen; Gladde spier
- Excitatore en inhibitore signalen
- Autonoom nerveus (sympathisch-parasympathisch
- Hormonaal
- Paracriene stoffen (histamine bij astma-adrenaline); NO (bloedvaten))
Hfdst 13: body movement;
Neurale reflexen:
- Beginnen altijd met activatie sensorische receptor
- Afferente en efferente banen
- Negatieve feedback en feedforward
Monosynaptisch en polysynaptische somatische motor reflexen;
“
” → Alpha motor neuron.
Autonome (viscerale) reflexen;
- Ontlasting: poepen/plassen (spinale reflexen)
- Modulatie door hersenen
- Homeostatische regelmechanismen:
- Hartslag frequentie, bloeddruk, ademhaling, eten, vochtbalans, lichaamstemperatuur
- Van emotie naar viscerale effecten: “gut-feeling”
- Autonome reflexen zijn altijd polysynaptiche reflexen
Skeletspier reflexen;
- Spier contractie (somatische motorneuron)
- Spierontspanning!!
- activatie inhibitore interneuronen in CNS die somatische motorneuronen remmen
- Sensorische receptoren (proprioceptoren)
- Spierspoelen (spindles), golgi pees organen, gewrichtsreceptoren
- Sensorische neuronen
- CNS integratie
- Somatische motorneuronen (alpha motorneuronen)
- Effectoren (contractiele skeletspiervezels)
Spierspoelen;
- Rekreceptoren
- In de spieren: in zgn. Intrafusale vezels
- Sensorische neuronen tonisch actief: spiertonus
Pees organen: Bescherming tegen overbelasting.
Spierspoeltjes: vuren ook als spier in rust is;
Strek reflex;
Alfa-gamma co-activatie;
Alpha motor neuronen sturen skeletspieren aan (via CZS).
Gamma motor neuronen sturen spierspoeltjes aan.
Alpha-gamma coactivatie; Alpha stuurt skeletspieren aan, daarmee verandert de stand van de
spierspoeltjes waardoor Gamma ook de spierspoeltjes aan gaat sturen. Het effect is dat de
spanning in de spierspoeltjes gelijk blijft.
Spierpoelreflex;
Golgi pees orgaan: bescherming
Peesorganen reageren primair op de
spanning die een spier ontwikkelt tijdens
isometrische contractie →
ontspanningsreflex.
Kniereflex: beweging om gewricht;
- Coordinatie van synergistische en antagonistische spiergroepen
- Kniereflex is een monosynaptische strek reflex
Terugtrekreflex bij pijnlijke stimuli;

Download Report