Fyziologie svalstva

Svalstvo patří ke vzrušivým tkáním

• schopnost kontrakce a relaxace

• veškerá aktivní tenze a aktivní pohyb (cirkulace krve, transport tráveniny, řeč, mimika, lidská práce)

• 40% tělesné hmotnosti

Rozdělení svalových tkání:• kosterní svalovina (příčně

pruhované svaly)• hladká svalovina• srdeční svalovina

(myokard)

Kosterní svalovina (KS)- 95% všech svalů- vlákna obsahují více jader- 10-100 um široká, až 20 cm dlouhá- povrchová membrána – sarkolema- cytoplazma – sarkoplazma- mitochondrie – sarkosomy

Pasívní mechanické vlastnosti KS- neaktivovaný sval je pružný (klade odpor mimo

klidovou délku)- pevnost 4-12kg/cm2

- statická a dynamická složka při pasívnímprotahování

Zevní projevy kontrakce (aktivní vlastnosti) KS-minimální akce – svalové trhnutí

-pomalé svaly – pomalé trhnutí (např. posturální svaly)- rychlé svaly – rychlé trhnutí (např. okohybné svaly)

-zrychlování frekvence trhnutí-superpozice-vlnitý tetanus-hladký tetanus

• Propojení excitace a kontrakce– vlákna kosterního svalu jsou přímo

řízená nervovým systémem pomocíakčních potenciálů

– axony míšních motoneuronů kontaktujísarkolemu pomocí nervosvalovéploténky – chemické synapse –presynaptická část je součástí axonu, postsynaptická je součástí sarkolemy

– nervosvalová ploténka odpovídá na příchod akčního potenciálu uvolněním acetylcholinu z presynaptické části (axonálního terminálu), který se váže na postsynaptické části (sarkolemě) s nikotinovými receptory a tím je aktivuje

– aktivované receptory přímo otevíráiontové kanály pro Na+ (chemicky řízené kanály), což způsobuje lokálnídepolarizaci na sarkolemě

– lokální depolarizace se šíří pomocínapěťově řízených Na+ a Ca2+ kanálů po celé sarkolemě buňky, což vede k uvolnění Ca2+ z extracelulárníhoprostoru a sarkoplazmatického retikula do cytoplazmy svalové buňky

– uvedená odpověď svalové buňky na jeden AP vyvolá minimální akci – jižzmíněné svalové trhnutí

– svalová buňka je schopná reagovat svalovým trhnutím na každý akčnípotenciál motoneuronu

• Molekulární struktura kontraktilního aparátu– sarkomera (2um) – funkční jednotka ohraničená Z-

disky– aktinová vlákna (filamenta)– myozinová vlákna (filamenta)– překryv aktinových a myozinových vláken – typický

mikroskopický obraz příčného pruhování– titin – třetí systém filament, utváří klidovou tenzi

neaktivovaného svalu– řada dalších bílkovinných molekul uplatňujících se při

řízení kontrakce

• Molekulární podstata kontrakce– teorie posuvu filament a teorie molekulárních

generátorů síly• vápníková pumpa (membrána sarkoplazmatického

retikula) udržující velmi nízkou koncentraci Ca2+ v sarkoplazmě mezi kontrakcemi

• iniciace stahu vyplavením Ca2+ do cytosolu vyvolá• cyklickou interakci myozinových hlav s aktinovými

filamenty – vzniká kontrakce

Molekulární základy kontrakceHráči:myozin – asi 150 molekul uspořádaných do tlustého

vlákna s vyčnívajícími hlavami (hlavy majíATPázovou aktivitu a v klidu navázaný ATP)

aktin – dvoušroubovice tvořená kulovitými monomeryaktinu

tropomyozin – vláknité molekuly kolem aktinutroponin – molekula připojena k tropomyozinu se třemi

podjednotkami (Tn-C, Tn-T, Tn-I)

- náhlé zvýšení koncentrace Ca2+ způsobí konformacitroponinu vedoucí k zasunutí vláken tropomyozinudo štěrbiny ve vláknu aktinu

- to zpřístupní vazná místa na aktinu pro hlavy myozinu a aktivace ATPázy hlav myozinu vedoucíza štěpení ATP k rotačnímu pohybu hlavy myozinu v podélné ose sarkomery

- po uvolnění ADP z aktomyozinového komplexu, zůstavají aktin a myozin spojeny až do navázánímolekuly ATP

Řízení činnosti svalu

• Kontrakce příčně pruhovaného svalu je řízená motoneurony míšních a hlavových nervů

• Je řízená časoprostorovou aktivitou motoneuronů:

– počtem aktivních motoneuronů (tj. motorických jednotek; 1 motorickájednotka = všechna svalová vlákna ovládaná jedním motoneuronem)

– frekvencí akčních potenciálůmotoneuronů

– Již při frekvenci kolem 30 Hz dochází k maximální možné kontrakci

– Při frekvenci 80-120 Hz se sval nejrychleji stahuje

• I v klidu měříme jisté napětí svalu nesouvisející s pohybem. Tento svalový tonus má dvě složky

– pasivní elastický tonus (podmíněn elastickými vlastnostmi svalu)

– reflexní tonus podmíněn klidovou aktivitou motoneuronů (řízen gama-systémem)

Hladká svalovina• Dva typy hladké svaloviny

• buňky spojené pomocí gap junctionstvořící funkční soubunní (syncytium) –cirkulární svalovina GIT, podélnásvalovina

• buňky vzájemně nespojené, s minimálním šířením kontrakce - tzv. vícejednotkový sval – např. m. ciliaris

• Poměrně jednoduchá tkáň• Odlišnosti od příčně pruhovaného svalu

– buňky jsou menší a mají často jenom jedno jádro

– příčné pruhování není viditelné– odlišné uspořádání mikrofilament– různé množství buněčných receptorů na

membráně– místo neuromuskulární ploténky

nacházíme tzv. varikozity vyplněnésynaptickými váčky s různými mediátory (acetylcholin, katecholaminy, neuropeptidy)

– pomalejší a déle přetrvávájící kontrakce– možnost zkrácení až 1/5 klidové délky a

lepší možnost reverzibilního protažení– plastičnost při natažení

Srdeční svalovina• do jisté míry autonomní

orgán• tento typ jenom v srdci• buňky jsou jednojádrové

válce• buňky jsou tlustší a

kratší než u kosternísvaloviny

• jsou rozvětvené, navzájem spojenéinterkalárními disky (gap junction a tight juntion)

• nemožnost pracovat anaerobně

• dva druhy buněk– srdeční převodní

soustava– pracovní myokard

Energetika činnosti svalu• krevní zásobení se mění od zátěže

více jak 20x• mechanická účinnost sarkomer je

kolem 40% - 50%• celková účinnost svalové práce

kolem 20% - 25%• bezprostřední zdroj energie je ATP• po vyčerpání ATP, ATP doplněno

reakcí ADP s kreatinfosfátem• krátkodobě může pracovat

anaerobně (glykolýza)• při vysokých aerobních výkonech

je nejdůležitějším zdrojem glukóza• dlouhodobá práce – zdrojem jsou

lipidy • při extrémních nárocích začíná sval

využívat vlastní glykogen