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N2 - Motorisches System Aufbau der quergestreiften Muskulatur Kontraktiler Apparat (kontraktile Proteine, Struktur- und Regulatorproteine) Querbrückenzyklus.

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Präsentation zum Thema: "N2 - Motorisches System Aufbau der quergestreiften Muskulatur Kontraktiler Apparat (kontraktile Proteine, Struktur- und Regulatorproteine) Querbrückenzyklus."—  Präsentation transkript:

1 N2 - Motorisches System Aufbau der quergestreiften Muskulatur Kontraktiler Apparat (kontraktile Proteine, Struktur- und Regulatorproteine) Querbrückenzyklus und Kraftentfaltung (elektromechanische Kopplung) Myasthenia gravis

2 quergestreifte Muskulatur
Charakteristika von Skelett-, Herz- und glatter Muskulatur quergestreifte Muskulatur Charakteristikum Skelettmuskelfaser Herzmuskelfaser Glatte Muskulatur Dicke µm 10-20 µm 5-10 µm Länge bis 20 cm (M. sartorius) µm µm Kern viele membranständige Kerne ein zentraler Kern Anordnung der kontraktilen Elemente parallel, Bildung von Sarkomeren gitterartiges Netzwerk, keine Sarkomeren nervale Versorgung somatisches NS vegetatives NS Erregungsüber-tragung von Zelle zu Zelle Nein stark, über Gap Junctions über Gap Junctions Einteilung der Muskeln: Skelett- und Herzmuskulatur (quergestreifte Muskulatur). Herzmuskel-typisch ist: die starke elektrische Kopplung der Zellen untereinander und die Fähigkeit einen eigenen Rhythmus zu generieren; die Herzmuskulatur unterliegt im Gegensatz zur Skelettmuskulatur nicht dem Willen. Deutlich davon zu unterscheiden ist die glatte Muskulatur: In glatten Muskelzellen sind die kontraktilen Elemente ohne erkennbare Ordnung verteilt, die Kontraktion ist insgesamt wesentlich langsamer, der Energieverbrauch ist aber im Vergleich zum Skelettmuskel sehr gering. Analog zu Z-Scheiben: dense bodies. Minisarkomere: dense body zu dense body

3 Neuromuskuläre Endplatte
Die vom Nerven getragene Erregung wird über die n. E. an den Muskel übertragen Durch Aufzweigung der Motoneurone im innervierten Muskel bildet eine Nervenfaser Kontakte zu mehreren Muskelfasern aus, die dadurch ja gemeinsam innerviert werden, also eine funktionelle Einheit, die motorische Einheit bilden. Cluster chemischer Synapsen (präsynaptische Endknöpfchen), eine Synapse ist hier gezeigt. Transmitter: Acetylcholin (ACh) Rezeptor: nikotinische ACh-Rezeptoren (ionotrop, besonders Na+-Ionen). Na+-Einstrom bewirkt Endplattenpotential (EPP): Elektromechanische Kopplung: Die Depolarisation der Membran aktiviert spannungsgesteuerte Na+ und K+-Kanäle. Das bewirkt ein Muskelaktionspotential (MAP, Amplitude 130 mV, Dauer ca. 10 ms, im Herzen 200 ms). Diese über die T-Tubuli elektrotonisch fortgeleitete Erregung setzt über mehrere Mechanismen (DHP-Rezeptor, Ryanodin-Rezeptor) Calcium aus intrazellulären Speichern (sarkoplasmatisches Retikulum) frei. Dies leitet letztenendes den Querbrückenzyklus ein. ACh wird durch Cholinesterase in Acetat und Cholin gespalten. Cholin wird über Na+-Cholin-Cotransporter recycelt, also wieder in die Nervenendigung aufgenommen. ACh-Wirkung schwindet auch durch Diffusion präsynaptischer Endkolben: synaptische Vesikel mit je Molekülen ACh Aktive Zone zur Transmitterfreisetzung spannungsabhängige Ca2+-Kanäle

4 Aufbau der quergestreiften Muskulatur und kontraktiler Apparat
(dunkel) * (hell) Aufbau der Muskulatur; in absteigender Größe: quergestreifte Muskulatur Motorische Einheit: Vorderhornzelle mit Axon, -kollateralen, und alle von ihr innervierten Muskelzellen. (bis Meter) Muskel, Muskelfasern, funktionelle Einheit mit bis zu 50 cm Länge und µm Durchmesser Muskelzelle, kontraktiler Apparat (Abbildung) (bis µm Durchmesser, länge bis cm) Myofibrille (enthält die Myofilamente, aus einzelnen Sarkomeren) (bis 10 µm Durchmesser, cm Länge) Sarkomer (kleinste Morphologische Einheit des Muskels, 2,2-2,4 µm, Abschnitt zwischen zwei Z-Scheiben) A-Band (dichte Myosinfilamente) I-Band (weniger dichte Aktin- und Titinfilamente) H-Zone (Kontraktionszone, hier fehlen Aktinfilamente) mit M-Linie (Myomesin, Kreatinkinase: regeneriert verbrauchtes ATP: Sauerstoff­unterversorgung führt im Muskel nicht so schnell zum Zelltod wie im Gehirn) Z-Scheibe (hauptsächlich bestehend aus α-Aktinin) Myosinfilamente (elastische Aufhängung an Z-Scheiben durch Titinfilamente) Aktinfilamente (an die sich die Regulatorproteine Tropomyosin und Troponin anlagern) Querstreifung!, sehr dunkel * = „Triade“

5 Aufbau der quergestreiften Muskulatur und kontraktiler Apparat
A-Bande Aktin: Polymer aus den Monomeren G-Aktin (globuläres Aktin) und F-Aktin (filamentäres Aktin). Daran lagern sich das filamentäre Tropomyosin und der eher globuläre Troponinkomplex an. Myosin: Bei Anstieg der sarkoplasmatischen Ca2+-Konzentration auf Werte >10-7 mol·l-1 werden mit Ca2+-Bindung an Troponin C und Umlagerung des Tropomyosins die hochaffinen Bindungsstellen an den Aktinmonomeren häufiger freigegeben. Dadurch können sich dann die Myosinköpfe an die hochaffine Stelle anlagern (an die niederaffine auch) und der Querbrückenzyklus kann durchlaufen werden.

6 Aufbau der quergestreiften Muskulatur und kontraktiler Apparat II

7 Querbrückenzyklus [Ca2+]i steigt von 10-7 auf 10-5 mM
Anlagerung eines ATPs bewirkt Ablösung des Myosinkopfes vom Aktin. ATP -> ADP + Pi bewirkt Strukturumlagerung des Myosinkopfes mit Umklappen des Hebelarms. Dies verschiebt die katalytische Domäne in Richtung Z-Scheibe und kommt in Höhe eines neuen Aktinmonomers zu liegen. Bildung des niederaffinen Aktin-Myosin-Komplexes Bildung des hochaffinen Komplexes nach Ca2+-Konzentrationsänderung Erster Kraftschlag durch Abdissoziation von Pi (6-8 nm) Abdissoziation von ADP, dadurch zweiter Kraftschlag (2-4 nm)

8 Querbrückenzyklus II Abhängigkeit von der ATP-Konzentration:
Bei physiologischen ATP-Konzentrationen wird in weniger als 1 ms nach Durchlaufen dieses Zyklus ein neues ATP ans aktive Zentrum des Myosinkopfes gebunden. Bei pathologischen, besonders nach dem Tod, bleibt der hochaffine Komplex bestehen (Rigor mortis). Makroskopische Längenänderungen ergeben sich aus serieller Anordnung der Sarkomere und mehrfachem Durchlauf des Querbrückenzyklus. Makroskopische Kräfte resultieren aus der parallelen Anordnung vieler Myosinmoleküle (bzw. Myofibrillen, bzw. Muskelfasern). Die ADP-Abdissoziation ist bei festgehaltener Filamentposition (isometrische Kontraktion) erheblich (100-fach) verzögert, so dass Verweilen möglich ist. Trotzdem ist jederzeit eine schnelle Verkürzung möglich. Halteökonomie!

9 Kontraktiler Apparat: Kraftentfaltung in Abhängigkeit der Sarkomerlänge
Größte Kraftentfaltung im mittleren Dehnungsbereich. Aus diesem Grund werden freipräparierte Muskeln bei Messung einer Ruhedehnungskurve vorgedehnt. Regulierung der Kontraktionskraft im Skelettmuskel: 1. Rekrutierung von motorischen Einheiten (grobe Abstufung, große Kräfte) 2. Frequenzkodierung: Krafterhöhung durch Erhöhung der Erregungsfrequenz. Feinabstufung. Tetanus. 3. Änderung gemäß der Kraft-Längen-Beziehung

10 Ruhedehnungskurven, isometrische und isotone Kontraktion
Ruhedehnungskurve, isometrische und isotonische Kontraktion: Arbeitsdiagramm des Muskels beschreibt das Verhalten von Muskelkraft und Muskelverkürzung bei unterschiedlicher Länge des Muskels. Ruhedehnungskurve: Belastung eines vertikal aufgehängten freipräparierten Muskels mit Gewichten: Länge nimmt zu, jedoch zur Dehnungsgrenze immer weniger (wie ein Luftballon vor dem Platzen). Der Dehnungswiderstand wird durch elastische Elemente bestimmt: Titin, Sarkolemm, Bindegewebe. Titim = Ursache für den exponentiellen Anstieg. Gleichgewichtslänge: Länge nach Präparation, meist etwas kürzer als im Verband des Skeletts (=Ruhelänge des Muskels!). Hysterese Ruhedehnungskurve-Entdehnungskurve! Die Entdehnungskurve liegt unter der Ruhedehnungskurve! Dehnungsrückstand wird durch aktive Verkürzung wieder aufgehoben! Ruhedehnungskurve und Abh. der Kontraktionsformen v.d. Muskellänge müssen am isolierten Muskel gemessen werden, da sich die Bewegung im Skelett nur über +/- 10% der Ruhelänge erstreckt. (Muskelspindeln und begrenzter Raum). Isometrisch: Muskellänge bleibt gleich (Wort! Physikumsfrage!), Kraft erhöht sich. z.B. ziehen an einer verschlossenen Tür. Abhängig von der Muskellänge! Abhängig von der Zahl der parallel arbeitenden Myosinköpfe! Isotonisch: Verkürzung bei unveränderter Spannung (frei zu hebendes Gewicht, öffnen einer normalen Tür). Auxotonisch: Gleichzeitige Veränderung von Länge und Spannung (z.B. Ziehen an Feder: Je stärker man an einer Feder zieht, desto größer wird dessen Rückstellkraft, Öffnen einer Feuerschutztür mit Schließmechanismus). Unterstützungszuckung: Zunächst isometrische Krafterhöhung, dann isotonisch. Anheben eines Gewichtes vom Boden. Anschlagszuckung: Zunächst isotonische Verkürzung dann isometrische Kontraktion. Anheben und halten. Isotonische Maxima, Isometrische Maxima: Von jedem Punkt der Ruhedehnungskurve kann man den Muskel eine Einzelzuckung ausführen lassen. Die maximale Kraft, mit der man den Muskel ohne Längenänderung belasten kann gibt dann das isometrische Maximum. Die maximale Verkürzung bei einem gegebenen Gewicht gibt das isotonische Maximum.

11 Pharmakologie der neuromuskulären Erregungsübertragung
und therapeutisch Anwendung Spasmolytica, Muskelrelaxantien: Präsynaptisch reversible Blockade: Botulinustoxin. Verhindert Vesikelpriming, dadurch Hemmung der Acetylcholin-Freisetzung an der motorischen Endplatte. Wirkdauer bis sechs Monate. Anw. bei Dystonien, hemifazialen Spasmen, Blepharospasmus. Postsynaptisch reversibel depolarisierend: Suxamethonium (Succinylcholin), öffnet AChR dauerhaft. Acetylcholinesterase-Hemmer: Neostigmin, Pyridostigmin. Dauererregung durch verzögerte ACh-Entfernung. Antidot zu Curare. Z.B. bei Myasthenia gravis um Muskelschwäche zu kompensieren. Postsynaptisch reversibel nicht-depolarisierend: Curare-Typ (Pfeilgift der Südamerikanischen Indianer; z.B. d-Tubocurarin): Kompetitiver ACh-Antagonismus an nikotinischem AChR. Anwendung während der Narkose u. bei Dauerbeatmung: z.B. Pancuroniumbromid: lang anhaltende, verzögert eintretende Wirkung. Zur Vermeidung reflektorischer Muskelkontraktionen während operativer Eingriffe. Postsynaptisch irreversibel: Bungarotoxin (Schlangengift) bindet irreversibel an AChR. Insektizid E605 bindet irreversibel an Acetylcholinesterase. Direkt wirkende: z.B. Dantrolen, bei maligner Hyperthermie, oral auch bei Skelettmuskelspastik nach ZNS-Schädigung

12 Glatte Muskulatur Eigenschaften und unterschiede zur Skelettmuskulatur: Spindelförmige, einkernige Zellen, funktionell über Gap Junctions verbunden. Aktin- und Myosinfilamente sind länger als im Skelettmuskel und in Minisarkomeren organisiert. Bandförmige Myosinfilamente: Aktinfilament kann am gesamten Myosinfilament entlanggleiten. Verlängerung des Kontraktionsbereiches. Aktinfilamente besitzen angelagertes, fadenförmiges Tropomyosin und Caldesmon. Ca2+ Sensorprotein: Im Cytoplasma gelöstes Calmodulin. Kontrolle des Querbrückenzyklus erfolgt am Myosinkopf durch Phosphorylierung der MLCK.

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14 Immunantwort IgG Plasma zelle B = B-Zelle D = Dendritische Zelle
TH = T-Helferzelle naive T-Zellen Test: Antikörpertiter (Serum Antikörper reagieren mit radioaktiv markiertem AChR)

15 Edrophonium (Tensilon) positiv
Myasthenia gravis Simpson-Test: nach oben sehen (~1 min) Edrophonium (Tensilon) positiv © Disney lächeln © by Randall R. Light, medicine.tamu.edu/neuro/outline.htm

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