Kas kasılmasının mekanizması. Kısaca fizyoloji, diyagram

Kaslar ve sinir lifleriKas kasılma mekanizmasından sorumlu olan, bir kişinin birçok hareketi gerçekleştirmesine ve iç organların çalışmasına izin verir. İnsan vücudunda 600'den fazla kas vardır ve bunların hepsi yapı ve fizyolojik özellikler bakımından farklılık gösterir.

Tanım

Kas kasılması, bir kasın kısalma veya gerginlik geliştirme sürecinin bir sonucu olarak ürettiği mekanik iştir.

Kas kasılması sırasında, uzunluktaki değişiklik, ince liflerin kalın lifler boyunca çekilmesinden kaynaklanır. Kalın ve ince filamentler (sarkomer) arasındaki örtüşmenin uzunluğu değişse de, filamentlerin uzunluğu aynı kalır.

İskelet kaslarının uyarılması, istemli kasılmaları sinirler boyunca taşınan elektriksel uyarılarla uyarılır. Kalp kası hücrelerinin kasılmaları kalp kasları tarafından uyarılır.

İstemsiz kasılma kas hareketleri de vardır. Düz kas kasılmasının peristalsis'e (dalga benzeri kasılma) neden olduğu mide, bağırsaklar, mesane, kan damarlarının karakteristiğidir.

Türler

Fizyolojisi tüm kas tipleri için aynı olan kas kasılma mekanizması, bir kasın "yüksek gerilim durumundan" "düşük gerilim durumuna" geçişinden oluşur. Başka bir deyişle, kas gerilir ve sonra tekrar gevşer.

izotonik mod

Bu tür bir kasılma ile kasın uzunluğu değişirken gerilim veya direnç aynı kalır. Sonuç, vücudun bir bölümünün hareketidir.

İki tür izotonik kasılma vardır:

• eş merkezli. Bu, bir kasın kısaldığı ve iki bağlantı noktasının birbirine yaklaştığı standart bir kasılma ve kaldırma hareketidir. Bunu yaparken hareket yerçekimine karşı hareket eder ve kasın çekip kaldırmasını sağlar.
• Eksantrik kasılma aynı kası kullanır, ancak hareketin azalan kısmına etki eder. Kas uzadıkça, kasın iki bağlantı noktası birbirinden uzaklaşır, ancak kas kasılmaya devam eder ve yine de ağırlığa baskı uygular. Bir tür fren mekanizması görevi görür ve yerçekimi ile inişi yavaşlatır.

Eksantrik kasılmalar, eşmerkezli kasılmaların tersidir ve bir kas kasılırken uzadığında meydana gelir. Bu, örneğin bir biseps curl egzersizinde bir dambılı aşağı indirirken görülebilir. Kas hala tam ağırlığı desteklemek için kasılır, ancak pazı kası uzar.

izometrik mod

Bu durumda kas kasılma mekanizması (izometrik tipin fizyolojisi), kas uzunluğunda bir değişiklik olmadan gerçekleşir. İzometrik kasılmalar, kasların uzaması veya kasılması ile ilişkili olmadıkları için diğer iki tipten farklıdır. Aksine, bir kasın kasıtlı olarak gergin olduğu, ancak onunla ilişkili eklemlerin hareket etmediği bir tür aktivasyondur.

Örnekler arasında hareket etmeden önünüzdeki bir nesneyi taşımak, hareket etmeden bir duvara çömelmek veya vücudu bir veya iki dakika dengeli bir konumda tutmak sayılabilir. Her durumda, kas hareket etmeden aktive edilir.

Bu, ön kollardaki ve ellerdeki kaslar için tipiktir. Örneğin, el bir cismi sıktığında, önkol ve ellerin kasları çalışır, ancak elin eklemleri hareket etmez ve kaslar cismin düşmesini önlemek için yeterli kuvvet oluşturur.

Başka bir örnek ise, bir kişi elinde bir şey tutarken, eklemlerde hareket olmaz, ancak kaslar, nesneyi tutmak için yeterli gücü sağlamak için kasılır.

Oksotonik mod

İzotonik ve izometrik kasılma unsurlarının birleştirildiği karma mod tipi, oksotonik tiptedir. Bu tip, kas tonusu ve uzunluğundaki bir değişiklik ile karakterizedir ve başka bir adı vardır - dinamik mod.

Bu tür bir kasılmayı ölçmek için özel bir ekipman, izokinetik bir dinamometre gereklidir. Günlük yaşamda ve sporda izokinetik kasılmalar nadirdir. Bu en iyi, suyun addüksiyon hareketine karşı sabit, tek tip direnç sağladığı kurbağalama modunda gözlenir.

Görüntüleme

Kas kasılmalarının doğası, kasılmaların sırasına ve ortaya çıkan sinir uyarılarının sıklığına bağlıdır.

Bekar

Kasın doğrudan veya onu innerve eden sinir yoluyla tahriş olması durumunda tek bir kas kasılması meydana gelir.

Bu mekanizma 3 aşamaya ayrılmıştır:

• dürtünün gelişinin başlangıcından, aksiyon potansiyelinin (AP) geliştiği kas yanıtına kadar olan gizli dönem;
• kasın kasılma veya kısalma süresi;
• dinlenme dönemi.

Bu durumda kas uyarılabilirliği belirli aşamalara göre değişir. Ancak hayatta, tekil dürtüler bir kişiye girmez, belirli aralıklarla seri olarak birbirini takip eder. Kas, bu uyarılara uzun süreli bir kasılma ile yanıt verir.

tetanik

Devam eden bir kas kasılması gevşeme olmaksızın sürekli olarak devam ettirildiğinde buna tetanik kasılma denir. Kaslar kısalabilir, uzayabilir veya sabit uzunlukta kalabilir.

Bu durumda, hareket yeterince yüksek frekanslı çoklu darbelerle uyarılır. Gevşeme aşamasına denk gelen dürtü, bir dizi ardışık tek kasılma hareketinin ortaya çıkmasına katkıda bulunur.

Darbelerin frekansı artarsa, önceki döngünün gevşeme aşaması yeni gelen dürtü ile çakışabilir.

Bu durumda, eksik gevşeme dönemleriyle kesintiye uğrayan uzun süreli bir kasılmanın meydana geldiği dentat tetanozdan bahsederler. Diğer bir tetanik kasılma türü, uzun süreli kas kasılması gevşeme dönemleri tarafından kesintiye uğratılmadığında düz tetanoz olacaktır.

Hafif tetanik kasılma normaldir ve ağırlık kaldırma gibi aktiviteler sırasında normal bir fizyolojik süreç olarak ortaya çıkar. Şiddetli vakalarda, inflamatuar ve enfeksiyöz durumlarla, simetrik kas gruplarının tonik konvülsiyonları meydana gelir.

Kasılma proteinleri miyozin ve aktin

Bireysel kas hücrelerine kas lifleri denir. Uzun, silindiriktirler ve birkaç çekirdek içerirler. Bu kas lifleri sarkolemma adı verilen bir hücre zarı ile çevrilidir. Her kas lifinin içinde sarkoplazma ile çevrili miyofibril adı verilen küçük çubuklar vardır.

Miyofibriller, iskelet kası kasılmasından sorumlu küçük birimler olan sarkomer adı verilen tekrar eden bölümlerden oluşur. Her sarkomer, miyofilamentler, aktin ve miyozinin protein yapılarını içerir. Kalın miyofilamentler miyozinden, ince olanlar ise aktin, troponin ve tropomiyozinden oluşur.

Sarkomerin yapısına baktığınızda, her sarkomerin bitiş noktasını işaretleyen zikzak alanlarını görebilirsiniz. Bunlara Z çizgileri denir ve ince (aktin) filamentlerin bağlanmasında rol oynarlar.

miyozin

Kalın bir filament olan protein, kalın lifler için yapı taşı olarak yapısal bir role ve kasılma ve aktin ile etkileşim sırasında ATP'nin parçalanmasını katalize ederek işlevsel bir role sahiptir. Tek bir miyozin molekülü yaklaşık 160 nm uzunluğunda, asimetriktir ve 2 ana protein zinciri içerir.

aktin

Aktin, kaslardaki ince liflerin ana bileşenidir ve miyofilament proteinin yaklaşık %25'ini oluşturur. Tek bir aktin hücresi, tek bir sarmal protein zinciridir.

Kasta aktin, boncuk benzeri moleküllerden oluşan 2 uzun iplik şeklinde bükülür. İnce aktin filamenti, kalın miyozin filamentlerinin demetleri ile iç içe geçmiş sıralı demetlerden oluşur.

Tropomiyozin

Tropomiyosin, yapısal olarak miyozin molekülünün kuyruğuna benzeyen uzun, sarmal bir proteindir. Her molekül, aktin filamentinin çoğunu kaplayan 7 birim aktin ile temas halindedir. Molekül, kas kasılmasının düzenleyicisidir, miyozinin yapışmasını önler (ve dolayısıyla kasılmayı önler). Her tropomiyosin proteini içinde troponin kompleksleri bulunur.

Troponin

Troponin, protein alt birimlerinin bir kompleksinden oluşur. Protein kompleksinin bir kısmı tropomiyozin molekülü ile, diğeri ise Ca2 + iyonları ile ilişkilidir. Troponin molekülü, her 40 nm'de bir filament boyunca yer alır.

Hem troponin hem de tropomyozin, Ca2 + bağlanması yoluyla kas hareketlerinin kasılması ve gevşemesinin düzenleyicileridir.

Dönüşümler

Fizyolojik olarak, bir kişi biyokimyasal bir motordur, çünkü gıda bileşenlerine ayrılan bir yakıttır: glikoz (karbonhidratların en küçük yapı taşları), amino asitler ve yağlar. Kas kasılma mekanizması, ATP tarafından sağlanan glikoz ve enerjinin kullanılmasıyla gerçekleşir.

İskelet kası kimyasal enerjiyi mekanik enerjiye dönüştürür. Böylece, kas kasılma süreci, 2 aşamalı bir moleküler dönüşümün etkisi altında gerçekleşir: elektromekanik ve kemomekanik.

elektrokimyasal

Tüm canlı hücreler, içinde gömülü proteinlerin bulunduğu zarlara sahiptir. Membran, pozitif ve negatif yüklü iyonların ilerlemesi için bir difüzyon bariyeri ve yalıtkan görevi görür.

Nöronlar ve zarları boyunca kas hücreleri, iyon kanallarını seçici olarak açıp kapatarak yüklü iyonların hareketini kontrol eder. Böylece elektrik akımları ve elektrik sinyalleri üretilir. Kanal proteinlerinde hareket eden iyonların oluşturduğu akımlar çok küçük olmasına rağmen hem sinirsel sinyalleşmenin hem de kas kasılmasının temelini oluştururlar.

Sinir impulsları elektriksel olarak uyarılabilir, bu nedenle bir aksiyon potansiyeli (AP) üretebilirler - özel bir tip Hücre zarı boyunca dalga şeklinde hareket eden, sinyali hızlı ve doğru bir şekilde büyük hücrelere ileten elektrik sinyali. mesafe.

Kas kasılmasının bu ilk aşaması, aksiyon potansiyelinin dolaştığı kas lifi zarının uyarılması nedeniyle oluşur. PD nöronlar ve kas hücreleri ürettiğinde bu özelliğe uyarılabilirlik denir.

kemomekanik

Kasların kasılma çalışması, karbonhidratların veya lipitlerin oksidasyonu sırasında salınan enerji nedeniyle oluşur.

Bir mekanokimyasal reaksiyon sürecinde, kimyasal enerjinin mekanik enerjiye kademeli olarak dönüşümü gerçekleşir:

• ilk olarak, troponinin Ca2+ iyonları ile bağlanma süreci devam etmektedir;
• sonraki adım, miyozin ağır zincirinin başının aktin ile etkileşimidir;
• aktin ve miyozin birbirine göre kayar,

Azaltma aşamaları

Bir kişi ister koşuyor, ister bisiklete biniyor veya ağırlık kaldırıyor olsun, tüm hareketler, kas kasılmalarını koordine eden karmaşık bir sürecin parçasıdır.

Dinlenme durumunda, kas kasılmaları sürecinde yer alan Ca2 + iyonları hücrenin sitoplazmasında veya sarkoplazmik retikulumda depolanır. Bu durumda, nöronun elektrik sinyalini asetilkolin yoluyla kas zarı üzerinde bir elektrik sinyaline dönüştüren bir uyarma-kasılma bağlantısı ortaya çıkmaz.

Fizyolojisi iskelet kaslarının özelliklerine bağlı olan kas kasılma mekanizması, yalnızca belirli bir dizi olayla gerçekleşir.

Sarkomerlerin kısalması, kalın ve ince liflerin kayma prensibine göre birbiri üzerinden kaymasıyla taahhüt işi başlar. Aynı zamanda troponin ve tropomyozin gibi kasların Ca2+ iyonlarına duyarlılığından sorumlu proteinler, aktin etkileşimi sırasında ortaya çıkan enine köprülerin oluşumunu kontrol eder ve miyozin.

Kas kasılmasının aşamaları	Hareketler
ben	Troponine kalsiyum ekleme işlemi gerçekleşir.
II	Miyozin köprüsünün aktine yapışması başlar.
III	Çapraz köprünün döngüsel bir hareketi var.
IV	Ayrışma ve miyozin ile aktin arasında bir kompleks oluşumu meydana gelir.
V	Miyozin enine köprüsünün başının dönmesi.
VI	ATP'nin bozunması ile döngünün tamamlanması.

Kas kasılma süreci, gerekli Ca2 + iyonları ve enerji (ATP) rezervleri mevcut olduğu sürece sürer. İmpuls durur durmaz iyonlar sarkoplazmik retikuluma geri döner, aktin dinlenme durumuna geçer ve kaslar uzar ve gevşer.

Birinci

Kas kasılması için sinyal nöronlardan gelir, motor sinirin kas ile temas noktasına iletilir. Ya da başka bir deyişle, bir elektrik uyarısı omurilikteki motor sinir hücresi gövdesinden sinir aksonu boyunca hedefine, yani nöromüsküler kavşağa gider.

Saniye

Sarkolemmada depolarizasyona ve AP'ye neden olan elektriksel bir dürtü, sarkoplazmik retikulumdan kalsiyum iyonlarının salınmasını tetikler. Daha sonra kalsiyum iyonları, aktin miyofilamentindeki troponin kompleksi ile etkileşime girer. Bu, troponin ve tropomiyozin kompleksinin yer değiştirmesine yol açar, bu da miyozinin aktin moleküllerine bağlanma bölgesinin blokajının açılmasına yol açar.

Kas hücresine sinir boyunca kasılma sinyali gönderildiğinde, proteinler, aktin ve miyozin aktive olur. Miyozin, miyozin filamentinin aktin filamenti boyunca kaymasını kolaylaştıran ATP enerjisini serbest bırakarak bir motor olarak çalışmaya başlar.

Her aktin molekülü, proteinler, troponin ve tropomiyozin tarafından bloke edilen aktif bir merkeze sahiptir. Aktin'in önceden miyozin ile hareket etmesine izin vermezler.

Miyozin bağlanma bölgesi açığa çıkar çıkmaz bu molekülün başı aktin filamenti ile bağlantı kurar. Bu durumda aktin miyofilamentinin “on” aşamasında olduğu söylenir.

Üçüncü

Aktin "açıldıktan" sonra, miyozin başı menteşe bölgelerinde bükülür ve kendisini bitişik aktin filamentine bağlar. Bu aktif bir çapraz köprü oluşturur. Depolanmış adenozin trifosfatı (ATP) parçalayan bir enzim (miyosin-ATP) olarak çalışır, miyozin başında tutulur, adenozin difosfata (ADP) ve inorganik fosfata dönüşür, bu enerji.

Dördüncü

Hidroliz sırasında açığa çıkan enerji, miyozin başını aktin filamentine göre hareket ettirmek için kullanılır. Miyozin ağır zincirinin başı eğilir ve aktin filamentini çekmeye başlarken, kalın ve ince filamentler birbirine göre hareket eder. Sarkomer içindeki aktin miyofilamentlerinin zıt uçları, kasların kasılma hareketine yol açan yaklaşan bir harekete başlar.

Beşinci

Bu aşamada kas kasılma mekanizması (karmaşık bir sürecin fizyolojisi çok adımlıdır) Miyozin zincirinin baş kısmı, ATP hidrolizinin enerjisini kullanarak etki bölgesine bağlanır. aktin. İnorganik fosfatın salınması, miyozin ve aktin arasındaki bağlanma etkileşimini arttırır ve ardından bir "kuvvet vuruşunu" tetikler.

Power punch, miyozin motor proteinleri tarafından kullanılan güç üretiminde önemli bir adımdır. Miyozin proteini orijinal formuna döndüğünde aktin filamentinde kuvvetler üretilir. Aktin filamentleri dışarı çekilir. Bu aşamada kas kasılır.

Altıncı

Miyozin orijinal şeklini veya konformasyonunu yeniden kazandığında, ADP serbest bırakılır, ancak miyozin başı yeni bir yerde filamana sıkıca bağlı kalır ve böylece döngü başlangıca geri döner. ATP'nin miyozinden parçalanması döngüyü tamamlar ve tüm aktin-miyozin kompleksi sabit bir durumda kalır.

Miyozin başı, ince ve kalın filamentlere 45 ° açıyla kendini konumlandırmaya devam eder. Bu koşullar altında, çok sayıda ADP'siz miyozin başı, yeni bir ATP molekülü ona bağlanana ve böylece yeni bir kasılma döngüsü başlatana kadar aktin'e bağlı kalır.

Bir nöronal etki, tüm kasın yalnızca yaklaşık %1 oranında kısalmasıyla sonuçlanır. Bu nedenle, toplamda %35'e varan bir azalma elde etmek için tüm süreç birçok kez tekrarlanmalıdır. Çapraz köprülerin yarısının aktin'i miyozin yoluyla çekmede aktifken, diğer yarısının bir sonraki bağlanma yolunu aradığına inanılmaktadır.

Canlı sistem, proteinlerin etkileşimi nedeniyle kas kasılma mekanizması ile karakterize edilir. Kasılma, herhangi bir dokudaki hücrelerin bir özelliğidir. Ancak sadece kaslı olanlar, çeşitli hareketlere yol açan karmaşık bir fizyolojik yapıya sahiptir.

Kas Kasılması Videoları

Fizyoloji. Kas kasılma mekanizmaları: