Izomélettani ismeretek

Amennyiben egy izomrostot (izomsejtet) sejtmembránja felől elektromos árammal ingerlik, s megfelelő nagyságú impulzus érkezik, az izomrost összehúzódik, majd elernyed. Kisebb inger hatására nem reagál a rost. Azt az ingererősséget, amelyre már összehúzódik az izom küszöbingernek nevezzük. Az is megfigyelhető, hogy a hatékony inger leadásának pillanatától a mechanikai válasz bekövetkeztéig bizonyos idő telik el, ami alatt az izomsejtben látszólag nem történik semmi. Ezt az időt lappangási időszaknak nevezzük. Amennyiben az idegrostnál a küszöbingernél kétszer-háromszor erősebb ingert alkalmazunk, az összehúzódás mértéke nem változik. Egy idegrost (idegsejt) a küszöbingerre már ugyanolyan összehúzódással válaszol, mint sokkal erősebbre. Ezt a jelenséget a „minden vagy semmi" törvényének nevezzük.

Ha változik az inger frekvenciája, s a következő hatékony inger az elernyedés időszakában keletkezik, az izomrost nem válaszol összehúzódással. A harántcsíkolt izom ugyanis az elernyedés időszakában nem ingerelhető. Tovább fokozva az ingeradás frekvenciáját, a második inger akkor érkezik, amikor az elsőtől az izomrost még összehúzódásban van, akkor a második inger is összehúzódásra vezet. Ha az izomrost végét egy izomhoz kapcsoljuk, az látható, hogy a második összehúzódás görbéje abban a magasságban kezdődik, amelyben az első inger hatására összehúzódott izom már volt. Ilyen módon a második ingertől keletkező miogramm az első fölé kerül, arra ráépül. Ezt a jelenséget nevezzük az összehúzódások szuperpozíciójának. Egy további harmadik időben adott hatékony ingerrel a szuperpozíciót fokozhatjuk, és így tovább mindaddig, míg az izom el nem éri megrövidülésének határát. Az izomnak ezt az összehúzódási állapotát tetanusznak nevezzük. Amennyiben az ingereket elég gyorsan adjuk, az összehúzódás görbéjén összefüggő egyenes vonalat kapunk, az ilyen rángás komplett tetanuszos rángás.

Ha egy összehúzódás alkalmával az izom hosszúsága csökken, de feszültsége nem változik, izotóniás rángást hoztunk létre. Fordított helyzetben izometriás az összehúzódás.

Az izom összehúzódásakor hő szabadul fel. A hőtermelés már az ingerlés pillanatában megindul, és gyorsan fokozódik, ezt nevezzük aktivációs hőnek. A kezdeti gyors emelkedést kis fokú csökkenés, majd újabb emelkedés követi, melynek maximuma az elernyedés kezdetére esik, ez a megrövidülési hő. Az összehúzódás lezajlása után még percekig a nyugalminál nagyobb az izom hőtermelése, ez az ún. megkésett hő. A kezdeti hőtermelést az anaerob körülmények közt is létrejövő reakciókkal (ATP- és kreatin-foszfát-bomlás, valamint anaerob glikolízis) magyarázzák. A megkésett hőtermelés a biokémiai értelemben vett helyreállítási folyamatokkal kapcsolatos.

Az izomrostok elektromos tevékenységének vizsgálata és rögzítése grafikus módszerrel az elektromiográfia. A mérést nyugalmi állapotban és erőkifejtés alatt is elvégzik. A vizsgálat során érzékelő tűket szúrnak az izomba, hogy felvegyék az izom elektromos jeleit, amelyeket oszcilloszkópon jelenítenek meg. A vizsgálattal lehetővé válik a központi idegrendszer (agy, gerincvelő) és a perifériás idegek sérüléseinek (távolabb futó idegek, ideg- és izomösszeköttetések) megkülönböztetése, valamint az idegek ingerületvezetési sebességének a mérése.

Az izomműködés alapja az egyes fehérjék kölcsönhatása. Ezek a következők:

Motoros fehérjék

- Miozin

- Aktin

Szabályozó fehérjék:

- Troponin

- Tropomiozin

- α-aktinin

- Egyéb fehérjék (vinkulin, titin, stb)

A miozin 480 kDa molekulatömegű fehérje, amely 6 polipeptidláncból (4 könnyű és 2 nehéz) épül fel, az aktin két spirális részből egymásba fonódó fehérjeszál (F és G aktin). Minden G-alegység felületén található egy aktív kötőhely, amely a miozin kereszthidak fejecskéit képes megkötni (24. ábra). A tropomiozin nyugalomban 6-9 kötőhelyet takar el az aktinszálon. A troponin 3 alegysége: TnI-inhibitorikus rész; TnC-kalciumkötőrész; TnT- tropomiozinkötő rész. Az alfa-aktinin a Z-csíkot alkotja, rajta specifikus aktinkötőhelyek vannak.

24. ábra: Az aktin és a miozin szerkezete.

A harántcsíkolt izom működése közben az egymással párhuzamosan futó aktin és miozin fehérjeszálak közelebb kerülnek egymáshoz, és egymáson elcsúsznak. A szarkomer megrövidül. Ezt segíti a miozinszál speciális felépítése és az aktinszálon lévő miozin kötőhelyek felszabadulása, s kötődése a miozin speciális fejecskéjéhez. Ez a motoros tevékenység, melynek négy fázisa van:

A motoros tevékenység fázisai:

1. Aktiváció (megindítás)

2. Reguláció (szabályozás)

3. Kontrakció (megrövidülés)

4. Relaxáció (ellazulás)

 

A különböző szakaszokban lejátszódó élettani folyamatok a következők:

Aktiváció

- A gerincvelő motoros sejtjéből érkező idegi ingerület eléri az izmot, akciós potenciál keletkezik. Motoros egységnek nevezzük a neuront és a hozzá kapcsolódó izomrostokat (25. ábra). Az izmokba belépő nyúlvány finom ágakra oszlik, minden ág több izomrosthoz visz ingerületet.

- A motoros véglemezben, ahol a neurilemma a szarkolemmával találkozik acetilkolin szabadul fel, a szarkolemma aktiválódik

- A szarkoplazmatikus retikulumban (SR) Ca++ szabadul fel és áramlik az intracelluláris (IC) térbe, a motoros folyamat megindul.

Reguláció

- A Ca++ a troponin-C-hez kötődik,

- A troponin-I által kifejtett gátló hatás megszűnik

- Aktiválódik a miozin ATP-áz enzime

- Az F-aktin felületén szabad kötőhelyek keletkeznek

- Kötődés jön létre a miozin fejek és az aktin között, ún. kereszthidak alkulnak ki.

- A kereszthidak elfordulnak és ezzel a vékony aktin myofilamentumot a vastag myozin myofilamentum mentén elhúzzák. A kémiai energia mechanikai energiává alakul.

Kontrakció

- Ca++ jelenlétében a kereszthíd-ciklus folyamatosan működik. Az aktív állapotban lévő kereszthidak folyamatos működését kereszthíd ciklusnak, vagy csúszófilamentum mechanizmusnak nevezzük. Eredményeként a Z-csíkok a sarcomer középpontja felé elmozdulnak, ezzel az izomrostok megrövidülnek.

Relaxáció

- A Ca++ visszajut ATP pumpa segítségével a SR-ba (Ca++ akkumulációja)

- A troponin-C kötésből felszabadul a Ca++, a troponin-I visszakötődik az aktinhoz és behúzza a tropomiozint is. A további kereszthíd kötés kialakulása gátolt. A sarcomer ellazul és visszanyeri nyugalmi hosszát.

25.ábra: Motoros egység: neuron és a hozzá kapcsolódó izomrost (Fotó: Internet)