Learning Outcomes
- Az izomfeszülés és az izomösszehúzódás tárgyalása
Az izomrángás
Az izomösszehúzódás megértését egy izomrost összehúzódásának vizsgálatával javíthatjuk. Rándulás akkor következik be, amikor egy izomrost az idegrendszer által adott parancsra (ingerre) összehúzódik. A motoros neuron aktiválódásától az izomösszehúzódás bekövetkezéséig eltelt időt késleltetési fázisnak (néha látens fázisnak) nevezzük. A késleltetési fázis alatt egy akciós potenciálnak nevezett jel mozog a motoros neuron végéhez (axonvégződés). Ez acetilkolin felszabadulását és a motoros véglemez depolarizációját eredményezi. A depolarizáció a szarkoplazmatikus retikulumból kalcium felszabadulását és ezt követően a kalcium troponinhoz való kötődését eredményezi, ami a miozin kötőhely expozícióját okozza. Ezt követi a tényleges izomösszehúzódás, amely feszültséget fejleszt az izomban. Ezt a következő fázist nevezzük összehúzódási fázisnak. Az összehúzódási fázis során az aktin és a miozin között kereszthidak alakulnak ki. A miozin az aktint mozgatja, a kereszthidakat sokszor felszabadítja és újjáalakítja, miközben a szarkomer megrövidül és az izom összehúzódik. Ebben a fázisban ATP-t használnak fel, és az energia hő formájában szabadul fel. A miozin akkor válik le az aktinról, amikor egy második ATP kapcsolódik a miozinhoz. A miozin most már rendelkezésre áll egy újabb kereszthídképzéshez. Amikor az izom ellazul, a feszültség csökken. Ezt a fázist relaxációs fázisnak nevezzük. Ebben a fázisban a kalcium ATP segítségével aktívan visszaszállítódik a szarkoplazmatikus retikulumba. A troponin visszakerül a helyére, blokkolva a miozin kötőhelyét az aktinon, és az izom passzívan megnyúlik.
Az izominger és az összehúzódási erő
Egy vázizomrost akkor termel adott mennyiségű erőt, ha az inger elég erős ahhoz, hogy elérje az izomösszehúzódás küszöbértékét. Ezt a mindent vagy semmit törvénynek nevezik. Tegyük fel, hogy elektromosan stimulálunk egy izomrostot. Kis mértékű ingerléssel kezdünk, amely nem éri el az összehúzódáshoz szükséges küszöbértéket. Az izomrost erre úgy reagál, hogy ellazult marad, nem fog összehúzódni. Ha most növeljük az ingerületet, hogy az elérje a küszöbértéket, az izomrost összehúzódással fog reagálni. Végül, ha tovább növeljük az ingerületet, hogy az jóval meghaladja a küszöbértéket, a rost ugyanolyan erővel fog reagálni az összehúzódásra, mint amikor éppen elértük az ingerületet. Az izom nem fog nagyobb erővel összehúzódni, ha az inger nagyobb. Az izom az erősebb ingerekre ugyanolyan erő kifejtésével reagál. A vázizmokban egy motoros neuron sok izomrostot innerválhat. Ezt motoros egységnek nevezzük. A vázizmokban számos motoros egység található. A motoros egységek összehangoltan működnek. Egy inger az adott motoros egység által innervált összes izomrostra hat.
Az izom hosszának és feszültségének kapcsolata
Az izom hossza az izom által létrehozott feszültséggel függ össze. Az izmok nagyobb erőt fejtenek ki, ha nyugalmi hosszukon túl egy pontig megnyúlnak. Az ezen a ponton túl megnyújtott izmok kisebb feszültséget termelnek. Ha az izom a nyugalmi hosszán van, nem fog maximális feszültséget termelni, mert az aktin és miozin filamentumok túlzottan átfedik egymást. A miozin filamentumok benyúlhatnak a Z-tárcsákba, és mindkét filamentum zavarja egymást, ami korlátozza a kialakítható kereszthidak számát. Ha az izom egy pontig megnyúlik, a feszültség megnő az izomban. Az aktin és a miozin filamentumok most már optimálisan átfedhetik egymást, így a lehető legtöbb kereszthíd alakulhat ki. Ha az izom túlfeszül, a feszültség csökken. Az aktin és a miozin filamentumok nem fedik át egymást, ami a kialakítható kereszthidak számának csökkenését okozza. A szarkomer ideális hossza a maximális feszültség előállítása során akkor következik be, amikor a vastag és vékony filamentumok a legnagyobb mértékben fedik egymást.
Az izomfeszültség szabályozása
Az idegi szabályozás indítja el az aktin-myozin kereszthidak kialakulását, ami az izomösszehúzódásban részt vevő szarkomer rövidüléséhez vezet. Ezek az összehúzódások az izomrostból a kötőszöveten keresztül a csontokra húzódnak, csontvázmozgást okozva. Az izom által kifejtett húzóerőt feszültségnek nevezzük, és a feszültség által létrehozott erő mértéke változhat. Ez teszi lehetővé, hogy ugyanazok az izmok nagyon könnyű és nagyon nehéz tárgyakat mozgatnak. Az egyes izomrostokban a keletkező feszültség mértéke az izomrost keresztmetszeti felületétől és az idegi ingerlés frekvenciájától függ.
Az aktin és a miozin között kialakuló kereszthidak száma határozza meg, hogy egy izomrost mekkora feszültséget képes létrehozni. Kereszthidak csak ott tudnak kialakulni, ahol a vastag és vékony filamentumok átfedik egymást, lehetővé téve a miozin számára az aktinhoz való kötődést. Ha több kereszthíd képződik, több miozin húzza az aktint, és nagyobb feszültség keletkezik.
A szarkomer ideális hossza a maximális feszültség előállítása során akkor következik be, amikor a vastag és vékony filamentumok a legnagyobb mértékben fedik egymást. Ha egy nyugalmi állapotban lévő szarkomer az ideális nyugalmi hosszon túl van nyújtva, a vastag és vékony filamentumok nem fedik át egymást a legnagyobb mértékben, és kevesebb kereszthíd tud kialakulni. Ez azt eredményezi, hogy kevesebb miozinfej húzza az aktint, és kisebb feszültség keletkezik. Ahogy a szarkomer rövidül, az átfedési zóna csökken, ahogy a vékony filamentumok elérik a H zónát, amely a miozin farokból áll. Mivel ebben a zónában a miozinfejek képeznek kereszthidakat, az aktin nem kötődik a miozinhoz, így csökken az adott izomrost által termelt feszültség. Ha a szarkomer még jobban megrövidül, a vékony filamentumok elkezdenek átfedni egymással, ami tovább csökkenti a kereszthidak képződését, és még kevesebb feszültséget eredményez. Ezzel szemben, ha a szarkomer olyan mértékben megnyúlik, hogy a vastag és vékony filamentumok egyáltalán nem fedik egymást, akkor nem képződnek kereszthidak, és nem keletkezik feszültség. Ilyen mértékű nyújtás általában nem történik, mert a járulékos fehérjék, a belső érzőidegek és a kötőszövet ellenáll az extrém nyújtásnak.
Az erőtermelést meghatározó elsődleges változó az izomban lévő azon myofibrillumok száma, amelyek akciós potenciált kapnak az adott rostot irányító neurontól. Amikor a bicepszet használjuk egy ceruza felemelésére, az agy motoros kérge csak a bicepsz néhány neuronjának ad jelet, és csak néhány myofibrillátor válaszol. A gerinceseknél minden egyes izomrost teljes mértékben reagál, ha stimulálják. Egy zongora felemelésekor a motoros kéreg a bicepsz összes neuronját jelzi, és minden izomrost részt vesz. Ez közel van ahhoz a maximális erőhöz, amelyet az izom képes kifejteni. Mint már említettük, az akciós potenciálok frekvenciájának (a másodpercenkénti jelek számának) növelésével az erő még egy kicsit tovább növelhető, mivel a tropomiozint kalciummal árasztják el.
Az izomrostok típusai
A vázizomrostoknak három fő típusa van. Ezeket gyors rángásúnak, lassú rángásúnak és köztesnek nevezzük. Általában a gyors rángású rostok rövid ideig nagy erőt termelnek. A lassú rángású rostok kisebb erőhatást fejtenek ki, de hosszabb ideig képesek erre. A köztes rostok rendelkeznek mind a gyors, mind a lassú izomrángású rostok bizonyos jellemzőivel. A gyors rángású rostokat II. típusú rostoknak is nevezik. A gyors rángású rostok a testben uralkodó rostok. Gyorsan reagálnak az ingerekre, és nagy erőt képesek kifejteni. Nagy átmérőjűek a nagy mennyiségű myofibrillum miatt. Aktivitásukat az anaerob anyagcseréből származó ATP táplálja. A lassú rángású rostok sokkal lassabban reagálnak az ingerekre, mint a gyors rángású rostok. Átmérőjük kisebb, és nagyszámú mitokondriumot tartalmaznak. Képesek hosszú összehúzódások fenntartására, és ATP-jüket aerob anyagcseréből nyerik. A lassú rángatózású rostokat kapillárishálózatok veszik körül, amelyek oxigéndús vért szállítanak az aerob energiarendszerek számára. A myoglobin nevű vörös pigmentet is tartalmaznak. A mioglobin képes oxigént megkötni (a hemoglobinhoz hasonlóan), és jelentős oxigéntartalékot biztosít. A mioglobin vöröses színe miatt ezeket a rostokat gyakran vörös izomrostoknak nevezik. A lassú rángású rostokat I-es típusú rostoknak is nevezik. A köztes rostok hasonlítanak a gyors rángású rostokhoz, mivel kis mennyiségű mioglobint tartalmaznak. Körülöttük kapillárishálózat is van, és nem fáradnak el olyan könnyen, mint a gyors rángású rostok. Több mitokondriumot tartalmaznak, mint a gyors rángatózású rostok, de nem annyit, mint a lassú rángatózású rostok. Az összehúzódás sebessége és az állóképesség is a gyors és a lassú rángású rostok között helyezkedik el. A köztes rostokat IIa típusú rostoknak is nevezik. Azokat az izmokat, amelyekben a lassú rostok vannak túlsúlyban, néha vörös izmoknak nevezik, például a háton és a lábak területein. Hasonlóképpen a gyors rostok túlsúlyával rendelkező izmokat fehér izmoknak nevezik. Érdekes megjegyezni, hogy a szemizmokban és a kézizmokban nincsenek lassú rángású rostok.
Tegyél hozzá!
Az oldal javításaTudj meg többet