Somatiska Nervsystemet + Muskelkontraktion

Front 1

Vad kontrollerar det somatiska nervsystemet?

Back 1

Det somatiska nervsystemet har ett effektor organ – skelettmuskulatur.

Front 2

Varför kallas det somatiska nervsystemet för det viljestyrda nervsystemet?

Back 2

För att det mesta av skelettmuskulaturen styrs med viljan.

Front 3

Hur skiljer sig den anatomiska strukturen mellan det somatiska och autonoma nervsystemet?

Back 3

Två neuroner kopplas i en serie till effektor organet i det autonoma nervsystemet medan det somatiska nervsystemet har ett enda motorneuron som färdas från det centrala nervsystemet till en skeletmuskelcell.

Front 4

Redogör för anatomin av det somatiska nervsystemets nervbana.

Back 4

Det somatiska nervsystemet består av motorneuroner som utgår från det ventrala hornet i ryggmärgen och slutar på skelett muskelfibrer i kroppen.

Front 5

Vad är en muskelfiber?

Back 5

En muskelcell.

Front 6

Vad är en motorenhet?

Back 6

Ett motorneuron plus alla de muskelfibrer som det innerverar. Ett motor neuron kan innervera många muskelfibrer, men en muskelfiber kan bara innerveras av ett motor neuron.

Front 7

Vad är en neuromuskulär förbindelse?

Back 7

En neuromukulär förbindelse är en synaps som bildas mellan en gren från en motorneuron och en skelettmuskelfiber.

Front 8

Vad kallas motorneuronernas terminalaxoner och vad har de för funktion?

Back 8

Terminala boutons. De lagrar och avsöndrar acetylkolin, som är den enda neurotransmittorn i somatiska nervsystemet.

Front 9

Vad finns mittemot motorneuronernas terminala axoner och vad är dess funktion?

Back 9

Motorplattan, specialiserade regioner av muskelfiberns plasmamembran som har invaginationer som innehåller en stor mängd nikotin kolinerga receptorer. Acetylkolinesteras, som finns mellan dessa invaginatorer på motorplattan avslutar den excitatoriska signalen, vilket tillåter muskeln att vila.

Front 10

Vad är end-plate potential (EPP)?

Back 10

EPP liknar på många sätt excitatorska postsynaptiska potentialer (EPSP) som genereras i neuroner. Den stora skillnaden är att EPP:er normalt är tillräckligt stora för att depolarisera muskelfibern till tröskelvärdet, vilket genererar en aktionspotential och utlöser en kontraktion av muskelfibrer.

Front 11

Hur sker kommunikationen i den neuromuskulära förbindelsen?

Back 11

När en aktionspotential når terminalaxonen av en motorneuron öppnas spänningsreglerade kalciumkanaler och kalcium kommer in i cytosolen. Inflödet av kalcium utlöser avsöndrande av acetylkolin genom exocytos. Acetylkolin som diffunderar till och binder till nikotin kolinerga receptorer på motorplattan, öppnar katjonkanaler. Natrium flödar in i cellen och skapar en EPP som genererar strömmar genom hela plasmamembranet hos skelettmuskelcellen, som depolariserar membranet till tröskelvärdet för att generera en aktionspotential. Aktionspotentialen sprids längs skeletmuskelcellens membran, och stimulerar slutligen en kontraktion. Acetylkolinesteras bryter ned acetylkolin för att skapa acetat och kolin. Kolin transporteras aktivt in i den terminala bouton där den kan användas för att syntetisera mer acetylkolin.

Front 12

Termen kontraktion, som den används i muskelfysiologi, betyder inte nödvändigtvis ”förkortning”. Vad refererar den till?

Back 12

Den refererar helt enkelt till aktivering av de kraftgenererande platserna (siter) inom muskelfibrer – korsbryggorna. Efter kontraktionen, stängs mekanismerna som genererar kraft av och spänningen sjunker, relaxation av muskelfibrerna.

Front 13

Vad är sliding filament mekanismen?

Back 13

När kraftgenerering producerar en förkortning av skelettmuskelfibrer, rör sig de överlappande tunna och tjocka filamenten i varje sarkomer förbi varandra, framdrivna av rörelser hos korsbryggorna. Under denna förkortning av sarkomererna, förändras inte längden hos varken de tunna eller tjocka filamenten. Detta kallas sliding-filament mekanismen hos muskelkontraktion.

Front 14

Vad beror en muskelfibrers förmåga att generera kraft på?

Back 14

En muskelfibers förmåga att generera kraft och rörelse beror dock på interaktionen hos de kontraktila proteinerna aktin och myosin.

Front 15

Hur är aktinmolekylen uppbyggd?

Back 15

En aktinmolekyl är ett globulärt protein som består av en polypeptid som polymeras med andra aktinmolekyler för att bilda två sammanvävda, heliska kedjor. Dessa kedjor bildar kärnan av de tunna filamenten. Varje aktinmolekyl innehåller en bindningsplats för myosin.

Front 16

Hur är mysinmolekylen uppbyggd?

Back 16

Myosinmolekylen, å andra sidan, består av två stora polypeptid tunga kedjor (heavy chains) och fyra mindre lätta kedjor (light chains). Dessa polypeptider kombineras och bildar en molekyl som består av två globulära huvuden (bestående av tunga och lätta kedjor) och en lång svans skapad av två sammanvävda tunga kedjor.

Front 17

Hur är myosinmolekylerna anordnade i de tjocka filamenten?

Back 17

Svansen hos varje myosinmolekyl ligger längs med det tjocka filamentets axel och de två globulära huvudena skjuts ut i sidorna och bildar korsbryggorna. Varje globulära huvud innehåller två bindningsplatser, en för aktin och en för ATP. I de två ändarna av de tjocka filamenten är myosinmolekylerna riktade i motsatt riktning, så att deras svansars ändar riktas mot mitten av filamentet. P g a denna anordning, flyttar kraftstötarna hos korsbryggorna de fästa tunna filamenten vid ändarna av sarkomeren mot mitten under förkortning.

Front 18

Vad är korsbryggecykeln?

Back 18

Den sekvens av händelser som sker under tiden då en korsbrygga binder till ett tunt filament, rör sig och sedan är klar för att upprepa processen kallas korsbryggecykeln.

Front 19

Vad beror fram-och-bak rörelsen hos en kontraktion på?

Back 19

Fram-och-bak rörelsen hos korsbryggorna beror på förändringar i konformationen (formen) av myosinmolekylerna. Dessa konformella förändringar leder inte bara till att huvudena ändrar position, men ändrar även både deras förmåga att binda till aktin monomerer i de tunna filamenten och energiinnehållet hos myosinmolekylerna.

Front 20

Beskriv korsbryggecykelns fem steg.

Back 20

1) Bindandet av myosin till aktin. Myosin är i dess energirika form: ADP och Pi (oorganisk fosfat) är bundna till ATPas bindningsplatsen på myosinhuvudet. I denna form har myosin hög affinitet för aktin, och myosinhuvudet binder till en aktinmonomer i det närliggande tunna filamentet. Detta steg kan bara ske i närvaro av kalcium. 2) Stöt (power stroke). Bindningen mellan aktin och myosin utlöser avgivandet av Pi och ADP från ATPase bindningsplatsen. Under denna process böjs myosinhuvudet mot mitten av sarkomeren och drar samtidigt med det tunna filamentet, myosinmolekylen blir till dess lågaenergi form. 3) Stelhet (rigor). I dess lågenergiform är myosin och aktin hårt bundna till varandra, ett tillstånd som kallas rigor (efter likstelhet, kroppen stelnar då korsbryggecykeln fastnar i detta steg p g a brist på ATP). 4) Frigörandet mellan myosin och aktin. Ett nytt ATP binder till ATPas bindningsplatsen på myosinhuvudet vilket utlöser en konformell förändrig i myosinhuvudet, vilket minsk

Front 21

De många korsbryggecyklarna som äger rum i en ensam muskelfiber sker asynkront. Vad beror detta på?

Back 21

Om cyklarna var synkade och alla korsbryggor skiljdes från aktin samtidigt, skulle de tunna filamenten passivt glida tillbaka till sina original positioner, vilket skulle göra korsbryggecykeln ineffektiv. Under kontraktionen finns det alltid flera korsbryggor fästa till aktin vilket hindrar denna effekt från att ske.

Front 22

Hur reglerar närvaron av kalcium i cytoplasman korsbryggecykeln?

Back 22

Kedjor av tropomyosin molekyler är anordnade från ände till ände längs det tunna aktin filamentet. Dessa tropomyosin molekyler täcker delvis myosin-bindningsplatsen på varje aktinmolekyl och förhindrar därigenom korsbryggor från att komma i kontakt med aktin. Varje tropomyosin molekyl hålls i denna blockerande position av det mindre globulära proteinet troponin. Troponin, som interagerar med både aktin och tropomyosin, består av tre subenheter utsedda genom bokstäverna I (inhibitorisk), T (tropomyosin-bindning) och C (kalcium-bindning). En troponin molekyl binder till varje molekyl hos tropomyosin och reglerar tillgången till myosin-bindningsplatserna som är i kontakt med tropomyosin. Detta är läget för ett muskelfiber i vila

Front 23

Vad hindrar korsbryggorna från att binda till aktin och börja cykeln?

Back 23

För att detta ska ske, måste tropomyosin molekylerna flytta från sina blockerande positioner på aktin. Detta sker när Ca2+ binder till specifika bindningplatser på den kalciumbindande subenheten hos troponin. Bindning av Ca2+ skapar en ändring i formen hos troponin, vilket relaxerar dess inhibitoriska grepp och tillåter tropomyosin att flytta från myosin bindningsplatsen på varje aktinmolekyl. Processen sker omvänt om Ca2+ avlägsnas, vilket stänger av den kontraktila aktiviteten.

Front 24

Vad är exication-kontraktion koppling?

Back 24

Excitation-kontraktion koppling (EC coupling) är den sekvens av händelser genom vilken en aktionspotential (AP) i plasmamembranet hos muskelfibern leder till korsbryggecykeln.

Front 25

Skelettmuskelfiberns plasmamembran är ett excitabelt membran, med förmågan att generera och fortplanta AP:er genom liknande mekanismer som hos nervcellerna. Hur påverkar den elektiska aktiviteten i skelettmuskelcellen?

Back 25

Den elektriska aktiviteten i plasmamembranet verkar inte direkt på de kontraktila proteinerna, utan skapar istället ett tillstånd av ökad Ca2+ koncentration i cytosolen, vilket fortsätter att aktivera den kontraktila apparaten långt efter den elektriska aktiviteten i plasmamembranet upphört.

Front 26

Hur inleds en kontraktion?

Back 26

I en muskelfiber i vila är koncentrationen fria Ca2+ i cytosolen som omger de tjocka och tunna filamenten väldigt låg. Få Ca2+-bindningsplatser på troponin intagna, korsbryggeaktiviteten blockeras av tropomyosin. Efter en AP sker en snabb ökning av [Ca2+] i cytosolen och Ca2+ binder till troponin, den blockerande effekten hos tropomyosin upphör och korsbryggecykeln kan ske. Källan för de ökade cytosoliska Ca2+ är sarkoplasmatiska reticulumet (SR) inuti muskelfibret, Ca2+ avsöndras till följd av membranexcitation. En separat rörformad struktur, T-tubuli, t-rör, ligger direkt mellan och är mycket nära anslutna till SR. T-rörens lumen är fortlöpande med den extracellulära vätskan (ECF) som omger muskelfibern. När en AP initieras i plasmamembranet, leds den snabbt över fiberns yta och in i dess inre via t-rören. En specialiserad mekanism kopplar t-rörens AP:er med att Ca2+ friges från SR.

Front 27

Vad är fotförbindelser?

Back 27

T-rören är i mycket nära kontakt med SR. Denna förbindelse innefattar två integrerade membranproteiner, en i t-rörets membran, och det andra SR:s membran. Proteinet i t-röret är ett modifierad spänningskänslig Ca2+ kanal, dihydropyridin (DHP) receptor. Den främsta rollen hos DHP receptorn är dock inte att leda Ca2+, utan snarare verka som en spänningssensor. Det inbäddade proteinet i SR heter ryandin receptor Denna stora molekyl innefattas inte bara i fotprocessen, utan bildar även en Ca2+ kanal. Vad händer under en aktionspotential i ett t-rör?

Front 28

Hur avbryts en kontraktion?

Back 28

En kontraktion avbryts genom avlägsnandet av Ca2+ från troponin, vilket uppnås genom att sänka Ca2+ koncentrationerna i cytosolen till nivån innan Ca2+ frigjordes. Membranen i SR innehåller primära aktivtransport proteiner – Ca2+-ATPaser – som pumpar tillbaka Ca2+ joner från cytosolen tillbaka till lumen hos SR. Som vi precis såg, frigörs Ca2+ från SR när en AP börjar i t-röret, men pumpningen av frigivna Ca2+ tillbaka till SR kräver mycket längre tid. Därför fortsätter den cytosoliska Ca2+ koncentrationen att vara förhöjd och kontraktionen fortsätter ett tag efter en AP.ATP krävs för att ge energi till Ca2+-pumpen.

Front 29

Vad är muskelspindlar?

Back 29

Sensoriska receptorer som detekterar muskellängd.

Front 30

Vad är golgis senorgan?

Back 30

Sensoriska receptorer som detekterar muskel spänning.

Front 31

Vad består muskelspolar av och hur är de uppbyggda?

Back 31

Muskelspindlar består av 2-12 modifierade muskelfibrer kallade intrafusala fibrer, dessa är omgivna av bindväv. De har två typer av sensoriska ändar en annospiral ände som kopplad till typ Ia afferent fibrer och flowerspray ändar som är kopplade till typ II afferent fibrer. På båda sidorna om den centrala delen finns skiktade kontraktila komponenter som innerveras av gamma motor neuroner.

Front 32

Vad är extrafusala fibrer? Vilken slags nervfiber innerverar dem?

Back 32

Muskelfibrer som ansvarar för kontraktion, löper parallellt med de intrafusala fibrerna. De innerveras av alpha motor neuroner.

Front 33

Vad händer i en muskel (muskelspolarna) när en muskel sträcks?

Back 33

De intrafusala fibrerna sträcks vilket aktiverar receptorer och leder till att frekvensen av aktionspotentialer ökar i proportion till sträcknings graden.

Front 34

Vad händer i en muskel (muskelspolarna) minskar i längd, t ex vid kontraktion?

Back 34

Frekvensen av aktionspotentialer minskar i de afferenta neuronerna.

Front 35

Vad händer under viljestyrd muskelkontraktion?

Back 35

Under viljestyrd muskelkontaktion, medaktiveras alpha och gamma motorneuroner av övre motorneruroner i pyramidalbanan vilket orsakar kontraktion hos de extrafusala och intrafusala muskelfibrerna nästa simultant. Då axoner hos alpha motorneuroner har större diameter än gamma motorneuroner leds aktionspotentialer till extrafusala fibrer snabbare än till de intrafusala fibrerna. De extrafusala fibrerna kontraherar vilket skapar en slak muskelspole som sedan svara med en minskad frekvens aktionspotentialer i den afferenta neuronen. Inom millisekunder kontraherar dock de intrafusala fibrerna vilket spänner muskelspolen och den kan detektera ytterligare förändringar i muskellängd.

Front 36

Var finns golgi organen? Hur är golgis senorgan uppbyggda?

Back 36

De är kapslar av bindväv som sammanflätas med senornas kollagenfibrer. De finns i serier med muskelfibrer.

Front 37

Hur fungerar golgis senorganen?

Back 37

Muskelkontraktioner sträcker senorna och aktiverar GTO:er och ökar frekvensen av aktionspotentialer i förknippade Ib afferenta fibrer. Även passiv sträckning av senor leder till aktivering.

Front 38

Vad sker vid input till CNS från golgis senorganen?

Back 38

Det ger en reflex inhibering av motorneuronen som kontrollerar muskeln som innehåller GTO:erna. Denna senreflex skyddar muskeln från överdriven aktivitet.