Zusammenfassung Physiologie I – Muskel
Allgemeine Grundlagen
- Unterschied zwischen Herz- und Skelettmuskulatur à HM hat eine hohe elektrische
Kopplung untereinander an den Glanzstreifen, die drei Arten von Zellverbindungen
enthalten:
o Zonulae adhaerens: Verankerung der Aktinfilamente terminaler Sarkomere
benachbarter Muskelzellen
o Desmosomen: Intermediärfilamente sorgen für mechanischen Zusammenhalt
o Gap junctions: Zellen werden metabolisch und elektrisch gekoppelt
- Skelettmuskulatur
o muss willkürlich und reflektorisch bewegt werden können
o Halte- und Stützmuskulatur muss lange, tonische Kontraktionen durchführen
können
- glatte Muskulatur hat keine Querstreifung
- Gemeinsamkeit bei allen Muskeltypen: ein Anstieg der zytosolischen Ca2+ Konzentration
ist der Trigger für die Muskelkontraktion!
- Funktion der Skelettmuskulatur
o reflektorische Bewegungen (z.B. Patellarsehnenreflex)
o Stabilisierung der Körperhaltung
o Entwicklung hoher Kräfte
o Zulassung großer Längenänderungen
Aufbau einer Muskelzelle
- Muskelfaserbündel = Faszikel
- Muskelfaser = Myozyte (Ø 10-80μm), besteht aus vielen Myofibrillen
- Myofibrille = wird durch Z-Scheiben in Sarkomere unterteilt
- Sarkomer = 2-3μm lang
- Sarkolemm = Oberflächenmembran der Muskelfasern
- Sarkoplasma = Cytoplasma
Kontraktiler Apparat = Myofibrille mitsamt Sarkomeren und darin enthaltenen
wichtigen Proteinen (Aktin, Myosin); „kleinste funktionelle
Einheit der Skelettmuskelzelle“
Die Muskelregeneration
- findet durch Satellitenzellen statt
- Satellitenzellen sind einkernige Myoblasten (aus Embryonalentwicklung), die sich zu
vielkernigen Myozyten differenzieren können
- Zahl an Satellitenzellen sinkt im Alter
,Aufbau Myofibrille
- A-Bande: im mittleren Teil des Sarkomers liegen die dicken Myosinfilamente, die in
beiden Sarkomerhälften mit den dünnen Aktinfilamenten in Kontakt treten
o A-Bande steht für anisotrop (doppelbrechend im polarisierten Licht)
- I-Bande: ist die Region, in der die Aktinfilamente nicht mit Myosinfilamenten überlappt
sind. Die Aktinfilamente sind hier durch Z-Scheiben verankert
o I-Bande = isotrop (einfach brechend im polarisierten Licht)
- beide Filamente werden in der M-Linie durch Stützproteine (Myomesin) verankert
- H-Zone: hier sind die Myosinfilamente nicht von Aktinfilamenten überlappt
,Grundlagen Myosin:
- Myosin II gehört zur Gruppe der Mechanoenzyme, die als ATPasen aus der Spaltung von
ATP Energie gewinnen und in mechanische Energie umwandeln
- Myosin II besteht aus zwei schweren und 2x zwei leichten Peptidketten
- bilden eine Schwanz- bzw. Schaftregion, welche sich zusammenlagern und ein
Myosinfilament bilden
- besitzen zwei Myosinköpfe, welche die Bindungsstellen für Aktin und ATP enthalten. Sie
ragen in definierten Abständen aus den Filamenten seitlich heraus
Grundlagen Aktin:
- setzen sich aus zwei perlenkettenartigen Strängen zusammen (F-Aktin)
- jeder Strang besteht aus 200 globulären Aktinmonomeren (G-Aktin)
- jedes G-Monomer besitzt eine Bindungsstelle für einen Myosinkopf
Regulatorische Proteine im Sarkomer:
- Tropomyosin
o auf je ein Aktinmonomer kommt ein Tropomyosinmolekül
Stütz- und Gerüstproteine:
- Dystrophin: Verbindung der endständigen Aktinfilamente mit der Zellmembran, um die
Kontraktionskraft nach außen auf bindegewebige Strukturen zu übertragen
- Nebulin: Aktinstabilisator über Verankerung an den Z-Scheiben
- Myomesin: in der M-Linie
- Titin: Titinfilamente erstrecken sich von der Z-Schiebe bis zur Mitte des Sarkomers. Sie
assoziieren mit den Aktinfilamenten nahe der Z-Scheibe und überspannen als elastische
Federn den Abstand zu den dicken Filamenten
o die Länge des elastischen Titin-Bandes in der I-Bande bestimmt die Steifigkeit und
die Ruhedehnungskurve des quergestreiften Muskels
- jedes Myosinfilament ist von 6 Aktinfilamenten umgeben
bzw. jedes Aktinfilament von 3 Myosinfilamenten
o Verhältnis von Myosin zu Aktin = 2:1
- mit der M-Linie ist eine Kreatinkinase assoziiert, die bei der Muskelkontraktion
verbrauchtes ATP regeneriert.
Verbindung des kontraktilen Apparates zur extrazellulären Matrix:
- Dystrophindimere verankern Aktinfilamente an sarkolemmale Proteinkomplexe
- diese sind über Merosin an Kollagenfibrillen der extrazellulären Matrix gebunden
- diese Verankerung stabilisiert die Zellmembran
- bei Beeinträchtigung dieser Verankerung treten Muskeldystrophien auf (z.B. Duchenne)
- wenn die Verbindung zwischen kontraktilem Apparat, Sarkolemm und Bindegewebe
gestört ist, wird das Sarkolemm bei Kontraktionen geschädigt und es kommt zum
Untergang von Skelettmuskelfasern
, - Hauptsymptom der Muskeldystrophien: Muskelschwäche bei chronisch fortschreitender
Degeneration von Muskelfasern; außerdem ist die Serumkonzentration der Kreatinkinase
erhöht als Zeichen des Untergangs von Muskelfasern
- ein Anstieg der intrazellulären Ca2+-Konzentration führt zu einer Aktivierung Ca2+-
abhängiger Enzyme wie Proteasen, die einen fibrotischen Umbau begünstigen
Muskeldystrophien Typ Duchenne (DMD)
- Vererbung: X-chromosomal rezessiv
- Mutation im Dystrophin-Gen auf dem X-Chromosom
- es handelt sich in 60-70% um eine Deletion, 35% Punktmutation, 5% Duplikation
- häufig kompletter Verlust des Dystrophinproteins durch Verschiebung des Leserasters
- Prävalenz: 1:3500
- Growers-Zeichen
o typische Art, wie sich Patienten mit Rumpfmuskelschwäche aus der Bauchlage in
den Stand aufrichten à Patienten klettern mit Hilfe ihrer Arme am eigenen Körper
hoch
- bei Betroffenen Duchenne-Patienten kommt es zur Pseudohypertrophie = Ersatz von
Muskulatur durch Bindegewebe
- sowohl bei Typ Duchenne als auch Typ Becker werden erhöhte Werte der Kreatinkinase
im Blutserum gemessen, die durch Untergang der Muskelzellen in das Blut gelangen
- kardiale Beteilung: dilatative Kardiomyopathie = Erweiterung der Herzkammern +
Vergrößerung des Herzens; pulmonale Beteiligung (Ateminsuff.) à häufige Infekte
Muskeldystrophie Typ Becker (BMD)
- Dystrophin-Synthese entweder stark reduziert oder strukturell verändertes Protein mit
RestaktivitätBei
- im Schulalter entstehen Paresen und Atrophien des Beckengürtels à diese Symptome
verstärken sich aber nur langsam (im Gegensatz zum Typ Duchenne)
- Symptome:
o ausgeprägte, dicke Waden
o Pseudo-Hypertrophie (Muskelzellen werden durch Fettzellen ersetzt)
o watscheln
o Growers-Zeichen
o erhöhte Kreatinkinase im Serum
o dilatative Kardiomyopathie und Herzyrhythmusstörungen
Allgemeine Grundlagen
- Unterschied zwischen Herz- und Skelettmuskulatur à HM hat eine hohe elektrische
Kopplung untereinander an den Glanzstreifen, die drei Arten von Zellverbindungen
enthalten:
o Zonulae adhaerens: Verankerung der Aktinfilamente terminaler Sarkomere
benachbarter Muskelzellen
o Desmosomen: Intermediärfilamente sorgen für mechanischen Zusammenhalt
o Gap junctions: Zellen werden metabolisch und elektrisch gekoppelt
- Skelettmuskulatur
o muss willkürlich und reflektorisch bewegt werden können
o Halte- und Stützmuskulatur muss lange, tonische Kontraktionen durchführen
können
- glatte Muskulatur hat keine Querstreifung
- Gemeinsamkeit bei allen Muskeltypen: ein Anstieg der zytosolischen Ca2+ Konzentration
ist der Trigger für die Muskelkontraktion!
- Funktion der Skelettmuskulatur
o reflektorische Bewegungen (z.B. Patellarsehnenreflex)
o Stabilisierung der Körperhaltung
o Entwicklung hoher Kräfte
o Zulassung großer Längenänderungen
Aufbau einer Muskelzelle
- Muskelfaserbündel = Faszikel
- Muskelfaser = Myozyte (Ø 10-80μm), besteht aus vielen Myofibrillen
- Myofibrille = wird durch Z-Scheiben in Sarkomere unterteilt
- Sarkomer = 2-3μm lang
- Sarkolemm = Oberflächenmembran der Muskelfasern
- Sarkoplasma = Cytoplasma
Kontraktiler Apparat = Myofibrille mitsamt Sarkomeren und darin enthaltenen
wichtigen Proteinen (Aktin, Myosin); „kleinste funktionelle
Einheit der Skelettmuskelzelle“
Die Muskelregeneration
- findet durch Satellitenzellen statt
- Satellitenzellen sind einkernige Myoblasten (aus Embryonalentwicklung), die sich zu
vielkernigen Myozyten differenzieren können
- Zahl an Satellitenzellen sinkt im Alter
,Aufbau Myofibrille
- A-Bande: im mittleren Teil des Sarkomers liegen die dicken Myosinfilamente, die in
beiden Sarkomerhälften mit den dünnen Aktinfilamenten in Kontakt treten
o A-Bande steht für anisotrop (doppelbrechend im polarisierten Licht)
- I-Bande: ist die Region, in der die Aktinfilamente nicht mit Myosinfilamenten überlappt
sind. Die Aktinfilamente sind hier durch Z-Scheiben verankert
o I-Bande = isotrop (einfach brechend im polarisierten Licht)
- beide Filamente werden in der M-Linie durch Stützproteine (Myomesin) verankert
- H-Zone: hier sind die Myosinfilamente nicht von Aktinfilamenten überlappt
,Grundlagen Myosin:
- Myosin II gehört zur Gruppe der Mechanoenzyme, die als ATPasen aus der Spaltung von
ATP Energie gewinnen und in mechanische Energie umwandeln
- Myosin II besteht aus zwei schweren und 2x zwei leichten Peptidketten
- bilden eine Schwanz- bzw. Schaftregion, welche sich zusammenlagern und ein
Myosinfilament bilden
- besitzen zwei Myosinköpfe, welche die Bindungsstellen für Aktin und ATP enthalten. Sie
ragen in definierten Abständen aus den Filamenten seitlich heraus
Grundlagen Aktin:
- setzen sich aus zwei perlenkettenartigen Strängen zusammen (F-Aktin)
- jeder Strang besteht aus 200 globulären Aktinmonomeren (G-Aktin)
- jedes G-Monomer besitzt eine Bindungsstelle für einen Myosinkopf
Regulatorische Proteine im Sarkomer:
- Tropomyosin
o auf je ein Aktinmonomer kommt ein Tropomyosinmolekül
Stütz- und Gerüstproteine:
- Dystrophin: Verbindung der endständigen Aktinfilamente mit der Zellmembran, um die
Kontraktionskraft nach außen auf bindegewebige Strukturen zu übertragen
- Nebulin: Aktinstabilisator über Verankerung an den Z-Scheiben
- Myomesin: in der M-Linie
- Titin: Titinfilamente erstrecken sich von der Z-Schiebe bis zur Mitte des Sarkomers. Sie
assoziieren mit den Aktinfilamenten nahe der Z-Scheibe und überspannen als elastische
Federn den Abstand zu den dicken Filamenten
o die Länge des elastischen Titin-Bandes in der I-Bande bestimmt die Steifigkeit und
die Ruhedehnungskurve des quergestreiften Muskels
- jedes Myosinfilament ist von 6 Aktinfilamenten umgeben
bzw. jedes Aktinfilament von 3 Myosinfilamenten
o Verhältnis von Myosin zu Aktin = 2:1
- mit der M-Linie ist eine Kreatinkinase assoziiert, die bei der Muskelkontraktion
verbrauchtes ATP regeneriert.
Verbindung des kontraktilen Apparates zur extrazellulären Matrix:
- Dystrophindimere verankern Aktinfilamente an sarkolemmale Proteinkomplexe
- diese sind über Merosin an Kollagenfibrillen der extrazellulären Matrix gebunden
- diese Verankerung stabilisiert die Zellmembran
- bei Beeinträchtigung dieser Verankerung treten Muskeldystrophien auf (z.B. Duchenne)
- wenn die Verbindung zwischen kontraktilem Apparat, Sarkolemm und Bindegewebe
gestört ist, wird das Sarkolemm bei Kontraktionen geschädigt und es kommt zum
Untergang von Skelettmuskelfasern
, - Hauptsymptom der Muskeldystrophien: Muskelschwäche bei chronisch fortschreitender
Degeneration von Muskelfasern; außerdem ist die Serumkonzentration der Kreatinkinase
erhöht als Zeichen des Untergangs von Muskelfasern
- ein Anstieg der intrazellulären Ca2+-Konzentration führt zu einer Aktivierung Ca2+-
abhängiger Enzyme wie Proteasen, die einen fibrotischen Umbau begünstigen
Muskeldystrophien Typ Duchenne (DMD)
- Vererbung: X-chromosomal rezessiv
- Mutation im Dystrophin-Gen auf dem X-Chromosom
- es handelt sich in 60-70% um eine Deletion, 35% Punktmutation, 5% Duplikation
- häufig kompletter Verlust des Dystrophinproteins durch Verschiebung des Leserasters
- Prävalenz: 1:3500
- Growers-Zeichen
o typische Art, wie sich Patienten mit Rumpfmuskelschwäche aus der Bauchlage in
den Stand aufrichten à Patienten klettern mit Hilfe ihrer Arme am eigenen Körper
hoch
- bei Betroffenen Duchenne-Patienten kommt es zur Pseudohypertrophie = Ersatz von
Muskulatur durch Bindegewebe
- sowohl bei Typ Duchenne als auch Typ Becker werden erhöhte Werte der Kreatinkinase
im Blutserum gemessen, die durch Untergang der Muskelzellen in das Blut gelangen
- kardiale Beteilung: dilatative Kardiomyopathie = Erweiterung der Herzkammern +
Vergrößerung des Herzens; pulmonale Beteiligung (Ateminsuff.) à häufige Infekte
Muskeldystrophie Typ Becker (BMD)
- Dystrophin-Synthese entweder stark reduziert oder strukturell verändertes Protein mit
RestaktivitätBei
- im Schulalter entstehen Paresen und Atrophien des Beckengürtels à diese Symptome
verstärken sich aber nur langsam (im Gegensatz zum Typ Duchenne)
- Symptome:
o ausgeprägte, dicke Waden
o Pseudo-Hypertrophie (Muskelzellen werden durch Fettzellen ersetzt)
o watscheln
o Growers-Zeichen
o erhöhte Kreatinkinase im Serum
o dilatative Kardiomyopathie und Herzyrhythmusstörungen
