Celfysiologie rol van ionenkanalen: elektrogenese



Dovnload 302.71 Kb.
Pagina1/2
Datum21.08.2016
Grootte302.71 Kb.
  1   2

Celfysiologie 2004 Nupie ‘t Olifantje

Celfysiologie

ROL VAN IONENKANALEN: ELEKTROGENESE

  1. Diversiteit van ionenkanalen

    1. Na+ kanalen

  • inactivering is belangrijk voor tijdelijke beperking van depolarisatie + helpen bij repolarisatie

  • α & β subeenheid, β ~ inactivatie versnellen




    1. Spanningsgestuurde K+ kanalen

  • Door depolarisatie is K conductantie toegenomen

  • Alleen inactivering

  • Repolarisatie  Na conductantie daalt nog sneller + deactivatie K kanalen

  • Variatie in inactivering: ball and chain (N-type) / C-type / versneld dr β subeenheid




    1. Ca2+ afhankelijke K+ kanalen

  • Open door [Ca]intracellulair die stijgt + potentiaalafhankelijk

  • Ca verschuift spanningsafhankelijkheid naar negatievere potentialen

  • β subeenheid sensibiliseert het kanaal voor Ca

  • beperken elektrische activiteit in neuronen door hyperpolariserende pauzes




    1. Kir familie

  • Sluit bij Vm meer positief dan EK door intracellulaire Mg2+ blok, zo kunnen lange depolarisaties bereikt worden

  • Door kleine ladingsverschuiving grote depolarisatie mogelijk ( belangrijk voor lange AP in hart)

  • Beperkt hyperpolarisatie door Na/K pomp

  • Belangrijk voor rustpotentiaal

  • Vb.: ROMK (nier), GIRK (controle slagfrequentie hart)




    1. ATP-gevoelig K+ kanaal

  • Gevormd door Kir 1.6 en SUR (ABC transporter)

  • Open als ATP concentratie onder kritische waarde daalt

  • Trigger insuline secretie: glc stijgt – opgenomen door β cellen – ATP stijgt in deze cellen – K kanaal sluit – ontstaan van een depolarisatie – spanningsafhankelijke Ca kanalen open – Ca influx – exocytose insuline

  • In hartspier: zuurstoftekort – ATP daalt – AP inkorting (K kanalen veroorzaken hyperpolarisatie die AP inkort) – trigger stoornissen hartritme na hartinfarct, ischemie, enz.




    1. Ca2+ kanalen

  • In vgl met Na kanalen: hogere activeringsdrempel, (in)activering gebeurt trager

  • Overzichtje p .31 + p.33




    1. Chloride kanalen

  • ECl door passieve verdeling bij de rustpotentiaal  door activering Cl kanalen potentiaal gestabiliseerd

  • CFTR: secretie

  • ClCa: Ca activated Cl channels: in epitheel Cl secretie

  • VRAC: door celzwelling geactiveerd, belangrijk voor volumeregeling, elektrogenese, transport AZ en organische osmolyten, beïnvloeden de celcyclus, rol in celproliferatie

    1. Niet-selectieve kationenkanalen

  • Sommige door [Ca]intracellulair gestuurd

  • Andere door een cyclisch nucleotide te binden: CNG kanalen

  • HCN (If): door hyperpolarisatie geactiveerd en door een cyclisch nucleotide

In cellen die automatisch AP kunnen genereren

Permeabel voor Na en K

Stroom: inwaarts, depolariserend

Via [cAMP]intracellulair gemoduleerd door Ach, (nor)adrenaline




    1. TRPC kanaalfamilie

  • TRP: transient receptor potential

  • N-terminus: domein dat ankyrine (cytoskelet) bindt

  • C-terminus: domein rijk aan proline, interactie met andere proteïnen

  • STRPC (short): Receptor geactiveerde kationenkanalen, via GPCR, PLC, (DAG, VZ, arachidonzuur). Andere: CRAC of SOC: Ca influx

  • LTRPC (long): melastatin: celproliferatie

  • OTRPC (osmotisch-senstitieve): perceptie peper, paprika, hitte, pijn. Belangrijk lid eCaC (nier, dunne darm Ca reabsorptie)




  1. AP in prikkelbare cellen

    1. Skeletspier

  • Na-depolarisatie verklaard door verandering van EK door ophoping van extracellulaire K in T-tubuli. Door verschuiving van EK ontstaat er een depolarisatie tov rustcondities

  • Door Na/K pomp weer naar rustwaarde




    1. Hartspier

  • Tijdens plateau fase: Ca influx

  • In SA knoop: prikkelvorming met hoogste frequentie

  • Snelheid van geleiding neemt toe van atrium naar ventrikel

  • In AV knoop geleiding het meest vertraagd (zodat contractie atria gedaan is voor contractie ventrikels begint)

  • 3 mechanismen voor ontstaan diastolische depolarisatie in rustfase van het hart

    • activering T-type Ca kanalen (lagere drempelpotentiaal)

    • activering If (HCN)

    • IK daalt

NCX: spontane AP

Steilheid diastolische depolarisatie bepaalt hoe snel de drempel voor snelle depolarisatie bereikt wordt



  • Regeling slagfrequentie:

    • snelheid diastolische depolarisatie (helling)

    • maximale diastolische depolarisatie

    • drempelpotentiaal

  • AP duurt het langst bij overgang Purkinje netwerk en arbeidsmusculatuur (te vroege excitatie voorkomen)




  • AP in arbeidsmusculatuur

    • snelle depolarisatie door Na kanalen

    • plateau: afname K conductantie, activering L-type Ca kanalen

    • repolarisatie door K kanalen, toename K conductantie

    1. Gladde spier

  • Tonisch (graduele veranderingen) of fasisch (transiënte veranderingen: AP of trage golf)

  • AP door L-type Ca kanalen (uterus, longitudinale intestinale spier)

  • Trage golf: plateau: L-type Ca kanalen (circulaire intestinale spier)

  • Vaak trage oscillaties: L-type Ca kanalen – depolarisatie – [Ca]intracellulair stijgt – activatie Ca gevoelig K kanaal – K influx – repolarisatie – Ca daalt – Ca gevoelig K kanaal sluit (bij negatieve potentiaal) – K daalt – depolarisatie die weer L-type Ca kanalen opent




    1. Modulatie AP

      1. vegetatieve transmitter en neurotransmitter

  • Orthosympaticus:

NA vrijgezet: positief inotroop en chronotroop effect

NA bindt aan β receptoren – G proteïne –AC – cAMP – moduleert If (activering verschuiven in depolariserende richting) – versnelling diastolische depolarisatie

cAMP activeert ook PKA – Ca kanaal gefosforyleerd – Ca influx – contractie


  • Parasympaticus:

Ach vrijgezet: negatief inotroop en chronotroop

Ach bindt aan m-receptoren – G proteïne – K kanaal geactiveerd – gK neemt toe – hyperpolarisatie – vertraging diastolische depolarisatie

Via ander G proteïne negatieve koppeling aan AC


      1. metabolisme

Metabolische inhibitie

[Ca]intracellulair stijgt: K en Cl kanalen actief

[ATP]intracellulair daalt: activeert K stroom, Na/K pomp wordt afgeremd  [K]intracellulair daalt, [Na]intracellulair stijgt


      1. refractaire periode

Absoluut  relatief refractair

Traag herstel inactivering




      1. repetitieve ontlading van AP

Celmembraan van een axon blijvend boven de drempel gedepolariseerd: 1 AP ontstaat

Depolarisatie cellichaam van een zenuw die het gevolg is van meerdere synaptische potentialen: ontstaan van een reeks van AP

Depolarisatie groter  frequentie stijgt = repetitieve ontlading: “alles of niets”AP kan toch informatie doorsturen over intensiteit vd prikkel (amplitudemodulatie (AM) naar frequentiemodulatie (FM)


      1. Adaptatie

Aanhoudende prikkeling cellichaam van zenuw  trein van AP, als frequentie AP afneemt, spreekt men van adaptatie

Bepaald door snelheid van herstel van inactivering van Na kanalen




      1. Invloed extracellulaire Ca2+ op prikkelbaarheid

Polaire koppen van een aantal fosfolipiden in de membraan zijn negatief geladen en membraanproteïnen dragen negatieve lading bij neutrale pH: Ca neemt een deel van deze gefixeerde negatieve ladingen weg  invloed op potentiaalverschil en activeringsdrempel

Ca extracellulair daalt  drempel daalt  meer prikkelbaar (hyperexcitatie bij hyperventileren)



      1. Invloed farmaca op prikkelbaarheid

Blokkeren: anaesthetica, tetrodotoxin

Neurotoxines: kanalen al open bij rustpotentiaal

Ca antagonisten: gebruikt voor bloeddrukverlaging

DHP blokkeert L en N-type Ca kanalen

Giffen blokkeren Ca afhankelijke K kanalen


  1. Prikkelvoortgeleiding

    1. Passief

  • Electrotonus: potentiaalverandering zonder activering AP, neemt af in functie vd afstand door weglekken van stroom

  • Potentiaalverandering: tijdsafhankelijk

Vt = Vmax x (1-e-t/)

 = CM x RM



  • Ruimtelijke uitbreiding:

Hoe hoger de weerstand, hoe verder de depolarisatie zich zal uitstrekken

Vx = V0 x e-x/

 = wortel van RM/Ri+Ro

Dikkere vezel  kleinere R   stijgt (dikkere zenuwvezel is beter)




    1. Actief

  • Uitbreiding door kortsluitstromen

  • Stimulatie door niet-spanningsafhankelijke kanalen




    1. Saltatorisch

  • Myelineschede gevormd door Schwanncellen in perifere axonen, door oligodendrocyten in axonen van het centraal zenuwstelsel

  • Weerstand in knoop van Ranvier veel kleiner

  •  en snelheid veel groter in gemyeliniseerde vezels


Pathologie

MS en syndroom van Guillain-Barré: verlies van myeline  vertraging of wegvallen voortgeleiding, grotere lekstroom




    1. Prikkelvoortgeleiding in hart, skeletspier en gladde spieren

  • Celbeschadiging in hart: [Ca]i en H+ stijgt, ATP daalt  gap juncties sluiten  impulsvoortgeleiding beperkt

  • Skeletspier: vanuit motorische eindplaat AP in alle richtingen

  • Gladde spier: vaak gap juncties (syncitiële voortgeleiding). Sommige prikkelbaar, zelfs automatisch actief, sommige niet prikkelbaar


CELFUNCTIES EN TRANSPORT DOORHEEN MEMBRANEN

  1. Regeling celvolume

    1. Waterkanalen

Waterpermeabiliteit is voorwaarde voor regeling celvolume

Aquaporines vooral in de nier belangrijk: indikking van de urine ( bloedvolume, wateruitstoot)

Regeling door vasopressine (ADH): bindt aan V2 receptoren – cAMP – exocytose waterkanalen, inbouw in PM

NPA motief: porie

Mutaties: waterverlies, reductie bloedvolume, hypotensie: nefrogene diabetes insipidus (veel waterverlies, veel drinken)


    1. Iso-osmotische mechanismen

Celvolume moet constant blijven om concentratiegradiënten, potentiaalgradiënten constant te houden

EW concentratie in de cel is veel hoger dan extracellulair  instroom water  cel zwelt

Dus moet er uitwaarts transport zijn van osmotisch actieve stoffen
Evenwicht tss intra- en extracellulaire osmolariteit door:


    • ionenkanalen

    • Na/K pomp (uitwaarts transport Na  cel krimpt)

    • NKCC

    • Na afhankelijke suiker en AZ transporter

    • NCX

Ook transporters die alleen iso-osmotisch werken:

    • HCO3-- Cl- uitwisselaar (Cl naar buiten) en H+-Na+ uitwisselaar (H naar binnen): H2CO3 vorming, CO2 en water diffusie uit cel, dalen intracellulaire osmolariteit, cel krimpt

    • Omgekeerde richting: HCO3-- Cl- uitwisselaar (HCO3- naar buiten) en H+-Na+ uitwisselaar (Na naar binnen): H2CO3 dissociatie en vorming osmotisch actief HCO3-, waterinstroom  celzwelling




    1. RVD en RVI

Celzwelling  RVD

Cel krimpt  RVI




      1. RVD

a) activering VRAC en VRKC  uitwaartse stroom  intracell osmolariteit daalt

b) HCO3-- Cl- uitwisselaar en H-K uitwisselaar (H2CO3 vorming, CO2 diffusie)

c) K-Cl cotransporter
Kanalen rechtstreeks door volume verandering of door intracell Ca vrijzetting geactiveerd

K en Cl stroom co-geactiveerd: anders rustpotentiaal aan evenwichtspotentiaal gefixeerd en verdwijnt de net-efflux




      1. RVI

a) Na/K pomp

b) NKCC


c) Na-Cl cotransporter

d) H+-Na+ uitwisselaar & HCO3-- Cl- uitwisselaar



  1. Vectorieel transport (secretie en reabsorptie, transcellulair transport in 1 richting)

    1. Na+ reabsorptie via ENaC kanalen

  • In niercellen en darmcellen

  • Door cytoskelet aan luminale zijde van membraan gefixeerd

  • Aantal door ADH of aldosterone verhoogd, verminderd door ANP

  • Samenwerking met Na/K pomp

  • PY domein voor regeling

  • Amiloride bindingsplaatsen: kanaal blokkeren

  • Kanaal altijd open

  • Lage conductantie

  • Selectief voor Na

  • Blokkeren  versterkt afscheiden van Na, activering versterkte reabsorptie

  • In de nier: ENaC: water reabsorptie, ENaC gekoppeld met ROMK1 en Na/K pomp

Waterkanalen ook via ADH ingebouwd

  • Te weinig kanalen via endocytose verwijderd  te groot bloedvolume, verlies Na, K stijgt, hypertensie

Nedd4 activeert endocytose: bindt aan PY motief, bepaalt aantal ENaC kanalen


      1. Liddle’s disease

Defect  of , PY motief:

 Minder ENaC endocytose, meer in membraan

 Meer Na reabsorptie

 hoge BD




      1. Pseudohypoaldosteronisme

Defect 

 minder ENaC functie, minder reabsorptie

 lage BD


      1. Nier: transport van elektrolyten: NKCC- afhankelijk

Lus van Henle

Ook Na-H uitwisselaar

Ook Na/K pomp


      1. NCC-afhankelijk

Distale tubulus

Ook Na/K pomp




      1. ENaC afhankelijk

Verzamelbuis


      1. Plaats van actie van verschillende diuretica

Beïnvloeden hoeveel water we verliezen: water moeten verliezen: NKCC, NCC en ENaC blokkeren

Lus van Henle: furosemide – NKCC: verlies elektrolyten, meer water  diurese verhogen

Distale tubulus: thiazide – NCC: Na en Cl reabsorptie geblokkeerd, geen K verlies

Distale tubulus en verzamelbuis: amiloride – ENaC: geen Na reabsorptie, diurese verhoogd




    1. Secretie en absorptie van Cl

  • Om vloeistof te kunnen uitscheiden: co-activering Cl en K

  • Cl kanalen geactiveerd dr secretorische stimulering (cAMP, GPCR)

  • Door Na gradiënt transporteert NKCC Cl van basolateraal in de cel, als Cl kanalen apicaal open gaan, kan Cl in de ductus stromen + water passief mee

  • Activering Cl kanalen door cAMP of [Ca]intracell

  • Activering defect, secretie afgeremd, cystische fibrose, secreet niet meer vloeibaar

  • Pancreas: CFTR voor secretie Cl en bicarbonaat (AE cotransporter) en verdunning secreet, ook NKCC, Na/K pomp en NHE werken mee (recyclage Na en K)

  • Zweetcellen: CFTR voor Cl reabsorptie  als defect: zout secretie, zweet proeft zout

  • ClC-Kb defect (Cl secretie lus van Henle): zout verlies, te lage BD, … (Bartter’s syndroom)

  • CFTR vaak gesteun door Ca geactiveerde Cl kanalen




    1. Reabsorptie van Ca2+

  • In de nier en de dunne darm

  • Apicale opname door ECaC (OTRPC), basolateraal: PMCA en NCX + in de cel calbindine (Ca bindingsEW), regeling door vit D (verhoogde Ca opname, botvorming)




  1. Regeling intracellulaire pH

  • Homeostase: volume, elektrolyten en pH constant

  • pH = -log (aH) = -log (H [H+])

  • Buffers: zwakke basen die pH instellen met pH = pKa + log [A-]/[HA] (pKa is evenwichtsconstante door dissociatie zwakke zuur)

  • Voor zwakke base HCO3-: pH = pKa + log [HCO3-]/ x PCO2

  • Stel extracell pH = 7.4 en rustpotentiaal = -60 mV  intracell pH = 6.4, in realiteit tss 7 en 7.2  altijd buffering of extrusie van H+

  • Metabolische activiteit  productie H-ionen  wijziging intracell pH  compensatie

    • intracell proteïne

    • passieve uitflux via H-kanalen

    • membraantransporters: H-cationen uitwisselaar

HCO3- transporters

H pompen


cotransporters AZ die Na afhankelijk zijn

transporters anionische basen met Cl gekoppeld



  • Intracell pH belangrijk bij celgroei, proliferatie: groeifactoren activeren NHE, veroorzaken pH stijging; activering door fosforylering via tyrosine kinasen

  • pH regeling is aan volume regeling gekoppeld


SKELETSPIER

  1. Excitatie-contractie koppeling

  • Skeletspier bezenuwd door zenuwvezel van alfa-motorneuron

  • Ach bindt aan receptor  depolarisering thv motorische eindplaat  ° AP  regeneratieve verspreiding  contractie



  1. Depolarisering  contractie via een calcium transiënt

  • Krachtontwikkeling is Ca afhankelijk: [Ca]cyto > 5.10-7 M (in rust concentratie: 10-7 M)

  • Excitatie-contractie koppeling: 3 stappen

    • depolarisering PM

    • toename [Ca] cyto

    • Ca binding aan troponine met activering actomyosine ATPase activiteit

  • Fysiologische manier om contractie te activeren: AP

  • AP  depolarisatie boven drempelpotentiaal  verhoging Ca concentratie  dwarsbrugcyclus, Ca bindt aan TnC zodat inhibitie actomyosine ATPase door tropomyosine/troponine complex wegvalt  spiervezel kort in en/of krachtontwikkeling

  • Verhoging van de intracell Ca concentratie veroorzaakt door intracell vrijzetting uit SR, Ca influx niet nodig




  1. Mechanisme excitatie-contractie koppeling

  • T-tubuli en triaden: cruciale rol in Ca vrijzetting uit SR

  • Excitatie-contractie koppeling: specifieke interactie 2 membraanEW in de triaden: DHP receptor: potentiaalsensor, L-type 1S Ca kanaal (T-tubuli) en ryanodine receptor: Ca vrijzettingskanaal (cisternae)




    1. T-tubuli




    1. DHP receptor als potentiaalsensor

  • S4 = potentiaalsensor

  • Depolarisatie  conformatieverandering, S4 beweegt in de membraan ~ verplaatsing van ladingen (poortstroom)

  • Muizen met inactiverende mutatie  geen contractie na depolarisatie, inbrengen intacte receptor  wel excitatie-contractie koppeling

Kwantitatieve correlatie tss Vm, poortstroom en Ca vrijzetting

Geen verband tss Ca influx en Ca transiënt, DHP ~ spanningssensor, niet Ca kanaal




    1. Calcium vrijzetting doorheen ryanodine receptor

  • Elektrische stimulering of K depolarisering leidt niet tot een Ca transiënt

  • Activatie door Ca, cafeïne en een endogene transmitter (cADP-ribose)

  • Grote cytoplasmatische loop ~ “foot-like” structuur

  • Ryanodine receptor in skeletspieren met II-III linker van DHP receptor gekoppeld (via foot): potentiaalafhankelijke structuurveranderingen van DHP receptor doorgegeven aan ryanodine receptor  openen of sluiten van kanaal

  • Depolarisering PM  conformatieverandering DHP receptor  ryanodine R open  Ca vanuit in SR in cytosol  ca concentratie stijgt  contractiele cyclus geactiveerd

  • Defecten ryanodine R  verhoogde Ca vrijzetting na inhalatie van narcotica  maligne hyperthermie



  1. Relaxatie

  • Repolarisering: nadepolarisering door accumulatie K in T-tubuli & refractaire periode

  • Verlaging cytoplasmatische Ca concentratie tot lager dan 0.5M

  • Ca ionen dissociëren van TnC  geen interactie tss actine en myosine (TM op myosine bindingsplaats) contractie stopt

  • Ca concentratie wordt verlaagd door SERCA (tg elektrochemische gradiënt, E uit hydrolyse van ATP, 2 Ca/ATP)

  • Andere: PMCA en NCX

  • Rol ATP tijdens spiercontractie: 3 plaatsen

    • E om actine filamenten langs myosine te laten glijden en zo inkorten sarcomeer

    • ATP binding aan myosine heft actomyosine brug op, zo verder verloop vd cyclus

    • E voor verwijderen van Ca uit cytosol, zo relaxatie




  1. Mechanische eigenschappen van de skeletspiervezel

Contractiel gedrag beschreven adhv ontwikkelde kracht, graad eb snelheid van inkorting (mechanische parameters)


    1. Isometrische versus isotone contracties

  • Isometrisch: spier kan niet inkorten, spieractiviteit ~ spanningsontwikkeling

  • Isotoon: spier laten inkorten

  • Isotone contractie met nabelasting: gewicht (nabelasting) werkt niet bij rust, eerst isometrische contractie; daarna isotoon




    1. Isometrische contractie

      1. Sommatie en tetanus

  • Stimulatie  transiënte respons waarbij spanning eerst toeneemt en dan afneemt

  • Refractaire periode langer dan spierschok  2de stimulus voor volledige relaxatie  2de superponeert op eerste, maximale spanning is groter = mechanische sommatie

  • Ritmische stimulatie: sommatie van individuele contracties

Lagere frequentie: spanning oscilleert rond plateau

Hogere frequentie: ontwikkelde spanning neemt toe en zal op bepaald ogenblik in tetanus gaan (ontwikkelde spanning wordt continu). Frequentie voor tetanus is fusiefrequentie




  • Verklaring voor sommatie en tetanus

  1. elektrische activering: AP is alles of niets fenomeen, geen verschillen bij repetitieve stimulatie

  2. Ca transiënt: 1 stimulus is voldoende voor maximale actomyosine interactie, maximale concentratie verandert niet bij repetitieve stimulatie

  3. Contractiel apparaat: actomyosine ATPase activiteit maximaal bij 1 stimulus en vergelijkbaar met tetanus niveau

DUS: geen verklaring op niveau van excitatie-contractie koppeling




      1. Mechanisch spiermodel

  • Verklaring voor sommatie en tetanus

  1. contactiel element verantwoordelijk voor inkorting bij prikkeling

snelheid van inkorting is functie van belasting

in rust geen weerstand tegen uitrekking

structureel ~ interactie dunne en dikke filamenten


  1. elastisch element in serie met CE

biedt weerstand tegen uitrekking

uitrekking SE door CE  spanningsontwikkeling

SE ~ veer

Structureel ~ ? (mogelijke kandidaat: hals van myosine)



  1. elastisch element parallel met CE en SE

verklaart passieve lengte-spanningscurve

structurele kandidaat: titine (koppelt dikke filamenten aan Z-schijf, lang elastisch EW)




  • Verklaart aantal fenomenen

  1. isometrische spanningsontwikkeling: lengte spiervezel is gefixeerd, CE kan niet inkorten, wel kracht uitoefenen op SE, dat opgespannen wordt  spanningsontwikkeling

  2. sommatie en tetanus: opspannen SE in isometrische omstandigheden is traag, daardoor SE niet maximaal opgespannen bij spierschok ondanks maximale activiteit in CE

Bij repetitieve prikkeling wel voldoende tijd om SE maximaal op te spannen

  1. Rustspanning: skeletspiervezel in rust progressief uitgerokken  vanaf bepaalde lengte wordt er spanning ontwikkeld die progressief met de lengte toeneemt

Spanning kan niet in SE ontstaan want in rust biedt CE geen weerstand (dus geen kracht op SE)

 PE nodig




  • Verschillende types van contracties

    • isotonisch

    • isometrisch

    • auxotoon (mix isotoon en isometrisch)

    • afterload contractie (skeletspier in vivo)




  • Afterload contractie: gewicht op steunvlak moet opgeheven worden

Eerst isometrische contractie tot voldoende kracht om gewicht op te heffen, dan isotone of auxotone contractie


      1. Invloed vezellengte

Relatie tss spierlengte en actieve spanning in isometrische omstandigheden

  • Spier bij passieve uitrekking progressief weerstand bieden vanaf bepaalde lengte (passieve lengte-spanningscurve)

  • Totale spanning voor verschillende beginlengtes door tetanische stimulatie (totale actieve lengte-spanningscurve)

  • Verschil tss beiden geeft actieve reële spanning

  • Bij toenemende beginlengte neemt de maximale spanning eerst toe en dan weer af

  • Maximale spanning bij l0

  • Passieve spanning bij lengtes groter dan l0



  • Lengte afhankelijkheid verklaard op niveau van sarcomeer: spierlengte met maximale spanningsontwikkeling = sarcomeerlengte waarbij dunne en dikke filamenten maximaal overlappen

  • Toenemende lengte  overlapping neemt af  minder dwarsbruggen

  • Kortere lengte  sterische hinder



    1. Isotone contractie en inkortingssnelheid

Inkorting tegen een bepaalde belasting: eerst neemt de spanning toe tot de belasting overwonnen is, daarna inkorting

  • Eerste fase: latentietijd: opspannen SE

  • Tweede fase: inkorting CE




    1. Verband tussen snelheid en belasting

Isotone contractie met nabelasting: 3 fenomenen met toenemende nabelasting

  1. Latentietijd (tss stimulus en inkorten) neemt toe, hoe groter het gewicht, hoe meer spanning nodig, hoe langer de tijd

  2. Totale inkorting neemt af: spier moet eerst gewicht overwinnen voor te kunnen inkorten

Eindpunt vd inkorting wordt bepaald door kromme van de nabelastingsmaxima:

    1. spier door preload tot lengte l1 uitgerokken

    2. stimulering: spier contraheert tot spanning gelijk is aan nabelasting

    3. spier kort in

    4. eindpunt vd contractie ligt op kromme van de nabelastingsmaxima

    5. kromme van de nabelastingsmaxima ontstaat door eindpunt van de isotone contractie aan l1 te verbinden en het eindpunt van de isometrische contractie bij l1

Deze kromme van de nabelastingsmaxima beschrijft de eindpunten van een nabelastingscontractie in het lengte-spanningsdiagram. Bij toenemende belasting, kan de spier minder en minder inkorten

  1. Inkortingssnelheid neemt af (hyperbole relatie tss inkortingssnelheid en belasting, HILL kromme)

Verticale asymptoot: puur IT, horizontale: puur IM

Snelheid 0 als belasting gelijk is aan IM voor gegeven lengte (P0), waar de curve de x-as snijdt: zuivere isometrische contractie

Vmax bepaald dr turnover van dwarsbrugcyclus (correlatie contractiesnelheid en ATPase activiteit)

P0 wordt bepaald door # dwarsbruggen

Uit curve: hoe groter de belasting, hoe trager de inkorting
Snelheid en kracht kunnen niet allebei maximaal zijn

Maximale snelheid bij maximale ATPase activiteit (dwarsbrugcyclus draait maximaal, 90% vd tijd myosine en actine ontkoppeld, dus geen kracht)

Tijdens isometrische contractie staat dwarsbrugcyclus stil, vorming actomyosine bruggen, grote spanning opgebouwd, geen inkorting


  1. Regeling van de contractiekracht

Intrinsiek contractiel vermogen van een individuele spiervezel varieert weinig of niet, totale kracht kan wel over groot bereik variëren

Twee factoren spelen een rol



  1. activiteitstoestand vd individuele spiervezels (kracht per individuele spiervezel)

  2. totaal aantal spiervezels dat actief is in de spier




    1. Kracht per individuele spiervezel

Door 3 factoren bepaald

  1. Activeringsfrequentie: bepaalt of er tetanus optreedt (en of maximale spanning toeneemt). In vivo wordt de frequentie bepaald dr de motorneuron activiteit

  2. Beginlengte is bepalend voor de maximale isometrische spanning. In vivo: lengte zelden met meer dan 30% variëren tov beginlengte (aanhechting op skelet), piekspanning niet beneden 50% vd maximale spanning bij l0

  3. Transversale dikte vd vezel of # filamenten per vezel: hoe meer filamenten, hoe meer kracht.




    1. Aantal actieve spiervezels

Spiervezel worden bezenuwd door alfa-motorneuronen waarbij 1 motorneuron meerdere spiervezels stimuleert (samen motorische eenheid). Ofwel zijn alle vezels of geen enkele vezel van een motorische eenheid actief
Drie eigenschappen vd motorische eenheid zijn belangrijk vr de regeling vd contractiekracht

  1. activiteit vd verschillende motorische eenheden binnen een spier kan geregeld worden

  2. # spiervezels binnen een motorische eenheid varieert, maximale kracht per eenheid neemt evenredig toe

  3. kleine motorische eenheden worden sneller geactiveerd doordat deze motorneuronen een kleiner celoppervlak en dus een lagere prikkeldrempel hebben




    1. Progressieve rekrutering van motorische eenheden

Activiteit van de motorische eenheid hangt af van de activiteitstoestand van het alfa-motorneuron in de radix anterior van het ruggenmerg:

  • Excitatorische en inhibitorische prikkels komen samen op het motorneuron

  • Prikkeldrempel overschreden  ° 1 of meerder AP (frequentie stijgt ifv prikkelintensiteit)

  • Spierarbeid opdrijven  meer excitatorische prikkels van hogere motorische centra  meer motorneuronen geactiveerd

# actieve motorische eenheden stijgt  totale spierkracht stijgt
Rekrutering is een gradueel proces (aantal en grootte)

Geringe arbeidsintensiteit: eerst kleinere eenheden ingeschakeld (fijne manipulaties)

Laatst geactiveerde eenheden doen de totale spierarbeid op significante wijze toenemen (grootste)
Regeling contractiekracht hoofdzakelijk via neuronale mechanismen


  1. frequentiegradatie: prikkelfrequentie bepaalt sommatie en tetanus in spiervezel

  2. rekruteringsgradatie: progressieve rekrutering van een groter aantal motorische eenheden met steeds toenemende kracht per eenheid




  1. Vermoeidheid

  • Isometrische spanning daalt

  • Inkortingssnelheid daalt

  • Relaxatiesnelheid daalt

  • Verminderde Ca gevoeligheid van het contractiele systeem

  • Minder Ca vrijzetting

  • Pi stijgt  minder Ca re-uptake, meer Ca precipitatie, minder Ca release (Cl kanaal laat Pi door)

 blok Ca kanalen

 minder Ca gevoeligheid, minder dwarsbrugkracht



HARTSPIER

  1. Functionele morfologie

  • Sarcomeer, dunne en dikke filamenten, …

  • Veel mitochondriën

  • T-tubuli in contact met terminale cisternae (minder ontwikkelde T-tubuli)

  • SR: 2 functionele compartimenten

terminale cisternae voor Ca vrijzetting in nabijheid vd T-tubuli en vlak onder PM

netwerk rond de myofibrillen voor Ca opname



  • 1 kern

  • gap juncties: snelle verspreiding vd elektrische prikkel

  • Bij sterke toename vd intracell Ca concentratie of lage intracell pH sluiten de gap juncties




  1. Elektrische activiteit

  • Pacemakercellen in SA knoop, AV knoop, bundel van His, Purkinjevezels

  • Spontane elektrische activiteit dr pacemaker potentiaal

  • Cellen in SA en AV knoop: Ca AP

  • Purkinjecellen en ventriculaire myocyten: plateau AP: snelle depolarisering door spanningsafhankelijke Na kanalen, plateau dr L-type Ca kanalen

  • Verschillende AP in endo- en epicard (kort)

 positieve T-golf (zuurstof daalt, K(ATP) stijgt, kortere AP, negatieve T-golf)


  1. Contractiele cyclus

Analoog aan skeletspier

Ca heft inhibitie ATPase op, fysiologische activator

ATP: E en opheffen actomyosine complex door binding aan myosinehoofd


  1. Excitatie-contractie koppeling

  • AP ontstaat in SA knoop en verspreid zich regeneratief over het myocard, door de depolarisering trekt het myocard samen

  • Koppeling tss elektrische activering en contractie: stijging [Ca]intracell (< SR)

  • Vrijzetting via DHP en ryanodine receptor maar ander mechanisme dan bij skeletspier

DHP receptor is L-type Ca kanaal, Ca influx is nodig voor Ca vrijstelling

  • Contractiele activiteit is afhankelijk vd aanwezigheid van Ca extracell (toediening verapamil of DHP, zijnde Ca kanaal blokkers  contractiliteit verdwijnt)

  • L-type Ca kanalen zowel in T-tubuli als aan het celoppervlak, depolarisering activeert de kanalen waardoor er Ca naar binnen stroomt

Dit is onvoldoende vr Ca transiënt in hele cytosol, maar leidt wel tot een gelokaliseerde verhoging van Ca in een zone vlak onder PM waar ook terminale cisternae zijn  Ca vrijzetting uit SR via ryanodine receptoren

Influx via Ca kanalen en Ca vrijzetting vertonen eenzelfde potentiaalafhankelijkheid



  • Terminale cisternae tg PM of T-tubuli bevatten ryanodine R (Ca vrijzettingskanalen) waarvan de openingstoestand Ca afhankelijk is (activering hangt af van amplitude en snelheid van Ca stijging = calcium induced calcium release of CICR)

  • Cytosolaire Ca is nu in de ganse cel gestegen, contractie kan beginnen. CICR is efficiënt versterking vd Ca influx

  • Ca influx draagt niet rechtstreeks bij tot Ca transiënt, maar bepaalt wel in grote mate de grootte vd Ca transiënt:

Grootte en snelheid vd influx bepaalt de Ca vrijstelling

Grotere Ca influx  betere vulling SR  meer Ca kan vrijgezet worden


DUS excitatie-contractie koppeling is:

      1. Depolarisering PM  Ca influx via L-type Ca kanalen (DHP R)

      2. Lokale stijging [Ca] in zone vlak onder PM

      3. Openen Ca vrijzettingskanalen (Ryanodine R) in de terminale cisternae van het SR tg PM

      4. [Ca] stijgt in ganse cytosol

      5. Ca bindt aan TnC  activatie contractiele cyclus




  1. Relaxatie

Daling [Ca]cyto nodig tot 10-7M  Ca los van TnC

Daling zowel door extrusie naar extracell als opname in SR

Vulling is passief, relaxatie eerst nodig zodat ventrikeldruk lager is dan atriale druk


    1. Opname Ca2+ in SR

  • Via SERCA

  • E uit hydrolyse ATP

  • Ca weer naar terminale cisternae om weer vrijgezet te kunnen worden

  • SERCA: dubbele rol

      1. [Ca] verlagen  relaxatie

      2. Door SR op te laden, vullingstoestand bepalen  grootte volgende Ca transiënt bepalen

  • Activiteit gemoduleerd via fosfolamban (SR membraanproteïne): noradrenaline bindt aan  receptor  AC  cAMP  PKA  fosforylering fosfolamban

Gedefosforyleerd  inhibitie SERCA  fosforylering dr cAMP, PKA

Directe fosforylering van SERCA Ca/Calmoduline gestimuleerd proteïne kinase  activering




    1. Calcium extrusie

  • Via NCX (3 Na/Ca)

  • Afhankelijk vd membraanpotentiaal: Na influx/Ca efflux of omgekeerd

  • Evidentie vr bestaan NCX in hartcellen gevonden: daling Na extracell  stijging Ca intracell

  • In rust: Ca uit de cel, inwaartse stroom (3 Na naar binnen)

  • Na gradiënt daalt (Na intracell stijgt): NCX in “reversed mode”  Ca in de cel, uitwaartse stroom (3 Na naar buiten)

Bijvoorbeeld als Na/K pomp geïnhibeerd is

Drijvende kracht is  = 3(Vm-ENa) – 2(Vm-ECa)

ENa/Ca = 3ENa – 2ECa

Membraanpotentiaal negatief tov ENa/Ca: inwaartse stroom, Ca extrusie

Membraanpotentiaal positief tov ENa/Ca: uitwaartse stroom (reversed mode), Ca influx


  • Hydrofobe N-ter met 5 “membrane spanning helices”

Hydrofiele regio met bindingplaats voor inhibitorisch peptide (XIP), bindingsplaats voor Ca, calmodulineplaats voor regeling

Hydrofobe C-ter

ATP moduleert activiteit maar is niet nodig voor energievoeding

Andere NCX in staafjes en kegeltjes gevonden, ook K afhankelijk



  • Door afhankelijkheid vd membraanpotentiaal en [Ca]intracell vd drijvende kracht voor NCX wisselt ENa/Ca tijdens hartactie

Membraanpotentiaal negatief tov ENa/Ca: inwaartse stroom, Ca extrusie

Membraanpotentiaal positief tov ENa/Ca: uitwaartse stroom (reversed mode), Ca influx

Ca extrusie vooral tijdens late deel plateaufase en repolarisering

 repolarisering bevordert relaxatie



    • Digitalis e.a. cardiale glycosiden reduceren extrusiecapaciteit, ze blokkeren Na/K pomp  toename [Na]intracell




  • PMCA draagt ook bij tot beëindigen Ca transiënt (ATP-afhankelijk, Ca naar extracell)

Door Ca/CaM gestimuleerd


  1. Vullingsgraad SR

  • Vullingsgraad beïnvloedt de hoeveelheid Ca die beschikbaar is voor vrijzetting en de grootte vd Ca transiënt

  • Twee parameters bepalen de vulling:

Evenwicht in basale omstandigheden, geen netto toename van cellulaire Ca gehalte

Door toename Ca influx (adrenerge stimulering) of afname extrusie (cardiale glycosiden) wanverhouding tss Ca influx en extrusie, netto Ca opname in de cel en in SR opgeslagen



  • Altijd diffusieperiode nodig om evenwicht tss Ca release en Ca re-uptake te herstellen na prikkeling




  1. Mechanische eigenschappen

Contractiele eigenschappen bestudeerd adhv papillairspieren


    1. Isometrische contractie: lengte-spanningscurve

Bij stijgende beginlengtes neemt de actieve spanning toe tot een piekwaarde en daalt dan weer

Actieve spanning maximaal bij Lmax

Verschil met skeletspier: passieve spanningscurve neemt steil toe vanaf Lmax, er is een grote weerstand tg passieve uitrekking boven Lmax  myocardcellen zullen meestal werken op het stijgende deel van de lengte-spanningscurve


    1. Isotone contractie met nabelasting: inkorting en inkortingssnelheid

Inkortingssnelheid ifv nabelasting: hyperbole curve (snelheid neemt af met toenemende belasting)

Maximale spanning bij zero inkorting, isometrische contractie


Snelheid-spanningscurve voor verschillende beginlengtes:

  1. snelheid maximaal zonder belasting, Vmax is onafhankelijk van de beginlengte

  2. inkorting sneller bij grotere beginlengtes voor een gegeven nabelasting

  3. bij eenzelfde nabelasting zal de totale inkorting groter zijn bij toenemende beginlengtes

spanning ontwikkelen tot nabelasting gecompenseerd, dan inkorten

eindpunt vd inkorting bepaald door de nabelastings-kromme

Hoe groter de beginlengte, des te sneller en meer kan de spier inkorten voor eenzelfde nabelasting

Grotere beginlengte  krachtigere en snellere contractie

Krachtontwikkeling maximaal bij sarcomeer maximale overlapping filamenten

Grotere sarcomeerlengtes  minder overlapping

Kleinere sarcomeerlengtes  sterische hinder en minder gevoeligheid voor Ca

BESLUIT:


  1. basiskenmerken ~ skeletspier

  2. Sterk Ca afhankelijk

  3. Afhankelijk van Ca influx

  4. Afhankelijk van vulling intracell Ca stores

  5. Sterk afhankelijk van uitrekking (Frank-Starling)




  1. Regeling contractiekracht

    1. Afwezigheid van tetanus

Contracties niet gesommeerd bij repetitieve stimulering, elke contractie gevolgd door relaxatie tot rustwaarde

Geen sommatie door karakteristieken AP en tijdsverband tss AP en contractiele respons:



  • AP heeft plateau, dan is de cel onprikkelbaar

  • Tijdens plateau daalt de Ca concentratie: Ca vrijzetting uit SR stopt door inactivering Ca influx tijdens plateau en SERCA en NCX verwijderen Ca uit het cytoplasma

Bijdrage NCX neemt toe naarmate de cel repolariseert  repolarisatie en relaxatie vallen samen  cel contraheert pas weer na volledige relaxatie
Ook geen motorische eenheden


    1. Intrinsieke regeling

  • Stimulering papillairspier aan hoge frequenties  isometrische spanning wijzigt

  • Naargelang species: na frequentieverhoging een toename, een afname of een toename gevolgd door een afname

  • Toename contractiesterkte bij hogere frequentie: betere vulling SR (meer depolarisering, meer Ca influx)

  • Extra prikkel kort op vorige, dan zal extra contractie iets zwakker zijn (extrasystole) en de volgende normale contractie zal sterker zijn (postextrasystole)

  • Verminderde spanning extrasystole: kleinere hoeveelheid Ca voor vrijzetting beschikbaar (tijd nodig voor diffusie van longitudinaal deel naar terminale cisternae)

  • Toegenomen kracht postextrasystole: betere vulling SR door extra Ca influx tijdens extrasystole




    1. Modulering van de contractiekracht door exogene factoren

  • Exogene factoren: NT, hormonen, farmaca, kunnen contractiekracht wijzigen

  • Noradrenaline verplaatst de isometrische lengte-spanningscurve naar boven  voor een gegeven beginlengte meer krachtontwikkeling

Spannings-snelheidscurve naar rechts boven: toename Vmax en P0: contractie sneller voor elke nabelasting

 NA: contractie sneller en krachtiger

NA geen invloed op de rustspanning

NA  G proteïne  PKA: targets: DHP receptor: open probabiliteit stijgt

Fosfolamban -   SERCA 

Troponine I -   sensitizatie



  • NA behoort tot de positieve inotropica (ook adrenaline, dopamine, digitalis en andere cardiale glycosiden, remmers fosfodiësterase, etc.), HILL kromme naar rechts (inkortingssnelheid en belasting)

  • Verhoging [Ca]extracell resulteert ook in positief inotroop effect

  • Negatieve inotropica reduceren contractiel vermogen: Ca kanaal blokkers,  blokkers

    1. Werkingsmechanisme van inotropica

Verhoging van de inotropie: 2 mechanismen:

  1. hoeveelheid Ca die uit SR vrijkomt, verhogen  amplitude Ca transiënt neemt toe

  2. gevoeligheid van de myofilamenten voor Ca verhogen

In normale omstandigheden is de Ca transiënt niet groot genoeg om alle Ca bindingsplaatsen van TnC te bezetten  submaximale contractie

Toediening van positieve inotropica  grotere Ca vrijzetting, grotere transiënt  meer plaatsen bezet  sterkere contractie
Inotropie kan ook toenemen wanneer de Ca gevoeligheid toeneemt, voor eenzelfde amplitude van de Ca transiënt moet nu een grotere kracht ontwikkeld worden. Nadeel: relaxatie verloopt minder vlot, want Ca concentratie moet lager dalen voor Ca dissocieert van TnC, relaxatie zal dus langer duren en dit kan de vulling verstoren


    1. Voorbeelden van inotropica

NA bindt aan receptor  [cAMP]cyto stijgt  PKA geactiveerd

 Fosforylering L-type Ca kanaal, toename Ca influx

 Fosforylering fosfolamban  SERCA activiteit neemt toe

 Fosforylering TnI vermindert Ca gevoeligheid  snellere relaxatie

 Inkorting plateaufase
Ca transiënt neemt toe door sterkere stimulus voor vrijzetting en grotere vullingsgraad SR  krachtigere contractie

Relaxatie treedt vroeger op en verloopt sneller door activering SERCA en gereduceerde CA gevoeligheid

Vroege en snelle relaxatie bevorderen passieve vulling van de ventrikel
Digitalis en verwante farmaca hebben een positief inotroop effect door modulatie van de Ca transiënt:

Inhibitie Na/K pomp  verminderde Ca extrusie via NCX  vullingsgraad SR neemt toe


GLADDE SPIER

  1. Contractiel apparaat

  • Actine en myosine filamenten diagonaal tov lengte-as van de cel

  • Tss dunne en dikke filamenten: dwarsbruggen

  • Geen dwarsstreping (hartspier, skeletspier)

  • Dunne filamenten hechten zich vast op dense lichaampjes in het cytoplasma of op PM

  • Door nauwe associatie met cytoskelet en PM vormen de dense lichaampjes ankerpunten voor de contractiele filamenten

  • Lagere ATPase activiteit  contractie trager

  • Myosine kan pas interageren met actine na fosforylering van twee lichte ketens

  • Geen troponine  Ca afhankelijke activering van contractiel apparaat via ander mechanisme

  • Soms gap juncties

  • Contractie: krachtontwikkeling en vormverandering

  • Geen T-tubuli, wel caveolae (cholesterol en caveoline), veel EW voor signaaltransductie


  1. Multi-unit versus single-unit gladde spier

Single-unit

  • In de wand van holle organen (GI stelsel, ureter, uterus, kleinere bloedvaten)

  • Onderlinge koppeling via gap juncties  elektrische en mechanische eenheid

° AP: snelle verspreiding over alle cellen  orgaanwand trekt als 1 spier samen
Multi-unit

  • Geen gap juncties  spiercellen kunnen individueel reageren

  • In mm. erector pili, iris, grote luchtwegen, grote bloedvaten

  • Spiercellen contraheren als geïsoleerde eenheden




  1. Bezenuwing

  • Door het autonoom zenuwstelsel: ortho- en parasympaticus werken meestal antagonistisch

  • Postganglionaire vezels met meerdere varicositeiten op hun verloop die in contact staan met gladde spiercellen

Varicositeiten bevatten NT

  • Een postganglionaire vezel kan meerdere cellen bezenuwen

  • Regeling van de contractie kan ook via hormonen




  1. Elektrische activiteit

  • Tonisch of fasisch

  • Depolarisatie door agonist (TRPC)

  • Fasische activiteit: Ca, K kanalen

  • Trage golf plateau potentiaal

  • Automatie in gladde spiercellen

  • L-type Ca kanaal

  • Slo type KCa kanaal (intrinsieke pacemaker)




  1. Contractiele cyclus

  • Basis: sliding filament mechanisme

  • ATP om actine te bewegen tov myosine

  • Trigger: stijging [Ca]cyto

  • Verschil met hart- en skeletspier: Ca activering via dikke filamenten

  • Calmoduline is Ca sensor (verwant aan troponine)

  • [Ca] boven rustwaarde  bindingsplaatsen CaM opgevuld (conformatieverandering CaM)  Ca/CaM complex bindt aan MLCK enzyme  MLCK geactiveerd  2 vd 4 lichte ketens gefosforyleerd  interactie actine-myosine  spanningsontwikkeling en/of inkorting

  • Myosine lichte ketens moduleren ATPase activiteit van myosine hoofd

  • Defosforylering door MLCP (vertoont basale activiteit)

  • Fosforyleringsgraad ~ contractiele activiteit: bepaald door activiteitsverhouding MLCK en MLCP

  • MLCK activiteit varieert met [Ca]cyto

  • Cyclus geïnhibeerd door cAMP  PKA (fosforyleert MLCK  afremming)

  • Activering door (PLC  IP3+) DAG  PKC & RhoA (MLCP afgeremd)

  • RhoA is klein G proteïne: activeert ROCK (kinase)  fosforyleert MLCP (PKC ook)



  1. Latch

  • ATPase activiteit daalt terwijl de tonus toch behouden blijft = latch

Isometrische spanning aangehouden terwijl ATP verbruik sterk daalt

Tonus gehandhaafd zonder dwarsbrugcyclus

Lange tijd tonus genereren met minimale energievereisten


  • MLC grotendeels gedefosforyleerd, ATPase activiteit laag

Deel van de actieve actomyosine complexen gedefosforyleerd, kunnen geen dwarsbrugcyclus meer doorlopen, maar binding tss actine en myosine zorgt er wel voor dat de tonus behouden kan worden


  1. Excitatie-contractie koppeling

Verhoging [Ca]cyto is essentieel

Naargelang hoe die verhoging gebeurt: elektromechanische of farmacomechanische koppeling




    1. Elektromechanische koppeling

  • Depolarisering  VOCC (voltage operated Ca channels)  Ca influx  [Ca]cyto

Naargelang type gladde spier kan de depolarisering een verschillende vorm aannemen:

  1. AP met depolarisering door Ca influx via spanningsafhankelijk Ca kanalen

  2. Trage golven met Ca influx tijdens plateau (ook spanningsafhankelijke Ca kanalen)

  3. Graduele depolarisering waardoor spanningsafhankelijke Ca kanalen geactiveerd worden

CICR kan ook bijdragen


  • Elektrische activiteit kan zowel door agonisten als door antagonisten gemoduleerd worden

Agonist  toename AP frequentie of verlenging/stijging trage golf plateau of graduele depolarisering

Antagonisten  hyperpolarisatie  [Ca]cyto

Modulering membraanpotentiaal door (ant)agonisten dikwijls via (in)activering K kanalen
Ligand  GPCR  AC  cAMP  PKA  VOCC geactiveerd (L-type, T-type)

GPCR  PLC

Ligand  RTK  PLC  DAG  RACC (receptor activated Ca kanaal, TRP)

of PLC  IP3  ER  SOC




    1. Farmacomechanische koppeling

  • Contractie zonder de noodzaak tot depolarisering

Mechanismen

  1. [Ca]cyto stijgt door IP3 gemedieerde Ca vrijstelling uit intracell opslagplaats

  2. Wijziging Ca gevoeligheid van de myofilamenten

  3. Ca influx via spanningsONafhankelijke Ca kanalen (ligand-gestuurde kanalen)




  • IP3 gemedieerde Ca vrijstelling na binding van agonist aan PM receptor die aan PLC gekoppeld is (vb adrenaline of Ach)

PLC splitst PIP2 in IP3 en DAG

  • IP3: krachtige stimulus voor Ca vrijzetting uit intracell opslagplaats (IP3 bindt aan Ca vrijzettingskanaal in membraan SR  kanaal open  Ca ionen naar cytosol)

  • Ook ryanodine R aanwezig, maar functie is niet gekend



  • Kanaal kan enorm gemoduleerd worden:

[Ca]intracell verlaagd  minder gevoeligheid voor IP3

Bij hoge [Ca] ook minder gevoeligheid



  • DAG samen met Ca activeert PKC (remt MLCP af, dus activering contractie)

Zou ook rol kunnen spelen in modulering van de Ca gevoeligheid


    1. Modulering van de Ca gevoeligheid

  • Agonist stimulering  contractiel apparaat gevoeliger voor Ca door wijzigingen in de fosforyleringsgraad van myosine

  • Activiteitstoestand van MLCK en MLCP kan op Ca onafhankelijke wijze gemoduleerd worden door agonisten

MLCP geïnhibeerd door agonisten die aan een GPCR binden (vrijzetting DAG  PKC)


    1. Relaxatie

  • Normalisering [C]cyto nodig  Ca/CaM dissocieert  MLCK inactief

  • MLCP  defosforylering

  • Mechanismen verlaging [Ca]:

      1. hyperpolarisering  minder influx via spanningsafhankelijk Ca kanalen

      2. Ca extrusie via PMCA

      3. Ca extrusie via NCX

      4. Ca opname via SERCA

  • Belangrijke stimulus: NO  cGMP  PKG  verlaging [Ca]intracell

PKG fosforylering kan ook op myofilamenten inwerken


  1. Mechanische eigenschappen

  • Lengte-spanningscurve vergelijkbaar met hart- en skeletspier: ifv spierlengte neemt actieve isometrische spanning toe tot maximum en daalt dan weer

  • Sommige geen passieve spanning bij lmax, andere belangrijke rustspanning

  • Inkortingssnelheid is trager dan bij de skeletspier: lagere ATPase activiteit myosine

In isometrische omstandigheden kunnen gladde spieren wel een vergelijkbare spanning ontwikkelen als skeletspieren

  • HILL kromme verschilt van skeletspier: gladde spier kan enorme kracht ontwikkelen, maar werkt traag, lagere vmax




    1. Sommatie en tonusontwikkeling

  • Traag verloop vd contractie  bij lage prikkelfrequentie al sommatie en fusie van spierschokken

  • Bij elektrisch prikkelbare gladde spieren duidelijk verband tss frequentie en spanning: spanning verandert proportioneel met frequentie. Men spreekt ook van tonusontwikkeling.

  • Depolarisering van niet-prikkelbare gladde spieren resulteert in een tonus die proportioneel met de membraanpotentiaal verloopt

  • Bij farmacomechanische stimulering is de tonus proportioneel met de agonist concentratie

(altijd tonus proportioneel met prikkel)


    1. Visco-plastisch versus elastisch gedrag

  • Bijzondere eigenschap van sommige viscerale gladde spieren: stress-relaxatie fenomeen:

Spanning bij plots uitrekken van de spier neemt af ondanks de blijvende lengteverandering  volumeveranderingen zijn mogelijk zonder dat de spanning te hoog oploopt

Gladde spieren die dit fenomeen vertonen: visco-plastische spieren



  • Andere gladde spieren: elastisch: vervorming proportioneel met kracht

  • Gedrag hangt af van extracell matrix

  • CE verandert niet

SE: inkorting  verliest kracht

Visceus element  lengte constant




  1. Modulering contractiekracht

  1. Membraanpotentiaal waardoor de Ca influx door spanningafhankelijke Ca kanalen zal wijzigen

Farmaca die Ca kanaal blokkeren bij hoge BD (vb. DHP)

  1. Activering ligand-gestuurde Ca kanalen  Ca influx

  2. Activering of inhibering Ca vrijzetting uit SR

  3. Beïnvloeding [Ca]i verlagende PMCA of SERCA

  4. Wijziging Ca gevoeligheid vd myofibrillen




    1. Autonoom zenuwstelsel

  • Postganglionaire OS NT: noradrenaline die aan  of  receptoren bindt

  • PS NT: Ach die aan muscarine receptoren bindt

  • PS activering: bronchiale spier trekt samen, relaxatie vaatwand

  • OS omgekeerd

  • Weefselspecifieke effecten verklaard door:

    1. verschillen in expressie receptor subtypes

    2. verschillen in manier waarop receptoren activering contractiel apparaat beïnvloeden

  • OS   receptoren  [cAMP]i stijgt  PKA  fosforyleert MLCK dat geremd wordt  relaxatie bronchiale gladde spier

  receptor  vrijzetting DAG en IP3  Ca vrijzetting  Ca/CaM  MLCK  con-

tractie (vasoconstrictie)

Er zijn ook relaxerende  effecten: longitudinale gladde spier: Ca vrijzetting opent Ca geactiveerde K kanalen  hyperpolarisatie  Ca influx geremd  relaxatie


    1. Hormonen en paracriene factoren

  • Effecten van oestrogeen, progesterone en oxytocine op myometrium

Progesterone  relaxerend effect

Oestrogeen  activatie

Oestrogeen tijdens zwangerschap:


  1. hypertrofie myometrium

  2. vorming gap juncties

  3. stimulatie aanmaak oxytocine receptoren  gevoeligheid stijgt  tijdens bevalling krachtige en gesynchroniseerde contracties

binding oxytocine aan receptor  contractie via IP3 gemedieerde Ca vrijzetting


  • Paracriene interactie in de vaatwand:

PLA  arachidonzuur  PGI2  diffusie naar gladde spier  AC  cAMP  PKA  MLCK gefosforyleerd  relaxatie

Vasoconstrictie door endotheline  Vasorelaxatie: Ca  eNOS: L-Arg  citrulline en NO  GC cGMP  PKG

Adenosine, H, CO2, K  relaxatie


    1. Fysico-chemische prikkels

Hypoxie, daling pH, uitrekking
CELFYSIOLOGIE VAN DE SYNAPS

  1. Inleiding

  1. Receptor-neuronale synaps

  2. Axo-somatische synaps

  3. Axo-dendritische synaps

  4. Axo-axonale synaps

  5. Dendrito-dendritische synaps

  6. Neuro-musculaire synaps

  7. Neuro-secretorische synaps

Afscheiding chemische transmitterstoffen  informatieoverdracht tss prikkelbare cellen

Stappen:


  1. depolarisatie presynaptische membraan

  2. influx Ca in presynaps

  3. Ca interfereert met vesikelproteinen, transmitter in vesikels opgeslagen

  4. Vrijzetting transmitter uit vesikels die al aan presynaptische membraan gebonden zijn, fusie van vesikels met membraan

  5. vrijzetting transmitter

  6. diffusie transmitter door synaptische spleet

  7. metabolisering en afbraak diffunderen transmitter

  8. deel vd transmitter bereikt postsynaptische membraan

  9. binding aan postsynaptische receptoren, initiatie elektrisch signaal of modulatie van een signaal aan de postsynaps

Aantal synapsen bepaalt de mentale prestatie: autisme: verlies van synapsen

Rett syndroom: psychomotorische stoornissen
Algemeen bouwplan

Presynaps – synaptische spleet – postsynaps

Presynaptische verdikking: docking structuren

Postsynaptische verdikking: ligand-gestuurde kanalen, target voor NT


Algemene communicatiemechanismen

  • N-type Ca kanalen (VOCC)

Ca influx  exocytose NT  kan binden aan receptor

  • Synaptische spleet: mucopolysacchariden en enzymen

  • Postsynaps: EPP, EPSP, IPSP (elektrogenese)

Opname NT via NT-H uitwisselaar + Cl kanalen nodig

  • NT: binden aan GPCR

Binden aan ligand-gestuurde kanalen

Schakelen via messenger gated channels




  1. Neuro-musculaire junctie: eindplaatpotentialen

    1. Morfologie

  • Skeletspier gestimuleerd dr motorische zenuwen

  • Junctie tss spiercel en zenuw: motorische eindplaat: presynaptisch axon (zonder myeline) in groeve vd spiercel

  • Presynaptisch: vesikels

Presynaptische membraan: actieve zones waaraan vesikels gebonden zijn

  • In synaptische spleet extracell matrix met Ach-esterase

  • Subsynaps vertoont diepe “clefts”: veel Ach R aanwezig

  • Belangrijk voor functie vd eindplaat is dat in de morfogenese vd skeletspier de vorming vd eindplaat gevolgd wordt door de inbouw van hoge concentraties van Na kanalen zodat AP makkelijker kunnen ontstaan




    1. De eindplaatpotentiaal

  • Motorische zenuw elektrisch gestimuleerd  depolarisatie op bepaalde afstand vd eindplaat  AP

  • Na kanalen geblokkeerd  geen AP kan ontstaan, wel transiënte depolarisatie gemeten = EPP

  • Zenuw AP is altijd groot genoeg om een AP in de spier te kunnen activeren




  • Ook in afwezigheid van zenuwstimulatie kunnen kleine depolarisaties gemeten worden: MEPP

  • EPP door synchrone vrijzetting van een groot aantal vesikels

  • Activering motorische zenuw  inwaartse stroom  depolarisering

Stroom door vrijzetting Ach en binding aan nicotine R ( conformatieverandering)

  • R: ligand gestuurd kanaal, permeabel voor kationen (Na, K)

Openen als 2 Ach gebonden zijn

Zelfs wanneer Ach nog gebonden is, kan het kanaal weer sluiten via een fosforylatie afhankelijk mechanisme: desensitisatie



  • Omkeerpotentiaal rond -15 mV (door niet-selectiviteit)

  • R door binding met verschillende EW aan de eindplaat in de juiste lokalisatie gefixeerd (rapsyne bindt ankerproteïnen en intracell cytoskeletproteïnen die met matrixelementen en actine associëren)




    1. Transmitter Acetylcholine

Actie van de transmitter via verschillende mechanismen beïnvloed:

  1. Vrijzetting Ach: inhibitie N-type Ca kanalen  Ach vrijzetting gereduceerd

Door verhoging Mg of daling [Ca]e

Daling Ca influx reduceert frequentie van MEPP

Door toxinen wordt vesikelfusie verhinderd

Synthese Ach kan gereduceerd worden



  1. Ach afbraak: Ach-esterase splitst Ach in acetaat en choline, regelt evenwicht, hoeveel R geactiveerd worden

Inhibitie enzyme veroorzaakt langer durende depolarisatie en inactivatie Na kanalen, dus inhibitie spiercontractie

  1. Binding aan receptor: enkele liganden kunnen Ach vervangen (klinisch gebruikt voor activering nicotinische receptor)

Andere agonisten veroorzaken maar een partiële conformatieverandering

Andere stoffen veroorzaken geen kanaalopening: competitieve antagonisten  geen EPP

Andere stoffen houden het kanaal altijd open  beletten desensitisatie en veroorzaken depolariserende blok

Myasthenia gravis

Auto-antilichamen tegen nACH R geproduceerd, tegen immunogene regio in de N-terminus

AL bindt  R gesloten

Competitie tss AL en Ach


Kanaal heeft mutaties  gating abnormaliteiten in nACH R kanaal ~ epilepsie, nicotine verslaving
Ach-esterase blokker  meer Ach aan postsynaptische membraan  Ach bindt ipv AL
Ptosis: persoon is wakker, maar heeft niet de spierkracht om de ogen open te houden
Fast channel syndroom: AchR sluit te snel  EPP kort, spierzwakte

Slow channel syndroom: te veel activiteit, te trage sluiting, Ca overlading en degeneratie vd eindplaat



  1   2


De database wordt beschermd door het auteursrecht ©opleid.info 2017
stuur bericht

    Hoofdpagina