Az izomszövet jellemzői

Az izomszövet olyan (nem osszifikálódó, nem kalcifikálódó, a kemény szöveteket támogató) lágy szövet, amely elsősorban hosszú izomrostokból áll. A miocitákban levő miofilamentumok (aktin és miozin) jól koordinált interakciója képessé teszi az izomszövetet a kontrakcióra. A miofilamentumok intracelluláris elrendezésétől függően az izmokat harántcsíkolt (vázizom és szívizom), vagy nem harántcsíkolt (simaizom) csoportokba klasszifikálhatjuk. A harántcsíkolt izom miofilamentumai szarkomérákba rendeződnek, míg a simaizom miofilamentumainak nincs speciális elrendeződése. A kontrakció mechanizmusa (excitáció-kontrakció-coupling) minden izomtípusban hasonló. A vázizmok a szomatikus idegrendszer kontrollja alatt áll. A simaizmok kontrakcióját az autonóm idegrendszer, illetve külső ingerek (pl. kémiai, mechanikai) szabályozzák. A simaizmok megtalálhatók az üreges szervek (pl. gyomor, hólyag, méh), illetve az erek falában, valamint a légző és húgyúti rendszerben. Ennek köszönhetően a simaizmok elaszticitása nagyobb a vázizmokhoz viszonyítva. A szívizom (miokardium) a szív kamráinak falait alkotja; a kontrakciók a pészméker sejtek spontán akciós potenciáljaitól függ.

Az izomsejtek (miociták)

Áttekintés

• Klasszifikáció:
• Harántcsíkolt izom: Vázizom és szívizom,
• Nem harántcsíkolt izom: Simaizom,
• Funkció: Kontrakció vagy tenzió, hogy a csontvázat megmozgassa, illetve ellenálljon a terhelésnek,
• Eredet: Mezodermális (csak az intraokuláris izmok ektodermális eredetűek).

Az izomsejt

Szarkolemma (miolemma)

• Definíció: Az izomsejt membránja, amely membrán invaginációkat tartalmaz,
• Karakterisztika:
• Transzverzális (T) tubulusok:
• A harántcsíkolt izomsejtek szarkolemmájának keresztirányú tubuláris invaginációi,
• Innen tevődik át az akciós potenciál a szarkoplazmás retikulumra (a T-tubulusok közvetlen közelében vannak a szomszédos terminális ciszternákkal, és lehetővé teszik az akciós potenciálok közvetlen továbbítását a szarkoplazmatikus retikulumba → gyors Ca²⁺ felszabadulás → izomkontrakció),
• Az AP transzmisszió és kontrakciók szinkronizációjáért felel,
• Caveolák:
• A simaizomsejtek szarkolemmájába irányuló invaginációk, amelyek a szarkoplazmatikus retikulum közelében helyezkednek el,
• Különböző receptorokat és ioncsatornákat tartalmaznak, amelyek részt vesznek a szignál transzdukcióban.

Szarkoplazma

• Definíció: Az izomsejtek citoplazmája,
• Tartalmaz:
• Miofibrillumok (miofilamentumokból állnak),
• Glikoszómák (glokogén granulátumok),
• Mioglobin,
• Ca²⁺ (a kontrakció megindításához troponin megkötésével).

Szarkoplazmatikus retikulum (SR)

• Definíció: Az izomsejtek endoplazmatikus retikulumja, amely L-tubulusok hálózatát képezi,
• Karakterisztika:
• Terminális ciszternák: A T-tubulusok mellett fekvő L-tubulusok terminális részei, amelyek körülveszik a miofibrillumokat,
• Triád (vázizom): Egy T-tubulus és két terminális ciszterna,
• Diád (szívizom): Egy T-tubulus és egy terminális ciszterna,
• Kalciumot tárolnak.

Miofilamentumok

Fehérjeszálak csoportja, amely vastag (miozin) és vékony (aktin) szálakból áll. A miofilamentumok közötti kölcsönhatások felelősek az izomsejtek kontraktilis tulajdonságaiért (ld. alább).

Miofilamentumok

Olyan proteinrostok csoportja, amely vastag (miozin) és vékony (aktin) rostokból áll. A miofilamentumok közötti interakcióknak köszönhetően tud kontrahálni az izom.

Aktin (vékony filamentum)

• Az aktin miofilamentumok vékony rostok, amelyek aktinmolekulákból, szabályozó fehérjékből és nebulinból állnak,
• A szabályozó fehérjék megakadályozzák az aktin és miozin közötti állandó kölcsönhatást,
• Fehérjék, amelyek blokkolják a miozin-kötő helyeket:
• Tropomiozin: Harántcsíkolt és simaizomban egyaránt; a tropomiozin funkciója a simaizomsejtekben ismeretlen,
• Kaldezmon és kalponin: Csak simaizomban,
• Fehérjék, amelyek a kalciummal lépnek kölcsönhatásba:
• Troponin: Harántcsíkolt izomban,
• A miokardiális troponin szerkezete más, mint a vázizom troponiné. Miokardiális infarktusban a szívizomsejtek az iszkémia miatt károsodnak, és intracelluláris tartalmukat a keringésbe engedik. Ha a vérben megemelkedik a kardiális troponin, az miokardiális károsodásra utal,
• Kalmodulin: Simaizomban,
• Nebulin:
• Az aktinba integrált fehérje,
• Az aktin hosszának stabilizálásáért felelős,
• Funkció:
• A vékony filamentumok olyan alapot képeznek, amelyen a miozin összecsúszik a kontrakció során.

Miozin (vastag filamentum)

• Struktúra:
• ∼250 miozin molekulát tartalmaz,
• Muszkuláris miozin molekulák (miozin II),
• Különböző izoformák fordulnak elő különböző izomtípusokban, és meghatározzák az összehúzódás sebességét,
• Két nehéz és két könnyű protein láncból áll,
• Domének:
• Fej: Aktin és ATP kötőhelye is (amely ATPáz aktivitással rendelkezik),
• Nyak: Két könnyű proteinlánc csatlakozik a nehéz protein lánchoz, amelyek szabályozzák a miozin fejet,
• Farok: A miozin nehéz láncok szuperhelikálisan rendeződnek el; a miozinfejek kétoldalt állnak ki,
• Funkció: Az aktinszálak mentén csúszik, amelyet ATP hidrolízis hajt.

Miofilamentum kontrakció

Excitáció-kontrakció coupling

• Definíció: Olyan folyamat, amelyben egy iniciáló inger (pl. AP, kémiai inger) kiváltja az intracelluláris Ca²⁺ növekedését és az azt követő miofilamentum rövidülését, ami izomkontrakciót eredményez,
• Típusok:
• Elektromechanikai junkció: A szarkolemmából érkező elektromos szignál transzformációja izomkontrakcióvá,
• Farmakomechanikai junkció: Izomkontrakció kiváltása agonistákon, például acetilkolinon, noradrenalinon vagy hisztaminon keresztül,
• Leírás:
• Az inger eléri a miocitát → intracelluláris Ca²⁺ ↑ → a szabályozó fehérjék konformációs változása → a szabályozó fehérjék megváltozott aktivitása → az aktin és miozin miofilamentumok interakciója,
• Az intracelluláris Ca²⁺ koncentráció növekedésének mechanizmusa izomtípusonként eltérő:
• Vázizom: Inger → dihidropiridin-receptorok és rianodin-receptorok megnyílása → Ca²⁺ felszabadulás az SR-ből,
• Sima izom: Inger → Ca²⁺ beáramlás az extracelluláris térből az izomsejtbe,
• Szívizom: iIger → Ca²⁺ beáramlás az extracelluláris térből az izomsejtbe → Ca²⁺ felszabadulás az SR-ből.

Csúszó-filamentum modell

• Izomösszehúzódás esetén a miofilamentumok kölcsönhatásba lépnek a szabályozó fehérjékkel, és egymás mellett csúsznak, miközben megtartják hosszukat,
• Kereszthíd képződés: Az a folyamat, amelynek során a miofilamentumok elcsúsznak egymás mellett,
• Kereszthíd ciklus: Repetitív folyama kereszthíd formációval és az ezt követő oldódással a miozin fejek és a vékony aktin filamentumok között,
• Az energiát ATP biztosítja,
• A Ca²⁺ indítja a ciklust.

Energia ellátás

• Az izomsejtek energiaforrásként ATP-t igényelnek:
• A struktúra és az iongrádiens fenntartásához,
• A miozin fej és az aktin közötti interakcióhoz, amely kontrakcióhoz vezet,
• ATP produkció:
• Aerob metabolizmus: Ha elegendő O₂ áll rendelkezésre az energiaigény kielégítésére (pl. pihenés és/vagy nem megterhelő tevékenység),
• Anaerob anyagcsere: Ha az O₂ ellátás inszufficiens,
• Anaerob glikolízis és laktátsav ciklus (pl. tartós, megerőltető edzés közben),
• Azonnali ATP reszintézis: Kreatin-kináz reakció és adenilát kináz reakció (hirtelen, rövid gyors mozgások),
• Protein metabolizmus: Glükóz-alanin ciklus (katabolikus állapotok, pl. éhezés alatt),
• Ld. még: ATP-szintézis.

A harántcsíkolt izomszövet

Áttekintés

• Típus: Harántcsíkolt izomszövet,
• Struktúra:
• Az egyesült izomsejtek izomrostokat képeznek, amelyeket endomizium vesz körül,
• Az izomrostok kötegei fasciculusokat képeznek, amelyeket perimizium vesz körül,
• Több fasciculus izmokat alkot, amelyeket az epimizium vesz körbe,
• Az izmokat és az epimiziumot fascia borítja,
• Az izmok inak útján kapcsolódnak a csontokhoz,
• Kontrakció reguláció:
• A szomatikus idegrendszer akaratlagos kontrollja alatt,
• A stimuláció az izom motoros véglemezén történik,
• Funkció: A csontváz mozgatása.

Mikroszkópos anatómia

• Jellemzők:
• Nagy, hosszúkás sejtek, több maggal, amelyek a sejt perifériáján helyezkednek el,
• A szarkolemma invaginációk T-tubulusokat alkotnak,
• Ca²⁺ raktár a nagy szarkoplazmás retikulumokban, terminális ciszternákkal,
• Miofibrillumok a miocitákban: Összetett struktúra, amely miofilamentumokból (aktin és miozin) és szabályozó fehérjékből áll,
• Regeneráció: Az izomrostok között elhelyezkedő mioszatellit sejteken keresztül.

Szarkomérák

• A szarkomer a harántcsíkolt izomrost legkisebb funkcionális egysége,
• A szarkomer a két Z-vonal közötti terület,
• A kontrakció során a szarkomerek rövidülnek, míg a miofilamentumok azonos hosszúságúak maradnak,
• Az aktinszálak rögzítési pontjait alkotják.

Az elektronmikroszkópos kép

• Z-sáv (nagyon sötét az elektronmikroszkópos képen):
• Elválasztja az egyik szarkomert a másiktól,
• Rögzítési pontként funkcionál,
• A Z-sávok kontrakció közben közelebb húzódnak egymáshoz,
• M-sáv: A H zóna közepe, amelyhez a miozin szálak kapcsolódnak az ellenkező oldalakon,
• I-sáv: Az I-sáv és a H-zóna összehúzódás közben rövidül, míg az A sáv azonos hosszúságú marad,
• Csak aktint tartalmaz,
• A mérete csökken a kontrakció során, amikor az aktin áthúzódik a miozin felett az M sáv felé,
• A-sáv:
• Három szegmensből áll: Egy halvány középső szegmens (H-zóna), amelyet két, külső, sötét szegmens határol,
• H-zóna: Az M-sáv mindkét oldalán halvány sáv, amely csak miozin-szálakat tartalmaz, és amelynek mérete csökken az összehúzódás során, amikor az aktin átcsúszik a miozin felett az M-sáv felé. Az I-sáv és a H-zóna összehúzódás közben rövidül, míg az A sáv azonos hosszúságú marad,
• A külső szegmensek sötét sávjai (a H zóna és az I sáv között) aktin- és miozinrostokat és miozinfejeket tartalmaznak.

Rögzítés

A sejteket a intermedier filamentumok (különösen dezmin), disztrofin glikoprotein komplexek, kollagén rostok és titin rögzítik.

Miofilamentum kontrakció

• Lokalizáció: Motoros véglemez,
• Mechanizmus: Stimulus (akciós potenciál) az efferens neuron felől → a preszinaptikus feszültségfüggő Ca²⁺-csatornák megnyílnak → ACh kerül a szinaptikus résbe → az ACh kötődik a posztszinaptikus ACh receptorokhoz → izomsejt depolarizáció, amely diffúzióval eléri a szarkolemmát és a T-tubulusokat → feszültségfüggő dihidropiridin-receptorok (DHPR) megnyílása a T-tubulusokban és a mechanikusan kapcsolt rianodin-receptorok (RYR) a szarkoplazmatikus retikulumban (SR) → az SR kalciumot szabadít fel a szarkoplazmába → intracelluláris CaY²⁺-koncentráció ↑

A vázizom kontrakció a szarkoplazmatikus retikulumból származó intracelluláris kalcium influxtól függ. Ez magyarázza a vázizmok összehúzódási képességét a Ca²⁺-blokkoló terápia ellenére is, amely gátolhatja az extracelluláris Ca²⁺ beáramlását a DHPR-eken keresztül, de nem befolyásolhatja a DHPR feszültségérzékelő képességeit vagy az ebből származó sejten belüli kalcium-felszabadulást.

A harántcsíkolt izomsejtek rianodin-receptor génjének mutációja olyan rianodin-receptor strutúrát eredményez, amelyet bizonyos anyagok, például inhalációs narkotikumok (pl. izoflurán) aktiválni tudnak. Ez az aktiváció a Ca²⁺ kontrollálhatatlan felszabadulásához vezet a szarkoplazmás retikulumokból. Ez folyamatos kontrahálást eredményez, amely óriási mértékben megnöveli az izomsejt energia- és oxigénfogyasztását. Az érintett betegeknél laktátacidózis jelentkezik a fokozott metabolizmusból származó anaerob glikolízis és hipertermia miatt. Ezt az életveszélyes állapotot malignus hipertermiának nevezik.

A kontrakciós ciklus (kereszthíd-ciklus) lépései

1. Keresztkötés formáció: A felszabaduló intracelluláris Ca²⁺ a troponin C-hez kötődik és konformációs változást hoz létre → a tropomiozin elmozdul az aktinszál miozinkötő helyétől → a miozinfej 90°-os szögben kötődik az aktinhoz, keresztkötést képezve,
2. Miozinfej erőlöket (power-stroke): A miozinfej foszfátot szabadít fel (Pi) → a miozinfej 45°-kal megdől, a miozin az aktin mentén végigmegy → az izom megrövidül (kontrakció) → ADP szabadul fel,
3. A kereszteződés oldódása: Új ATP kötődik a miozin fejéhez → a miozin feje leválik az aktinszálról → a miozin visszatér eredeti helyzetébe,
4. A miozinfej reorientációja: Az ATP hidrolízise ADP-vé és Pi-vé (mindkettő a miozinfejen marad) → a miozinfej megváltoztatja a konformációját → a miozin visszatér az eredeti helyzetébe (készen állva, hogy újra az aktinhoz kötődjön),
5. A ciklus megismétlődése:
• Ha az izomsejtben a Ca²⁺ koncentráció továbbra is magas marad, akkor egy új ciklus kezdődik a hídképződéssel,
• A miozin nehézlánc ATPáz-aktivitásától (időegységenként történő ATP-hasítási sebesség) függően ∼10–100 kereszteződési ciklus történhet másodpercenként,
• Minél több keresztkötés alakul ki időegységenként, annál gyorsabb és erősebb a kontrakció.

A rigor mortis olyan posztmortem izomrigiditás, amelyet az aktin tartós kötődése okoz a miozinhoz az ATP hiánya miatt.

Az izomkontrakciók típusai

• Izometriás kontrakció: Az izom kontrahál és energiát termel, de a hossza nem változik,
• Izotóniás kontrakció: Az izomhossz változik, és az izomerő állandó marad.
• Koncentrikus kontrakció: Az izom rövidül,
• Excentrikus kontrakció: Az izom meghosszabbodik,
• Auxotóniás kontrakció: Az izom erejének és a hosszának egyidejű változása.

Reflexek

Ld. Gerincvelői reflexek.

Adaptáció

A simaizom szövet

Áttekintés

• Típus: Nem harántcsíkolt izomszövet,
• Lokalizáció:
• Üreges szervek falai (pl. gyomor, hólyag, méh),
• Artériák és vénák falai,
• Légző-, vizelet- és reproduktív traktusok,
• Kontrakció reguláció: Az autonóm idegrendszer és bizonyos külső ingerek (pl. kémiai, mechanikai) akaratlan irányítása alatt,
• Funkció:
• Konstrikció (pl. vazokonstrikció, perisztaltika),
• Extracelluláris mátrix produkció.

Mikroszkópiás anatómia

• Kis orsó alakú, mononukleáris sejtek (centrális nucleus),
• A szarkolemmában caveolák vannak (membrán invaginációk),
• Szarkoplazmatikus retikulum (SR),
• Kevéssé definiált,
• Ca²⁺-rezerv.

Miofilamentum struktura

• Elrendezés: Az aktin és a miozin szabálytalan elrendezése a szarkoplazmában,
• Rögzítés: A sejtmembránon adhéziós plakkokal és denz testekkel,
• Összekapcsolás: A denz testeket intermedier filamentumok (pl. dezmin, vimentin) kapcsolja össze.

Miofamentum kontrakció és relaxáció

Excitáció-kontrakció coupling

• Stimulusok: Szervenként eltérő,
• Pészméker sejtek (pl. a Cajal-féle intersticiális sejtek ritmikus perisztaltikát hoznak létre a gyomor-bél traktusban),
• Mechanikus ingerek (pl. nyújtás),
• A vegetatív idegrendszer neurotranszmitterei (ACh vagy noradrenalin) a simaizmok közelében,
• Metabolikus ingerek (pH, O₂),
• Hormonok (pl. NO, adrenalin, hisztamin, szerotonin, oxitocin, vazopresszin, vazoaktív bélpolipeptid).

A simaizomban nincs motoros véglemez.

A kontrakció fázisai

1. Az érkező inger L-típusú feszültségfüggő Ca²⁺-csatornákat nyit meg a szarkolemmában → a Ca²⁺ beáramlik az extracelluláris térből a simaizomsejtbe (a Ca²⁺ az SR-ből is felszabadul, tovább növelve az intracelluláris Ca²⁺ koncentrációt),
2. A Ca²⁺ a kalmodulinhoz kötődik → kalmodulin aktiváció,
3. A Ca²⁺-kalmodulin komplex aktiválja a miozin könnyű lánc kinázt (MLCK),
4. A MLCK foszforilálja a miozin filament könnyű lánc fejét,
5. A foszforilezett miozinban az ATPáz-aktivitás lehetővé teszi a keresztkötést az aktinnal, ami izomösszehúzódást eredményez.

A relaxáció fázisai

1. Stimulus:
• Neurotranszmitterek, gyulladásos mediátorok vagy gyógyszerek,
• Vaszkuláris endotélium,
• A mediátorok (pl. ACh vagy bradikinin) külső kötődése a receptorokhoz → megnövekedett intracelluláris Ca²⁺ szint → az endoteliális nitrogén oxidáz (eNOS) stimulálása → L-arginin átalakulása nitrogén-monoxiddá (NO) → megnövekedett NO szint → a NO passzív diffúziója a szomszédos simaizomsejtekhez → a NO stimulálja a GTP átalakulását cGMP-be → protein kináz-G (PKG) aktiváció → mind a cGMP, mind a PKG aktiválja az MLCP-t,
• ACE-gátlók: Növelik a bradikinin-koncentrációt,
• Emésztőrendszer: A triciklikus antidepresszánsok, az első generációs antipszichotikumok és az opioidok gátolják a simaizmok ritmikus összehúzódását (perisztaltikát), ami székrekedést és esetleg paralitikus ileuszt eredményez,
• Csökken a sejten belüli Ca²⁺ (az ioncsatornák aktiválódása miatt): A Ca²⁺-ionok különféle transzporterek (pl. Ca²⁺-ATPázok, Na⁺/Ca²⁺-pumpák) segítségével az extracelluláris térbe és részben a szarkoplazmás retikulumba kerülnek,
• A simaizomsejtek membránjának hiperpolarizációja (pl. a K⁺-csatornák megnyitásával) → megakadályozza a nyújtásra aktív Ca²⁺-csatornák nyitását → nincs további Ca²⁺ influx,
2. A miozin könnyű lánc foszfatáz (MLCP) aktivitásának növekedése és/vagy az MLCK aktivitásának csökkenése,
3. Az MLCP defoszforilálja a miozint → a miozin és az aktin kölcsönhatás megszűnik → a kontrakció megszűnik.

A filamentumok csúszása és az ATP miozin-ATPáz általi hasítása 100–1000-szer lassabb simaizomban, mint a vázizomban. A simaizmok maximális összehúzódási sebesség lényegesen alacsonyabb, mint a vázizmoké.

Az MLCK foszforilálja a miozint, ami simaizmok összehúzódásához vezet. Az MLCP defoszforilálja a miozint, ami simaizom relaxációhoz vezet.

A szívizomszövet

Áttekintés

• Típus: Harántcsíkolt izomszövet,
• Lokalizáció: A szívkamrák falaiban,
• Kontrakció reguláció: A pészméker sejtek és az autonóm idegrendszer akaratlan kontrollja alatt,
• Funkció: A kamrák szinkronizált kontrakciója.

Mikroszkópos anatómia

Struktúra

• Elágazó mononukleáris sejtek (centrális nucleus),
• Sok mitokondriumot tartalmaznak,
• Szívszincicium: Az egyes kardiomiocitákat interkalált lemezek kötik össze hosszú rostokká, amelyek lehetővé teszik a gyors elektromos transzmissziót, valamint a jól koordinált kontrakciót,
• Szarkolemma invaginációk: T-tubulusok,
• Szarkoplazmatikus retikulum: Ca²⁺ rezerv.

A miokardium

• Leírás: Vastag szívizomréteg, amely a következőkből áll:
• Kardiomiociták: Harántcsíkolt izomsejtek, amelyek egyetlen centrális nucleust tartalmaznak,
• Sok mitokondriumot tartalmaz, amelyek ATP-t termelnek a kontrakcióhoz,
• A kardiomiocitákon belüli miofibrillumok szarkomerekbe (a szívizom legkisebb funkcionális kontraktilis egysége) szerveződnek,
• Interkalált lemezekkel összekötve hosszú rostokat képeznek,
• Az interkalált lemezek az egyes kardiomiocitákat funkcionális szinciciumba kapcsolja, illetve lehetővé teszik az erőátvitelt az izomkontrakciók során,
• Zonula adherenseket (a mechanikus ingereket továbbítják) és gap junkciókat (az elektromos ingereket továbbítják) tartalmaznak,
• Enyhén sötétebb foltos vonalakként jelennek meg a szívizomsejtek között fénymikroszkópos és elektronmikroszkópos vizsgálat alatt,
• A pitvari kardiomiociták nyújtás hatására (azaz magasabb vérnyomásnál) → pitvari natriuretikus peptidet (ANP) szintetizálnak → víz és nátrium kiválasztása a vesék által ↑ vérnyomás ↓
• Fibroblasztok (ezek sérülés után miofibroblasztokká válnak),
• Extracelluláris mátrix: Kollagén, elasztin és glikozaminoglikánok.

A károsodott szívizomszövetet nem kontraháló hegszövet (fibrózis) váltja fel, amely nem vezeti jól az elektromos impulzusokat, és ezáltal hajlamosít aritmiákra.

Miofilamentum elrendezés

• A vastag rostok (miozin) és vékony rostok (aktin) szarkomérákba rendeződnek,
• A miofilamentumok a Z-sávokhoz és az interkalált lemezekhez vannak rögzítve,
• Szabályozó fehérjék: Troponin és tropomiozin.

Miofilament kontrakció

A szívizom összehúzódása hasonló a vázizmokéhoz, néhány kisebb különbséggel.

Excitáció-kontrakció coupling

• Lokalizáció: Pészméker sejtek és szívizom,
• Lépések: Az akciós potenciál a szív pészméker sejtjeiből származik → az izomsejtek depolarizálnak, amely a szarkolemmán át a T-tubulusokba jut → rövid és gyors Na⁺ influx; hosszan tartó Ca²⁺ beáramlás (L-típusú Ca²⁺-csatornákon át) → Ca²⁺ indukált Ca²⁺ felszabadulás a szarkoplazmatikus retikulumból → intracelluláris Ca²⁺ koncentráció ↑ (az extracelluláris térből származó Ca²⁺ "szikraként" működik, amely kiüríti az SR intracelluláris Ca²⁺ raktárait).

Kontrakció

Ld. Fentebb.