4. Svalová tkáň

Question 1

Proč umí epitely synchronizovaně měnit svůj tvar?

Answer 1

• propojení pomocí gap junctions
• pomocí zvláštního uspořádání aktinových vláken
  a myozinových hlavic
• aktinová vlákna jsou omotána okolo buněk epitelu, ukotvena v tzv. adhezivních spojích a pomocí pohybu myozinu změní jejich tvar lokálním zaškrcením tak, že dojde k deformaci celé buněčné vrstvy
• vzniká tak např. nervová trubice invaginací neuroepitelu

Question 2

V čem se liší jednotlivé formy myozinových motorů

Answer 2

• jak jsou schopny vytvářet oligomery vyšších řádů (dimery, snopy o stovkách hlavic)

Question 3

4 typy svalových buněk

Answer 3

1) Kosterní svaly
2) Srdeční svaly
3) Hladké svaly
4) Myoepitální buňky

Question 4

Kosterní svaly - specializace, jednojadeernost/vícejadernost, osteoklasty, svalová vlákna, geny pro diferenciaci svalů

Answer 4

• specializované k tomu, aby ohýbaly kostru a spojovaly páky (kosti, chrupavky)
• tyto pohyby jsou ovládané vůlí, někdy mohou být samovolné (svalový třes)
• rychlost ovládání aktivity svalů je vesměs zajištěna velice dokonalou inervací volným nervstvem -> okamžitá reakce systémem pák a protipák
• různá velikost buněk -> velká velikost = vícejadernost -> umožněno splynutím více myocytárních buněk a vznikem SYNCITIA
• Osteoklasty - evolučně od RETROVIRŮ (při vstupu do buňky musí donutit membránu ke splynutí s vlastní membránou)
• nakažení buněk in vitro virem HIV -> po pár dnech se vytvoří obrovská mnohojaderná syncitia, virový produkt donutí buňky splynout
• zodpovědné za téměř všechny pohyby ovládané vůlí
• SVALOVÁ VLÁKNA = obrovské buňky (cca 3 cm dlouhé a 100 um v průměru)
• > každá je syncitiem (mnoho jader)
• všechny ostatní typy svalových buněk jsou JEDNOJADERNÉ
• vznik z MYOBLASTŮ (v rámci diferenciace v somitech určeny expresí genů z rodin MYOD a MEF2 - řídící TF)
• nejprve proliferace -> diferenciace -> splývání myoblastů ve svalová vlákna -> pak už se nikdy nedělí a nereplikují DNA, jádra se už nedělí
• geny kontrolující diferenciaci svalů, které se zapnou ve skoro irelevantní buňce -> vznik svalové buňky
• příčné svaly vždy interagují s pojivovou tkání - je zásadní, aby byly nějak ukotveny na kosti -> potřebují k tomu struktury syntetizované fibroblasty (šlachu), kde jsou orientovaná kolagenní vlákna a mohou se napojit na sval
• soustava vazivových pochev zajišťuje, aby každý sval fungoval jako mechanická jednotka
• MB hmota - velká inervace, cévní zásobení

Question 5

Kosterní svaly - Soustava vazivových pochev

Answer 5

ENDOMYSIUM
- každé svalové vlákno obklopené jemnou vrsstvou vaziva
PERIMYSIUM
- vazivové pochvy obalující svazky svalových vláken
EPIMYSIUM
- obaluje celý sval

Question 6

Kosterní svaly - funkce

Answer 6

• senzorická

- primárně mechanická

Question 7

Kosterní svaly - svalová vřeténka

Answer 7

• deriváty svalů
• slouží jako místa, kde se intimně propojují senzorická nervová zakončení s něčím, co je svalového původu
• svalová vlákna + ,,jeskyňky’’ se specializovanými svalovými buňkami - ty jsou napnuté, vícejaderné, syncitiálního původu (stejně jako kosterní svaly), na ně napojena nervová vlákna
• Deformace svazků (a deformace svalu okolo) -> přenos do mozku -> informace o zapnutých svalech
• sval si nepamatuje jakou informaci poslal pro stažení svalu, ale má zpětnou informaci o tom, jak naplé/relaxované jsou jednotlivé svalové skupiny
• svalové vřeténko = specializovaná struktura, která podává tuto informaci CNS

Question 8

Kosterní svaly - Satelitní buňky

Answer 8

• poměrně špatná reparace
• už nejsou schopné mitózy
• SATELITNÍ BUŇKY:
• > kmenové buňky pro příčně pruhované svaly
• > pod pojivem na povrchu svalu
• > v nich aktivovaný MyoD, ale jsou zastavené v buněčném dělení
• > málo, omezená činnost

Question 9

Kosterní svaly - zvětšování svalové hmoty + mutace

Answer 9

• narůstáním aktinomyozinových vláken v už existujících svalových jednotkách
• mutace v myostatinu a jeho receptoru -> sval přeroste naprogramovanou velikost

Question 10

Kosterní svaly - Hlavní svalové proteiny (Myosin, T-T komplex, kreatinkináza, aldoláza, laktátdehrydogenáza, myoglobin, titin, nebulin)

Answer 10

MYOSIN
- jediný protein tlustých vláken myofibrily
- 60-70 % celkového svalu
- 2 těžké řetězce (dvojšroubovice, 150 nm, globulární N-terminální konce - hlavičky) + 2 páry rozdílných lehkých řetězců
TROPONIN-TROPOMYOSINOVÝ KOMPLEX
- Troponin C - váže Ca2+, vazba na troponin T
- Troponin I - intermediární, mezi troponiny C a T, vazba na aktin a troponin T, inhibuje reakci mezi aktinem a myozinem do doby vazby Ca2+ na troponin C
- Troponin T - vazba na tropomyosin, troponin I a troponin C v místě styku dvou molekul tropomyosinu
- brání myozinu pohybovat se po aktinu
- po navázání komplexu na Ca ionty změní konformaci a umožní myozinovým hlavám běžet po aktinu
KREATINKINÁZA (CK)
- 86 kDa
- 3 izoenzymy MM, MB
ALDOLÁZA
- 160 kDa
- 3 izoenzymy A (sval), B (játra), C (mozek)
LAKTÁTDEHYDROGENÁZA
- 135 kDa
- 5 izoenzymů, ve všech tkáních, různé zastoupení (LD1, LD2, LD3, LD4, LD5)
MYOGLOBIN
- 18 kDa
- především v červených svalových vláknech
TITIN
- pružina relaxující sval
- největší známý protein
NEBULIN
- molekulární pravítka určující délku aktinové části sarkomery

Question 11

Kosterní svaly - Inervace

Answer 11

• Perimysium - zde větvení axonů -> rozšířená zakončení na povrchu svalových buněk -> motorické ploténky -> myoneurální spojení
• ACETYLCHOLIN - neurotransmiter, po vylití váčků z nervového zakončení v synaptické štěrbině se váže na acetylcholinový receptor -> depolarizace membrány -> ta se šíří do nitra svalové buňky systémem T-tubulů -> elektrický signál doběhne do buňky -> propojení membrány T-tubulu s membránou ER
• depolarizace ER -> deformace konkrétního senzorového proteinu u (přímo navázán na kanál v ER, mechanicky ho otevře)
• Signál = tok přenesen na sarkoplazmatické retikulum, uvolní se Ca2+ z lumen do cytoplasmy -> kontrakce svalu
• Svalové buňky - excitatorní, udržuje se zde nerovnoměrné uspořádání sodných a draselných iontů pro vedení vzruchu
  = mechanický přenos signálu z nervového zakončení přel elektrický vzruch ke svalové buňce

Question 12

Kosterní svaly - regulace stahu příčně pruhovaného svalu

Answer 12

• vylití acetylcholinu na nervový podnět -> zvýší se intracelulární koncentrace Ca2+ iontů -> deformace troponinu -> přenos deformace na tropomyosin -> možnost integrace myozinové hlavice s aktinem
• Koncentrační gradient mezi sarkoplazmatickým retikulem a cytoplazmou = 10 000 - potencuje rychlost vtoku Ca2+ do cytoplazmy
• Kreatin - pomocí kreatinkinázy se fosforyluje na kreatin fosfát -> zásobní energetický zdroj
• RELAXOVANÝ SVAL:
• > 4mM ATP
• > 0,013 mM ADP
• > 13 mM kreatinu
• > 25 mM kreatin fosfátu (směr kreatin fosfát -> kreatin a fosfát)
• ATP - 2 vteřiny
• kreatinfosfát - 8 vteřin
• pak už odbourávání organických sloučenin
• Anaerobní zdroje energie - glykogen odbourávaný na pyruvát - 1 minuta
• rychlost tvorby ATP pomocí glykolýzy je 2,5x rychlejší než pomocí oxidativního metabolismu
• využití Na/K ATPázy na depolarizaci membrány

Question 13

Kosterní svaly - Motorická jednotka

Answer 13

• jedno nervové vlákno (axon) může inervovat více svalových vláken, tzv. motorickou jednotku
  = struktura tvořená axonem, který přináší informaci pro svalový stah, může se rozvětvit a může vytvořit nervosvalovou ploténku s několika svalovými vlákny
• jsou větší v bicepsu než v jazyku
• vlákna nejsou schopná stupňované kontrakce
• oční svaly - jeden axon/jeden sval
• svaly končetin - až sto a více svalových vláken/axon
• designování velikostí motorických jednotek se děje prenatálně a do cca 3 let
• ## motorické jednotky větších svalových skupin se vytvářejí ještě do puberty

Question 14

Kosterní svaly - Stavba

Answer 14

• Aktinový cytoskelet - musí být napojený v hexagonálním uspořádání
• protein AKTININ - klíčový, vyrůstá ze Z-disku jako krystalizační jádro, místo, kde se připojuje aktin
• geometrie je hexagonální
• propojení jednotlivých subvláken a sarkomer pomocí intermediárních filament; ve svalech molekuly DESMINU

Question 15

Kosterní svaly - pomalá a rychlá svalová vlákna

Answer 15

• sprinteroví se hodí více bílých vláken
• BÍLÁ VLÁKNA:
• > rychlá, schopné fungovat anaerobně
• > málo myoglobinu
• maratonci mají více červených vláken
• ČERVENÁ VLÁKNA:
• > pomalá, aerobní metabolismus
• > mnoho myoglobinu
• smíšená vlákna - znaky obou vláken
• výskyt konkrétního typu vlákna je určen typem inervace, odkud jde daný nerv, jaká je frekvence vylévání acetylcholinu, jaký způsob dráždění svalové buňky existuje
• přehozením nervů se dá z červeného udělat bílé a naopak!

Question 16

Kosterní svaly - růst svalů

Answer 16

• více svalů = větší signalizace svalu prostřednictvím produkce myostatinu, aby sval méně rostl (menší produkce aktinu a myozinu)
• protein MYOSTATIN:
• > produkován svalem, jeho receptor na svalu
• > negativní regulátor růstu svalu - když nefunguje receptor/myostatin -> přerůstá svalová hmota
• > zvýšená produkce u některých onemocnění: např. AIDS - zmenšuje se množství svalové hmoty
• zvětšení svalové hmoty je jenom zvětšování syncitií -> přidělá se další systém sarkomer

Question 17

Kosterní svaly - svalová onemocnění - Myasthenia gravis

Answer 17

• autoimunitní nemoc s postupující svalovou ochablostí
• tvorba protilátek (produkovaných B-lymfocyty v brzlíku!) proti acetylcholinovým receptorům
• Acetylcholinový receptor je internalyzován (endocytován) do buňky, sval není schopen přijímat signál od nervového zakončení a postupně bez stimulace atrofuje
• Acetylcholinový receptor - ,,Achillova pata’’, IS jej vzácně rozpozná jako cizorodou strukturu - aktivita autoreaktivních cytotoxických T-lymfocytů

Question 18

Kosterní svaly - svalová onemocnění - Narušení inervace svalu

Answer 18

• např. po úrazu, masivně po porušení páteře

- neinervovaný sval atrofuje, zmenšuje se (od určitého stádia nevratně)

Question 19

Kosterní svaly - svalová onemocnění - Svalové dystrofie - myopatie

Answer 19

• poškození svalových vláken nesouvisející s inervací nebo autoimunitou
• může se jednat o nefunkčnost konkrétních enzymů, syndromy patologií mitochondrií (souvislost se stárnutím)

Question 20

Kosterní svaly - Svalové dystrofie - glykogenózy

Answer 20

• abnormální ukládání glykogenu ve svalu

- dědičné autosomálně recesivní onemocnění

Question 21

Kosterní svaly - Svalové dystrofie - McArdle, Tauri

Answer 21

• chybí myofosforyláza b -> svalová slabost, křeče, při cvičení se v plazmě nezvyšuje laktát, nedochází k poklesu pH při cvičení
• klinicky mírné onemocnění
  TAURI
• svalová bolet, stejné projevy
• chybí fosfofruktokináza -> hromadění prekurzorů ve tkáních

Question 22

Kosterní svaly - Svalové dystrofie - Duchennova svalová dystrofie

Answer 22

• gonosomálně recesivní
• chlapci ve věku 3-7 let
• nejdříve pánevní pletenec, následně ramenní
• mnoho pacientů ve věku 10-12 let končí na kolečkovém křesle
• v séru zvýšeny enzymy dlouho před prvními symptomy (hl. kreatinkináza)
• způsobená mutací genu pro DYSTROFIN - největší gen v těle, dystrofin propojuje receptor pro EM s aktinovým cytoskeletem = propojení vnitřního prostředí svalu s vnějším prostředím svalu
• v případě mutace dystrofinu má sval špatné mechanoelastické vlastnosti a dochází k poškozování, atrofii a ztrátě funkčnosti
• proti acetylcholinovému receptoru se může vytvořit autoimunitní onemocnění
• rychlá únava a obrna některých svalů
• dojde k destrukci acetylcholinového receptoru -> zabraňuje to přechodu neuromuskulárního signálu

Question 23

2) Srdeční svaly

Answer 23

• optimalizované pro relativně pomalé opakované pohyby
• nejsou příliš regulované vůlí
• nezbytné vodivé propojení - gap junctions
• propojené desmozomy, aby celý systém fungoval jako mechanická jednotka
• KARDIOMYOCYT:
• > strukturní jednotka srdečního svalu
• > jednojaderná buňka
• > oválné jádro (až 2) uložené centrálně, množství mitochondrií, GA, glykogen, lipidy, kontraktilní aparát (jako v kosterním svalu), SR
• používá široké spektrum látek - glukóza, laktát, ketolátky, AMK, esterifikované i neesterifikované MK
• buňka srdečního svalu cca 150 um
• příčné pruhování, zik zak desmozomální propojení
• z buněk splanchnického mezodermu
• není to syncitiální struktura
• INTERKALÁRNÍ DISKY = místa propojení jednotlivých buněk, jsou to hypertrofované desmozomy, mezi kterými gap junctions
• 40 % objemu kardiomyocytů jsou mitochondrie
• v srdci specializované kardimyocyty k jiné funkci než je svalový stah - jsou schopné generovat pacemarkerovou opakující se aktivaci iontových kanálů s konkrétní frekvencí -> autonomie srdce v signalizaci k svalové aktivitě
• PURKYŇOVA VLÁKNA - svalové buňky specializované pro přenos signálu pro celé srdci, málo myozinu
• v srdeční svalu jsou T-tubuly mnohem tlustší a kratší
• v srdci endogenně vznikají vzruchy (akční potenciály) v pacemarkerových buňkách a šíří se na ostatní vlákna -> dobrý elektrický kontakt -> zákon ,,vše nebo nic’, signál všude nebo nikde

Question 24

2) Srdeční svaly - regenerace srdečního svalu

Answer 24

• špatná
• KB pro srdce v něm nejsou, ale můžou do něj vputovat a dodiferencovat se do kardiomyocytů
• při nedostatečném zásobení svalu kyslíkem a následné nekróze tkáně dochází ke vzniku jizev -> narušení přenosu signálu po srdci (-> arytmie…)

Question 25

3) Hladké svaly

Answer 25

• k tvorbě relativně pomalých mimovolných stahů
• na místech, kde je třeba regenerovat
• mezenchymální KB -> fibrocyt -> buňka hladkého svalstva
• nevytvářejí syncitia, nejsou pevně propojeny interkalárními disky
• často okolo různých trubic v těle (alternativa řasinkového epitelu pro pohyb velkých struktur), v cévách
• každá buňka obalená laminou a retikulárními vlákny
• schopnost vytvářet MB hmotu

Question 26

3) Hladké svaly - Přenos mechanického stahu

Answer 26

• místo tropomyozinového komplexu je jako přepínač vápník vázající protein KALMODULIN
• některé kinázy regulovány Ca2+ ionty (např. proteinkináza C) -> mohou nafosforylovat lehký řetězec myozinu -> aktivace a rozeběhnutí po aktinovém vláknu
• bohatě vyvinutá intermediární filamenta napojena na membránu - struktury podobné sarkomerám, ale různě uspořádané
• nemají T-tubuly, místo nic KAVEOLY (vchlípeniny do buňky) - udržované proteinem kaveolinem
• kináza lehkých řetězců myozinu aktivní jen v přítomnosti kalmodulinu s navázaným Ca
• Ca se váže na kalmodulin -> vazba na kinázu
• Vápník -> fosforylace -> stah

Question 27

4) Myoepiteliální buňky

Answer 27

• pomáhají sekreci produktů epiteliálních žláz (např. potní, mléčné, slzné, slinné)
• váček vytvořený epiteliálními buňkami produkující sekret má kolem sebe roztažené výběžky myoepiteliálních buněk, která jsou schopná celý váček stáhnout
• malé žlázy si vystačí s jednou takovou buňkou
• s hladkou svalovinou exprese KATINOVÉ VARIANTY (alfa)
• exprese KERATINŮ (5 a 6)
• tvar: chobotnice/hvězda