Hoorcollege 12+13: Spieren

Question 1

Structuur spieren

Answer 1

Spier (+epimysium)
Spiervezelbundels (+ perimysium of endomysium)
Spiervezels = myofiber = spiercel = myocyt

Question 2

Structuur myocyt

Answer 2

Sarcolemma (membraan)
Sarcoplasma (cytosol)
Sacroplasmatisch reticulum (SR) (ER)
Myofibrillen in cytosol 
  - sarcomeren
  - actin (eiwitten)
  - myosine (eiwitten)
  - titine (elastisch, verankering actine filamenten)
  - nebuline

Question 3

Myofibril

Answer 3

Het kleinste contractiele deel van de spiercel en is opgebouwd uit sarcomeren, Deze zijn opgebouwd als myofilamenten.

Question 4

Functionele structuur spieren: motorunit

Answer 4

1 motorunit = (lower) motorneuron met bijbehorende spiervezels (vertakkingen), contraheren simultaan. Grote motorunits in krachtige grove voortbewegingsspieren, kleine motorunits bij fijne bewegingen zoals oogspieren.

Question 5

Lower motor neuronen

Answer 5

motorneuron pool; alle motorneuronen innoveren een enkele spier (beide alfa en gamma). Motorneuron pool zijn topografisch georganiseerd; proximale spieren mediaal en distale spieren lateraal in ruggenmerg (zie het als twee armen die flexen; ventraal)

Question 6

aansturing lower motorneuronen

Answer 6

• input van buitenaf, zoals kniepeesreflex
• aangestuurd via hogere hersenstructuren, zoals upper motorneuronen en hersenstam (deze staan in verbinding met basale ganglia en cerebellum).

Question 7

Eigenschappen grote motorunits

Answer 7

Axon: grote, snel geleidend, relatief inexcitabel.
Spiervezel: veel, type II (groot, snel, glycolytisch)
Functie: alleen gerecruteerd in krachtige contracties

Question 8

Eigenschappen kleine motorunits

Answer 8

Axon: klein, trage conductie, relatief excitabel.
Spiervezel: Weinig, type I (klein, langzaam, oxidatief)
Functie: Als eerst gerecruteerd, vaak actief.

Question 9

Recrutering

Answer 9

Het rekruteren van kleine vs. grote motorunits. Eerst worden de kleine motorunits aangezet, en hoe harder er geprikkeld wordt er meer vezels geactiveerd gaan worden > kracht die geleverd gaat worden gaat omhoog.

Question 10

Signalering motor-neuron

Answer 10

Op de motorische eindplaat wordt Acetylcholine vrijgegeven vanuit motorneuron in synapsspleet. Door spanning krijg je calcium influx in presynaps > hierdoor wordt Acetylcholine afgegeven. ACh gaat op nicotine-receptor zitten opent natrium kanaal. Membraan potentiaal depolariseert (minder negatief), hierdoor gaan spanningsgevoelige natriumkanalen open > actiepotentiaal over membraan van spiercel. Het actiepotentiaal gaat de T-tubuli in. Er komt calcium vrij vanuit SR.

Question 11

Acetylcholine (ACh) synthese

Answer 11

ACh wordt afgebroken door acetylcholinesterase en choline wordt weer opgenomen in presynaptisch axon voor hergebruik. Mitochondrion maakt acetyl CoA waaraan choline kan vinden.

Question 12

Invloeden toxische stoffen op signalering

Answer 12

ACh receptor kanaal = d-tubocurarine & a-bungarotoxine blokkeren influx natrium.
Na-kanaal neuron = tetrodotoxine en saxitoxine blokkeert actiepotentiaal.
–> verlamming
ACh afgifte = tetanus en botuline blokkeren.
–> complete verstijving (tetanus) of spierzwakte (botulisme)

Question 13

Excitation-contraction coupling

Answer 13

1. Somatisch motorneuron laat ACh vrij in neuromusculaire spleet.
2. Netto influx van Na door Ach receptor-kanalen initiëren een spier actiepotentiaal.
3. Actiepotentiaal in T-tubuli verandert conformatie van DHP-receptor.
4. DHP-receptor opent Calcium release kanalen in SR en Ca2+ komt cytoplasma in.
5. Ca2+ bindt op troponine, dat een sterke actine-myosine binding toelaat.
6. myosine koppen voeren sterke aanspanning uit.
7. actine filamenten glijden richting centrum van sarcomeren.

Question 14

Sarcomeren

Answer 14

Organisatie van filamenten.
A-banden = donker, dikke filamenten (myosine)
I-banden = licht, dunne filamenten (actineketen met nebuline en troponine)

Question 15

myosine molecuul

Answer 15

2 eiwitketens. Heeft 2 koppen. 250 myosine moleculen vormen 1 dik filament.

Question 16

Actine filament

Answer 16

Dunne filament: 2 gevlochten F-actin polymeren met bindingsplaatsen voor myosine koppen (verdekt opgesteld door andere moleculen zoals troponine). Calcium is nodig om de bindingsplaats vrij te krijgen.

Question 17

Sliding filament theory

Answer 17

tijdens een contractie die myosine koppen verschuiven over de actie-filament > verkorting van vezel. ATP en Ca spelen een belangrijke rol hierin. De bindingsplaats van myosine koppen is bedekt door troponine. Op het moment dat een contractie gaat plaatsvinden moet tropomyosine van de plek afgetrokken worden. Calcium bindt aan troponine, deze trek tropomyosine van zijn plek > myosine kopje komt vrij te liggen.

Question 18

Cross-bridge cyclus (4 fases)

Answer 18

Myosine koppen zitten vast aan actine.
1. Als je weer wilt samentrekken, moet myosinekop loskoppelen d.m.v. ATP. ADP op de kop wordt gehydrolyseerd met P (fosfaatgroep).
2. De kop knipt en maakt een zwakke binding met actine.
3. Ca moet vrijkomen waardoor de bindingsplaats voor myosine komt vrij te liggen en de binding sterk wordt. En er moet een power stroke (kop knikt) gebeuren zodat ze ten opzichte van elkaar gaan verschuiven. Dit gebeurt door het vrijlaten van het Pi (fosfaatgroepje).
4. De kop zit nog vast aan actinefilame en ADP restant zit aan kop. Deze laat los.
Om opnieuw dit te laten doorlopen is ATP nodig.

Question 19

Kracht-lengte relatie

Answer 19

actinefilamenten = 1.0 micrometer lang
myosinefilamenten = 1.6 micrometer.
Als spier op zijn max van uitrekking zit, dan kan de spier minder kracht leveren. Als alle myosine kopjes kunnen binnen aan alle actine filamenten dan zal de spier zijn maximale kracht kunnen
uitoefenen.

Question 20

Vezel typen (MyHC)

Answer 20

• Type I: langzame twitch, aeroob.
  a. meer mito’s, meer capillairen, myoglobine, lange duur activiteiten, posturale spieren
• Type IIa: oxidative fast twitch
  a. intermediate speed, anaeroob & aeroob
• Type IIx: glycolytisch, snelle twitch.
  a. weinig mito’s, veel glycogeen.
• Type IIb: glycolytic fast twitch
  a. snel, anaeroob. Weinig mito’s, veel glycogeen.

Question 21

Verschil motor units

Answer 21

• All or none = Op het moment dat een a-motorneuron gaat vuren, zullen alle betrokken vezels gaan reageren.
• Fine motor actie
  a. 1 neuron - 5 vezels
  b. oog, hand, vinger
• Grote motor actie
  a. 1 neuron - 2000 vezels
  b. been spieren
• -> afhankelijk van activiteit wordt een bepaald aantal motorunits aangezet = recrutering.

Question 22

Indeling recrutering

Answer 22

• mate van kracht op contractie geleidelijk omhoog
• zwakke stimulus
  a. laagste threshold vezels
  b. langzame twitch vezels
• Matige stimulus: voegt snelle oxidatieve vezels toe
• Hoge stimulus: alle vezels
• -> je kan schakelen tussen verschillende motorunits

Question 23

Type spier contracties

Answer 23

1. Aeroob: type I

2. Anaeroob: type II

Question 24

Aerobe spiercontractie

Answer 24

Glucose gaat krebscyclus in (langzaam). Duurt langer maar je houdt het langer vol omdat er meer ATP vrijkomt.

Question 25

Anaerobe spiercontractie

Answer 25

spierglycogeen wordt omgezet in ATP en lactaat (snel)

Question 26

Fenotype van verschillende vezels

Answer 26

Histologisch

1. Gekleurd met antilichamen tegen myosine heavy chain - langzame isoform –> rode kleur type I
2. Gekleurd met succinaat dehydrogenase activiteit (krebscyclus) –> blauwe kleur, Type I en IIa
3. gekleurd met snelle Ca2+-ATPase isoform in het SR –> gele kleur, alle type II.

Question 27

Twitch

Answer 27

1 actiepotentiaal lokt 1 enkele twitch uit = contractie en relaxatie van spiercel.

Question 28

Channelopathie

Answer 28

Myotonia congenita = defect in chloride kanaal

• skeletspier heeft nauwelijks geleiding voor Cl-.
• hyperexcitabiliteit: verminderde elektrische drempel voor stimulatie
• Vooral na-depolarisatie: spontane triggering van AP’s
• Klinisch: vertraagde relaxatie na plotselinge krachtige =contracties.

Question 29

Membraanpotentiaal: kalium, natrium.

Answer 29

Het membraanpotentiaal wordt gecreëerd door een aantal ionen (bijv. Kalium; hoge concentratie intracellulair, laag extracellulair). Als je kanalen in het membraan zet, dan gaat Kalium naar buiten. De elektrische lading in de cel gaat omlaag. Hij blijft dit doen totdat er een equilibrium is bereikt. Maar naast kalium heb je ook natrium (hoog extracellulair, laag intracellulair). Natrium doet het tegenovergestelde van kalium.
Kalium trekt het hardst aan evenwicht omdat dit het dichts bij het equilibrium zit.

Question 30

Problemen chloorkanalen membraan

Answer 30

Chloor zorgt ervoor dat het membraanpotentiaal normaal gesproken verlaagd wordt, als een tegenhanger van hyperkaliumie (die ontstaat bij meerdere contracties achter elkaar). Chloor heeft namelijk een negatieve lading en kalium een positieve lading. Wanneer er geen werkzame chloor kanalen zijn kan dit niet er zal er dus een depolarisatie plaatsvinden van het membraanpotentiaal, want leidt tot een lagere drempelwaarde voor excitatie.

Question 31

Aansturing spieren

Answer 31

• Somatisch ZS
• Bewuste beweging!
  …maar wel betrokken bij reflexen en houdingsreacties
• Rol van antagonisten

Question 32

Detectie rek: spierspoeltjes

Answer 32

• Spierspoel = receptor. Rek zorgt voor actiepotentiaal sensorisch neuron
• α‐motorneuron: contractie ‘echte’ spier
• γ‐motorneuron: contractie uiteinden spierspoeltje
• registratie rek (actiepotentialen sensorisch neuron) blijft mogelijk

Question 33

Motor units

Answer 33

• Motor unit =
1 motorneuron + alle door dat motorneuron geïnnerveerde spiervezels
• Grote units (grove beweging), kleine units (fijne beweging)
• Neuronen in ruggenmerg tonen variatie in onderdrempel voor genereren actiepotentiaal

Question 34

Aansturing motorische eindplaat

Answer 34

• = een type synaps
• syn. neuromusculaire overgang
• skeletspier, altijd:
  
  • acetylcholine als neurotransmitter
  • nicotine cholinerge receptoren
    
    • ‘nicotinerge’
    • =ionotroop
  • exciterend effect

Question 35

Depolarisatie spier

Answer 35

Afhankelijk van:
• Excitatie post‐synaptisch membraan, ofwel: aanwezigheid voldoende neurotransmitter
   • A: sub‐threshold stimulus
   • B: supra‐threshold stimulus
• Uitgangspositie rustmembraanpotentiaal
   • B: normal rustmembraanpotentiaal
   • C: hypokalemie
   • D: hyperkalemie

Daarna:
‐ Repolarisatie celmembraan (efflux kalium)
‐ Verwijderen neurotransmitter = stoppen stimulus
‐ Acetylcholine‐esterase

Question 36

myasthenia gravis

Answer 36

• Auto‐immune antilichamen tegen ACh receptor
• ‘Tensilon‐test’: choline‐esterase remmer –> ophoping van ACh in de synapsspleet –> wél depolarisatie mogelijk, via bezetting resterende receptoren.

Question 37

Contractie > filamenten

Answer 37

• Dunne actine‐filamenten
- Vastgehecht aan Z‐schijf middels eiwit nebuline
- Omgeven door tropomyosine; bedekt bindingsplaatsen myosine
- + troponine
• Dikke myosine‐filamenten
- Vastgehecht aan Z‐schijf middels eiwit titine
- Heavy chain ‐ kop, nekregio en staart
* Myosine ATPase
- Light chain
* Regulatie, rigiditeit

Question 38

3 verschillende troponine

Answer 38

• troponine T = tropomyosin binding
• troponine I = inhibitoir eiwit
• troponine C = calcium bindend

Question 39

ATP tijdens contractie

Answer 39

• Binding ATP essentieel voor weer verbreken verbinding
• …en aangaan nieuwe binding.
• Door myosine ATPase (heavychain) gesplitst in ADP en P
• Verschillende isoformen
• Effect ‘snellere’ isoform..?
• Gebrek aan ATP na overlijden –> rigor mortis

Question 40

Metabolisme ATP

Answer 40

ATP nodig, uit:
• Koolhydraten 
   • Glucose
   • Zowel aeroob als anaeroob
   • Snelle omzetting

• Vetzuren
  
  • Acetyl CoA
  • Alleen aeroob
  • Langzamer

Question 41

Contractiekracht vergroten

Answer 41

1. (Vezeleigenschappen)
   • Vezels met grote diameter (meer filamenten)
2. Rekrutering van motor units
3. (Rustlengte)
4. Frequentie waarmee de spiervezels geprikkeld worden (summatie)

Question 42

Training spieren

Answer 42

• ‘Anaeroob trainen’

• Spiergroei
  
  • NB! Hypertrofie
• Toename in aantal contractiele filamenten

• ‘Aeroob trainen’ (endurance)

• Vergroten van de zuurstofcapaciteit (myoglobine, bloedvaten, enzymen..).
• Vergroten aantal mitochondria richting oxidatief metabolisme

Question 43

Rekrutering motorunits

Answer 43

• Weinig kracht nodig –> zwakke stimulus: activeert alleen neuronen met lage drempelwaarde. De spiervezels in de motor unit zijn doorgaans van de ‘slow twitch’ variant
• Meer kracht nodig –> grotere stimulusamplitude –> ook activatie neuronen met hogere drempelwaarde; rekrutering motor units met meer ‘fast twitch’ vezels, die redelijk bestand zijn tegen vermoeidheid
• Veel kracht nodig –> grootste stimulusamplitude–> rekrutering van alle motor units, inclusief diegenen met de snelste spiervezels
– echter: wel snel vermoeid.. .
• NB. Binnen een motor unit: vezels van hetzelfde type

Question 44

Prikkelfrequentie

Answer 44

• Enkele contractie is non‐graded: steeds van dezelfde contractiekracht
• Actiepotentiaal sarcolemma al afgelopen vóór contractie begint.
• -> Gevolg: tijdens contractie‐/relaxatiefase kan een nieuw actiepotentiaal worden afgevuurd.
• -> Gevolg: opnieuw afgifte calcium uit SR
• -> Gevolg: sterkere contractie!

Question 45

Summatie prikkels

Answer 45

• Actiepotentiaal sarcolemma al afgelopen vóór contractie begint.
• Gevolg: tijdens contractie‐ /relaxatiefase kan een nieuw actiepotentiaal worden afgevuurd.
• Gevolg: opnieuw afgifte calcium uit SR
• Gevolg: sterkere contractie!
Ofwel: summatie.
Voorwaarde: nieuwe contractie gestart alvorens de eerste is afgelopen. Hartspierweefsel: lang AP ‐ níet mogelijk.

Question 46

Tetanus - pathologisch

Answer 46

Niet bij een hartspierweefsel
• Clostridium tetani en Clostridium botulinum: productie neurotoxines, pre‐synaptisch.
• Belemmering overdracht signaal naar post‐synaptisch membraan.
• Botulinum: blijft in motorische eindplaat • Effect ?
• Tetani: klimt op naar ruggenmerg, infecteert inhiberend interneuron
• Effect?
Nb. is niet hetzelfde als NL‐term ‘tetanie’, wat spierkrampen door extracellulair calciumtekort beschrijft.

Question 47

Elektromyogram (EMG)

Answer 47

• Zichtbaar maken van electriciteit in spieren
• Diagnostisch
• Vergelijk ECG: ECG = EMG voor hartspier.

Question 48

Pathologie contractiekracht: channelopathy

Answer 48

• Actiepotentiaal:
  - Depolarisatie (influx natrium) 
  - Repolarisatie (efflux kalium)
• AP in skeletspier:
  - Ophoping kalium extracellulair in
T‐tubulus: ‘hyperkalemie’
  - Chloridekalen open: instroom chloride (Cl‐): repolarisatie (‐mV)
• Myotonia congenita:
  - Defect in chloride‐kanaal; verminderde permeabiliteit

Question 49

Myotonia congenita

Answer 49

• Hyperexciteerbaar: lagere drempel voor stimulatie
• Na initiële stimulus ook spontane actiepotentialen
• Vertraagde relaxatie
–> Te lang aanhoudende contractie/vertraagde relaxatie > verstijfde geiten