PERIFERNA UTRUJENOST

Če je periferna utrujenost visoka potem imamo intervale do naše mejne temperature, zelo kratke. Zaradi tega, je morebiti to vzrok manjšega razvoja. Se pravi, ohlajanje telesa med naporom je zelo pomembna stvar.

Periferna utrujenost se lahko pojavi na:

1. MOTORIČNI NEVRON (običajno motorični nevron ni tisti kjer bi se lahko zgodila periferna utrujenost)

2. ŽIVČNO-MIŠIČNA SINAPSA ( prvo mesto kjer lahko pride do periferne utrujenosti)3. MIŠIČNA CELICA in VZDRAŽLJIVOST SARKOLEME ( prvič se z dražljajem sreča na površini,

ravno na sarkolemi. Preko sarkoleme teče mirovni akcijski potencial. To je drugo mesto kjer se lahko pojavi utrujenost (poleg sinapse). Obstajajo dokazi, da je to mesto lahko ali pa tudi ni kraj nastanka (pojava) utrujenosti. Obstaja možnost zmanjšanja sproščanja acetilholina iz živčnih končičev, kar bi lahko bilo povezano z utrujenostjo.

4. KONTRAKTILNI MEHANIZEM 5. ZMANJŠANJE ZALOG GORIV 6. KOPIČENJE PRESNOVNIH PRODUKTOV

AT 1: POJAVI UTRUJANJA V ŽIVČNO-MIŠIČNI SINAPSI

ŽIVČNO-MIŠIČNA ZVEZA

Ž-M zvezo tvorita motorična:

končna ploščica in končna vejica nevrita. (SLIKA 1)

Slika 1: Živčno mišični stik med motoričnim živcem in mišično celico

Da se mišica skrči, jo je treba vzburiti. Vzburi se prek živčnih vlaken, ki oživčujejo mišico. Živčno vlakno se v mišici razveja in tvori z različnimi mišičnimi vlakni motorično ploščico.Po enem gibalnem živčnem vlaknu se zato preko številnih motoričnih ploščic vzburijo različna mišična vlakna. Skupino mišičnih vlaken, ki jih hkrati vzburi eno živčno vlakno, skupaj z živčnim vlaknom imenujemo motorična enota. Razmerje med številom živčnih vlaken in številom mišičnih vlaken je lahko 1: 1900. Večje kot je to razmerje, natančnejše gibe lahko opravlja skeletna mišica. V motorični ploščici, kot imenujemo stik med živčnim končičem živčnega vlakna in mišično celico, je med živčno in mišično membrano sinaptična reža. Ko pridejo ukazi za krčenje v obliki živčnih impulzov po živčnem vlaknu do mišične celice, se iz živčnih končičev v področju motorične ploščice sprosti iz sinaptičnih veziklov živčni prenašalec – acetilholin. Ukaz za krčenje se razširi vzdolž aksona živčne celice v obliki akcijskega potenciala.

Slika 2: Povečava živčno-mišičnega stika

Motorična končna ploščica je področje mišične celice. Leži tik pod končnim delom ene od vejic nevrita α motonevrona. α motonevron oživčuje mišično celico. Motorična končna ploščica in končna vejica nevrita tvorita živčno-mišično zvezo (sinapso).

Na eni strani živčno mišične zveze prihaja živec z svojim zaključnim delom oz. vejico. V njem so mehurčki s kemičnim prenašalcem elekričnih dražljajev – acetilholinom (ACh). ACh ima funkcijo, da takratni električni dražljaj spremeni v kemični in nato se na membrani nadaljuje zgodba o električnem dražljaju.

VZROKA ZA UTRUJENOST STA:

1. ZMANJŠA SE RAZGRADNJA ACh NA SINAPTIČNI REŽI

Ob sproščanju ACh se hkrati dogaja njegova razgradnja. Če to ne bi držalo bi se ekscitacijski dražljaj, (dražljaj, ki spodbudi določeno aktivnost v tarčni celici) ki ga predstavlja ACh, prenašal na membrano mišice. Tam bi se nabiral in bi vzburjal mišično membrano. To se pri naporu ves čas dogaja (ACh se prenaša čez in se tam vzburi membrana). Če bi se to dogajalo brez prestanka se mišica ne bi mogla sprostiti. Zaradi tega je zelo pomemben ACETILHOLINESTERAZA (AChE). To je encim, ki razgrajuje ACh na sinaptični reži. Ko AChE razgradi ACh, se mišica sprosti. Če pa pride do nesorazmerja pri tem delovanju lahko nastane utrujenost. To pomeni,da stalno, visokofrekvenčno sprožanje ACh-a, povzroči, da encim AChE ne more tako hitro razgrajevati ACh. Zato se ACh počasi kopiči na sinaptični reži in zaradi tega se mišica slabše sprošča in pomeni, da lahko pride do utrujenosti.

2. ZMANJŠA SE TVORBA ACh

Teoretično se lahko zgodi tudi, da se lahko zmanjša zmogljivost resinteze oz. sproščanje ACh. To pomeni, da se mišica več ne more vzburjati z dovolj veliko frekvenco. V tem primeru imamo drugo vrsto utrujanja.

AT 2: POJAVI UTRUJANJA V MIŠIČNI MEMBRANI

Molekule živčnega prenašalca (ACh) pripotujejo preko sinaptične reže in se vežejo na posebne sprejemne molekule - receptorje, vgrajene v mišično membrano ob motorični ploščici. Molekule prenašalca so za mišično celico dražljaj, zato povzročijo v njej vzburjenje. Le-to se razširi po celotni membranimišičnega vlakna in po posebnih cevasto ugreznjenih delih membrane pripotujejo v notranjostmišičnega vlakna. Vzburjenje poteka v obliki spremembe električne napetosti preko membrane, karimenujemo akcijski potencial, ki potuje kot val po celotni membrani (SLIKA 4).

Slika 3: Vezava ACh na receptorje na motorični končni ploščici

Slika 4: a) Membrana mišične celice v ravnovesnem stanju; b) širjenje akcijskega potenciala

Nastanek in širjenje akcijskega potenciala

Mišice našega telesa se odzivajo izredno hitro. Po stimulaciji je odzivni čas mišice dolg le nekaj milisekund. Akcijski potencial, ki ga povzroči zunanji električni dražljaj, potuje po živčnem vlaknu do membrane mišičnih vlaken. Koncentracija natrijevih ionov je znotraj mišične celice desetkrat večja kot zunaj mišične celice. Koncentracija kalijevih ionov je zunaj mišične celice trideset krat večja od

koncentracije kalijevih ionov znotraj mišične celice. Akcijski potencial pomeni spremembo v prevodnosti K+ in Na+, ki se izmenjata preko celične ovojnice. (SLIKA 4)

Pri nastanku akcijskega potenciala razlikujemo 4 faze (SLIKA 5) :

Začetna faza: Membrana se čedalje bolj depolarizira (membranski potencial postaja manj negativen).Ko se depolarizacija poveča za okoli 20 mV (iz približno -70 mV na -50 mV), se sproži akcijskipotencial. Dražljaj, ki povzroči depolarizacijo, je lahko motnja potenciala, ki se širi po membrani ali paodpiranje natrijevih kanalčkov v kemični sinapsi.

Faza hitre depolarizacije: Ko se doseže vrednost praga, se membrana hipoma nadalje depolarizira inmembranski potencial postane celo pozitiven. Med hitro depolarizacijo se odprejo natrijevi kanalčki in vdor natrijevih ionov iz zunanjosti celice (z desetkrat večjo koncentracijo kot v notranjosti celice)povzroči strmo naraščanje potenciala proti pozitivni vrednosti (pozitivna povratna zanka). Opazimo, da se depolarizacija širi kot val po celici, kar imenujemo širjenje akcijskega potenciala.

Faza repolarizacije: Kmalu po strmi depolarizaciji se membranski potencial začne vračati proti prvotnivrednosti. Natrijevi kanalčki se namreč v tej fazi zapirajo, kalijevi kanalčki, ki so se začeli odpiratikasneje, pa so v tej fazi odprti. Pretakanje kalijevih ionov iz celice v okolico povzroči vnovičnopadanje membranskega potenciala proti začetni negativni vrednosti.

Faza hiperpolarizacije: Preden se membranski potencial dokončno ustali na začetni vrednostimirovnega membranskega potenciala, je za nekaj časa celo bolj negativen kot na začetku. V tej fazi sovsi natrijevi kanalčki že zaprti, določen delež kalijevih pa je še vedno odprtih - iztok kalijevih ionovpovzroči nadaljnjo padanje potenciala. Šele ko se zaprejo tudi vsi kalijevi kanalčki, se membranskipotencial ustali pri vrednosti mirovnega membranskega potenciala.

Za uravnavanje natrija in kalija v začetno stanje skrbi Na-K črpalka. Črpalka deluje tako, da prečrpa trinatrijeve ione ven, sočasno pa dva kalijev ion v celico. Tako Na-K črpalka povrne koncentracijonatrijevih in kalijevih ionov v notranjosti in zunanjosti celice v začetno stanje. Rečemo, da semembrana repolarizira. Ta proces je relativno počasen.(SLIKA 5,6)

VZROKA ZA UTRUJENOST SO:

1. Ponavljanje faz akcijskega potenciala povzroči spremembe vsebnosti elektrolitov in težave pri repolarizaciji! Zaradi tega pride do UTRUJENOSTI, ki se pojavi kot upočasnitev prevodnosti membrane!

2. Problem nastane, ko K+ gre iz mišice v medceličnino in se začne tam izgubljati. Zaradi tega črpalke vseh sosednjih mišic težijo k temu, da bi počrpale ta K+ nazaj. Zaradi tega lahko prav tako nastanejo težave.

3. Črpalke za delovanje potrebuje ATP.

4. Pri naporu je problem, da se to sploh vzpostavi. Pri tem se lahko zgodi, da se prevodnost skozi membrano (zaradi sprememb K+ in Na+) začne zmanjševati in to pomeni upočasnitev prevodnosti po tej membrani. Napor, ki pomeni ponavljanje teh dogodkov,

pomeni tudi to, da se vsakokrat nekaj teh elektrolitov (še posebej velja za K+, ki gre ven) izgubi in mišica ga ne pridobi nazaj. Posebej, če se začnejo pojavljati tudi drugi znaki, ki pomenijo velik napor za Na+/K+ črpalke, da bi delale s polno močjo. Posledica je, da je dražljaj počasnejši po membrani.

5. Ker je sila mišice odvisna od frekvence vzdraženja, vidimo, da se, kljub enaki frekvenci vzdraženja, upočasni depolarizacija mišice. Prihaja do nesorazmerja. Mišica se odziva vedno počasneje in zaradi tega deluje na breme oz. na upor z manjšo silo. To je tretja zaporedna značilnost utrujanja-MOČ UTRUJANJA, ki se imenuje UPOČASNITEV DEPOLARIZACIJE PO MEMBRANI.

6.

Slika 5: Shematski prikaz akcijskega potenciala

Slika 6: Na-K črpalka prečrpa 3 Na ione iz celice, zatem pa 2 K iona v celico

AT 3: POJAVI UTRUJANJA V KONTRAKTILNEM MEHANIZMU

Pojavi utrujanja so naslednji:

1. H+ zasedejo aktivna mesta na troponinu pred Ca++2. Manj Ca++ se izloči iz cistern sarkoplazemskega retikuluma3. Ca++ ostaja v sarkoplazmi, saj ga črpalka ne more izčrpati nazaj v sarkoplazemski rezikulum4. Aktivnost Miozin ATP-eaze se zmanjša v acidozi

Krčenje mišične celice

Mišično krčenje je drsenje tankih aktinskih nitk med debelejšimi miozinskimi nitkami. Dolžina nitk ostaja nespremenjena. Krajšanje sarkomere je posledica oženja I in H pasu; Z liniji se približujeta. Teorija drsenja temelji na procesu vzpostavljanja povezave med miozinskimi glavicami in aktivnimi mesti na aktinu ter premikanju prečnih mostičkov glavic miozina) prosti sredini sarkomere. Krčenje je torej posledica zaporedno potekajočih ciklov prečnih mostičkov.

Mehanizem enega prečnega mostička: prečni mostiček se veže na specifično mesto na aktinski nitki prečni mostiček se uporne proti sredini sarkomere (sredini A pasu) in pri tem potegne

aktinsko nitko s seboj prekine se zveza med prečnim mostičkom in aktinom; prečni mostiček se vrne v prvotni

položaj in je pripravljen za nov cikel (vezavo na novo mesto na aktinu)

Drsenje aktinskih niti je posledica delovanja prečnih mostičkov, ki jih roke vlečejo proti sredini sarkomere. Vsak prečni mostiček sledi svojemu lastnemu neodvisnemu ciklu gibanja, tako da je v vsakem trenutku krčenja le 50% prečnih mostičkov v povezavi z aktinom, ostali so v vmesnih fazah cikla.(SLIKA 7)

Slika 7: Mehanizem enega cikla prečnega mostička

1. Vloga kalcija in uravnalnih proteinov pri mišičnem krčenju

Prehajanje mišične celice iz faze mirovanja v fazo krčenja in v njej sledečo fazo sprostitve je odvisno od položaja uravnalnih proteinov (tropomiozin, troponin). Njihov položaj uravnavajo Ca2+. Če je koncentracija kalcija v sarkoplazmi nizka (stanje mirovanja), uravnalni proteini preprečujejo interakcijo med aktinskimi in miozinskimi nitkami. Ko naraste koncentracija Ca2+ v sarkoplazmi nad 10-6 M, je to znak za začetek sodelovanja med aktinom in miozinom. Kalcij se premakne na troponin C. Ta vezava premakne troponin I in prekine njegov inhibirajoči učinek (aktivira se miozin ATP-eaza) Poleg tega se premakne troponin T in potegne tropomiozin iz žlebičev aktinske nitke (osvobode se mesta na aktinu za sodelovanje z miozinom).

Posledica vezave Ca2+ na troponin C je torej aktivacija miozin ATP-eaze in odkritje mesta na aktinu za vezavo z miozinom. (SLIKA 8)

2. Odpiranje kalcijevih kanalov pod vplivom živčnega impulza – pogoj za začetek mišičnega krčenja

Pogoj za začetek mišičnega krčenja je odpiranje kalcijevih kanalov v sarkoplazemskem retikulumu (SR) in naraščanje Ca2+ v sarkoplazmi. Odpiranje Ca2+ kanalov je posledica draženja mišične celice. Mišično celico vedno vzdraži dražljaj, ki pripotuje po nevritu alfa motonevrona. (SLIKA 8)

VZROKA ZA UTRUJENOST STA:

1.1. H zasede aktivno mesto na aktinu

Med tem naporom so različni elektroliti, ki se tam notri nabirajo. Nekateri prihajo, nekatreri odhajajo. Med njimi je tudi H. H, ker plava v citoplazmi, lahko zasede aktivno mesto na aktinu kjer je Ca. Če si zagotovi to mesto, postane to mesto neaktivno in sila te mišice se zmanjša, ker ne pride do sklopa med aktinskimi in miozinskimi vlakni. Se pravi, ko je neposredno na kontraktilnem mehanizmu.

1.1.1. Utrujanje Ca črpalk

Ca2+ se v veliki meri vežejo na ta aktivna mesta in zato pride do sklopa. Če se ne veze imamo utrujenost povezano z H. Ampak del tega Ca, ki je povezan tam notri in pa, ki plava v citoplazmi, pa nam povzroča težave. Kajti, ta Ca želijo črpati nazaj saj je tam notri nekoristen, ker se ni usedel na aktivno mesto in ga ne potrebujemo. Črpalke pa ga želijo črpati nazaj zato, da je zopet uskladiščen in bi pri ponovni depolarizaciji zopet skoči in morebiti zasede pravo mesto. To se dogaja ves čas (ven-noter, ven-noter,…). Pri tem imajo zelo veliko in težko nalogo Ca črpalke. Ca črpalke se lahko tudi utrudijo,ko ne morejo več tega počenjati več tako uspešno. Zato je vedno več nakopičenega Ca. Če se Ca ne more sprostiti na aktivna mesta, zaradi tega ne more opravljati svoje funkcije in lahko prihaja do utrujanja zaradi dveh vzrokov:

zaradi tega, ker ga črpalke več ne morejo potegniti nazaj (v sarkoplazemski retikulum) in

zaradi tega ker je tam notri neuporaben (v sarkoplazmi).

Povsod je problem ta, da včasih med naporom črpalke (prej smo imeli za druge snovi, zdaj smo imeli Ca) ne zmorejo več v takšni meri opravljati svojega dela kakor v začetnem stanju.

Zaradi tega se:

1.) ZMANJŠA SILA in2.) ker imamo kislo okolje, tudi pljučni cilj (ki vzpodbuja ATP, da se razgrajuje) in miozinska pregrada ne zmore več opravljati svoje funkcije z enako intenzivnostjo. Zato se upočasn PLJUČNI CILJ.

Slika 8: Vloga kalcija in uravnalnih proteinov pri mišičnem krčenju

PREGLED ZAPOREDJA DOGODKOV V ŽIVČNO-MIŠIČNEM STIKU PRI MIŠIČNEM KRČENJU:

1. Elektrokemični dražljaj prispe do končnih vejic nevrita alfa motonevrona 2. ACh prenese dražljaj na motorično končno ploščico in povzroči akcijski potencial 3. Dražljaj se po transverzalnih tubulih širi v notranjost mišične celice (AChE uniči ACh)4. Povezanost transverzalnih tubulov z razširitvami SR povzroči odpiranje Ca2+ kanalov v membrani

cistern; sledi prehajanje kalcija v sarkoplazmo5. Ca2+ vpliva na regulacijske proteine tako, da je možna povezava med aktinom in miozinom6. Ca2+ se veže na troponin C (SLIKA 8); ta vez premakne troponin I stran od miozina ATP-eaze

(prekine se njegova inhibicija) in troponin T tako, da potegne tropomiozin stran od specifičnih vezalnih mest na aktinu.

Slika 9:Celotni pregled živčno-mišične (krčenje in sproščanje)

Sproščanje mišične celice

PREGLED ZAPOREDJA DOGODKOV V ŽIVČNO-MIŠIČNEM STIKU PRI MIŠIČNEM SPROŠČANJU:

Obdobju krčenja sledi čas sprostitve, ki se začne, ko pade koncentracija Ca2+ ionov v sarkoplazmi pod 10-6M. Premikanje Ca2+ ionov med SR in sarkoplazmo je posledica dveh mehanizmov:

Odpiranje kalcijevih kanalov v membrani SR pod vplivom draženja mišične celice Delovanje Ca2+ črpalke, ki črpa Ca2+ iz sarkoplazme nazaj v SR. (SLIKA 9)

Ko preneha delovanje mišične celice, se zapro Ca2+ kanali in prevlada učinek Ca2+ črpalke (Ca2+ ATp-eaza v membrani SR); posledica je zniževanje koncentracije kalcijevih ionov v sarkoplazmi. To povzroči prekinjanje zveze med troponinom C in Ca2+ in s tem premaknitev troponina I in T v prvotni položaj s čimer se vzpostavi stanje v mirovanju; troponin I inhibira miozin ATP-eazo na prečnem mostičku, troponin T pa premakne tropomiozin nazaj v žlebove aktinske niti in znova prekrije na njej sprecifična mesta za povezavo z miozinsko glavico. Za delovanje kalcijeve črpalke je potrebna energija iz ATP-ja. (SLIKA 9)

Slika 10: Struktura krčljivih proteinov (miozinski in aktinski miofilament)