aktiver bewegungsapparat, muskulatur, · charakteristisches enzym: cholin-acetyltransferase...
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Inhalt:
Aktiver Bewegungsapparat, Muskulatur,
Bewegungskoordination
1. Aufbau des Muskels
2. Mechanismus und Steuerung der Muskelkontraktion
2.1 Gleitfilamenttheorie
2.2 Zyklus der Aktin-Myosin Interaktion
2.3 Regulation der Interaktion durch Calcium-Ionen
2.4 Organisation der Muskeln
3. Motorische Endstrecke und Funktion der motorischen Endplatte
3.1 Die motorische Endplatte als Prototyp einer Synapse
3.2 Signalübertragung an der motorischen Endplatte
4. Reflexe
5. Pyramidales System
6. Extrapyramidales System
Literatur:
Campbell, Biologie (Spektrum), Kapitel Sensorik und Motorik
Kahle, Taschenatlas der Anatomie, Band 3: Nervensystem und
Sinnesorgane (Thieme)
Alberts et al., Molekularbiologie der Zelle (Wiley and Sons)
Prinzipieller Aufbau eines Nervensystems
Sensorischer
Eingang
(Input) Verarbeitung
der Information
(Integration)
Motorischer
Ausgang
(Output)
Sensorischer
Eingang Motorischer
Ausgang
Verarbeitung der
Information
Nervensystem = Gesamtheit der Nervenzellen
(aus Campbell,
Biologie)
Motorischer
Ausgang
Verarbeitung der
Information
Motorisches System
Mehrkernige Muskelfasern (im
Menschen: 50 µm Durchmesser, bis
zu 50 cm lang)
Myofibrillen
Sarkomer (etwa 2,5 µm lang)
Muskeltypen:
- Skelettmuskel (quergestreifte
Muskeln)
- Herzmuskel (quergestreifter
Muskel aber mit elektrischer
Kopplung, keine
mehrkernige Muskelfasern)
- Glatte Muskeln (keine
mehrkernige Muskelfasern,
kein Sarkomer)
1. Aufbau des Muskels
2. Mechanismus und Steuerung der
Muskelkontraktion
Gleitfaser-Modell (1954)
Muskelkater
Zyklus der Actin-Myosin
Interaktion
(Alberts et al.,
„Molecular Biology of
the Cell“, verändert)
gebunden
gelöst
gebunden
Kraftschlag „Rigor“ (Leichenstarre)
Regulation der Interaktion von Myosin und Aktin: Ca2+
benötigt: Ca2+-Ionen, ATP
Troponin-Tropomyosin Komplex
F-actin
Troponin-
Tropomyosin
Ca2+ ATP/
ADP
F-actin
Troponin-
Tropomyosin
Ca2+
ATP/
ADP
Myosin
Myosin
Der Troponin-Tropomyosin Komplex
„Herzmarker“
Regulation der Interaktion von Myosin und Aktin:
Sarkoplasmatisches Retikulum
Ca2+-ATPase
Muskelkrampf
Organisation der Muskeln
Zusammenspiel zwischen (Endo-)Skelett und Muskeln
Muskeln können nur kontrahieren
Motor Einheit: Einzelnes Motoneuron (a-Motoneuron) + alle Muskelfasern, die
durch dieses Neuron innerviert werden
Anzahl an Muskelfasern, die durch ein einzelnes Motoneuron innerviert werden:
2-3 (Finger) bis 50-60 (andere Muskeln)
Motorische Endstrecke und Funktion der motorischen Endplatte
Die motorische Endplatte als Prototyp einer Synapse
Vorteil:
• Gute Zugänglichkeit
• Größe
Anatomie der motorischen Endplatte
3 interagierende Zelltypen: Motoneuron, Skelettmuskel, Schwannzelle
Strukturen:
- Präsynaptische Spezialisierung
- postsynaptische Spezialisierung
- Basalmembran
Transmitterfreisetzung erfolgt in Quanten
Je mehr Ca2+ in die präsynaptische Endigung einfließen kann, um so mehr
Quanten werden freigesetzt
An der motorischen Endplatte („große“ Synapse) werden pro Aktionspotential etwa
200 Quanten freigesetzt, jede mit etwa 5.000-10.000 Acetylcholin-Molekülen, in
ZNS Neuronen kann aber auch nur ein Quant/Aktionspotential freigesetzt
werden
Morphologisches Korrelat eines Quantums ist ein fusioniertes
synaptisches Vesikel
ohne Stimulierung nach Stimulierung
Acetylcholin:
Charakteristisches Enzym: Cholin-Acetyltransferase
Transmitter der Motoneuronen des Rückenmarks
Transmitter aller präganglionären Neuronen des vegetativen
Nervensystems und der postganglionären Neuronen des
Parasympathicus
Transmitter in vielen Nervenbahnen des Hirns, die vom Hirnstamm
ausgehen
Acetylcholinesterase
Soman
Acetylcholin:
Charakteristisches Enzym: Cholin-Acetyltransferase
Transmitter der Motoneuronen des Rückenmarks
Transmitter aller präganglionären Neuronen des vegetativen
Nervensystems und der postganglionären Neuronen des
Parasympathicus
Transmitter in vielen Nervenbahnen des Hirns, die vom Hirnstamm
ausgehen
Acetylcholinesterase
Donepezil
Signalübertragung an der motorischen Endplatte
Aktivierung des (nikotinischen)
Acetylcholinrezeptors induziert die
Bildung eines Aktionspotentials, das sich
in die T-Tubuli ausbreitet
Bestimmung der Muskelspannung
Muskelspindel: eingekapselter sensorischer Rezeptor im Muskel
parallel zu den Muskelfasern (extrafusale Fasern)
Dehnungsrezeptor
Anatomie: besteht aus 5-10 quergestreiften Muskelfasern (intrafusale Fasern),
die von einer Kapsel umschlossen sind
Mittlerer Teil ist nicht kontraktil – dort endet starke sensible
Nervenfaser
daneben dünnere sensible Nervenfasern
Dünne motorische Fasern (g-Fasern) an den Enden
Reflexbögen
Was sind Reflexe?
Muskelreaktionen, die durch Verbindungen der affarenten Fasern der
Hinterwurzel mit Vorderhornzellen zustande kommen, ohne daß eine
Weiterleitung an das Gehirn notwendig ist.
Monosynaptischer Reflexbogen
Multisynaptischer Reflexbogen
Testmöglichkeit: Trennung (Transektion) des Rückenmarks vom Gehirn
Eigenreflex (Dehnungsreflex)
Einfachster Reflex: Kontraktion
eines Muskels wenn dieser
verlängert wird
Nachweis, daß es sich um einen
Reflexbogen handelt durch
Sherrington (Anfang des 20.
Jahrhunderts)
Monosynaptischer Reflexbogen
Heteronyme Innervation
Reziproke Innervation
Fremdreflex
Reizung von Hautrezeptoren
Polysynaptischer Reflexbogen
Reziproke Innervation
Koordinierte Aktion mehrerer
Muskelgruppen
Modifikation von Reflexen
Supraspinale Kontakte zu a- und g-
Motoneuronen
„Spinaler Schock“
Bahnen der Willkürmotorik (Pyramidenbahn)
4
6
Kontrolle der subkortikalen motorischen Zentren durch den Kortex
Sulcus centralis
Bahnen der Willkürmotorik
Prämotorische kortikale Areale
(z.B. Feld 6) Programmierung
von Bewegung, Entscheidungen
4
6
Somatotope Organisation
Primärer motorischer Kortex (Feld 4) Reiz, der zum Auslösen von Bewegung
führt ist am niedrigsten motorisches Befehlszentrum
Hauptsächliche Bahn der Willkürmotorik:
Pyramidenbahn
Massives Faserbündel (etwa 1 Mio. Axone), das
seinen Ursprung vor allem im Motorkortex hat
Somatotope Organisation
Integration in den motorischen Hirnnervenkernen
der Medulla (sog. „Pyramiden“).
Pyramidenkreuzung
Enden in der Regel in der Zona intermedia zwischen Hinter- und
Vorderhorn an Zwischenneuronen
Ein kleiner Teil kontaktiert direkt a-Motoneurone im Vorderhorn (meist für
Flexor-Muskeln), die damit unter der direkten Kontrolle des
Pyramidensystems stehen.
Phylogenetisch älter ist „extrapyramidales-
motorisches System“
- multisynaptische Neuronenketten
- Im engeren Sinn: Gruppe von Kernen
mit hohem Eisengehalt (Basalganglien)
- Im weiteren Sinn: zusätzlich als
Integrationszentrum das Kleinhirn
Funktion: „Servo“mechanismus zur
Unterstützung aller Bewegungen –
notwendig für „weiche“ Bewegungen
Extrapyramidales System
Basalganglien
Striatum (Putamen und Caudatum)
Pallidum
Nucleus subthalamicus
Nucleus ruber
Substantia nigra
Striatum (putamen)
Nucleus
subthalamicus
Pallidum
Nucleus ruber Substantia nigra
Striatum (caudatum)
Verbunden durch zahlreiche
Neuronenbahnen
Rückkopplungsmechanismen
Verknüfung der Basalganglien (schematisch)
Doppelläufige Verbindungen z.B. zwischen Striatum und S. nigra sowie
Pallidum und Nucleus subthalamicus
Läsionen in den Basalganglien führen zu charakteristischen
Bewegungsstörungen: z.B. Parkinsonsche Erkrankung
Schüttellähmung
Häufigste Erkrankung des motorischen Systems (Häufigkeit: 1-5%)
Ursache: Selektiver Tod dopaminerger Neurone in der Substantia nigra
X
Nigrostriatale
Bahn
Kontamination in „Designerdroge“ –
1-Methyl-4-Phenyl-1,2,3,6-Tetrahydropyridin (MPTP)
selektiver Verlust der Neurone in der Substantia nigra
Parkinsonähnliche Defekte im San Francisco der 80er Jahre