Glatte Muskulatur. Dr. G. Mehrke

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1 Glatte Muskulatur 1

2 Glatte Muskulatur Eigenschaften und Unterschiede zur Skelettmuskulatur: Spindelförmige, einkernige Zellen, funktionell über Gap Junctions verbunden. Aktin- und Myosinfilamente sind länger als im Skelettmuskel nicht in Sarkomeren organisiert. Bandförmige Myosinfilamente: Aktinfilament kann am gesamten Myosinfilament entlanggleiten. Verlängerung des Kontraktionsbereiches. Aktinfilamente besitzen angelagertes, fadenförmiges Tropomyosin und Caldesmon. Ca 2+ Sensorprotein: Im Cytoplasma gelöstes Calmodulin. Kontrolle des Querbrückenzyklus erfolgt am Myosinkopf durch Phosphorylierung.

3 Kontraktiler Apparat Aktin- und Myosinfilamente nicht in Sarkomeren organisiert. Dense Bodies verknüpfen anstelle der Z-Banden die Aktinfilamente Kontrolle des Querbrückenzyklus erfolgt am Myosinkopf durch Phosphorylierung. Querbrückenzyklus aktiviert durch Ca 2+ Sensorprotein: Im Cytoplasma gelöstes Calmodulin.

4 Single Unit-Typ Der Single unit-typ bildet durch gap junctions (Nexus) elektrisch gekoppelte Zellverbände aus. Über diese findet ein Austausch von Ionen und Second-Messenger-Molekülen statt, was eine schnelle Ausbreitung der Erregung und somit eine nahezu synchrone Kontraktion des Zellverbandes ( funktionelles Synzytium ) ermöglicht. Die Muskelzellen werden dabei nicht durch nervale Strukturen erregt, sondern durch die spontane Depolarisation morphologisch nicht abgrenzbarer Schrittmacherzellen (myogenener Tonus). Eine Modulation durch Fasern des vegetativen Nervensystems ist jedoch möglich. Vorkommen: in der Muskulatur des Darms, der Gebärmutter (Uterus) und den Harnleitern (Ureter), teilweise aber auch in der muskulösen Wand größerer Gefäße. Multi Unit-Typ Von den Nachbarzellen abhängige Kontraktionen finden hier nicht bzw. nur sehr begrenzt statt. Jede Muskelzelle wird durch Nervenfasern des Vegetativen Nervensystems, welche in unmittelbarer Umgebung der Zelle aus Varikositäten Transmitter abgeben ( en-passant- Synapse ), gesondert innerviert (neurogener Tonus). Vorkommen: im Musculus arrector pili des Haares, den inneren Augenmuskeln, dem Samenleiter (Ductus deferens), im Bronchialsystem und in Gefäßen. 4

5 Gap junction 5

6 Glatte Muskulatur Single-unit-Typ: Einzelne Muskelzellen kontrahieren Transmitter werden über Varikositäten der Neurone über die gesamte Länge ausgeschüttet.synchronität wird über gap-junctions erreicht. Daher kontrahieren Zellen als eine Einheit z.b. Darm (Myogener Tonus). Multi-unit-Typ: Einzelne Muskelzellen kontrahieren, keine gap junctions. Erregung bleibt lokal begrenzt, z.b. Ciliarmuskel (Neurogener Tonus).

7 Calciumkanäle Rezeptoren (adrenerge oder cholinerge; Transmitter (Nor-)Adrenalin, Acetylcholin) werden aktiviert und beeinflussen über intrazelluläre Messenger das Öffnen oder Schließen von Calciumkanälen. β-adrenorezeptoren bewirken z. B. die Relaxation glatter Muskulatur in Bronchien (Schließen von Ca 2+ -Kanälen). Calcium im Cytoplasma führt zur Kontraktion. Calcium-Spikes entsprechen Aktionspotenzial (Ca 2+ statt Na + - Einstrom). 7

8 Kontraktionsauslösung Durch Öffnung von Ca 2+ -Kanälen kommt es zu einem Anstieg der Ca 2+ -Konzentration im Zytosol durch hereinströmende Ionen aus dem Extrazellularraum und zu einem deutlich geringeren Anteil aus dem sarkoplasmatischen Retikulum. Ca 2+ -Ionen binden an das Protein Calmodulin. Ca 2+ -aktiviertes Calmodulin startet den Querbrückenzyklus Der Ca 2+ -Calmodulin-Komplex führt zu einer Aktivierung des Enzyms Myosin Light Chain Kinase (MLCK). Dieses phosphoryliert das Myosinmolekül. Durch die Phosphorylierung wird der Querbrückenzyklus aktiviert. Eine Phosphatase spaltet den Phosphorsäurerest wieder ab und beendet so die Aktivierung. 8

9 Ruhe- und Aktionspotenzial Durch Öffnung von Ca 2+ -Kanälen kommt es zu einem Anstieg der Ca 2+ - Konzentration im Zytosol durch hereinströmende Ionen aus dem Extrazellularraum und somit zu einer Depolarisation. Wird der Schwellenwert erreicht, so öffnen lawinenartig weitere spannungsabhängige Ca 2+ -Kanäle und es kommt zu einem Calcium-Spike, dem Äquivalent zum Aktionspotenzial. Wichtig: alle einströmenden Ca 2+ -Ionen starten Querbrücken-Zyklen und somit eine Kontraktion keine Alles-oder-Nichts -Funktion bei der Kontraktion. Erst wenn der Schwellenwert erreicht ist, kommt es zur Maximalkontraktion. 9

10 Zellen der Glatten Muskulatur haben oft kein stabiles Ruhepotenzial. Ihr Membranpotenzial schwingt rhythmisch mit einer niedrigen Frequenz und einer Amplitude von ca. 20mV (Slow wave potential). Im Darm wird es als BER (basal elektrischer Rhythmus) bezeichnet, basiert auf Ionenkanälen die spontan öffnen und schließen. Wenn der Schwellenwert überschritten wird, werden Aktionspotenziale ausgelöst. Dem gegenüber haben manche Zellen ein Schrittmacher-Potenzial (Pacemaker potential), ein instabiles Ruhepotenzial, das regelmäßig depolarisiert und damit regelmäßig Aktionspotenziale auslöst Kontraktion ohne Aktionspotenzial 10

11 Kontraktion der glatten Muskulatur Calcium strömt über geöffnete Kanäle ein Aus dem SR werden ebenfalls Ca-Ionen mobilisiert Calcium bindet an Calmodulin Eine Kinase phosphoryliert Myosin Der Querbrückenzyklus wird aktiviert 11

12 Kontraktion der glatten Muskulatur Myosinkinase Kontraktionszustand - entsprechend der Ca 2+ -Konzentration im Cytoplasma. Keine Kontraktion nach dem Alles-oder-Nichts-Gesetz wie beim Skelettmuskel! 12

13 Koppelung zwischen Reiz und Kontraktion Elektromechanisch (single-unit) Pharmakomechanisch 13

14 Dauer der Muskelkontraktion nach Typ 14

15

16 Zusammenfassung Einkernige spindelförmige Zellen Gekoppelt über Gap-Junctions (Single Unit Multiunit) Aktivierung über Rezeptoren auf der gesamten Oberfläche Calciumeinstrom Calciumspike (AP) Entwickeln graduierlich (abgestuft) mechanische Spannung auch ohne AP Calmodulin als regulatorisches Protein Neurotransmitter (Nor-Adrenalin, ACh) aktivieren oder drosseln Ca 2+ Einstrom Anspannung Erschlaffung Myogene Aktivität Schrittmacherzellen Gesteuert vom vegetativen NS Synapsen en passant 16

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