Huxley kas fizyolojisine sadece ilgili teorisiyle değil sayısız katkıda bulunmuştur. Aksiyon potansiyeli ile ilgili çalışmalarından dolayı 1963 yılında Nobel Fizyoloji veya Tıp Ödülü’ne layık görülmüştür.

Bir önceki bölümde ince ve kalın filamentlerin sarkomer boyunca yerleşimlerini göstermiştik. Tabii, bu gösterim iki boyutlu idi. Esasında gösterimin üç boyutlu ve silindirik olması gerekmektedir. Gerçeğe daha yakın görsel aşağıdaki gibidir.

“Kayan Filamentler Modeline” göre kasılma, aktin filamentlerinin miyozin filamentleri üzerinde kayması ve böylece sarkomerin kısalması sonucu oluşur. Miyozin moleküllerinden oluşan kalın filamentler gövde ve baştan oluşur. Her bir miyozin başı ince filamentlerde bulunan aktin proteinleri ile etkileşim potansiyeline sahiptir.

Miyozin ile aktin moleküllerinin yer aldığı aktin-bağlanma bölgesi arasında çok güçlü bir çekim vardır. Kaslar hareketsiz durumda iken, bu karşılıklı çekim bir ince filament bileşeni olan tropomiyozin tarafından fiziksel olarak bloke edilmektedir.

Kasılmanın gerçekleşerek hareketin ortaya çıkması için tropomiyozinleri yoldan çıkaracak, blokajı kaldıracak çeşitli mekanizmaların çalışması gerekmektedir. Mekanizmayı çalıştırarak hareketi tetikleyen şey Kalsiyum elementidir.

Belirli bir kası hareket ettirmeye karar verdiğimizde beyin, omuriliğe ve oradan kası besleyen periferal sinire(motor nöron) elektriksel impuls (uyartı) şeklinde bir mesaj gönderir. Mesajın ilgili kas hücresine ulaşılmasını akson adı verilen sinir lifleri sağlar. Aksonlar motor nöron gövdesindeki elektriksel uyarıları uzağa iletmektedir, ki bu işlem bir çeşit elektrokimyasal impuls olan aksiyon potansiyeli şeklinde gerçekleşir.

Aksonların kas hücrelerine temas ettiği noktada “Motor Son Plakası” adı verilen özel bir yer vardır. Sinir ucu ile kasların bağlandığı bölgelere sinir-kas kavşağı veya nöromüsküler kavşak adı verilir.

Elektriksel akım motor son plakasından geçtiğinde, özel bir kimyasal, asetilkolin (ACh), motor son plakası(Motor end plate) ile kas hücresinin dış kaplaması arasındaki sinaptik boşluğa(synaptic cleft) salınır.

Bu küçük boşluğu geçtiğinde, asetilkolin molekülü (ACh) kas hücresindeki özel ACh reseptörlere bağlanır(1). Bu bağlanma elektrik akımına yol açar ve akım hücrenin dış zarfı boyunca ve hücrelerin içine nüfuz eden T-tübüller adı verilen uzantıları boyunca hareket eder (aksiyon potansiyeli). Aksiyon potansiyeli T-tübül sistemi boyunca ilerleyerek dihidropiridin (DHP) reseptörlerini etkiler(2).

DHP reseptörleri, sarkoplazmik retikulum zarında bulunan riyanodin reseptörlerini etkileyerek sarkoplazmik kalsiyum kanallarının açılmasını ve hücre içine (sarkolemmaya) kalsiyumun serbestçe yayılmasını sağlar (3 ve 4). Serbest kalan kalsiyum troponin moleküllerine bağlanır (5). Bu reaksiyon troponin moleküllerinin yapısını değiştirir ve bağlı bulunduğu tropomiyozin iplikçiğinin bulunduğu yerden kaymasına yol açar (6). Tropomiyozinin kayması, aktin lifi üzerindeki miyozin bağlanma bögelerini açar ve böylece miyozin başları aktinlere bağlanarak kasılmayı başlatır (7).

Görüldüğü üzere kasılma ve hareket elektriksel yüke sahip iyonların etkileşimine bağlı olarak gerçekleşmektedir. Kalsiyum iyonu sadece hücre içerisindeki miyofilament aktivasyonunu tetiklemekte görevli değildir. Kalsiyum aynı zamanda, asetilkolin (ACh) kimyasallarının kasılma sürecini başlatan aktivasyonunu da tetiklemektedir.

Sürecin başına, yani aksiyon potansiyelinin akson boyunca ilerleyerek akson ucuna ulaştığı ana (1) dönecek olursak;

Akson ucu zarında bulunan voltaj-kapılı kanallar açılır ve sinaptik boşlukta yer alan serbest kalsiyum(Ca++) akson ucuna girer (2). İşte bu kalsiyum, normalde akson ucunda yer alan salgı keselerinde bulunan asetilekolin moleküllerinin sinaptik boşluğa salınmasını tetikler (3). Sinaptik boşluğun diğer yakasında yer alan ACh reseptörlerine bağlanan asetilkolinler, bu defa kas hücresi zarında (sarkolemma) bulunan kanalların açılmasına yol açar. Böylelikle ve hüçre içi/dışı konsantrayon farkından dolayı, hücre dışında bulunan sodyum (Na+) hücre içine girerken, hücre içinde bulunan bir miktar potasyum da (K+) hücre dışına çıkar (4). İyonların etkileşimi sonucu kas hücresi depolarize olmuş olur. Bu depolarizasyon aksiyon potansiyelinin kas hücresine aktarılmasına ve kas hücresi boyunca da (T-Tübüller vasıtasıyla) iletilmesini sağlar (5 ve 6). Yukarıda miyofilament düzeyinde özetlenen kasılma işleminin nörondan kas hücresine elektriksel yük transferi bu şekilde gerçekleşmektedir.

Diğer yandan, kas hücresi zarında (sarkolemma) bulunan bir enzim olan ACh-esteraz, ACh moleküllerini parçalayarak onların tekrar akson ucu tarafından geri alınmasını sağlar (7 ve 8) ve döngü tekrarlanır.

Kaynakça:

• Noakes, T. D. (2002). Lore of Running. Chapter 1, 3-23
• Gülmez, T. Mühendislik Biyolojisi. Bölüm 9
  Kas Fizyolojisi
• Hayvan Biyolojisi ve İnsan Destek ve Hareket Sistemi-Kaslar
• Çizgili Kasların Kasılma Mekanizması
• Andrew Huxley
• Neuron
• Axon
• Action Potential

The post Kasılmanın Elektriksel ve Biyokimyasal Evreleri first appeared on Acikkosu.com - Koşu Platformu.

Her uyartı tepkiye neden olmaz. Tepkinin oluşabilmesi için uyartının belirli bir şiddet eşiğinin üstünde olması gerekir.

Tepkiye, yani kasılma ve gevşemeye yol açan minimum uyartıya eşik şiddeti denir. Kaslar eşik şiddetinin altındaki uyartılara tepki göstermezken üzerindeki her uyartıya aynı tepkiyi gösterirler, tepkinin şiddeti değişmez. Bu tepkilere aksiyon potansiyeli denilmektedir. Her ne kadar kas hücrelerinin uyartıya verdiği tepki şiddeti değişmiyor olsa da, her kas hücresi, ya da telinin uyarılabilme eşiği farklıdır. Öncelikle daha düşük şiddette uyarılabilen kas teli tepki gösterir, giderek daha yüksek şiddette uyarılan teller tepki gösterilirler. Eşik şiddeti arttıkça tepki şiddeti de artar. Uyarılan bölgede uyarılacak başka kas teli kalmadığında ise uyartı şiddeti artsa da verilen tepki değişmez.

Kaslar uyartıya anında karşılık veremezler. Geçen süreye gizli evre adı verilir. Bu esnada aksiyon potansiyeli başlatılır ve kasılma gerçekleşir. Kasılmanın ardından da gevşeme sürecine girilir.

Yukarıdaki görselde kas sarsının evreleri gösterilmiştir.

Bazı durumlarda iki uyartı arasında yeterli süre geçmeyebilir. Yani, kasılmanın ardından kas yeterince gevşeyerek gelecek yeni uyartıya hazır hale gelememiş olabilir. Bu durumda kas tam olarak gevşemeden tekrar kasılmaya zorlanır. Buna “Fizyolojik Tetanoz” adı verilir, yaygın bilinen ismi ise kramptır.

Kas kasılması “Kayan Filamentler Modeli” ile açıklanmaktadır. Mikroskobik gözlem altında kas telciği (miyofibril) bantlaşmış bir görüntü sunar. Buna göre her sarkomer belirli bantlardan oluşur ve kasılma bu bantlar arasındaki etkileşim ile gerçekleşir. Aşağıdaki görsellerde sarkomer içinde yer alan bantları görebilirsiniz.

Bantlı model yaklaşımı pratik bir düşüncenin ürünüdür zira esasında ortada bant yoktur. Var olanlar ince ve kalın filametlerdir. Kasılma ve gevşeme sırasında ince filamentler birbirlerine doğru yaklaşıp uzaklaşırlar, kalın filamentler ise yer değiştirmezler. Ne var ki, dışarıdan bakan bir gözlemci bu olaylar gerçekleşirken kısalan, uzayan ve kaybolan, farklı renk tonlarındaki bantları görecektir. Zira, aktin proteinlerinin bulunduğu bölge ince yapıda olduğu için ışığı az kırar ve açık renkli görünür. Miyozin proteinlerinin bulunduğu filamentler ise kalındır ve ışığı çok kırar. Mikroskop altında koyu renkte görünür. Her iki filamentin üst üste geldiği bölgede ise ışık çok daha fazla kırılır ve en koyu renk tonu bu bölgede görülür.

Aşağıdaki görselde gevşeme ve kasılma esnasında filamentlerin davranışı gösterilmiştir.

Görselden de anlaşılacağı üzere ince filamentler, yani aktinler, gevşeme sırasında birbirlerinden uzaklaşırken, kasılma esnasında birbirlerine yaklaşırlar. Bu esnada kalın filamentler, miyozinler yer değiştirmezler.

Z çizgisi uç uca eklenen iki sarkomerin sınırını belirler. İnce filamentler bu çizgilere tutunurlar. İki Z çizgisi arasını sarkomer olarak adlandırabiliriz. Dediğim gibi bantlar, dışarıdan bakıldığında görülen çizgisel değişiklikle, farklı ren tonlarıyla ilişkilidir.kısaca üstünden geçecek olursak;

A bandı miyozinin boyunu tanımlar. Kasılma ve gevşeme esnasında ne miyozin ne de aktin filamentlerinin boyu değişir. Haliyle A bandının boyu da değişmez.

H bölgesi her iki ince filamentin, yani aktinlerin arasındaki mesafeyi ifade eder. Kasılma sırasında H bandı kısalarak kaybolurken gevşeme sırasında uzar.

I bandı sarkomerin sınırı olan dikey Z çizgisi ile kalın filamentin, yani miyozinin arasındaki mesafeyi ifade eder. I bandı kasılma sırasında kaybolur, gevşeme sırasında ortaya çıkar.

Tam kasılma sırasında sadece A bandını görebiliriz, diğer bantlar kaybolurlar.

Kasılma sırasında kasın boyu kısalırken, gevşeme sırasında uzar. Öte yandan hacim ve kütlesi değişmez. Haliyle kasılma sırasında enine genişleme gerçekleşir. Gevşeme sırasında ise kas incelir, genişliği azalır.

Kaynakça:

• Noakes, T. D. (2002). Lore of Running. Chapter 1, 3-23
• Gülmez, T. Mühendislik Biyolojisi. Bölüm 9
  Kas Fizyolojisi
• Hayvan Biyolojisi ve İnsan Destek ve Hareket Sistemi-Kaslar
• Çizgili Kasların Kasılma Mekanizması

The post Kasılma Mekanizmasına Giriş first appeared on Acikkosu.com - Koşu Platformu.