Düz Kas Fizyolojisi

Prof.Dr. Asuman Gölgeli

Amaçımız;

• Düz kası tanımlanması, Çizgili kasla karşılaştırılması,

• Kontraktil aktivitenin kontrolunun özellikle vurgulanması,

I. DÜZ KASIN YAPISAL ÖZELLİKLERİ

Düz kasın büyüklüğü ve şekli

• İğ (mekik) şeklinde hücreler

• Kalp kası ve iskelet kasına göre oldukça küçük– 2-5 m genişliğinde– 50-200 m uzunluğunda

Ş eki l 1. D ü z kasın yapısıŞ eki l 1. D ü z kasın yapısı

İ n cefi lam en t

A ra fi lam en tl er

K al ınfi lam en t

Y o ğ u n ci sim cik

M ek an ikb i r l eşm e

G apJ u n cti o n

B o y u n ak esi t

E n in e k esi t

Kontraktil kısım

• Sarkomer yok (bunun için düz kas deniliyor).– miyozin (kalın filament) var– aktin (ince filament) var– Aktin ve miyozinin düzenli hekzagonal

organizasyonu yok – Aktin/miyozin oranı: düz kasta daha fazla

(10:1) , iskelet kasında (2:1).

Ara Filamentler

• Cytoskeletal elementleri var, kasılma sırasında hücrenin omurgasını oluştururlar.

• Desmin ve vimentin iki ayrı iskelet proteinidir.

Yoğun Cisimcikler

• İnce filamenti oluşturan aktin proteini için tutunma görevi görür

• Çizgili kastaki Z-çizgilerinin analogudur

• Actinin proteinini içerir

• Dense zones. Komşu düz kas hücrelerinin birbirine bağlandığı mekanik kavşaklardır

Gap Junctions

• Birbirine komşu iki düz kas hücresi arasında direk elektriksel haberleşmeyi sağlar.

• Gap junction yoğunluğu dokudan dokuya değişir.

T-tubul ve terminal sisterna sistemleri yoktur.

• Düz kasın boyutları küçüktür

• Çoğu düz kas kasılmak için aksiyon potansiyeline ihtiyaç duymaz.

Sarkoplazmik retikulum oldukça azdır.

• Kasılmak için ekstrasellüler Ca++ kaynağı kullanılır.

• karşılastırılınca:– Kalp kası (kısmi- bağımlı)– İskelet kası (önemsiz derecede bağımlı).

Tropomiyozin-tropomiyozin kompleksi

• Düz kas aktin flamentinde tropomiyozin vardır ama;– Fonksiyonel olarak rolü varsa da tam

bilinmememektedir.

• Troponin yoktur– Böylece, Troponin-I düz kasta çapraz köprü

siklüsünü inhibe etmez

Şekil 2.Miyozinin yapısı

Miyozin hafif zincirleri

Miyozin ağır zincir başı

Miyozin ağır zincir kuyruğu

Miyozin hafif Zincirleri

• Düz kasta regulatör rol oynar

• “Miyozinin hafif zincirlerini” ,

“Hafif meromiyozin “ ile karıştırmayınız

II. DÜZ KASLARIN SINIFLANDIRILMASI

TEK ÜNİTELİ (VİSSERAL) VE ÇOK UNİTELİ.

Düz Kas İnnervasyonu

• Otonom sinir sistemi tarafından innerve edilir

• Kastan biraz uzakta sinir sonlanmaları yer alır

• Özelleşmiş sinir-kas kavşakları yoktur

Düz kas tipleri

• “Tek üniteli” single unit

• “Çok üniteli” multi unit

Tek üniteli düz kaslar

• Uniter ( unitary) veya visseral (visceral) düz kaslar da denir.

• Sinsitial ( syncytial) tarzda kasılır.

• Tek üniteli düz kaslar:– Hücreler arasında çok sayıda gap junction

bulundururlar.– Relatif olarak seyrek innervasyon gösterirler

Tek üniteli düz kas içeren organlar

• İnce barsaklar• Kolon• Mesane• Ureterler• Uterus (myometriyum)• Lenf damarları• Küçük arterioller

Şekil 3. Tek Üniteli düz kas

Tek Üniteli Düz kasSinir

mV

Kuvvet

Elektriksel Özellikleri;Tek Üniteli düz kas

• Yavaş dalga Potansiyelleri (Slow Wave Potentials): bazan kasılmaya neden olur bazan da olmaz

• Aksiyon Potansiyelleri (hep veya hiç) Spaykları oluştuğunda genellikle kasılmada olur

Mekanik Özellikleri:Tek Üniteli düz kas

• Plastisite (Plasticity) . (aynı zamanda “stress relaxation” da denir)– Yavaş germek --> uzama – örneğin.: mesane kapasitesi artar, basınç artışı

• Gerilme kasılmayı başlatır.– Hızlı gerilme depolarizasyona, o da kasılmaya

neden olur

Multi Unit düz kaslar

• Herbir düz kas hücresi kendi başına çalışır (iskelet kasları gibi).

• Hücreler arasında gap junction azdır

• Visseral düz kaslara göre daha fazla innervasyon oranına sahiptirler

Multiunit düz kas içeren organlar

• Silyar kas

• İris kası

• Trakeal kas

• Bronşial kas

• GI sfinkterleri

• Vas Deferens

• Büyük kan damarları?

Şekil 4. Multiünit düz kas

Multiunit SinirmV

kuvvet

Elektriksel özellikleri:Multiünit düz kas

• Multiünit düz kasın membran potansiyeli stabildir

• Kasılması için uyarıldığında aksiyon potansiyelleri oluşturmazlar.

Mekanik özellikleri:Multiünit düz kaslar

• Tonus: sabit ve stabil düşük seviyede kasılma– Örnekler. Kan damarları ve GI sfinkterleri.

• Tonus intrensek özelliğidir, sinirlere bağlı değildir• Tonus modifiye olabilir:

• Sinirler

• Hormonlar

• ilaçlar

Düz kas tiplerinin hormonal modifikasyonu

• Hamilelik sırasında yüksek progesteron– Myometrial düz kaslarda gap junction sayısını

azaltır – Myometrium daha çok innervasyon almayan

multiunit düz kaslar gibi davranır– Uterus miyometriuma göre dinlenimde kalır.

Düz kas tiplerinin hormonal modifikasyonu.

• Yükselmiş östrojen seviyesi:– Düz kas hipertrofisine neden olur– Gap Jounction sayısını artırır– Myometrial düz kas daha çok tek üniteli düz

kas gibi davranır• Doğuma önemli katkı sağlar

III. Düz kasda aktin- miyozin etkileşmesi çizgili kastan farklı

şekilde kontrol edilir

Şeki,l 5. Düz kas kontrolu

cAMP-PKAaktif

MLCKinaktif

Ca4++- Calmodulin

Actin + Myosin Actin + Myosin-LCP-ATP

Myosin Light ChainPhosphatase

Ca4++-Calmodulin-MLCKaktif

Çapraz Köprüsiklusu

Güç vuruşu

ADP + Pi

ATP

Actin-Myosin-LCP-ADP-P

(relaks) Başın ayrılmasıBaşın 900 eğilmesi

MLCK-Pİnaktif veCa++-Calmodulinetkisiz

cAMP (Düz kas gevşer)Ca++

+ Calmodulin

(Düz kas kasılır)

ATP

Düz kas kontrolunun özeti

• Yüksek [Ca++]i kasılmayı tetikler

– Ca-calmodulin-MLCK miyozini fosforiller

• Düşük intrasellüler kalsiyum gevşeme ile birlikte olur

• Kontrolu çizgili kasdan farklıdır:– Actin-tropomiyozin-troponin kompleksi ile

değil sadece miyozin ile kontrol edilir.

MLCK/MLCPAktivite oranı yüksek -->Kasılma

Yüksek Ca++ MLCK aktivitesini artırarak

kasılmaya neden olur Yüksek cAMP, [MLCK] azalması ile

gevşemeye neden olur ? MLCP aktivitesinin değişmesi ile kontrol

– artmış Phosphatase C aktivitesi --> gevşeme– azalmış Phosphatase C activity --> kasılma

Hızlı çapraz köprü siklusu çizgili kastakine benzer

• ATP miyozin başına bağlanır– Aktinden miyozinin ayrılması için enerji sağlar– Miyozin başını yeniden kaldırmak için enerji

sağlar.

• Myosin başı spontan olarak yeni bir aktin bölgesine bağlanır

• Güç vuruşu: önceki siklustan ADP-P sunulması ile oluşur

Düz kas kasılması için minimum şart

• Miyozin hafif zincirinin fosforilasyonu

• ATP gerekir:– myosin hafif zincirlerini fosforlamak için – Hızlı çapraz köprü siklusunu devam ettirmek

için• Herbiri bir ATP hidrolizi ile olan bir

miyozin hafif zincir fosforilasyonunun oluştuğu birden fazla çapraz köprü siklusları vardır.

Düz kas kilitlenme durumu

• Verim düşük – ATP kontrol için gerekir (hafif zincir

fosforilasyonu) – ATP çapraz köprü siklusu için gerekir.

• Ekonomi yüksek:– Kısalma olmadan : tonus devam ettirilir

(kuvvet) minimum ATP harcanarak.– Buna; “kilitlenme durumu”denir.

Şekil 6. Düz kasın kilitlenme durumu

Actin + Myosin Actin + MyosinP-ATP

Myosin Light ChainPhosphatase

Ca4++-Calmodulin-MLCKaktif

Çapraz Köprü

Siklusu

Güç vuruşu

ADP + Pi

ATP

Actin-MyosinP-ADP-P

(Gevşeme)Başın ayrılması

Başın 90 yeniden kalkması

Uyarma

(Kilitlenme)

Yavaş ayrılma

Phosphatase

+

(düşük ATPaz aktivitesi)

(yüksel ATPaz aktivitesi)

ATP

Actin-Myosin-ADP-P

Düz kasın gevşemesi

• Düşük intraselluler [Ca++].

• Kalsiyumun hücreden çıkarılması– 3Na+/Ca++ değiştokuşu– Sarcolemmal Ca++ATPase

• sarcoplasmic reticulum tarafından geri alınımı– SR Ca++ ATPase.

IV. DÜZ KASDA KONTRAKSİYON SİNYALİ

Dinlenim membran potansiyeli

• Daha pozitif (belki -55 mV) Na+ sızmasının yüksek olmasından dolayı.

• İçeri Ca++ akımı– ekstraselluler [Ca++] = 10-3 M– intraselluler [Ca++] = 10-7 M

Düz kasın kasılması

• Armış intraselluler [Ca++]gerekir:

• Voltaj-kapılı [Ca++] kanalları– Aksiyon potansiyelini aktive eder veya,– Lokal dereceli potansiyelleri aktive eder

• Ligant-kapılı [Ca++] kanalları

Düz kasda Voltaj-kapılı kanallar

• Düz kas az sayıda voltaj-kapılı (hızlı ) Na+ kanalları içerir.

• Başlıca depolarizasyon akımı Ca++ kanalları ile oluşur– L-type (uzun etkili)– T-type (kısa süreli)

L-Tipi (Yavaş) Ca++ Kanalları.

• Yavaş açılır, yavaş kapanırlar.

• “Ca++-kanal blokörleri” ile etkilenirler.

• Daha pozitif Em de açılırlar.

T-Tipi (hızlı) Ca++ Kanalları.

• Hızlı açılır, hızlı kapanırlar.

• Ca++ kanal blokörleri ile bloklanmazlar.

• Hızlı içe akış --> SR den , Ca++-indüklenen Ca++ salınımına neden olur.

Düz kasda potasyum kanalları

• İçte düzeltici K+-kanalları (IK1 veya IKrec)

• Geçiktiriçi-düzeltici K+ kanalları (IK).

İçte düzeltici potasyum kanalları (IK1 veya IKrec)

• Dinlenim membran potansiyelinde açılır

• Yüksek basal membran K+ geçirgenliğine neden olur

• Membran depolarize olduğunda hızla kapanır.

Geçikmiş-düzeltici K+ kanalları (IK).

• Depolarizasyon sırasında açılır:– Voltaj-bağımlıdır

– Zaman-geçikme biçimlidir.

• Potasyum çıkışına neden olur:– Aksiyon potansiyellerinin repolarizasyon fazı

– Büyük dereceli depolarizasyonu takiben geçikmiş hiperpolarizasyona neden olur

• Hiperpolarizasyon --> L-tipi Ca++ kanalları kapanır --> gevşeme

Reseptör-aracılıklı iyon kanalları

• Kasılma veya gevşemeye neden olan sekonder olarak açılan veya kapanan voltaj-bağımlı Ca++ kanallarıdır

• İkinci haberciler aracılığla kontraktil mekanizmayı direk etkiler

Ligand -aracılıklı G-Protein bağımlı K-kanalları.

• Muskarinik reseptörler ve muhtemelen adenosin reseptörleri aracılığla.

• Potasyum çıkışı hiperpolarizasyona neden olur

• Yavaş L-tipi Ca++ kanalları kapanır

• Kas gevşemesi meydana gelir.