תרגול 5 שריר שלד ושריר חלק

התשובה הנכונה היא (2).

ראו את האיור בשאלה הבאה.

בתחילת מאמץ קצר ומהיר השריר צריך ATP מיד. לכן הוא משתמש קודם כל ב:

1. ATP שכבר נמצא בתא - מאגר קטן מאוד שמספיק לזמן קצר מאוד.
2. Creatine phosphate / Phosphocreatine - מאגר זמין מאוד בתא השריר, שמוסר פוספט ל־ADP וכך מחדש ATP במהירות.
3. גליקוליזה אנאירובית - נכנסת לפעולה אחרי השלב המיידי, כשהמאמץ נמשך.

בכיתה הודגש ש־ATP לא חשוב רק בשביל “לתת אנרגיה” לתנועת אקטין־מיוזין. הוא חשוב גם ל:

• cross-bridge cycling בין אקטין למיוזין
• SERCA, שמחזירה $\ce{Ca^{2+}}$ מהציטוזול אל ה־sarcoplasmic reticulum
• משאבת $\ce{Na+}/\ce{K+}$, ששומרת על מפלי היונים הדרושים לפוטנציאלי פעולה חוזרים

לכן ירידה בזמינות ATP פוגעת גם בכיווץ, גם בהרפיה וגם ביכולת להמשיך להפעיל את השריר שוב ושוב.

התשובה הנכונה היא (3).

במאמץ קצר ועוצמתי, הגוף מעדיף מקורות מהירים:

• ATP-PC - המערכת המיידית ביותר. היא זמינה כמעט מיד, אך צונחת מהר כי המאגר קטן.
• Anaerobic glycolysis - עולה לאחר מכן ומספקת ATP מהר יחסית, אך מוגבלת בפעילות רציפה.
• Oxidative system - מתחילה לאט יותר, אבל מתאימה יותר למאמץ ממושך.

חשוב: המערכות לא נדלקות ונכבות כמו מתגים. יש חפיפה ביניהן. הגוף עובר בהדרגה למערכת שמתאימה יותר למצב המטבולי.

למה הגליקוליזה יורדת אחרי שיא מסוים? בכיתה ההסבר היה:

1. פעילות אנאירובית מעלה יוני מימן ומורידה pH.
2. ירידת pH משנה פעילות של אנזימים.
3. אחד האנזימים החשובים הוא PFK-1, אנזים קובע־קצב בגליקוליזה.
4. כאשר PFK מעוכב, קצב הגליקוליזה יורד.

אם מפסיקים את הפעילות ונותנים מנוחה, הגוף יכול לפנות חלק מיוני המימן, ואז הגליקוליזה יכולה להתאושש. בפעילות רציפה ומאומצת היא תרד.

המערכת האוקסידטיבית מוגבלת בעיקר כשחסרים חמצן או סובסטרטים כמו פחמימות, שומנים וחלבונים.

התשובה הנכונה היא (2).

בשריר שלד, פוטנציאל הפעולה הוא רק תחילת הדרך. הוא חייב לגרום לשחרור $\ce{Ca^{2+}}$ מה־sarcoplasmic reticulum.

הסדר העקרוני הוא:

1. הנוירון המוטורי משחרר Acetylcholine ב־Neuromuscular Junction.
2. ACh נקשר לרצפטור ניקוטיני ב־motor end plate.
3. הרצפטור נפתח, יש כניסה משמעותית של $\ce{Na+}$ ונוצרת דה־פולריזציה.
4. פוטנציאל הפעולה מתקדם לאורך הסרקולמה ונכנס ל־T-tubules.
5. CaV1.1 מתפקד כחיישן מתח. שינוי המתח משנה את הקונפורמציה שלו.
6. CaV1.1 מחובר ל־RyR, ולכן השינוי בו פותח את RyR.
7. $\ce{Ca^{2+}}$ יוצא מה־SR ושוטף את הציטוזול.
8. $\ce{Ca^{2+}}$ נקשר ל־troponin C.
9. tropomyosin זז וחושף אתרי קישור למיוזין על האקטין.
10. נוצר cross-bridge cycle והתכווצות.

לכן חסימה של RyR לא אומרת שאין נתרן או שאין פוטנציאל פעולה. היא אומרת שהשלב של יציאת סידן מה־SR נחסם. בלי יציאת סידן אין חשיפה תקינה של אתרי הקישור, ולכן אין כיווץ תקין.

התשובה הנכונה היא (3).

SERCA היא משאבת סידן שמחזירה $\ce{Ca^{2+}}$ מהציטוזול אל ה־sarcoplasmic reticulum. זו משאבה שתלויה ב־ATP.

כשריכוז הסידן בציטוזול יורד:

• $\ce{Ca^{2+}}$ מתנתק מ־troponin
• tropomyosin חוזר לחסום את אתרי הקישור על האקטין
• cross-bridge cycling פוחת
• השריר עובר הרפיה

זו נקודה חשובה מהשיעור: ההתכווצות דורשת שחרור סידן, וההרפיה דורשת פינוי סידן. אם אין ATP, SERCA לא מחזירה סידן ביעילות ל־SR, ולכן הסידן נשאר בציטוזול.

זה גם מסביר את הרעיון של rigor mortis: לאחר מוות אין ייצור ATP תקין. הסידן לא מוחזר היטב ל־SR, ובנוסף ATP חסר גם לניתוק גשרי אקטין־מיוזין. לכן השריר נעשה נוקשה.

התשובה הנכונה היא (2).

מתח מקסימלי נוצר כשיש חפיפה מיטבית בין אקטין למיוזין.

אם הסרקומר קצר מדי:

• יש יותר מדי חפיפה בין הפילמנטים.
• המבנה המכני פחות יעיל.
• המיוזין כבר קרוב מדי למצב שבו “אין לו לאן למשוך”.
• יש פחות פוטנציאל למחזורי cross-bridge יעילים נוספים.

אם הסרקומר ארוך מדי:

• יש מעט מדי חפיפה בין אקטין למיוזין.
• פחות ראשי מיוזין יכולים להיקשר לאקטין.
• בקצה הקיצוני אין כמעט cross-bridges ולכן כמעט אין כוח.

לכן בגרף מתקבלת עקומה: כוח נמוך באורך קצר מדי, כוח מקסימלי באזור החפיפה המיטבית, וירידה בכוח כאשר הסרקומר נמתח יותר מדי.

התשובה הנכונה היא (1).

בשני המצבים הכוח יורד, אבל המנגנון שונה:

• סרקומר קצר מדי - יש חפיפה עודפת. הפילמנטים כבר נמצאים במצב צפוף מדי, ולכן היכולת להפיק עוד תנועה וכוח יורדת.
• סרקומר ארוך מדי - יש מעט מדי חפיפה. פחות ראשי מיוזין יכולים להיקשר לאקטין, ולכן מספר ה־cross-bridges יורד.

הנקודה החזקה היא באמצע: לא קצר מדי, לא ארוך מדי, אלא חפיפה מיטבית. בכיתה זה הוסבר דרך ניסיון להרים משקולת: קשה להתחיל גם ממצב מקוצר מדי וגם ממצב מתוח מדי; קל יותר כשחלק מהסרקומרים נמצאים באזור עבודה יעיל.

התשובה הנכונה היא (3).

בכיתה נעשתה הבחנה בין כמה סוגי כיווץ:

סוג כיווץ	מה קורה לשריר/מפרק	דוגמה
Isometric	השריר מפתח מתח, אבל אין שינוי באורך השריר או בזווית המפרק	מנסים להרים משקולת כבדה מדי והיא לא זזה
Concentric	השריר מתקצר וזווית המפרק משתנה בכיוון הפעולה	הרמת משקולת בכיפוף מרפק
Eccentric	השריר עדיין פעיל ומפתח מתח, אבל הוא מתארך תוך כדי שליטה בתנועה	הורדה איטית של משקולת

הטעות הנפוצה: לחשוב שב־isometric “אין כיווץ”. יש כיווץ ברמת הסרקומרים ויש מתח, אבל אין תנועה חיצונית ברורה ואין שינוי בזווית המפרק.

התשובה הנכונה היא (3).

Motor unit היא נוירון מוטורי וכל סיבי השריר שהוא מעצבב.

כדי לשלוט בכוח בצורה מדורגת, מערכת העצבים לא מפעילה מיד את כל השריר. בדרך כלל:

• עומס נמוך ← גיוס יחידות מוטוריות קטנות
• עומס בינוני ← גיוס יחידות נוספות
• עומס גבוה ← גיוס יחידות גדולות וחזקות יותר

העיקרון הזה מאפשר דיוק: אפשר להרים עיפרון בלי להפעיל את כל כוח השריר, אבל כשמרימים משקל כבד מגייסים יותר סיבים ויותר יחידות מוטוריות.

בכיתה הודגש שזה מתרחש בצורה אוטומטית יחסית: המוח ומערכות המשוב לא “חושבים מילולית” כמה יחידות לגייס, אלא מתאימים את הגיוס למאמץ ולמתח שמורגש במערכת.

התשובה הנכונה היא (2).

Type I הם סיבים איטיים ואוקסידטיביים:

• קצב התכווצות איטי יחסית
• יכולת אירובית גבוהה
• הרבה מיטוכונדריות
• יותר myoglobin ולכן מראה אדום יותר
• עמידות גבוהה לעייפות
• כוח מתפרץ נמוך יותר בהשוואה לסיבים מהירים

לכן הם חשובים במיוחד בפעילות סיבולת כמו ריצה למרחקים ארוכים.

לעומתם, Type IIx הם סיבים מהירים וגליקוליטיים: חזקים ומהירים יותר, אבל מתעייפים מהר.

התשובה הנכונה היא (1).

מאפיין	Type I	Type IIa	Type IIx
מטבוליזם עיקרי	אירובי	אירובי + אנאירובי	אנאירובי
עמידות לעייפות	גבוהה	בינונית	נמוכה
כוח מתפרץ	נמוך	בינוני־גבוה	גבוה
מהירות כיווץ	איטית	מהירה	מהירה מאוד
צבע אופייני	אדום יותר	ביניים	לבן/בהיר יותר
סיבים ביחידה מוטורית	מעט יחסית	בינוני	הרבה יחסית

במילים פשוטות: Type IIa הם “אמצע” בין סיב איטי עמיד לבין סיב מהיר מאוד ומתעייף. Type IIx מתאימים יותר לפעילות קצרה, חזקה ומהירה.

דרך זכירה מהשיעור: X = Explosive.

התשובה הנכונה היא (3).

פעילות סיבולת דורשת:

• אספקת ATP לאורך זמן
• מטבוליזם אירובי
• עמידות לעייפות

לכן היא מתאימה יותר לסיבי Type I.

פעילות כוח מתפרץ דורשת:

• פיתוח כוח גבוה בזמן קצר
• קצב התכווצות מהיר
• שימוש משמעותי במטבוליזם אנאירובי

לכן היא מתאימה יותר לסיבי Type II, במיוחד Type IIx ו־Type IIa.

בכיתה נאמר שיש כנראה גם מרכיב גנטי, אבל הדגש היה על התאמה לאימון: הגוף נוטה להתאים את עצמו לסוג הפעילות שהוא מבצע שוב ושוב.

התשובה הנכונה היא (1).

ב־Neuromuscular Junction, ACh הוא האות הכימי שמחבר בין הנוירון המוטורי לבין סיב השריר.

במצב תקין:

1. פוטנציאל פעולה מגיע לקצה הנוירון.
2. תעלות $\ce{Ca^{2+}}$ פרה־סינפטיות נפתחות.
3. כניסת סידן גורמת לשחרור ACh.
4. ACh נקשר לרצפטורים ניקוטיניים על ה־motor end plate.
5. נוצרת דה־פולריזציה שמובילה לפוטנציאל פעולה בשריר.
6. פוטנציאל הפעולה גורם לשחרור סידן מה־SR ולהתכווצות.

אם Botulinum toxin מונע שחרור ACh, כל השרשרת נקטעת כבר בשלב הראשון. לכן יש חולשה ואף שיתוק רפה. בהקשר קליני, פגיעה קשה יכולה להיות מסוכנת במיוחד אם שרירי הנשימה נפגעים.

התשובה הנכונה היא (3).

כאשר גירויים מגיעים בתדירות נמוכה, השריר מספיק להתכווץ ואז להירפות לפני הגירוי הבא. זה נראה כמו single twitch.

כאשר התדירות עולה:

• הגירוי הבא מגיע לפני הרפיה מלאה.
• ריכוז הסידן בציטוזול נשאר גבוה יותר.
• יותר cross-bridges יכולים להמשיך לפעול.
• הכוח המצטבר גבוה יותר.

בכיתה הודגש שהאות החשמלי קודם לכיווץ: קודם יש פוטנציאל פעולה, אחר כך יציאת סידן, ורק אחר כך העלייה במתח המכני.

ב־unfused tetanus יש התכווצות מתמשכת עם הרפיות חלקיות בין הגירויים.

ב־fused tetanus כמעט אין הרפיה בין הגירויים, ולכן מתקבלת התכווצות חזקה ומתמשכת.

התשובה הנכונה היא (2).

בשריר שלד, מחזור ה־cross-bridge תלוי ב־ATP:

1. מיוזין קשור לאקטין
2. קישור ATP למיוזין גורם לניתוק מיוזין מאקטין
3. ATP מתפרק ל־ADP ו־$\ce{Pi}$, וראש המיוזין “נטען” למצב מתאים לפעולה
4. שחרור $\ce{Pi}$ ו־ADP קשור ל־power stroke ולחזרה למחזור נוסף

זה תהליך מהיר יחסית. בשריר שלד אין שלב ביניים של הפעלת MLCK שמאט את מחזור ה־Cross bridge.

בשריר חלק, לעומת זאת, הסידן נקשר לקלמודולין, מפעיל את MLCK וגורם לזרחון מיוזין, ולכן הכיווץ איטי ומדורג יותר.

התשובה הנכונה היא (2).

בשריר שלד:

• $\ce{Ca^{2+}}$ נקשר ל־troponin C
• tropomyosin זז
• אתרי הקישור על אקטין נחשפים
• מיוזין נקשר לאקטין

זהו מנגנון שמווסת בעיקר את הפילמנט הדק.

בשריר חלק:

• $\ce{Ca^{2+}}$ נקשר ל־calmodulin
• קומפלקס $\ce{Ca^{2+}}$-calmodulin מפעיל MLCK
• MLCK מזרחן את השרשרת הקלה של מיוזין
• מיוזין מזורחן יכול להיקשר לאקטין ולפתח כוח

לכן בשריר חלק הבקרה היא בעיקר על הפילמנט העבה, כלומר על המיוזין.

המשמעות הפיזיולוגית: בשריר שלד התגובה מהירה יותר; בשריר חלק הוספת שלבי calmodulin ו־MLCK הופכת את הפעולה לאיטית ומדורגת יותר.

התשובה הנכונה היא (2).

בשריר חלק, עלייה ב־$\ce{Ca^{2+}}$ תוך־תאי יכולה להתרחש בכמה דרכים:

• כניסת סידן מהנוזל החוץ־תאי דרך תעלות בממברנה.
• שחרור סידן מה־sarcoplasmic reticulum.
• תגובה לגירוי חשמלי, הורמונלי או כימי.
• מעבר אותות בין תאים דרך gap junctions, בעיקר בשריר חלק מסוג single-unit.

זה שונה משריר שלד, שבו ההתכווצות נשענת בעיקר על שחרור סידן ממאגרים תוך־תאיים ב־SR דרך מנגנון ה־T-tubule/RyR.

התשובה הנכונה היא (2).

ב־single-unit smooth muscle, תאים רבים מחוברים ביניהם דרך gap junctions. לכן דה־פולריזציה או שינוי חשמלי בתא אחד יכולים להתפשט לתאים שכנים.

זה חשוב במיוחד באיברים חלולים כמו מערכת העיכול, שבהם צריך התכווצות מתואמת של אזור שלם. בכיתה זה חובר לרעיון של פריסטלטיקה: אין כיווץ אחיד של כל המעי בבת אחת, אלא גל מתואם של כיווץ.

לכן שריר חלק כזה יכול להמשיך להראות פעילות קצבית גם אם חלק מהעצבוב נחתך, כי הוא אינו תלוי רק בפקודה סומטית נקודתית כמו שריר שלד.

התשובה הנכונה היא (2).

ב־multiunit smooth muscle, השליטה נוטה להיות יותר מקומית ומדויקת. כל תא או קבוצת תאים קטנה יכולה להגיב באופן עצמאי יחסית, ויש פחות coupling חשמלי בין כל התאים.

לעומת זאת, ב־single-unit smooth muscle יש יותר gap junctions ולכן התגובה מתפשטת בין תאים רבים.

באופן כללי:

מאפיין	Single-unit	Multiunit
Gap junctions	הרבה	מעט יחסית
תגובה	מתואמת כאזור	מקומית ועדינה יותר
דוגמה טיפוסית	מערכת העיכול, רחם, איברים חלולים	שריר חלק בעין, למשל שליטה בקוטר האישון
שליטה	קוצב פנימי, עצבית, הורמונלית ומקומית	בעיקר שליטה עצבית מדויקת יותר

בכיתה הודגש שההבדל חשוב כי במעי רוצים גל תנועה מתואם, ואילו בעין רוצים כיווץ עדין ומדויק יותר.

התשובה הנכונה היא (2).

בשריר שלד יש Neuromuscular Junction מאוד מסודרת: קצה נוירון מוטורי מול motor end plate.

בשריר חלק, העצבוב האוטונומי פחות נקודתי. לאורך האקסון יש varicosities, אזורים תפוחים עם וזיקולות נוירוטרנסמיטר.

כאשר משתחרר נוירוטרנסמיטר מה־varicosities, הוא יכול להתפזר ולהשפיע על כמה תאי שריר חלק סמוכים. זה מתאים לאופי הפעולה של שריר חלק, שבו לעיתים צריך תגובה אזורית, איטית ומדורגת יותר.

התשובה הנכונה היא (2).

Pharmacomechanical coupling הוא מצב שבו חומר כימי, הורמון או תרופה משנה את כוח ההתכווצות של שריר חלק בלי שינוי גדול במתח הממברנה.

כלומר, הכוח לא חייב להשתנות רק דרך פוטנציאל פעולה. בשריר חלק אפשר להשפיע על ההתכווצות גם דרך מסלולי אותות תוך־תאיים, למשל כאלה שמעלים $\ce{Ca^{2+}}$, משנים פעילות MLCK/MLCP, או משנים את רגישות המערכת לסידן.

לעומת זאת, electromechanical coupling הוא מצב שבו שינוי במתח הממברנה מוביל לשינוי בכוח. גם כאן בשריר חלק התגובה יכולה להיות מדורגת: לא תמיד חייבים להגיע לפוטנציאל פעולה מלא כדי לקבל שינוי מסוים בכיווץ.

זו אחת הסיבות לכך ששריר חלק יכול להגיב להורמונים, מתווכים מקומיים ותרופות גם ללא גירוי עצבי סומטי ישיר.

התשובה הנכונה היא (2).

MLCK, כלומר Myosin Light Chain Kinase, מזרחן את השרשרת הקלה של מיוזין בשריר חלק.

השלבים:

1. $\ce{Ca^{2+}}$ עולה בציטוזול.
2. $\ce{Ca^{2+}}$ נקשר ל־calmodulin.
3. קומפלקס $\ce{Ca^{2+}}$-calmodulin מפעיל MLCK.
4. MLCK מזרחן את מיוזין.
5. מיוזין מזורחן יכול להיקשר לאקטין ולעבור cross-bridge cycling.

האנזים הנגדי הוא MLCP, כלומר Myosin Light Chain Phosphatase. הוא מסיר את הפוספט מהמיוזין ותורם להרפיה או למעבר למצב latch, תלוי באיזה שלב מוסר הפוספט.

הנקודה של השיעור: בשריר חלק יש עוד “שער בקרה” בדרך לכיווץ. לכן הכיווץ איטי יותר משריר שלד, אבל מאפשר שליטה ממושכת וחסכונית יותר.

התשובה הנכונה היא (2).

MLCP הוא האנזים שמסיר פוספט מהשרשרת הקלה של מיוזין. כאשר MLCP פעיל, פחות מיוזין נשאר מזורחן.

אם Rho kinase מעכב את MLCP, אז:

• פחות פוספט מוסר ממיוזין.
• יותר מיוזין נשאר במצב מזורחן.
• היכולת לשמור על כיווץ עולה.

זו דרך שבה שריר חלק יכול להגביר כוח או לשמור על טונוס גם בלי שינוי גדול בריכוז הסידן עצמו. בכיתה זה הוצג כחלק מהיכולת של שריר חלק לבצע פעילות ממושכת, למשל במערכת העיכול או בכלי דם.

התשובה הנכונה היא (2).

Latch mechanism מאפשר לשריר חלק לשמור על כיווץ ממושך תוך צריכת אנרגיה נמוכה.

הרעיון:

• $\ce{Ca^{2+}}$ מפעיל calmodulin
• calmodulin מפעיל MLCK
• MLCK מזרחן מיוזין ומאפשר התחלת כיווץ
• אם MLCP מסיר את הפוספט בזמן שהמיוזין עדיין קשור לאקטין, הגשר יכול להישאר קשור זמן רב
• קצב הניתוק והמחזור יורד
• לכן אפשר לשמור מתח עם פחות מחזורי ATPase ליחידת זמן

זה מתאים במיוחד לשריר חלק טוני, למשל בכלי דם, בספינקטרים ובאיברים שצריכים לשמור מתח לאורך זמן.

התשובה הנכונה היא (2).

צריכת ATP גבוהה כאשר גשרי אקטין־מיוזין עוברים מחזורים מהירים של:

1. קישור
2. power stroke
3. ניתוק בעזרת ATP
4. טעינה מחדש של ראש המיוזין

ב־latch state, קצב המחזור יורד. הגשרים נשארים קשורים למשך זמן ארוך יותר, ולכן השריר שומר על כוח בלי לבצע הרבה מחזורי ATPase בזמן קצר.

בכיתה זה הוסבר כך: בשריר שלד אין “תחנת ביניים” משמעותית שמאטה את התהליך; בשריר חלק הפוספט, MLCK ו־MLCP מוסיפים שלבי בקרה, ולכן הניתוק יכול להיות איטי יותר. הכוח נשמר, אבל העלות האנרגטית יורדת.

התשובה הנכונה היא (2).

Stress-relaxation היא תכונה של רקמות ביולוגיות, ובעיקר איברים חלולים עם שריר חלק.

כאשר מעלים בפתאומיות את הנפח:

• בתחילה הלחץ או המתח עולים.
• השריר והרקמה מרגישים את העלייה במתח.
• חלק מקשרי האקטין־מיוזין משתחררים או מחליקים מעט ביחס למצב הקודם.
• לאחר זמן, באותו נפח, המתח בדופן יורד.
• לכן הלחץ הפנימי יורד למרות שהנפח נשאר קבוע.

זה שונה מקפיץ אידיאלי, שבו אם מותחים אותו לאורך קבוע, המתח נשאר קבוע.

התשובה הנכונה היא (2).

באיברים חלולים, חשוב לאפשר מילוי בלי עלייה חדה ומסוכנת בלחץ.

לדוגמה, בשלפוחית השתן:

• נפח השתן עולה.
• בהתחלה הלחץ עולה.
• לאחר התאמה של השריר החלק, הלחץ יורד או נשאר נמוך יחסית למרות העלייה בנפח.
• כך השלפוחית יכולה להמשיך להתמלא בלי “להתעייף” מהר ובלי לייצר לחץ גבוה מדי.

אותו עיקרון חשוב גם בקיבה: לאחר כניסת נפח גדול יותר, הלחץ לא נשאר גבוה באותה מידה, ולכן האיבר יכול להכיל יותר תוכן בלי עלייה חדה ומתמשכת בלחץ.

בגרף השוואתי, קפיץ שומר על מתח כמעט קבוע לאחר מתיחה, האאורטה מראה ירידה קטנה במתח, והשלפוחית מראה ירידה גדולה יותר - כלומר stress-relaxation משמעותי יותר.