Objectives : นักศึกษาสามารถอธิบาย
Muscles
ชนิดของกลามเนือ้ ได
„ กายวิภาคศาสตรของกลามเนือ
้ ได
„ Neuromuscular junction ได
„ ขั้นตอนการทํางานของกลามเนือ
้ โครงรางได
„ Sliding filament mechanism
„ Motor unit ได
„
รศ.ดร.นพ. ชัยเลิศ พิชิตพรชัย
ภาควิชาสรีรวิทยา
คณะแพทยศาสตรศิริราชพยาบาล
Courseware/Webboard: http://www.ps.si.mahidol.ac.th
Muscle Physiology
Objectives : นักศึกษาสามารถอธิบาย
Factors Affecting Muscle Tension/Contraction
„ ชนิดของกลามเนือ
้ โครงราง
„ การเปลี่ยนแปลงทางเคมีและแหลงพลังงาน & Oxygen Debt
„ คุณสมบัติเชิงกลของกลามเนือ
้
„ Muscle Fatigue
„ Electromyography (EMG)
„ คลินิกสัมพันธ
Chailerd Pichitpornchai
2
ชนิดของกลามเนื้อ
„
Muscle Physiology
Chailerd Pichitpornchai
3
1. กลามเนือ้ โครงราง (Skeletal muscle)
2. กลามเนือ้ หัวใจ (Cardiac muscle)
3. กลามเนือ้ เรียบ (Smooth muscle)
Muscle Physiology
Chailerd Pichitpornchai
4
Muscle cell / Muscle fiber
Thick filament (Myosin )
Thin filament (Actin)
Muscle Physiology
Chailerd Pichitpornchai
Contractile protein
5
Muscle Physiology
Chailerd Pichitpornchai
6
โครงสรางและการทํางานของ Neuromuscular
junction
โครงสรางภายในเซลลกลามเนื้อโครงราง
Muscle Physiology
Chailerd Pichitpornchai
7
Muscle Physiology
Chailerd Pichitpornchai
8
สรุปขั้นตอนการทํางานของกลามเนื้อโครงราง
1. ประสาทมอเตอรจากสมองสั่งการใหกลามเนือ้ หดตัว ทําให
เกิด action potential (AP) ในเซลลประสาท
2. AP ถูกสงมายังปลายประสาท ทําใหสารสื่อประสาท
(neurotransmitter) ชื่อ acetylcholine (ACh) หลั่งออกสู
neuromuscular junction หรือ motor end plate (MEP)
3. ACh กระตุน MEP ทําใหเกิด local potential รวมกันจนแรง
พอใหเกิด AP บนผิวเซลลกลามเนือ้
Muscle Physiology
Chailerd Pichitpornchai
9
สรุปขั้นตอนการทํางานของกลามเนื้อโครงราง
4. AP แพรไปตาม Transverse tubule (T-tubule) กระตุน ให SR
หลั่ง calcium ions ออกสู cytoplasm
5. Calcium ions ไปกระตุน ให myosin จับกับ active site ของ
actin ทําใหเกิดการหดตัวของกลามเนือ้ ที่เรียกวา crossbridge
cycle (จับ-ดึง-ปลอย) เกิดขึ้น
Muscle Physiology
Chailerd Pichitpornchai
11
Muscle Physiology
Chailerd Pichitpornchai
10
Sliding filament mechanism
„
„
„
Acto-myosin complex & Crossbridge cycle
การหดตัวของกลามเนื้อโครงรางอาศัย
„ พลังงาน ATP, Creatine Phosphate, Glucose, Glycogen
„ Calcium ions จาก Sarcoplasmic Reticulum (SR)
การคลายตัวของกลามเนื้อโครงรางอาศัย
„ การปม Calcium ions คืนสู SR อาศัย ATP
„ พลังงาน ATP ในการทําใหหัว crossbridge ปลอยออกจาก actin
Muscle Physiology
Chailerd Pichitpornchai
12
Motor Unit
„
„
„
„
„
Excitation-Contraction Coupling
AP in Motor Nerve
1 motor N. Æ a number of M. fibers
Motor Unit ขนาดเล็ก ทํางานละเอียด
Motor Unit ขนาดใหญ ทํางานหยาบ
Muscle contraction:
„ Muscle twitch หรือ Whole muscle contraction
Excitation-contraction coupling
„ Nerve impulse Æ Muscle contraction
Muscle Physiology
Chailerd Pichitpornchai
EPP at MEP or NMJ
Excitation of Muscle
AP in Muscle
13
Muscle Physiology
...
[Troponin C]
Muscle Contraction
Chailerd Pichitpornchai
14
Factors Affecting Muscle Tension/Contraction
1. Frequency of Stimulation
1. Frequency of stimulation (ความถี่ของตัวกระตุน )
Æ Temporal Summation
2. Number of motor units recruited (ความแรงของตัวกระตุน )
Æ Multiple Fibers (Size) Summation
3. Degree of muscle stretch (ความยาวเริ่มตนของ m.)
Increase frequency over time
„ Others - fixed
Æ Temporal Summation or Tetanic Contraction (Tetanus)
1. Incomplete tetanus Æ Relaxation
2. Complete tetanus Æ No relaxation
Muscle Physiology
Muscle Physiology
Chailerd Pichitpornchai
15
1. Frequency
of Stimulation
1
„
Fatigue
Increase frequency2over time
„ Others - fixed
Æ Temporal Summation or Tetanic Contraction (Tetanus)
1. Incomplete tetanus Æ Relaxation
2. Complete tetanus Æ No relaxation
Increase stimulus strength
„ Increase number of motor units at once
„
„
17
[ADAM Contraction of whole muscle P-12-14]
3. Degree of Muscle Stretch
Initial Length
„ Length-Tension Relationship
„
„
Chailerd Pichitpornchai
16
2. Multiple Fiber Summation
„
Muscle Physiology
Chailerd Pichitpornchai
[ADAM Contraction of whole muscle P-16]
Muscle Physiology
Chailerd Pichitpornchai
18
ชนิดของกลามเนื้อโครงราง
„
„
[ADAM Muscle Metabolism P-25-29]
Muscle Physiology
Slow fiber / Red fiber
„ Myoglobin, Oxydative
Enzyme, Mitochondria
„ Tonic contraction
„ Posture, Respiration
Fast fiber / White fiber
„ Glycogen,
Glycolytic Enzyme
„ Phasic contraction
„ Delicate work
Chailerd Pichitpornchai
19
Muscle Physiology
Chailerd Pichitpornchai
20
21
Muscle Physiology
Chailerd Pichitpornchai
22
การเปลี่ยนแปลงทางเคมีและแหลงพลังงาน
1. Phosphorylation
1.1 Creatine Phosphate (CP) : Creatine Phosphokinase
1.2 Adenosine Triphosphate (ATP) : ATPase
„ 2. Glycolysis : Glycogen, Glucose
2.1 Aerobic Respiration
2.2 Anaerobic Respiration
„
„
[ADAM Muscle metabolism P-7-15]
Muscle Physiology
Chailerd Pichitpornchai
Oxygen Debt
„
คุณสมบัติเชิงกลของกลามเนื้อ
ปริมาณออกซิเจนที่รางกายใชเพื่อ
„ กําจัด lactic acid
„ สะสม CP & ATP
„ สราง Glycogen
„ เติมออกซิเจนคืนใหแก myoglobin
Muscle Physiology
Chailerd Pichitpornchai
Contractile element : thick and thin filaments
„ Elastic element
„ Series elastic element
Contractile
Element
„ Parallel elastic element
„
Parallel
Elastic
Element
Series
Elastic
Element
23
Muscle Physiology
Chailerd Pichitpornchai
24
Muscle Contraction
Muscle Contraction
1. Isometric Contraction
1. Isometric Contraction
2. Isotonic Contraction
2. Isotonic Contraction
Isometric
Contraction
Muscle Physiology
Isotonic
Contraction
Chailerd Pichitpornchai
Isometric
Contraction
25
Muscle Physiology
Isotonic
Contraction
Chailerd Pichitpornchai
26
1
2
Muscle Fatigue
Fatigue
Electromyography (EMG)
1. Muscle Fatigue (at Muscle itself)
„ Waste product ↑ : Lactic acid, CO2
„ Nutrients & O2 ↓
2. Synaptic Fatigue (at NMJ or MEP)
„ ACh ↓ at Motor end plate
3. Central Fatigue (at CNS)
Muscle Physiology
Chailerd Pichitpornchai
การบันทึกสัญญาณทางไฟฟาของกลามเนือ้
„ ดู Recruitment of motor units
„ Graded response
Biceps
„ Skin electrodes
„ Needle electrodes
„
Triceps
27
Muscle Physiology
Chailerd Pichitpornchai
คลินิกสัมพันธ
Motor Neuron Diseases
Skeletal Muscle Tone Abnormalities
Æ Motor Neuron Diseases
„ Muscle Hypertrophy
„ Muscle Atrophy
„ Muscle Denervation
„ Macromotor Unit
„ Motor End Plate Paralysis
Upper Motor Neuron
„ Hypertonia
„ Hyperreflexia
„ Disused Atrophy
„ Spastic Paralysis
„
Muscle Physiology
Chailerd Pichitpornchai
29
Muscle Physiology
28
Lower Motor Neuron
„ Hypotonia / Atonia
„ Hyporeflexia / Areflexia
„ Denervation Atrophy
„ Flaccid Paralysis
Chailerd Pichitpornchai
30
Muscle Hypertrophy
Muscle Atrophy
Heavy exercise 6-10 weeks
„ Actin & Myosin ↑
„ Glycolytic enz. & Blood vv. ↑
„ Force of muscle contraction ↑
„ No hyperplasia in human
กลามเนือ้ ฝอ
„ Denervation Atrophy
„ Disused Atrophy
„
Muscle Physiology
Chailerd Pichitpornchai
„
31
Muscle Denervation
Muscle Physiology
Chailerd Pichitpornchai
32
Macromotor Unit
ขาด Nerve growth factor
„ First 3 m. Æ Golden period for rehabilitation
(physiotherapy or physical therapy)
„ After 1-2 yr. Æ Contracture
Fibrillation : Hypersensitive to ACh from denervation
hypersensitivity (up-regulation of ACh receptor)
„
„
2 Normal Motor Units
Fasciculation : Abnormal impulse from spinal motor neuron
Muscle Physiology
Chailerd Pichitpornchai
33
Macromotor Unit
„
Muscle Physiology
Chailerd Pichitpornchai
34
Macromotor Unit
Poliomyelitis Patient
„
Poliomyelitis Patient
1. ความละเอียดของ
การทํางาน
Æ หยาบ
2. แรง Æ เพิม่ ขึ้น
แตนอ ยกวาปกติ
Muscle Physiology
Chailerd Pichitpornchai
35
Muscle Physiology
Chailerd Pichitpornchai
36
Motor End Plate Paralysis
1. Curare : แยงจับตัวรับของ ACh ที่ MEP
Motor End Plate Paralysis
2. Myasthenia Gravis
„
Muscle Physiology
Chailerd Pichitpornchai
37
Motor End Plate Paralysis
3. Botulinum Toxin : ↓ ACh secretion from n. ending
รางกายสราง Ab ไปแยงจับ
กับตัวรับของ ACh
Æ EPP เล็ก & ออนมาก
Æ No AP generated
Æ Respiratory failure
Muscle Physiology
Chailerd Pichitpornchai
38
About the speaker
รศ.ดร.นพ. ชัยเลิศ พิชิตพรชัย
ภาควิชาสรีรวิทยา
คณะแพทยศาสตรศิริราชพยาบาล
E-Mail: [email protected]
Physiology Dept. Home Page: www.ps.si.mahidol.ac.th
Muscle Physiology
Chailerd Pichitpornchai
39
Muscle Physiology
Chailerd Pichitpornchai
40