Pohybová soustava živočichů a člověka

Pohybová soustava živočichů a člověka

· pohyb je velmi nápadným projevem živých organismů

· zahrnuje jakoukoli aktivní změnu tvaru jakékoli součásti organismu nebo lokomoci buňky (pohyb z místa na místo za různými účely)

· aktivní změna tvaru znamená, že pohyb bezprostředně využívá energie dodávané buňkou buď ve formě energie chemické nebo gradientu iontů (nepočítají se sem tedy pohyby rostlin vyvolané pružností struktur apod.)

· lokomoce je pohyb za účelem vyhledávání potravy, druhého pohlaví, úniku před nebezpečím

Mechanismy pohybu

· pohyb pomocí bičíků

– lokomoce bakterií, prvoků, larev vodních živočichů, spermií

– transport látek určitým směrem (přívod vody, potravy, odvod odpadních látek) u nálevníků a řasinkových epitelů bezobratlých i obratlovců

– může k němu docházet pouze ve vodním prostředí

– bakteriální bičíky
• bičíky umožňují lokomoci bakterií ve vodném prostředí
• struktury odlišné od bičíků eukaryotních buněk
• jsou to podlouhlá, šroubovitě stočená vlákna, tvořená jedním proteinem (flagelinem), uložená v membráně bakteriální buňky v jakémsi ložisku, v němž jsou uváděny do točivého pohybu tokem protonů zvenčí do buňky
• podle signálů zvenčí může bakterie měnit smysl otáčení bičíku a tím i způsob svého pohybu

– eukaryotické bičíky
• jsou to protáhlé útvary o průměru 250 nm, jejichž základem jsou mikrotubuly (trubicovité útvary tvořené dimery tubulinu a komplexy dyneinu a kinezinu), které tvoří soustavu o 9 dvojicích
• je vybavena dvěma řadami dyneinových komplexů a dvěma centrálními mikrotubuly
• bičík je kryt cytoplazmatickou membránou a v cytoplazmě pod povrchem buňky jsou periferní mikrotubuly zakotveny bazálními tělísky
• pohyb bičíku je podmíněn klouzáním dyneinových ramének jedné dvojice mikrotubulu po raménkách dvojice jiné
• tento pohyb ale neprobíhá u všech dvojic souběžně, musí se střídat podle určitých pravidel a tak vzniká poměrně složitý pohyb eukaryotických bičíků
• tento pohyb podmiňuje spotřeba ATP

· améboidní pohyb

– závisí na funkci mikrofilament, což jsou bílkovinná vlákna aktinu, velmi často spolupracující s myozinem

– při améboidním pohybu se tvoří tzv. panožky, kdy vnější vrstva cytoplazmy přechází ze solu v gel

– v solu jsou mikrofilamenta volná a v gelu se mezi nimi tvoří vazby z dalších proteinů

– sol je hnán kontrakcí mikrofilament na opačné straně buňky a následně se po okrajích panožky mění v gel, který je tužší

– tvorbou těchto panožek se organismus „odstrkuje“ a dochází tak k lokomoci

– u měňavek, kořenonožců nebo bílých krvinek

· svalový pohyb

– pohyb pomocí specializované svalové tkáně, kde dochází k interakci bílkovin aktinu a myozinu

– na pohybu se podílí i skelet (pojivová tkáň), neboli opěrná soustava

– bezobratlí živočichové
• podkožní svalový vak se upíná zevnitř na vnější kostru po celém obvodě
• zajišťuje lokomoci i pohyb tělních tekutin
• je tvořen většinou hladkou svalovinou
• najdeme ho u měkkýšů, kroužkovců a dalších bezobratlých

– obratlovci
• podstatná je vnitřní kostra, jejímž základem je struna hřbetní, později se kostra stává chrupavčitou nebo kostní
• útrobní svalovina je většinou hladká a funguje na principu peristaltiky
• kosterní svalovina je příčně pruhovaná, upíná se zvenčí na kostru a má segmentární uspořádání

Pohybová soustava živočichů a člověka

· její funkce je podmíněna opěrným systémem a svalovým systémem

· svaly se upínají na kostru a společnou spoluprácí může docházet k pohybu

Svalová soustava

· svalová tkáň

– svalová tkáň je mezodermálního původu a vyskytuje se v několika typech

– tyto buňky mají u jednotlivých typů svalovin různé tvary, ve všech případech však obsahují fibrilární proteiny aktin a myozin a blokační látku troponin (většinou)

· příčně pruhovaná svalová tkáň

– aktin a myozin jsou fibrilární proteiny, které tvoří vlákna, zvaná filamenty

– tyto aktinové a myozinové filamenty se do sebe navzájem zasouvají a poskládáním za sebe vytváří vlákna zvaná myofibrily

– myofibrily jsou členěné na sarkomery, které mezi sebou spojují tzv. Z-disky

– sarkomera je tedy úsek myofibrily, který je ve střední části tvořen molekulou myozinu a po okrajích částmi molekul aktinu

– celý filament aktinu je tedy uprostřed vždy rozdělen Z-diskem

– zasunutí filament aktinu do filament myozinu brání troponinové komplexy, které obtáčí aktin a tak brání vazbě mezi aktinem a myozinem

– myofibrily jsou umístěny v cytoplazmě tzv. rhabdomyocytů, což jsou svalové buňky

– tyto svalové buňky jsou vlastně syncytia, tedy jsou velkých rozměrů a mnohojaderné

– soubory svalových buněk tvoří svalová vlákna, svalová vlákna jsou tenkou vrstvou vaziva spojena ve svalové snopečky

– svalové snopečky opět tenkou vrstvou vaziva tvoří svalové snopce a ty se sdružují do celého svalu

– celý sval je kryt vazivovou vrstvou zvanou povázka, fascie

– tenké vnitřní vazivo, zvané endomysium obsahuje i nervy a síť vlásečnic, vyživující sval

– kontrakce
• v klidovém stádiu je vazba mezi aktinem a myozinem blokována troponinovým komplexem, sval má své klidové napětí (tonus)
• svalové vlákno má také sarkoplazmatické retikulum (endoplazmatické retikulum), které obsahuje vápenaté kationty
• na svalové vlákno dosedá nervosvalová ploténka na níž se uvolní při příchodu nervového signálu neurotransmitter acetylcholin, který vede ke vzniku tzv. ploténkového místního potenciálu
• tento místní potenciál vyvolává vznik akčního potenciálu ve svalovém vlákně
• v tu chvíli sarkoplazmatické retikulum uvolní vápenaté kationty a ty se navážou na troponin
• tím způsobí posunutí troponinu z vazebných míst jinam, už tedy nekryje vazebná místa aktinu pro myozin
• nastává vytvoření vazeb mezi jednotlivými bílkovinami a ke stahu svalu
• ve chvíli, kdy akční potenciál ustane, vápníková pumpa velmi rychle vápník odčerpá zpět do sarkoplazmatického retikula a stah se okamžitě uvolní
• na jeden podnět odpovídá kosterní sval jedním svalovým záškubem
• přichází-li podněty rychle za sebou, neodpovídá sval záškuby ale jedním dlouhotrvajícím stahem, tzv. tetanický stah

– příčně pruhované svalstvo slouží k pohybu a je ovládáno vůlí, nachází se však i v některých vnitřních orgánech (u soustavy trávicí např.)

– z mozku je řízeno mozkomíšními nervy kdy jedno nervové vlákno inervuje určitý počet svalových vláken, tzv. motorickou jednotku

– její velikost je dána rozsahem pohybu svalu, ten se totiž nemůže smrštit jen na půl, chceme-li tedy napůl ohnout ruku, dojde ke kontrakci poloviny svalových vláken, nikoli všech jen na půl

– je však řízeno také na reflexním základě, ať už ve formě jednoduchých nebo složitých reflexů, podněty k této činnosti vznikají ve smyslových orgánech a někdy i přímo v receptorech pohybové soustavy (proprioceptory, ovlivněno svalovými vřeténky, které monitorují napětí svalu)

– kosterní svalstvo je schopno pracovat velmi rychle, ale snadno se unaví

– tréninkem se dá vypracovat, je-li někdo „svalnatý“, má ve svalech více myofibril, počet svalových vláken se ale nemění

– při namáhavé a dlouhotrvající práci dochází k vyčerpání všech zdrojů ATP ve svalu, tj. glukózy a tak se začne zpracovávat svalový glykogen (zásobní látka)

– jako druhý posel v těchto dějích funguje cAMP

– při anaerobní glykolýze (nedostatek vzduchu) glykogenu dochází ke vzniku kyseliny mléčné a ta se pak musí odbourávat zpětně (kyslíkový dluh)

· hladká svalová tkáň

– v hladkém svalu není troponinový komplex

– v inaktivním stavu je zde udržován myozin, který je schopen reagovat s aktinem jen ve fosforylovaném stavu

– základní jednotkou hladkého svalstva je jednojaderná vřetenovitá buňka myocyt

– aktin a myozin nejsou natolik pravidelně uspořádány jako v příčné žíhaném svalstvu

– vzhledem k tomu, že myocyty netvoří tak dlouhá vlákna jako rhabdomyocyty, dochází k šíření vzruchu peristalticky od buňky k buňce a tedy pomaleji než u kosterní svaloviny

– kontrakce
• na myozin je vázáno ATP a ve chvíli, kdy dojde k fosforylaci, ATP s odpoutává a může dojít k navázání myozinu na aktin
• k aktivaci dochází pomocí vápenatého komplexu, který do buňky vniká zvenčí nebo z endoplazmatického retikula

– u bezobratlých hladká svalovina tvoří útrobní i pohybové svalstvo

– u obratlovců hladká svalovina tvoří vnitřní orgány

– hladké svalstvo je řízeno vegetativním (autonomním) nervstvem, nelze jej vědomě ovlivnit

– pracuje dlouho, pomalu, bez únavy

· srdeční svalová tkáň

– strukturou odpovídá příčně žíhané svalovině, řízením ale hladké svalovině

– skládá se z krátkých, příčně pruhovaných vláken, která jsou spojena elektricky vodivými můstky, tzv. interkalárními disky, které zlepšují elektrické šíření vzruchu v myokardu

– je řízena vegetativním (autonomním) nervovým systémem a zároveň je schopna se udržet při životě ještě nějakou dobu po odumření mozku (automacie srdce, speciální elektrické nervové kanály)

– pracuje bez únavy, rytmicky, intenzivně

· svalová činnost se projevuje trojím způsobem

– zkrácením neboli aktivitou izokinetickou

– zvýšeným napětím (bez zkrácení) neboli aktivitou izometrickou

– aktivitou brzdící (excentrickou)

– při aktivitě izometrické dochází k výraznému zbytnění svalových vláken (hypertrofii)

– střídavá aktivita izokinetická je typická u cyklických pohybů, jako je chůze nebo běh

– nedostatek fyzické aktivity vede k ochablosti svalstva, svalové hypotonii

· svalová soustava

– pohyb živočicha je zajišťován svalovými
• synergisty: svaly působící stejným směrem
• antagonisty: svaly s protichůdnou funkcí

– v nejjednodušších případech se jedná o
• protraktory: retraktory (zatahovače) a extraktory (vysunovače)
• sfinktery: konstriktory (svěrače) a dilatátory (natahovače)

– adduktor: přitahuje končetinu k tělu případně uzavírá schránku

– abduktor: odtahuje končetinu od těla případně otevírá schránku

– flexor: ohýbá končetinu v kloubu

– extenzor: natahuje končetinu

– levátor: zdvihá

– depresor: sklání dolů

– pronátor: rotuje končetinou ventrální částí k podkladu

– supinátor: rotuje končetinou ventrální částí navrch

– svaly se upínají na úponová místa na vnitřní či vnější kostře úponovou tkání zvanou ligament, u obratlovců se používá název šlacha

– s přechodem na souš se u živočichů svalstvo modifikovalo do dvou skupin, svalstvo somatické a viscerální

– somatické svalstvo lze odlišit na svalstvo trupu (axiální) a svalstvo končetin (apendikulární)

– viscerální svalstvo je svalstvo hladké a srdeční

Opěrná soustava

· pojivová tkáň

– mezodermálního původu, společným znakem všech pojivových tkání je přítomnost speciálních buněk a mezibuněčné hmoty

– buňky jsou fixní (produkují mezibuněčnou hmotu) nebo volné (bloudivé, fagocytóza)

– mezibuněčná hmota je amorfní (ze sacharidů, které vážou vodu) nebo fibrilární (hlavně z kolagenu)

– kolagen je skupina fibrilárních proteinů, udržuje tvar pojivové tkáně, zpevňuje ji

– pojivová tkáň je vazivová, chrupavčitá nebo kostní

– vazivová tkáň
• řídké vazivo: převaha amorfní hmoty, vyplňuje malé prostory mezi svaly a pod kůží nebo v mediastinu (mezihrudní prostor)
• husté vazivo: mezibuněčná hmota je vláknitá, převažuje nad specializovanými buňkami (šlachy, vazy, okostice – periost)
• tukové vazivo: velmi měkké, převaha specializovaných buněk, zásobní a ochranná funkce (téměř pod všemi povrchovými tkáněmi)

– chrupavčitá tkáň
• převaha extracelulární hmoty s vysokým obsahem vody (ochrana proti nárazům), kterou produkují chondrocyty
• hyalinní (kloubní): průsvitná, kloubní plochy
• elastická: ušní boltec, nos
• vazivová: přechod mezi hyalinní a elastickou, kloubní menisky, disky apod.
• chrupavka roste apozicí (přirůstá)

– kostní tkáň
• nejorganizovanější typ pojivové tkáně, může vznikat z vaziva, z chrupavky i z jiných tkání
• kost obsahuje tři typy buněk, osteoblasty, osteocyty a osteoklasty
• dále ji tvoří mezibuněčná hmota z osseinu a anorganické složky (fosforečnan a uhličitan vápenatý)
• kost dermální (krycí): vzniká osifikací (činností osteoblastů) přímo ze škáry, tedy osifikací vaziva (osifikace endesmální) – povrchové kosti lebky atd.
• kost chondrální (náhradní): vzniká osifikací chrupavky (osifikace enchondrální), ve finále její vznik zahrnuje přeměnu vaziva na chrupavku činností chondroblastů a posléze chondrocytů a přeměnu chrupavky na kost činností osteoblastů
• po přeměně na kostní tkáň se osteoblasty uzavírají do kostní hmoty a mění se na vlastní kostní buňky, osteocyty, případně na osteoklasty, které kostní hmotu likvidují z důvodu např. zvětšování dutiny pro kostní dřeň
• kostní tkáň kompaktní: hutná, pevná, tvrdá, souvislá tkáň, chrání povrch kostí a tvoří střední část dlouhých kostí
• kostní tkáň trámčitá (spongiózní): skládá se ze sítě uspořádaných trámců, sloupců, tvoří vnitřek kostí krátkých a plochých a hlavice dlouhých kostí
• trámce při osifikaci přirůstají kolem cév, tak vznikají Haversovy kanálky
• kost plochá je tvořena spongiózní tkání (lopatka, kost lebeční)
• kost krátká je stavbou podobná ploché kosti (obratle, zápěstní kůstky)
• kost dlouhá je např. kost stehenní, ramenní, tvoří jí kost spongiózní i kompaktní
• okostice (periost): vazivová blána prostoupená cévami a nervy obalující kost, podporuje růst kostí do šířky (inervace způsobuje bolest při úderu do kosti)
• epifýzy: spongiózní hlavicovité zakončení kosti
• diafýza: pevná střední část kosti, pokryta silnou vrstvou kompaktní kostní tkáně
• chrupavka: kryje epifýzu, podporuje růst kosti do délky (pomocí růstové chrupavky mezi epifýzou a diafýzou)
• kostní dřeň: krvetvorná tkáň vyplňující dutinu střední části dlouhých kostí, v mládí červená kostní dřeň žloutne, ztrácí schopnost krvetvorby a místo ní se tam usazuje tuk
• růst kostí také ovlivňuje hormon zvaný somatotropin

– kostní spojení
• kloub: dotykový typ spojení, kosti si tvarově odpovídají, dále jsou obaleny vazivovým pouzdrem a mezi nimi je kapilární dutina obsahující maz (synovie, synoviální tekutina), často jsou klouby podpořeny šlachami a vazy, existuje mnoho typů kloubů (kladkovité, válcovité, spirálovité)
• složený kloub: složitější kloub se složitějšími kloubními pouzdry (menisky, disky apod.)
• synchondróza: spojení kostí chrupavkou, souvislé (žebra)
• syndesmóza: spojení silnou vazivovou blánou, souvislé (kosti v lýtku, srůst stydké kosti)
• synostóza: spojení kostní, souvislé (lebka v dospělosti)

– kostra
• u nižších živočichů (bezobratlých) je kostra vnější a svalstvo se na ní upíná svrchu
• bývá chitinózní nebo vyztužena anorganickými látkami
• obratlovci mají kostru vnitřní
• vzpřímená lidská kostra má páteř esovitě zakřivenou skládá se z krční a bederní lordózy a hrudní a křížové kyfózy
• objevuje se tu také uložení lopatek do roviny čelní, soudkovité klenutí hrudníku a typická konfigurace kostí pánevních, které spolu s kostí křížovou vytvářejí pánev
• na nohou se pak vzhledem k přenesení váhy vytváří podélné a příčné klenby nožní

– onemocnění související s kostmi a svaly či kostrou obecně
• artróza: opotřebování chrupavek
• osteoporóza: odvápnění kostí
• atrofie: ochabnutí těla