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Was ist die Lebensdauer von Skelettmuskelzellen?

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Ich habe gelesen, dass sich Skelettmuskelzellen nicht vermehren können und im Allgemeinen nicht nach einer frühen Entwicklung gebildet werden. Allerdings habe ich auch gelesen, dass sie eine "Lebensdauer" von 10-15 Jahren haben. Könnte sich diese Lebensdauer tatsächlich auf die Fluktuationsrate der Großteil des Materials in der Zelle, und dass die wörtliche Lebensdauer der Zelle (wenn wir alle ihre Bestandteile einschließlich des Zellkerns zählen) die gleiche wie die des Besitzers?


Muskelzelle

EIN Muskelzelle ist auch als a . bekannt Myozyt wenn es sich entweder um eine Herzmuskelzelle (Kardiomyozyten) oder eine glatte Muskelzelle handelt, da es sich bei beiden um kleine Zellen handelt. [1] Eine Skelettmuskelzelle ist lang und fadenförmig mit vielen Kernen und wird als Muskelfaser bezeichnet. [1] Muskelzellen (einschließlich Myozyten und Muskelfasern) entwickeln sich aus embryonalen Vorläuferzellen, die Myoblasten genannt werden. [2]

Myoblasten verschmelzen in einem als Myogenese bekannten Prozess zu mehrkernigen Skelettmuskelzellen, die als Syncytien bekannt sind. [3] [4] Skelettmuskelzellen und Herzmuskelzellen enthalten Myofibrillen und Sarkomere und bilden ein gestreiftes Muskelgewebe. [5]

Herzmuskelzellen bilden den Herzmuskel in den Wänden der Herzkammern und haben einen einzigen zentralen Kern. [6] Herzmuskelzellen sind durch interkalierte Scheiben mit benachbarten Zellen verbunden, und wenn sie zu einer sichtbaren Einheit verbunden sind, werden sie als a . bezeichnet Herzmuskelfaser. [7]

Glatte Muskelzellen kontrollieren unwillkürliche Bewegungen wie die Peristaltikkontraktionen in der Speiseröhre und im Magen. Glatte Muskulatur hat keine Myofibrillen oder Sarkomere und ist daher nicht gestreift. Glatte Muskelzellen haben einen einzigen Kern.


Es gibt weit über 600 Skelettmuskeln im menschlichen Körper, von denen einige inAbbildung unter. Die Größe der Skelettmuskulatur variiert erheblich, von winzigen Muskeln im Mittelohr bis zu sehr großen Muskeln im Oberschenkel.

Skelettmuskeln. Die Skelettmuskulatur ermöglicht dem Körper, sich zu bewegen.

Struktur der Skelettmuskulatur

Jeder Skelettmuskel besteht aus Hunderten oder sogar Tausenden von Skelettmuskeln Muskelfasern. Die Fasern werden gebündelt und wie abgebildet mit Bindegewebe umwickelt Abbildung unter. Das Bindegewebe stützt und schützt die empfindlichen Muskelzellen und lässt sie den Kontraktionskräften standhalten. Es bietet auch Bahnen für Nerven und Blutgefäße, um die Muskeln zu erreichen. Die Skelettmuskulatur arbeitet hart, um Körperteile zu bewegen. Sie brauchen eine reiche Blutversorgung, um sie mit Nährstoffen und Sauerstoff zu versorgen und ihre Abfälle abzutransportieren.

Skelettmuskelstruktur. Ein Skelettmuskel enthält Bündel von Muskelfasern innerhalb einer „Hülle&rdquo aus Bindegewebe.

Skelettmuskeln und Knochen

Die Skelettmuskulatur ist durch zähes Bindegewebe, genannt ., mit dem Skelett verbunden Sehnen(sehen Abbildung Oben). Viele Skelettmuskeln sind an den Enden der Knochen befestigt, die sich an einem gemeinsam. Die Muskeln überspannen das Gelenk und verbinden die Knochen. Wenn sich die Muskeln zusammenziehen, ziehen sie an den Knochen, wodurch sie sich bewegen.

Muskeln können sich nur zusammenziehen. Sie können nicht aktiv verlängern oder verlängern. Um Knochen in entgegengesetzte Richtungen zu bewegen, müssen daher Muskelpaare gegenläufig arbeiten. Zum Beispiel arbeiten die Bizeps- und Trizepsmuskeln des Oberarms gegenläufig, um den Arm am Ellenbogen zu beugen und zu strecken (siehe Abbildung unter). Welche anderen Körperbewegungen benötigen Ihrer Meinung nach gegensätzliche Muskelpaare?

Trizeps- und Bizepsmuskeln im Oberarm sind gegenläufige Muskeln.

Benutze es oder verliere es

Bei Übungen wie Gewichtheben zieht sich die Skelettmuskulatur gegen eine Widerstandskraft zusammen (siehe Abbildung unter). Die Verwendung der Skelettmuskulatur auf diese Weise erhöht ihre Größe und Stärke. Bei Übungen wie Laufen zieht sich der Herzmuskel schneller zusammen und das Herz pumpt mehr Blut. Die Verwendung des Herzmuskels auf diese Weise erhöht seine Kraft und Effizienz. Kontinuierliche Bewegung ist notwendig, um größere und stärkere Muskeln zu erhalten. Wenn Sie einen Muskel nicht verwenden, wird er kleiner und schwächer, also verwenden Sie ihn oder verlieren Sie ihn.


Myozytenstruktur

Myozyten können unglaublich groß sein, mit Durchmessern von bis zu 100 Mikrometern und Längen von bis zu 30 Zentimetern. Das Sarkoplasma ist reich an Glykogen und Myoglobin, die die für die Energiegewinnung erforderliche Glukose und Sauerstoff speichern, und ist fast vollständig mit Myofibrillen gefüllt, den langen Fasern, die aus . bestehen
Myofilamente, die die Muskelkontraktion erleichtern.

Das Sarkolemma der Myozyten enthält zahlreiche Einstülpungen (Gruben), die als Quertubuli bezeichnet werden und normalerweise senkrecht zur Länge der Myozyten verlaufen. Transversale Tubuli spielen eine wichtige Rolle bei der Versorgung des Myozyten mit Ca + -Ionen, die für die Muskelkontraktion entscheidend sind.

Jeder Myozyt enthält mehrere Kerne aufgrund ihrer Ableitung von mehreren Myoblasten, Vorläuferzellen, die zu Myozyten führen. Diese Myoblasten befinden sich an der Peripherie der Myozyte und sind so abgeflacht
um die Myozytenkontraktion nicht zu beeinträchtigen.

Abbildung (PageIndex<1>): Myozyt: Skelettmuskelzelle: Eine Skelettmuskelzelle ist von einer Plasmamembran namens Sarkolemma mit einem Zytoplasma namens Sarkoplasma umgeben. Eine Muskelfaser besteht aus vielen Myofibrillen, die in geordnete Einheiten verpackt sind.


Faser- und altersbedingte Variation der Satellitenzellenfrequenz

Satellitenzellen wurden zunächst elektronenmikroskopisch in Froschschenkelmuskeln identifiziert [1] und wurden später in allen höheren Wirbeltieren identifiziert. Bei Menschen und Mäusen sind diese ruhenden [18], nicht-fibrillären, mononuklearen Zellen bei der Geburt am reichlichsten (geschätzt auf 32 % der sublaminaren Kerne) [19]. Die Häufigkeit nimmt postnatal ab und stabilisiert sich bei erwachsenen Mäusen auf 1 bis 5 % der Skelettmuskelkerne [2]. Die Frequenz der Satellitenzellen variiert in verschiedenen Muskeln, wahrscheinlich als Funktion der Variation der Zusammensetzung des Fasertyps (d. h. langsame oxidative, schnelle oxidative oder schnelle glykolytische Fasern). So weist beispielsweise der Musculus soleus der Maus, der überwiegend aus langsamen oxidativen Fasern besteht, eine höhere Anzahl von Satellitenzellen auf als der Musculus extensor digitorum longus (EDL), der hauptsächlich schnelle glykolytische Fasern enthält. Außerdem nimmt die absolute Zahl der Satellitenzellen im Soleus, nicht aber der EDL zwischen dem 1. und 12. Lebensmonat zu, obwohl der Anteil der Satellitenzellen in beiden Muskeltypen mit zunehmendem Alter abnimmt [20]. Beim Menschen nimmt auch der Anteil der Satellitenzellen in der Skelettmuskulatur mit dem Alter ab, was die verminderte Effizienz der Muskelregeneration bei älteren Probanden erklären könnte [21]. Satellitenzellen aus gealtertem Muskel zeigen auch eine reduzierte Proliferations- und Fusionskapazität sowie eine Tendenz zur Fettansammlung, die alle wahrscheinlich zu einer Verschlechterung der Regenerationsfähigkeit beitragen [22, 23]. Dass Ausdauertraining den altersbedingten Rückgang der Satellitenzellenzahl ausgleichen kann, deutet darauf hin, dass eine schlechtere Regeneration nicht einfach auf das begrenzte Replikationspotenzial älterer Satellitenzellen zurückzuführen ist [24].


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Was ist die Lebensdauer von Skelettmuskelzellen? - Biologie

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Skelettmuskeln, quergestreiftes Gewebe unter der willkürlichen Kontrolle des somatischen Nervensystems, sind durch kollagene Fasern, die Sehnen genannt werden, mit den Knochen verbunden. Sie sind von einem Bindegewebe namens Epimysium eingeschlossen, das den Muskel von den umgebenden Strukturen unterscheidet.

In jedem Skelettmuskel befinden sich, wie beim Bizeps brachii, zahlreiche Zellbündel, Faszikel genannt, die ebenfalls von Bindegewebe, Perimysium, umgeben sind. Jeder Faszikel enthält mehrere Muskelzellen, die einzeln von einer Plasmamembran, dem Sarkolemma, eingeschlossen sind. Eine einzelne Muskelzelle kann weiter in Myofibrillen zerlegt werden, Filamente aus Aktin und Mysosin, der funktionellen Einheit, die als Sarkomer bezeichnet wird.

20.5: Skelettmuskelanatomie

Die Skelettmuskulatur ist die am häufigsten vorkommende Muskelart im Körper. Sehnen sind das Bindegewebe, das die Skelettmuskulatur mit den Knochen verbindet. Skelettmuskeln ziehen an Sehnen, die wiederum an Knochen ziehen, um willkürliche Bewegungen auszuführen.

Die Skelettmuskulatur ist von einer Bindegewebsschicht namens Epimysium umgeben, die den Muskel schützt. Unterhalb des Epimysiums umgibt eine zusätzliche Bindegewebsschicht, Perimysium genannt, Untereinheiten der Skelettmuskulatur, die Fasciculi genannt werden, und gruppiert sie.

Jeder Faszikel ist ein Bündel von Skelettmuskelzellen oder Myozyten, die aufgrund ihrer Größe und zylindrischen Erscheinung oft als Skelettmuskelfasern bezeichnet werden. Zwischen den Muskelfasern befindet sich eine zusätzliche Bindegewebsschicht namens Endomysium.

Die Muskelfasermembran wird Sarkolemma genannt. Jede Muskelfaser besteht aus mehreren stäbchenförmigen Ketten, den Myofibrillen, die sich über die Länge der Muskelfaser erstrecken und sich zusammenziehen. Myofibrillen enthalten Untereinheiten, die Sarkomere genannt werden und aus Aktin und Myosin in dünnen bzw. dicken Filamenten bestehen.

Aktin enthält Myosinbindungsstellen, die es dünnen und dicken Filamenten ermöglichen, sich zu verbinden und Kreuzbrücken zu bilden. Damit sich ein Muskel zusammenziehen kann, müssen akzessorische Proteine, die Myosinbindungsstellen auf dünnen Filamenten bedecken, verdrängt werden, um die Bildung von Kreuzbrücken zu ermöglichen. Während der Muskelkontraktion werden immer wieder Querbrücken gebrochen und an Bindungsstellen weiter entlang des Aktins gebildet.

Rall, Jack A. &ldquoGeneration of Life in a Reagenzglas: Albert Szent-Gyorgyi, Bruno Straub und die Entdeckung von Actin.&rdquo Fortschritte in der Physiologieausbildung 42, Nr. 2 (20. April 2018): 277&ndash88. [Quelle]


Typen

Abbildung 2. Glatte Muskelzellen haben keine Streifen, während Skelettmuskelzellen dies tun. Herzmuskelzellen haben Streifen, aber im Gegensatz zu mehrkernigen Skelettzellen haben sie nur einen Kern. Herzmuskelgewebe hat auch interkalierte Scheiben, spezialisierte Regionen, die entlang der Plasmamembran verlaufen, die benachbarte Herzmuskelzellen verbinden und dabei helfen, einen elektrischen Impuls von Zelle zu Zelle weiterzugeben.

  • Glatte Muskelzellen oder “unwillkürlicher Muskel” besteht aus spindelförmigen Muskelzellen, die sich in den Wänden von Organen und Strukturen wie Speiseröhre, Magen, Darm, Bronchien, Uterus, Harnleitern, Blase und Blutgefäßen befinden. Glatte Muskelzellen enthalten nur einen Kern und keine Streifen.
  • Herzmuskel ist auch ein “unwillkürlicher Muskel”, aber er ist in Struktur und Aussehen gestreift. Wie die glatte Muskulatur enthalten Herzmuskelzellen nur einen Kern. Der Herzmuskel kommt nur im Herzen vor.
  • Skelettmuskulatur oder “freiwilliger Muskel” ist durch Sehnen am Knochen verankert und wird verwendet, um Skelettbewegungen wie Fortbewegung zu bewirken. Skelettmuskelzellen sind mehrkernig, wobei sich die Kerne peripher befinden. Der Skelettmuskel wird aufgrund des längsgestreiften Aussehens unter dem Lichtmikroskop als ‘gestreift’ bezeichnet. Zu den Funktionen der Skelettmuskulatur gehören:
    • Unterstützung des Körpers
    • Unterstützt die Knochenbewegung
    • Hilft, eine konstante Temperatur im ganzen Körper aufrechtzuerhalten
    • Unterstützt die Bewegung von Herz-Kreislauf- und Lymphgefäßen durch Kontraktionen
    • Schutz der inneren Organe und Beitrag zur Gelenkstabilität

    Herz- und Skelettmuskel sind gestreift, da sie Sarkomere enthalten und in hochregelmäßige Anordnungen von Bündeln verpackt sind, die glatte Muskulatur hat auch nicht. Gestreifte Muskulatur wird oft in kurzen, intensiven Ausbrüchen verwendet, während glatte Muskulatur längere oder sogar fast permanente Kontraktionen aushält.

    Die Skelettmuskulatur wird weiter in mehrere Untertypen unterteilt:

    1. Typ I, langsam oxidativ, langsames Zittern, oder “red” Muskel ist dicht mit Kapillaren und ist reich an Mitochondrien und Myoglobin, was dem Muskelgewebe seine charakteristische rote Farbe verleiht. Es kann mehr Sauerstoff transportieren und die aerobe Aktivität aufrechterhalten.
    2. Typ II, schnelles Zucken, Muskel hat drei Haupttypen, die in der Reihenfolge der Erhöhung der Kontraktionsgeschwindigkeit sind:
      1. Typ IIa, der wie der langsame Muskel aerob ist, reich an Mitochondrien und Kapillaren und rot erscheint.
      2. Typ IIx (auch bekannt als Typ IId), der in Mitochondrien und Myoglobin weniger dicht ist. Dies ist der schnellste Muskeltyp des Menschen. Es kann sich schneller und mit größerer Kraft zusammenziehen als oxidativer Muskel, kann jedoch nur kurze, anaerobe Aktivitätsschübe aufrechterhalten, bevor die Muskelkontraktion schmerzhaft wird (oft auf eine Ansammlung von Milchsäure zurückgeführt). Hinweis in einigen Büchern und Artikeln wurde dieser Muskel beim Menschen verwirrenderweise als Typ IIB bezeichnet
      3. Typ IIb, ein anaerober, glykolytischer, „weißer“ Muskel, der in Mitochondrien und Myoglobin noch weniger dicht ist. Bei kleinen Tieren wie Nagetieren oder Kaninchen ist dies der wichtigste schnelle Muskeltyp, was die blasse Farbe ihres Fleisches erklärt.

      Bei den meisten Skelettmuskeln erfolgt die Kontraktion als Ergebnis einer bewussten Anstrengung, die vom Gehirn ausgeht. Das Gehirn sendet Signale in Form von Aktionspotentialen durch das Nervensystem an das Motoneuron, das die Muskelfaser innerviert. Einige Muskeln (wie das Herz) ziehen sich jedoch aufgrund bewusster Anstrengung nicht zusammen. Diese werden als autonom bezeichnet. Auch müssen die Signale nicht immer vom Gehirn ausgehen. Reflexe sind schnelle, unbewusste Muskelreaktionen, die aufgrund unerwarteter körperlicher Reize auftreten. Die Aktionspotentiale für Reflexe entstehen im Rückenmark statt im Gehirn.

      Es gibt drei allgemeine Arten von Muskelkontraktionen, die den Muskeltypen entsprechen: Skelettmuskelkontraktionen, Herzmuskelkontraktionen und glatte Muskelkontraktionen.


      Skelettmuskulatur

      Der größte Teil des Muskelgewebes unseres Körpers ist skelettartig. Bei Männern organisieren die Skelettmuskeln etwa 40% des Körpergewichts. Es gibt etwa 656 willkürliche Muskeln im menschlichen Körper. Die Skelettmuskulatur ist über Sehnen, die sich an den Enden der Muskeln befinden, mit den Knochen verbunden. Eine Sehne ist ein schnurartiges weißes faseriges Bindegewebe, das jedoch nicht elastisch ist. Einige Sehnen sind ausgedehnt und flach und bilden membranartige blattartige Strukturen, die als Aponeurosen bekannt sind.
      Jeder anatomische Muskel besteht aus einer großen Anzahl von länglichen Zellen, die parallel zur Längsachse des Muskels bleiben und in mehreren Bündeln gruppiert sind, die als bezeichnet werden Faszikel. Der gesamte Muskel, die einzelnen Faszikel und die einzelnen Muskelfasern bleiben von bindegewebigen Hüllen beteiligt. Sie sind bekannt als Epimysium, Perimysium und Endomysium bzw. Diese Beläge sind miteinander verbunden. Sie bilden ein durchgehendes Gerüst, das dazu dient, die einzelnen Fasern miteinander zu verbinden und ihre Wirkung zu integrieren.

      Aufbau der Skelettmuskulatur:

      Die Skelettmuskulatur besteht aus zahlreichen Muskelfasern. Jede Muskelfaser ist eine einzelne längliche Zelle. Sie haben eine zylindrische Form. Die Fasern sind unverzweigt und haben keine Synzytialbrücken dazwischen. Die Zellmembran einer Muskelfaser wird Sarkolemma genannt. Unter einem gewöhnlichen Mikroskop scheinen die Skelettmuskelfasern aufgrund des Vorhandenseins von abwechselnd dunklen und hellen diagonalen Bändern entlang ihrer Länge diagonal gestreift zu sein. Aus diesem Grund wird die Skelettmuskulatur auch als quergestreifte Muskulatur bezeichnet. Jede Skelettmuskelfaser ist mehrkernig. Die Kerne sind abgeflacht und oval oder länglich und liegen peripher in der Zelle, dh direkt unter dem Sarkolemma der Muskelfaser. Das Zytoplasma der Muskelfaser ist in drei Teile teilbar. Jene sind : -
      [1J Sarkoplasma,
      [2] Myofibrija
      [3] Sarkotubuläres System.

      Sarkoplasma:

      Sarkoplasma ist der flüssige Teil des Zytoplasmas von Muskelzellen, ähnlich dem Zytoplasma anderer Zellen, der mehrere Mitochondrien, kleine Golgi-Körper, endoplasmatisches Retikulum usw. enthält. Das glatte endoplasmatische Retikulum von Muskelzellen ist hoch entwickelt und wird als sarkoplasmatisches Retikulum bezeichnet. Im Gegensatz zum Zytoplasma anderer Zellen speichert das Sarkoplasma von Muskelzellen Glykogen, ein Polysaccharid, und Myoglobin, ein Hämoglobin-ähnliches Pigment.

      Myofibrille:

      In einem Sarkomer ist die Region zwischen den Myosinfilamentenden und der Z-Linie jeder Seite die halbe I-Bande, in der nur Aktinfilamente vorhanden sind. Der Bereich, der die Myosinfilamente über die gesamte Länge bedeckt, ist die A-Bande (wo auch Aktinfilamente um das Myosin herum vorhanden sind) und der zentrale Teil der Myosinfilamente (der nicht von Aktinfilamenten bedeckt ist) bildet die H-Bande.
      In den Myofibrillen finden sich neben den beiden Hauptmuskelproteinen Aktin und Myosin auch zwei weitere Proteine ​​namens Tropomyosin und Troponin, die an den Aktinfilamenten haften bleiben.

      Sarkotubuläres System:

      Das Sarkoplasma von Muskelzellen besitzt ein speziell entwickeltes System von Tubuli, das als sarkotubuläres System bekannt ist. Es wird auch als das Leitsystem der Skelettmuskelzellen bezeichnet, da es bei der Übertragung von Impulsen über die Muskelzellen hilft. Das sarkotubuläre System besteht aus zwei Arten von Tubuli – Quertubuli und Längstubuli.
      Transversale Tubuli-Das Sarkolemma der Muskelfasern invaginiert in Abständen quer, um einige röhrenförmige Strukturen zu bilden, die als Querkanälchen bezeichnet werden. In Skelettmuskelfasern von Säugetieren verlaufen die Quertubuli durch die Verbindung von A- und I-Bändern, während in Amphibien-Skelettmuskeln die Quertubuli durch die Z-Linien verlaufen.

      Längstubuli-

      The smooth endoplasmic reticulum of muscle cells are specially developed and modified into some tubules that remain arranged longitudinally between the adjacent transverse tubules. These are called longitudinal tubules or in short L-tubules. The L-tubules arborize to form a reticulum (or network) at the center of the sarcomere, hence they are collectively called sarcoplasmic reticulum. The peripheral ends of the L-tubules expand to form terminal cisternae that remain in contact with the transverse-tubules.


      Skeletal System Function

      Unterstützung

      The first and most apparent function of the skeletal system is to provide a framework for the body. The presence of a firm bony skeleton allows the organism to have a distinctive shape adapted towards a particular lifestyle. For instance, in a fast-moving animal like the cheetah, the skeleton contains long, thin limb bones and an extremely flexible spine. The structure of the skeleton also allows it to absorb the impact of running at high speeds.

      The bones of birds are hollow, light and create a streamlined body adapted for flight. Many animals even have sexual dimorphism in their skeletons. In humans, while this dimorphism is fairly limited, there are differences in the angle of the pelvic bones, to accommodate pregnancy.

      Integration with the Muscular System

      Schutz

      The next obvious function of the skeletal system is the role it plays protecting the fragile internal organs. In humans, this is seen in the skull, which surrounds the brain completely. It is also exhibited by the ribcage, which surrounds the lungs and heart but still allows for expansion. Even invertebrates like snails and prawns often have hard exoskeletons to protect themselves from predators.

      The rigid endoskeleton allows the body to rise up above the ground or stand upright, and bears the weight of the organism, and provides the scaffolding for movement. Muscles generate the force required to move bones at joints. Muscle fibers contain actin and myosin, two protein filaments that can slide past each other to change the length of the muscle. When a nerve impulse arrives at the neuromuscular junction, it signals the muscle to contract. The force generated by the contracting muscle either pulls two bones together or apart, based on the nature of the interaction between the muscle and joint.

      Blood Cell Production

      The central part of a bone contains the bone marrow, the primary site for blood cell production in adult humans. There are two types of bone marrow in adults. Around 50% is red bone marrow containing hematopoietic stem cells and supportive tissue. The rest is yellow bone marrow made of fat and its proportion increases with age.

      Bone marrow will revert to a higher proportion of red marrow if the body suffers an injury and needs to create more red blood cells. The bone marrow composition also changes during pregnancy and lactation in mammals. Over the course of gestation, blood volume increases by about 1.5 liters, and even the concentration of red blood cells and white blood cells increase.

      Production of other Cell Types

      In addition to producing red blood cells, bone marrow within the skeletal system is the production site of a number of other cells. These include lymphocytes, which are immune cells that travel the lymphatic system. In addition to providing immune functions, the skeletal system is also responsible for hosting stem cells which can differentiate into muscle cells, cartilage-producing cells, and cells that create bone (osteoblasts).

      Osteoblasts in bone also have an endocrine function, secreting a hormone called osteocalcin. It requires vitamin K to be synthesized and is an anabolic hormone. It mediates an increase in insulin levels and increases the sensitivity of the body to insulin. Osteocalcin contributes to an increase in bone mass and bone mineralization.

      Storing Minerals

      The bones of the skeletal system act as a storehouse for calcium ions, changing the quantum of mineralized deposits within bones to maintain plasma calcium ion concentration within a narrow range. Calcium ions can affect crucial sodium ion channels in the plasma membrane of every cell, thereby affecting overall homeostasis.

      For this reason, changes to the concentration of calcium ions have particularly adverse effects on excitable cells in the nervous system, and in cardiac, skeletal and smooth muscle. Different interacting hormones maintain the balance of calcium ions in the plasma and bones, especially the parathyroid hormone secreted from the parathyroid glands in the neck.


      Myology

      M. Navarro , . A. Carretero , in Morphological Mouse Phenotyping , 2017

      The Skeletal Muscle Fiber

      Skeletal muscle cells oder Fasern are highly elongated cells with a very elastic and resistant plasma membrane, called the sarcolemma. Fibers are characterized by the presence of numerous nuclei located at the periphery of the cell, hence muscle fibers are described as a syncytium. These cells present a large number of myofibrils ( Feigen. 4-2 und 4-3 ). Myofibrils are divided into contractile units, or sarcomeres, that are delimited by Z lines, giving the typical striated appearance of the muscle fiber. Within the sarcomeres there are thick myosin and thin actin myofilaments, which are responsible for muscle contraction ( Fig. 4-3 ). Thin myofilaments consist mainly of F-actin ( Fig. 4-2 ) and other associated proteins (troponin, tropomyosin) and are anchored in the Z line, which is rich in α-actin. Other proteins are also found in the Z line, such as desmin ( Fig. 4-2 ), which helps maintain the structural and mechanical integrity of the cell, connecting the sarcomere to the sarcolemma and other subcellular structures. Each thick myofilament is formed by several myosin molecules ( Feigen. 4-2 und 4-3 ), each of which consists of two heavy chains in turn associated with two light chains. The myosin filaments are anchored in the center of the sarcomere at the M line. The central zone of the sarcomere (the A band), where the myosin is situated, is darker (electron-dense) in transmission electron microscopy. By contrast, the area which contains only actin (the I band), presents a more clear or electron-lucent appearance ( Fig. 4-3 ). The H band is the area at the center of the A band where there is only myosin ( Fig. 4-2 ). In the rest of the A band the actin and myosin filaments are intertwined ( Fig. 4-3 ). In this zone, the movement of the myosin heads slides actin filaments towards the center of the sarcomere, thereby shortening the sarcomere and the muscle fiber to generate force.

      Depending on their rate of contraction, biochemistry and ultrastructure, two basic types of skeletal muscle fiber can be delineated: slow twitch fibers (type I) und fast twitch fibers (type II). Moreover, type II fibers can be subdivided into subtypes such as IIA, IIB and intermediates, depending on their content in myosin heavy chain isoforms. Type I fibers use oxidative phosphorylation as a source of energy and therefore have more mitochondria ( Feigen. 4-4 und 4-5 ). Muscles with type I fibers contract more slowly and are more resistant to fatigue. Slow-twitch fibers are also more vascularized and store more lipids and myogloblin in the sarcoplasm. This, coupled with the relatively reduced density of myofibrils, gives a more reddish color to the muscle. By contrast, Type II fibers use in general, anaerobic metabolism to generate ATP. Ultrastructurally, type II fibers contain more glycogen granules and have less mitochondria and lipid droplets than type I fibers ( Feigen. 4-4 und 4-5 ). Therefore, muscles that contain mainly type II fibers have a whitish color. In fact, muscles are composed of a mixture of fiber types, being a mosaic of both type I and type II fibers. The percentage of type I and II fibers in the same muscle may vary over time, changing from slow to fast, or vice versa, depending on the degree of exercise.

      Anti-myosin slow or anti-myosin fast chain antibodies can be used to differentiate type I and type II fibers, respectively ( Fig. 4-4 ). In addition, type I and II fibers can be distinguished by preincubation at acidic pH which inhibits the activity of myosin ATPase in the type II fibers ( Fig. 4-4 ). Succinate dehydrogenase (SDH) and the reduced form of nicotinamide adenine dinucleotide (NADH) can also be used to identify the oxidative potential of muscle fibers, which is higher in type I fibers ( Fig. 4-5 ). These histochemical techniques mark mitochondria in the sarcoplasm of muscle fibers ( Fig. 4-5 ). Mitochondria inside muscle fibers can also be visualized directly by transmission electron microscopy and by the use of fluorescent probes that accumulate in functional mitochondria (for example MitoTracker®) ( Fig. 4-5 ). The glycolytic activity of muscle fibers is easily identified by visualizing the activity of glycerol-phosphate dehydrogenase (GPDH). Type II fibers not only have more GPDH activity, but also a greater accumulation of glycogen which can be visualized by PAS staining ( Fig. 4-6 ).

      Muscle fibers are formed by the fusion of myoblasts, some of which remain in the mature muscle as undifferentiated cells known as satellite cells ( Fig. 4-7 ). These cells are responsible for muscle repair and muscle development after birth. Satellite cells are located beneath the basal lamina, but overlying the muscle fibers, and are thus in direct contact with the sarcolemma of muscle fibers. Satellite cells have very little cytoplasm and a nucleus distinguished by the presence of abundant heterochromatin ( Fig. 4-7 ). They express specific markers, such as the transcription factor Pax7, which are not expressed in the nuclei of mature muscle fibers ( Fig. 4-7 ).

      To produce muscle fiber contraction, calcium needs to be released into the sarcoplasm. Calcium is stored in the terminal cisternae of the sarcoplasmic reticulum bound to the acidic protein calsequestrin ( Fig. 4-8 ). Sarcoplasmic reticulum cisternae are in contact with invaginations of the sarcolemma called T tubules, where they form structures known as triads. These are located between the A and I bands of muscle fibers ( Fig. 4-8 ). T tubules can be easily identified in transmission electron microscopy, or by using an anti-GLUT4 antibody, the most important glucose transporter in the muscle fiber ( Fig. 4-8 ). Skeletal muscle plays a crucial role in maintaining blood glucose. Muscle uses glucose for energy during contractile activity and represents the most important tissue for glucose uptake and metabolism during the postprandial period. At rest, GLUT4 is stored in tubulo-vesicular structures located around the nucleus, mainly in the Golgi complex. When stimulated by muscle contractions and/or insulin, GLUT4 is translocated to the plasma membrane and T tubules ( Fig. 4-8 ).

      Skeletal muscles are supplied by arteries and veins that enter and leave the muscle belly at the level of one or more hilum (plural: hila). Muskelarterien eventually form a capillary plexus, which surrounds each of the muscle fibers, although the distribution of the capillary plexus is not equal for each fiber forming the muscle, as capillary density depends on the muscle fiber type ( Fig. 4-9 ). Type I fibers are aerobic and are more vascularized than type II fibers, which are anaerobic. For visualization, the capillary endothelial cells of mouse muscle may be labeled with an anti-PECAM-1 (CD31) antibody.

      Skeletal muscle is innervated by motor neurons which originate in the brain (cranial nerves) and the spinal cord (spinal nerves). Each muscle fiber is innervated by at least one motor neuron axon. The site of contact between the muscle fiber and the axon is a specialized synaptic junction called the motor end-plate, which is responsible for the release of the neurotransmitter acetylcholine ( Fig. 4-9 ). Each motor axon branches before reaching the end-plate contact with each muscle fiber, thereby forming several coordinated axon terminals on adjacent muscle fibers ( Fig. 4-9 ). This set of muscle fibers that are innervated by a single axon is called a motor unit. Muscle fibers act according to the law of «all or nothing», that is they are contracted or relaxed, with no intermediate states between contraction or relaxation. Therefore, the degree of contraction of a muscle depends on the number of muscle fibers that are simultaneously contracted, that is, the number of motor units that are activated.


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Bemerkungen:

  1. Costi

    Bär ... Ich würde das mögen :)))

  2. Bromleah

    Vielen Dank.

  3. Alon

    Tolle Ideen ... wir sollten besser annehmen ... großartig.

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