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Lecture  5 

 

Dr. Suroor Mohamed 

 


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Objectives : 

1-Describe the muscle metabolism process? 
2- Discuss the muscle fatigue ? How is done? 
3- Types of muscle contraction ?  

 

 
 
 

 


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Muscle Cell Metabolism

 

Source of ATP:ATP are Available in the sarcoplasm, Creatine phosphate, Glucose

 
 

***   Cells store glucose in the sarcoplasm in the form of glycogen. The cell must break apart 
the glycogen molecules to release the individual glucose molecules this is called 

glycogenolysis

 

 

***The breakdown of glucose, called 

glycolysis

occurs in the sarcoplasm of the muscle cell 

and does not require oxygen, it is anaerobic. Glycolysis produces pyruvic acid, and a small 
amount of ATP. 

 

The majority of the ATP used by muscles is formed by aerobic processes in the mitochondria, 
the muscle cell depends on aerobic glycolysis during which oxidative phosphorylation 
becomes more important

 
 

*** During intense exercise, when the supply of oxygen cannot keep up with metabolic 
demand of the cells, pyruvic acid produced during glycolysis is converted to lactic acid
Lactic acid accumulates in the muscle resulting in the burning sensation during short 
duration,high intensity muscular exercise such as lifting weights. 

 

Lactic acid is quickly removed from the muscle and taken to the liver where it is converted 
to glucose.

 


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Muscle disorders

 
 

Muscle hypertrophy 

results from an increase in the number of actin and myosin 

filaments in each muscle fiber. When the number of contractile proteins increases 
sufficiently, the myofibrils split within each muscle fiber to form new myofibrils. It is 
mainly this great increase in the number of additional myofibrils that causes muscle 
fibers to hypertrophy not increase in number of muscle fibers (muscle cells).

 

 

Muscle atrophy 

When a muscle remains unused for a long period, the rate of decay 

of the contractile proteins occurs more rapidly

 

than the rate of replacement

؛

therefore muscle atrophy occurs.

 
 

Atrophy begins almost immediately when a muscle loses its nerve supply because it 
no longer receives the contractile signals that are required to maintain normal muscle 
size.

 


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subjective sensation of the feeling of tiredness after prolonged activity, where the muscles are 
unable to contract forcefully, The movements will be jerky instead of being smooth

 

Caused by changes occurring in the muscle fibers , Severe cases →muscle damage

 

Fast muscles fatigued more easily but posture controlling muscles get fatigued very 
slowly 
Not all motor units in the muscle are stimulated at the same time , Alternately 
contracting motor units delays muscle fatigue , Called asynchronous muscle contraction and this 
helps in the sustained contraction of postural muscles

 

Muscle fatigue:   causes

 

Nerve

 

Continuous stimulation of brain by impulses from muscle causing neuronal fatigue

 

Neuromuscular junction

 

Inadequate release of Ach at the neuromuscular junction

 

Muscle 

 

Depletion of ATP and creatine phosphate within muscle fibers

 

Depletion of nutrients like glycogen

 

Inadequate release of Ca

2+

 from the sarcoplasmic reticulum

 

Hypoxia

 

Acidosis due to increase in the lactic acid content (inhibits enzyme function)

 

Accumulation of K

+

 (action potential)→  muscle fiber more  excitable

 

Increase in temperature

 

 

 

 


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Anticholinesterase

 “ enzyme that destruct the Ach “ 

 

Reversible: physostigmine and neostigmine

 

Irreversible: Insecticides and nerve gas 

 

Neuromuscular Blocking Drugs

 

Curare

 

Extracted from a plant (used by Red Indians → arrow poison)

 

Nondepolarizing block (D-tubocurarine-active princible)

 

High affinity for Ach receptor → no action → flaccid paralysis

 

Treatment by 

Neostigmine →↑Ach

 

Botulinum toxin

 

Bacterial toxin (Clostridium botulinum) inhibits the  release of Ach by 

the nerve terminals → flaccid paralysis

 

 


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      الوهن العضلي

1-Myasthenia Gravis

 

Rare, serious and sometimes fatal disease (weakness & fatique)

 

Aetiology

:

 

Autoimmune disease

 

Antibodies which destroy the nicotinic Ach in NMJ , Antibodies (90% serum of patients)

 

Histologically, the number of subneuronal clefts is decreased and there is widening of the 
synaptic cleft

 

In adults: 70% hyperplasia of thymus↑ thymic hormone → autoimmune response

 

Thymectomy is of benefit in these patients

 

Treatment

 

Neostigmine

 

High dose of cortisol

 

 


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2-Lambert-Eaton Syndrome

 

Muscle weakness:  autoantibodies against voltage-gated Ca

2+ 

channels in 

the nerve ending at the neuromuscular junction

 

 


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االرتجاف

 

1) Fibrillation

 

Abnormal excitability of the muscle (fine, irregular contractions of the 

individual fibers) 

Due to denervation hypersensitivity. 

Seen for several weeks after injury and then ceases as the muscle cells 

atrophy 

Contractions are not visible (recorded by EMG using needle 

electrodes) 

Disappeared if the motor nerve regenerate

 

 
 

2) Fasciculation 

 

These are jerky, visible contractions (twitching) of groups of muscle 

fibers as a result of pathologic discharge of spinal motor neurons 

It is seen in diseases affecting the anterior horn cells 

For example, in poliomyelitis, the anterior horn cell is destroyed and there will 

be spontaneous discharge of impulses causing fasciculation. 

 


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Isotonic contraction 

Contraction of muscle with approximation of the ends of the muscle 
(shortening of muscle) .This Contraction is usually against a constant load 

Change in length of the muscle but tension remains constant 
External work is done only in isotonic muscle contraction 

Lifting a small weight by bending the elbow, the contraction of the 

biceps muscle can be seen 

Isometric contraction  

Contraction of muscle without an appreciable decrease in the length of the 

whole muscle

 

Length constant but the tension rises 

Due to the formation of cross bridges between actin and myosin 

The shortening produced by the contractile component is 

compensated by the stretching of the series elastic component. So the 

length does not change 

No external work is done by the muscle but the muscle becomes hard, hot 

and expends energy 

Trying to lift a very heavy weight from the ground the muscle will not 

shorten and the weight does not move, but the tension rises 

considerably. 

 


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Differences between isotonic and isometric contraction 

Isometric contraction 

Isotonic contraction 

1  No shortening of the muscle 

Shortening of the muscle 

No movement occurs 

Movement 

4  Tension in the muscle rises 

No rise in tension in muscle 

5  Shortening of the contractile 

component is compensated 
by stretching of the series 
elastic component, so length 
remains same 

Shortening of contractile 
component is not associated with 
stretching of series elastic 
component 

6  Heat released is less 

Heat released is more 

3  No external work is done 

External work is done 


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slow muscles 

Number of muscle fibers per motor unit is high  

All the units do not contract simultaneously (asynchronous contraction)  

Gastrocnemius (2000-3000 muscle fibers in some motor units) 

Not easily fatigued 

These muscles are important in posture controlling 

Red muscle (high myoglobin content, greater & large number of 

mitochondria) 

Fast  muscles

 

In muscles concerned with fine, precise, graded movements 

Only 3-6 fibers per motor unit 

Muscles of larynx has only 2-3 muscle fibers per motor unit 

Each spinal motor neuron innervates only one kind of muscle fiber 

(muscle fibers in a motor unit are of the same type) 

All the muscle fibers of a motor unit contract and relax together 

Fibers not found together (dispersed throughout the muscle)

 White 

muscle (

low myoglobin content) 

 

 

 

 

 

 

 

Types of skeletal muscles and muscle fibers 


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Muscle tone 

 

Small amount of tension maintained in the muscles at 

rest due to weak involuntary contraction of motor units 

There is alternate contraction and relaxation of small groups 

of motor units at rest and their activity is maintained by 

neurons in the brain and spinal cord 
 

Motor point: 

Point on the skin which when stimulated 

by an active electrode gives the maximum contraction of 

the muscle 

Area of entry of the nerve into the muscle 

Neurovascular hilus: nerve and blood supply entery to a 

muscle 

motor unit: 

A single motor neuron with all the muscle 

fibers supplied by its terminal branches 

 

 

 

 


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رفعت المحاضرة من قبل: Haider Abdullah
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