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(3) FISIOLOGIA DEL MUSCOLO, Schermata 2020-06-16 alle 17.06.10 - Coggle…
(3) FISIOLOGIA DEL MUSCOLO
TIPI DI MUSCOLI SCHELETRICI
2 categorie di fibre:
fibre fasiche: contrazione muscolatura innescata dal PA, presenti nella > parte dei vertebrati+
fibre toniche: rare nei vertebrati, stimolate dal livello di depolarizzazione
proprietà delle fibre:
toniche:
concentrazione non innescata da PA nei fusi neuromuscolari
alcuni nell'occhio
contrazione per tempi lunghi
Vmax di controllo molto lenta
resistenza alla fatica alta
fibre lenta -> bassa frequenza del ciclo dei ponti trasversali -> basso consumo di ATP per unità di tempo
essendo lenti usano glicolisi aerobica
fasiche:
3 categorie: lente, rapide ossidative, rapide glicolitiche
lente
più rosse perché alta concentrazione di mioglobina, pp che immagazzina O2
più lente
minore consumo di ATP
più resistenti, alta resistenza alla fatica
implicate nel controllo della postura e locomozione lenta
Vmax di contrazione lenta-moderata (legata alle ≠ isoforme delle pp del sistema contrattile con ≠ cinetica Ca
cinetica del Ca lenta
resistenza:
dipende dalla capacità di affidarsi alla fosforilazione ossidativa
alto # mitocondri
ricca vascolarizzazione
bassa velocità di consumo ATP
concentrazione Mb alte da rendere la fibra più rossa, maggiore capacità di immagazzinare O2
rapide glicolitiche
stimolo da PA
muscolatura degli arti
Vmax di contrazione rapida
cinetica Ca rapida
bassa resistenza alla fatica
alta concentrazione di enzimi per la glicolisi
rapide ossidative
più rapide delle lente, ma comunque velocità non è tale da impedire utilizzo di ATP mitocondriale
implicate nella locomozione prolungata (volo)
Vmax di contrazione rapida
resistenza intermedia
concentrazione degli enzimi glicolitici intermedia
tipico muscolo fasico contiene fibre miste con proprietà intermedie (compromesso per il costo energetico)
sono presenti anche altre tipologie di fibre ma specifiche di alcuni gruppi muscolari e ≠ organismi
livelli di mioglobina ~3-400 µM (maggiore nelle fibre lente) con pressione parziale di O2 a semisaturazione pari a ~1-2 mmHg: livelli in cui O2 inizia a diventare limitante per i mitocondri, se il valore scende la cellula non lavora più al pieno delle possibilità (quando mioglobina inizia a tamponare rilasciando O2 la variaziazione transitoria)
di recente scoperta la neuroglobulina: omologia ~20% con Mb e Hb, però a basse concncetrazioni e ha funzione ≠ dalle due globine note. concentrazioni elevate soprattutto nella retina
MUSCOLO SCHELETRICO
≠ tipi di contrazione muscolare
isotonica: forza sviluppata costante però permetto al muscolo di accorciarsi
isometrica: lo sviluppo della forza impedisce al muscolo di accorciarsi
in condizioni fisiologiche prima contrazione isometrica (mette in tensione strutture contrattili) e poi oltre un certo stato di tensione contrazione isotonica (articolazione flette e si solleva il carico)
≠ rapidità di contrazione muscolare che deriva dalla scossa del PA (quindi scossa di ≠ durata nei differenti muscoli)
struttura
fibra: sincizio, avvolta dal sarcolemma, contiene le miofibrille (unità contrattili)
miofibrilla: sistema contrattile divisa in sarcomeri
sarcomero: unità contrattile divise da dischi t: piastra di attacco dei filamenti sottili a dei e sx (di actina)
actina: proteina monometrica globulare (actina G: globulare) che polimerizza a dare doppia elica (actina F: filamentosa), si legano a t grazie ad altre proteine
proteine accessorie: tropomiosina (proteina filamentosa che segue actina F) e troponina (complesso proteico che interrompe la tropomiosina a intervalli regolari)
miosina:
intercala i filamenti sottili nella zona centrale del sarcomero
filamenti spessi: composti da molecole di miosina coda-coda
molecole con teste sporgenti ed una zona centrale senza teste mentre la zona in contatto con l'actina sono appunto le teste formando così i ponti traversi, per la contrazione
è un dimero di cui due gambi del polimero formano la doppia elica da cui sfocia la testa globulare che contiene la catena leggera della missina
nel settore trasversale del sarcomero i filamenti sottili sono disposti ad esagono cola centro un secondo esagono di actina, al cui centro è presente sola miosina
contrazione dei sarcomeri
dipende dalla contrazione delle miofibrille individuali, quindi si devono contrarre i sarcomeri
teoria dei filamenti sottili-slittanti:
scorrimento dei filamenti spessi e sottili uno sull'altro, senza cambiare la lunghezza dei filamenti
la forza sviluppata dal muscolo dipende dal # di interazioni, ponti trasversi (teste miosina tirano teste actina verso il centro)
i ponti di legano indipendentemente, quindi processo statistico delle molecole che in certe condizioni la probabilità aumenta di molto
dimostrazione dei filamenti sottili
dimostrazione studiando la relazione fra forza e lunghezza del sarcomero, quindi studio di una fibra completa (somma di singoli sarcomeri)
uso muscolo di rana simile in tutti i vertebrati
grafico con y=tensione attiva (forza) e in x=lunghezza del sarcomero. vedo che andamento gaussiano (crescita, stallo, decrestita):
stimolo la fibra stirata e vedo che non è presente la contrazione a lunghezza > 3,65 µm perchè troppo stirata e le teste non arrivano all'attica
ancoraggio della fibra: miosina prende contatto con actina e si sviluppa contrazione:
tanta più forza quando più accorcio il sarcomero fino ad un massimo di lunghezza tale le teste prendano contatto con actina
se accorcio ulteriormente il sarcomero F non aumenta ma fase plateau
a ~2 µm i filamenti sottili si toccano quindi c'è interferenza che diminuisce la forza
ciclo dei ponti trasversali
teste si attaccano e staccano con certa ciclicità
con Ca successivamente lo stimolo questo aumenta transientemente di concentrazione di µM
ciclo consiste in:
testa lega con ATP
testa idrolizza ATP e cambiano conformazione legando P e rilasciando ADP
la testa quindi si solleva e si lega ad actina con rilascio di P
testa dà colpo di forza e tira l'actina, quindi i filamenti sottili scorrono e il sarcomero si accorcia
complesso rigor: quando si rilascia ADP e la testa rimane legata ad actina tirata
nuovo ATP si lega alla testa permettendo il distacco dal filamento sottile e ciclo può ripartire
ATP sia per attaccare che staccare la testa, quindi consumo muscolare:
per ciclo dei ponti trasversi (che dipende solo dalla velocità)
Ca rilasciato deve essere riassorbito dopo ogni concentrazione per riavere il rilassamento (25-30 % per consumo delle pompe Ca) che non dipende dalla velocità
senza ATP testa di miosina rimane attaccata ad actina, quindi complesso rigor: rigor mortis (cellule dopo la morte non prucono ATP quindi mosculatura rigida)
relazione forza-velocità di accorciamento
stimolo il muscolo con ≠ pesi e controllo la velocità di accorciamento
velocità maggiore quando forza minore
inversamente proporzionali
:
tanto maggiore è la velocità diminuisce il # medio di ponti legati ad actina (teste non fanno in tempo a legarsi-staccarsi) quindi F minore
se velocità aumenta troppo le teste si deformano e si conducono a sx quindi interazione inefficace con actina, anzi si produce forza elastica con richiamo
relazione forza,velocità, potenza
potenza=forza•velocità
curva della potenza teorica a campana
il picco nel grafico coincide alla Pmax ≠ nei ≠ muscoli a velocità comunque intermedie (v/vmax=15-40 %)
quando teste spostate a sx producono F negativa ma non si attaccano
in condizioni isometriche ci sono solo ponti attaccati per avere F positiva, oltre ad avere il #max di ponti attaccati
accoppiamento eccitazione-contrazione
meccanismo con cui PA innesca la concentrazione muscolare: ciclo di ponti trasversali avviene solamente in simultanea presenza di ATP e Ca
Calcio
meccanismo di azione del Ca dipende da interazione dello stesso con pp: complesso
troponina e tropomiosina
: actina accompagnata da questi filamenti du tropomiosina di 30-40 µm che legano ad intervalli regolari la troponina
troponina:
3 sub T, C, I
a muscolo rilassato sub circondano la tropomiosina con T che la lega, C lega Ca in 4 punti ed I sub inibitoria
a riposo il complesso tropo-tropo impedisce l'attacco di testa di miosina sull'actina
all'aumentare di Ca esso si lega a troponina in C cambiando conformazione di I -> rotazione parziale del complesso che si porta dietro anche la tropomiosina -> interazione testa-actina
Ca aumenta con l'aumentare del Pa
(dopo stimolo PA e prima della contrazione), quindi aumento di Ca segue la propagazione dello stimolo che precede la concentrazione
si possono misurare simultaneamente la forza sviluppata dal muscolo e la concentrazione di Ca
stimolo del muscolo per forza in relazione a Ca
1) sviluppo del PA
2) periodo latente ~ 2ms
3) sviluppo della forza
nel periodo latente aumenta Ca, quindi da segnale elettrico si passa a meccanico (quindi se inibisco l'aumento di con. di Ca con chetanti non si ha la contrazione)
aumento dello ione non dipende dal flusso esterno che sarebbe difficoltoso e dispendioso bensì è interno:
stimolo zone ≠ della fibra muscolare per riconoscere i punti + sensibili dove quindi si ha accesso del Ca
depolarizzazione è sufficiente nella stimolazione del muscolo in specifiche invalidazioni dei tubuli T (in corrispondenza delle linee Z)
=> zona dei tubuli T contiene meccanismo di accoppiamento PA-Ca
meccanismo di rilascio di Ca indotto da PA in un determinato punto che fa aprire recettori ionici lontani dalla triade con uscita quindi di altro Ca, che stimolerà quindi altri recettori
=> rapida onda di Ca in tutta la fibra che viene riassorbita da pp del reticolo, pompe SERCA, consumando ATP
dischi Z-tubuli T
tubulo T nella zona Z circondato da grosse cisterne di reticolo sarcoplasmatico (grosso reticolo con lume voluminoso)
TRIADE: cisterna+tubulo T+cisterna
reticolo contiene molto Ca e la membrana contiene le pompe ioniche
accumulo Ca nel reticolo sarcoplasmatico sequestrato dal reticolo da proteine calsequestrina-calreticulina:
la prima pp con alta capacità per Ca (ciascuna molli siti di legame per ione)
la seconda pp con bassa affinità per Ca quindi possono rilasciarlo velocemente
tra tubulo T e membrana reticolo ci sono pp che accoppiano le due strutture: recettori DHPR - diidropiridina su membrana del tubulo:
DHPR a voltaggio dipendente che in presenza di PA si attiva e cambia conformazione e si produce accoppiamento on recettori del reticolo RyR
cambiamento conformazione DHPR trasla a RyR che sono canali di Ca quindi si apre e Ca entra nel citosol
se non arriva il secondo stimolo i canali si chiudono e Ca rapidamente recuperato nel reticolo con conseguenza rilassamento del muscolo (≠ per ogni muscolo)
CONTROLLO DI CONTRAZIONE MUSCOLARE
controllo in muscolatura fasica, controllata da PA, sono le più presenti
due meccanismi di controllo di contrazione della forza muscolare
1) meccanismo che dipende dalla frequenza di PA
stimolo un singolo PA si produce una singola scossa (contrazione-rilascio)
se il motoneurone innesca il secondo stimolo prima che tutto il Ca sia stato riassorbito allora si riaprono i recettori ed esce ancora Ca, che sommandosi a quello del primo PA porta ad una contrazione maggiore
se PA a frequenza bassa la forza media è maggiore della forza indotta da un singolo PA, sebbene ci sia l'oscillazione
se PA frequenza elevata le contrazioni si sommano a dare singole scosse che si fondono e sono indistinguibili
rilascio di Ca sino ad un massimo quindi si ha una F di contrazione massima
stimolo TETANICO
: somma degli effetti di Ca prodotta dai PA a freuquenza sempre maggiore (tetano completo quando del tutto indistinguibili, tetano incompleto quando distinguo le ≠ contrazioni)
tetano: risposta muscolare tale per cui la contrazione aumenta quando si hanno PA in sequenza a frequenza tale che i Ca rilasciati da ogni PA si sommano al precedente-successivo
2) reclutamento
dipende da reclutamento delle unità motorie
unità motoria
: 1 motoneurone + le fibre muscolare che esse innervano
le u.m. in #≠ in base al tipo di muscolo: nei muscoli con controllo fine dell'attività (mano) c'è un alto numero di unità motorie, tanti motoneuroni che innervano anche fibre muscolari
per aumentare la forza di contrazione del muscolo oltre ad aumentare F di contrazione delle singole fibre (innescando contrazioni tetaniche) bisogna anche aumentare il # di u.m. reclutate
FISIOLOGIA MIOCARDIO
flusso verso organi - sistemico
flusso verso polmoni - polmonare
ciclo in cui sistema venoso raccoglie sangue deossidato dai tessuti e lo porta in atrio dx, poi ventricolo dx lo spinge verso polmoni dove viene ossigenato. Quindi arriva ad atrio sx e ventricolo sx che lo rimettono nel circolo sistemico
stistemi in parallelo che permettono di controllare in modo indipendente il flusso sangue-organi (es. più sangue ai muscoli durante attività fisica)
circolazione chiusa, per mantenere alte le pressioni, e doppia per mantenere le pressioni ≠ nei due circoli
ciclo cardiaco
contrazione - sistole
rilassamento - diastole
a metà diastole il sangue fluisce da vena cava nell'atrio dx quindi ventricolo dx, da vena polmonare in atrio sx e ventricolo sx
contrazione atriale: atri si contraggono ed i ventricoli si riempiono completamente
contrazione ventricolare: isometrica per cui i ventricoli si contraggono senza variazione del volume interno
=> non cambia la lunghezza delle fibre bensì pressione aumenta per valvole atrio-ventricolari che si chiudono
espulsione ventricolare: pressione raggiunge livello per cui si aprono le valvole che permettono l'uscita del sangue nell'aorta
rilassamento: dopo l'espulsione del sangue c'è una fase di rilassamento isometrico
regolazione cardiaca
effetto del sistema nervoso autonomo controlla la frequenza cardiaca:
cronotropo: regola la frequenza (±)
isotropo: forza (±)
batmotropo: eccitabilità
dromotropo: conduzione del segnale elettrico
a) come e dove viene generato il ritmo cardiaco
b) conduzione dell'impulso in tutto l'organo
c) proprietà del PA sono ≠ nelle ≠ regioni cardiache
d) regolazione da parte del sistema autonomo a breve termine su canali ionici
a)
ritmo cardiaco
nodo seno-striale
: zona di origine dello stimolo composto da massa di cellule nell'atrio dx modificate, senza capacità contrattile ma producono PA spontanei che continuano indefiinitivamente (non innescati dal cervello) = pacemaker miogeno (non di origine nervosa, è un oscillazione endogena intrinseca)
b)
conduzione dell'impulso
i PA prodotti entrano nel sistema di conduzione simile ad assoni ma sono fibre muscolari modificate con funzione di propagazione del PA: propaga nell'atrio e poi supera il setto dell'atrio-ventricolare di tessuto fibroso (RIVEDI)
PA entra nel resto del sistema di conduzione tramite fascio di Hiss e fibre di Pirkinje, quindi arriva alla superficie dei ventricoli e si porpaga a tutte le cellule dei muscoli
da nodo seno-atrio a nodo AV di conduzione veloce mentre nel nodo AV trasmissione lenta, ma successivamente nel fascio Hiss e fibre nuovamente veloce, e da qui il PA passa a tutte le cellule muscolari
il rallentamento serve a far si che prima si contraggano gli atri e successivamente i ventricoli
dalle fibre invece molto veloce perchè celllule muscolari cardiache sono tutte connesse elettricamente tramite giunzioni gap
gap junction:
essenziali per tessuto cardiaco in quanto appunto tutte le cellule sono connesse in tal modo
alta densità di pori con Ø 16 Å: passano ione e altre molecole grandi fino ad un massimo di ~1000 PM
alla base di sinapsi elettriche che permettono la sincronizzazione della contrazione delle cellule
struttura:
2 gruppi pp
ogni gruppo di 6 pp - connessone
1 connessone su ciascuna delle due memrbane a contatto, formano con i propri terminali un canale con ≠ regolazione tessutale, nel cuore se aumenta Ca gap si chiudono (tanto Ca danno cellulare)
connessone formato da 6 connessine, ≠ isoforme in ≠ tessuti
c)
proprietà del PA
il PA si propaga ≠ nelle cellule della zona pacemaker: potenziali brevi e spontanei ~ 60-70 al minuto a riposo
nell'atrio PA arriva da pacemaker, nel ventricolo arriva dall'atrio stesso in ritardo, entrambi dipendono dal nodo del seno che porta la cellula alla soglia
sistema di oscillatori accoppiati: ritmo globale stabilito da sorgente che produce oscillazioni a frequenza > e dato che frequenza pacemaker è più alta le cellule non riescono a produrre il proprio PA
esempio cellula ventricolo:
vedi grafico
cellula rimane depolarizzata a lungo perchè si aprano i canali Ca voltaggio-dipendenti
canali Na si inattivano rapidamente ma canali Ca rimangono aperti quindi cellule riportate negative con apertura canali K
quando potenziale negativo i canali Ca si chiudono (correnti di K più complicate)
accoppiamento eccitazione-contrazione
≠ dal muscolo scheletrico
tubulo T senza reticolo sarcoplasmatico (meno sviluppato), quindi no triade ma ugualmente in contatto
molti mitocondri
reticolo sarcoplasmatico meno voluminoso perchè parte del Ca che innesca la contrazione preso dall'esterno con apertura dei canali che determinano il plateau del PA:
PA apre canali Ca di tipo L
Ca entra e stimola recettori ionidinici (≠ scheletrici) quindi altro Ca esce dal reticolo
poi sistema contrattile del sarcomero uguale (Ca torna livelli di riposo, pompa lo riporta in parte nel reticolo, trasportatori di membrana escono il resto (pompe Ca, trasportatori attivi secondari)
d)
regolazione della forza di contrazione
≠ muscoli scheletrici
non esiste il tetano a causa della fase di plateau della depolarizzazione in cui il muscolo è refrattario (non si sommano i PA) , fenomeno lento da però il tempo a tutte le cellule di contrarsi simultaneamente quindi di sincronizzare meglio tutto l'organo
reclutamento perchè a causa della presenza delle gap tutte le fibre si contraggono simultaneamente (non si può contrarre una fibra si ed una no)
forza controllata dall'effetto del sistema nervoso autonomo che tramite i neurotrasmettitori regola
probabilità di apertura dei canali Ca (> canali > forza)
efficienza di trasporto della pompa che recupera Ca nel reticolo, se inibisco la pompa Ca rimane più a lungo nel citosol e contrazione forte e lunga
=> regolazione basata sulla concentrazione Ca ( anche aumento della forza per adrenalina, mentre diminuzione della frequenza per acetilcolina)
