Le fibrocellule muscolari PDF

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le fibrocellule muscolari, spiegazione fisiologia...

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ORGANIZZAZIONE DEL TESSUTO MUSCOLARE SCHELETRICO Ciascuna fibrocellula è circondata da un sottile avvolgimento connettivale chiamato endomisio; un altro avvolgimento connettivale = perimisio circonda 150 fibre che costituiscono il cosiddetto fascicolo ; infine l’intero ventre muscolare (unione di più fascicoli ) è avvolto da una robusta fascia connettivale =l’epimisio . LE FIBROCELLULE MUSCOLARI L’aspetto caratteristico delle fibrocellule muscolari al microscopio ottico è la serie di bande chiare e scure che formano le striature tipiche del muscolo striato . Le miofibrille sono a loro volta composte da unità elementari dette miofilament , disposti parallelamente in senso longitudinale alla miofibrilla stessa . L’unità che si ripete=( l’unità funzionale) lungo la miofibrilla (visibile al microscopio elettronico ) è il sarcomero. Ciascun sarcomero contiene 2 tpi di filament : -spessi -sottili (i filamenti spessi si trovano al centro, quelli sottili alle estremità) Esso è formato da una banda centrale A (scura , si vede nei muscoli striati ) , essa presenta al centro una zona H (è proprio la zona tra 2 filamenti sottili quindi in essa si trovano solo filamenti spessi ) e da 2 bande I (sono divise al centro dalla linea Z=contengono i filamenti sottili di actina ). la linea Z quindi è la linea che dà attacco ai filament sottili (presenta però anche prot strutturali che servono a tenerle ancorate) La linea M (si trova a sua volta all’interno della zona H ) è la linea che contiene proteine strutturali (che servono sempre per l’ancoraggio ) e si trova tra 2 zone H contgue . Il sarcomero è quindi l’unità di miofibrilla interposto tra 2 linee Z successive (al centro del sarcomero i filamenti sottili si interdigitano con quelli spessi = solo quando essi riusciranno a scorrere sul filamento spesso avremo l’accorciamento) ciascun filamento spesso è circondato da 6 filament sottili e ciascun filamento sottile da 3 spessi. ogni sarcomero è circondato da un “manicotto” di vescicole interconnesse tra loro che nel loro insieme formano il retcolo sarcoplasmatco , che svolge un importante funzione di deposito per gli ioni ca (che porteranno all’innesco della contrazione muscolare). Ognuno di questi manicotti è formato alle sue estremità da cisterne terminali e queste ultme a loro volta sono interconnesse con un sistema tubulare trasverso= tubuli T (ogni sarcomero è avvolto da 2 tubuli T). Il retcolo sarcoplasmatco quindi è costituito : -da una parte longitudinale chiamata retcolo -da una parte trasversale = le cisterne Il sistema dei tubuli t oltre ad interconnettere le cisterne servono a trasportare l’eccitabilità La membrana dei tubuli T è in contatto con il sarcolemma : il potenziale d’azione quindi nascerà a livello della placca neuromuscolare propagandosi lungo la membrana dei tubuli T (arriva fino all’estremità di ogni sarcomero). Quindi la fibrocellula muscolare sarà costituita da : -sarcolemma = la membrana cellulare della fibrocellula muscolare -sarcoplasma =è il citoplasma -sarcosoma=i mitocondri I sarcosomi sono immersi nel citoplasma e servono proprio a produrre energia (convertono l’atp in energia meccanica ) . tale atp verrà recuperato dalla riserva glicolitica o dalla beta ossidazione.

affinchè avvengano tali processi è necessario ossigeno che sarà trasportato nel sangue attraverso l’emoglobina ; nel muscolo attraverso un’altra proteina : la mioglobina (simile all’emoglobina -presenta però una sola subunità quindi tratterà l’ossigeno molto più avidamente ) Ogni fibrocellula muscolare contiene circa 1000 miofibrille , ogni miofibrilla è costituita da filament spessi e sottili . I filament spessi sono costituiti da miosina (è una proteina motrice una struttura a mazza da golf con le due catene pesant che formano la coda e le 4 catene leggere attorcigliate attorno alle 2 catene pesant) Due delle catene leggere sono associate ad una delle teste di miosina ; le teste della miosina hanno un importanza funzionale : -una testa possiede un sito dotato di importante attività atp-asica. -l’altra testa costituisce il punto in cui l’actna può attaccarsi durante la contrazione . La miosina però esiste in diverse isoforme (quelle più importanti sono le isoforme delle catene pesant ) che sono codificate da geni diversi .MHC= Myosin Heavy Chain MHC-I (tipo I = lento e ossidatvo) =hanno una capacità ossidatva molto elevata e glicolitca moderata MHC-IIa (veloce e ossidatvo ) =alta capacità ossidatva e glicolitca elevata MHC tpo IIx (veloce e glicolitco ) capacità ossidatva bassa , capacità glicolitca elevata . I filament sottili sono costituiti da actna (proteina globulare che si trova sotto forma di doppia elica ) . le sue due eliche sono sfalsate e presentano una molecola G che rende possibile il legame con la testa della miosina . Il filamento sottile però non è formato solo da actna ma anche da troponina e tropomiosina . in particolare la tropomiosina copre il sito di legame sull’actna per la miosina . La troponina è una proteina regolatrice , presenta 3 siti , in quanto è composta da 3 subunità : -subunità T= che serve a legare la tropomiosina -la subunità I = che serve a legare l’actna -la subunità c che lega il calcio . Appena si legano le molecole di calcio la troponina cambia conformazione , permette l’attacco della miosina all’actna, la tropomiosina viene a sua volta spostata .. Oltre ai filamenti spessi e sottili sono presenti altre proteine tra queste vi sono la ttna e la nebulina che servono da binari affinchè i filament vadano nella giusta direzione .

Attraverso il sarcomero possiamo spiegare il fenomeno della contrazione muscolare . il sarcomero infatti rappresenta l’unità contrattile fondamentale (durante la contrazione le 2 linee Z si avvicinano e il sarcomero si accorcia ). Ma i filamenti che costituiscono il sarcomero : non si accorciano bensì scorrono gli uni sugli altri e la lunghezza della banda A rimane invariata mentre si ha una riduzione della banda I e della banda H. La forza che spinge tali filament a scorrere è generata dalla miosina . La testa della miosina possiede un attività atp-asica , che è in grado di scindere atp (idrolizzarlo) e legarsi all’actina . durante la contrazione la testa della miosina si lega all’actna (in siti specifici ) inducendo un cambiamento conformazionale .

Ad ogni ciclo di interazione acto-miosinica , la testa della miosina idrolizza una molecola di atp. Tale atp gli servirà quando gli arriverà il calcio (senza il calcio la miosina non può legarsi all’actina perché troverà sul sito di legame di quest’ultima la tropomiosina ). Nel momento in cui si libera fosfato inorganico si ha un “power stroke “ =colpo di forza che riesce a far ruotare la testa della miosina che spingerà il filamento sottile verso la linea M (cioè verso l’interno del sarcomero accorciando quest’ultimo e sviluppando forza). Nel momento in cui si libera adp si ha un momento di rigor che dura pochi istanti (solo quando arriva l’altra molecola di ATP potrà avvenire la contrazione altrimenti rimane in forma contratta) Rigor mortis = meccanismo che si verifica dopo 3 ore circa dalla morte (proprio perché fino a 3 ore dalla morte nel muscolo è ancora contenuto atp ) . dopo le 3 ore l’atp viene consumato e quindi la miosina rimane attaccata all’actina (non potendo più staccarsi ) ovviamente non verrà meno solo l’atp ma anche il disfacimento di tutto l’apparato contrattile . Le fibre muscolari però anche in assenza di stimolazione nervosa non potranno contrarsi= si contraggono quando vengono stmolate dal motoneurone alfa che le innerva . Il motoneurone alfa comunica con le fibrocellule muscolari mediante una sinapsi specializzata : la giunzione neuromuscolare . i motoneuroni arrivano fino alla fibra muscolare con delle fibre mielinizzate per poi perdere tale rivestimento mielinico e diramarsi . queste piccole terminazioni entrano in contatto con la membrana della fibra muscolare alla quale si dà il nome di placca motrice . quando arriva un potenziale di azione a livello della giunzione neuromuscolare , esso depolarizzerà la membrana pre-sinaptca , permettendo la liberazione di ach nello spazio sinaptco . l’ach raggiunge subito la placca motrice (data la ristrettezza dello spazio sinaptico ) , dove sono presenti proteine con specifici recettori , l’ach legandosi a tali recettori determina l’apertura di canali ionici che permetteranno sia di ioni K+ (uscire) sia di Na+(di entrare)  L’apertura di tali canali sarà fondamentale per generare un pot d’azione che si propagherà lungo tutta la membrana della fibrocellula muscolare , grazie ai tubuli T che contengono un recettore diidropiridinico che sarà collegato al recettore rianodinico che si trova nel reticolo sarcoplasmatico (quest’ultimo cambiando conformazione fa uscire il calcio). Recettore diidropiridinico è un canale del ca++ voltaggio-dipendente situato esclusivamente nel tubo T e associato al recettore rianodinico (questi 2 recettori legandosi determinano un aumento intracellulare di ca++) Accoppiamento eccitazione-contrazione : il pot d’azione entrando nel tubulo T attiva i recettori della diidropiridina che agendo sui recettori della rianodina causeranno la liberazione di ca dalle cisterne del retcolo sarcoplasmatco . il calcio attiva la contrazione legandosi alla troponina C (venendo ricatturato da una pompa del calcio presente sul retcolo sarcoplasmatco ) La placca motrice contiene però anche un altro enzima : l’acetl colinerasi (che idrolizza l’acetilcolina e quindi la inattiva) . Prima dello sviluppo della placca motrice i recettori sono distribuit in maniera uniforme sulla membrana della fibra muscolare , dopo lo sviluppo della placca motrice la densità per i recettori dell’acetilcolina aumenta in corrispondenza della terminazione assonica e si riducono notevolmente sul resto della membrana .

Affinchè il processo contrattile cessi : la tropomiosina deve ritornare a coprire i sit actnici specifici per la miosina ; è anche però necessario che il calcio venga ricaptato dal retcolo sarcoplasmatco = tale ricaptazione richiede consumo di ossigeno quindi avviene attraverso una pompa atp asica (quindi il reticolo sarcoplasmatico riassorbe ca++ per mezzo di tale pompa atpasica ) Tale riassorbimento permette il rilasciamento : smetterà quindi la stmolazione nervosa ; avviene il recupero attivo di ca da parte del citoplasma ; distacco del calcio dalla troponina C; copertura dei siti di legame dell’actna per la miosina e infine rilasciamento . periodo di latenza = rappresenta il lasso di tempo necessario affinchè il ca 2+ venga liberato dalle cisterne del reticolo sarcoplasmatico e possa diffondere nel citoplasma della miofibrilla. unità motorie l’unità motoria è un motoneurone associato a un gruppo di fibrocellule muscolari (da esso innervate) . essa quindi è l’unità minima di tessuto muscolare che può essere controllata dal sistema nervoso , quindi rappresenta l’unità funzionale del movimento . le unità motorie non sono mai tutte attive nello stesso momento , ma hanno un’attività asincrona (tale asincronia rende possibile uno sviluppo di forza costante nel tempo , tende inoltre a prevenire la fatica) lo sviluppo di una sincronia invece causa tremore . le dimensioni delle unità motorie variano : -sono in numero minore nei muscoli capaci di produrre moviment molto delicat = circa 10 fibre per unità motoria . - centnaia di fibre per unità motoria nei muscoli che controllano moviment più grossolani. Le principali differenze nelle unità motorie consistono nella scossa semplice isometrica * e nella resistenza alla fatca . (isometrica= lunghezza costante , forza massima ; isotonica=lunghezza variabile ,forza costante) *scossa semplice  contrazione dovuta alla presenza di un solo potenziale d’azione tetanica  serie di potenziali d’azione trasmessi in un piccolo periodo di tempo (quindi viene valutato tempo necessario affinchè si sviluppi il massimo della forza ). Determinanti della forza muscolare : la forza isometrica sviluppata da una fibra muscolare dipende dal numero di interazioni actnamiosina che si formano nell’area di interazioni actina-miosina che si formano nell’area della sua sezione trasversa (tutte le interazioni acto-miosiniche sviluppano la stessa forza e la forza sviluppata da ognuna di esse si somma a quella delle altre). Le interazioni però che possono sommare la forza sono quelle che si sviluppano nella sezione trasversa della fibra (ossia quelle tra sarcomeri dispost in parallelo ). Il numero di interazioni acto-miosiniche che si formano nella sezione trasversa di una fibra durante la sua contrazione dipende da diversi fattori : -diametro della fibra (dipende dal numero di sarcomeri dispost in parallelo , maggiore sarà il numero di filamenti sottili e spessi che entreranno in contatto e quindi maggiore sarà il numero delle interazioni acto-miosiniche ) -lunghezza dei sarcomeri (che dovranno essere ad una lunghezza ottimale ne troppo lunghi ne troppo corti)

-quanttà di calcio che lega alla troponina (per ogni molecola di troponina C che lega al calcio vengono liberate 7 monomeri di actna . nel muscolo scheletrico la quantità di calcio che si libera dal reticolo in seguito a un potenziale d’azione lungo i tubuli T è abbastanza costante così come l’affinità della troponina C per il calcio . affinchè però il calcio liberato dal reticolo sarcoplasmatico raggiunga la troponina C e si leghi a quest’ultima è necessario un certo lasso di tempo . dopo una singola stmolazione , la concentrazione citoplasmatica di ca2+ resta alta e non tutto il calcio liberato ha il tempo di raggiungere la troponina C ; per ottenere un’attivazione massimale è necessaria una stimolazione ripetuta della fibra con un’alta freq di potenziali d’azione ) . -tpo di miosina Le unità motorie quindi vengono distinte in 3 categorie : 1- La prima classe è caratterizzata da unità motorie che producono forze basse sia durante la singola scossa che durante la stmolazione tetanica = hanno tempi di contrazione lent = sono dunque definite slow (mantengono però il loro livello di forza per tempi lunghi) 2- Un secondo tpo sono quelle che invece posseggono tempi di contrazione più rapidi e producono forze maggiori rispetto alle slow twich = vengono definite fast -fatgable =velocemente affatcabili (sono poco resistenti alla fatica infatti dopo solo pochi minut la loro efficienza si riduce )= sviluppano però una forza elevata 3- La terza classe possiede unità motorie intermedie tra le prime 2 : tempi di contrazioni relatvamente rapidi , producono livelli di forza relatvamente alt e risultano relativamente resistent alla fatca (anche dopo 2 min dalla stimolazione) FR = fast-fatigable resistant Inoltre le scosse nelle fibre sono diverse e tale diversità dipende da come si sviluppa la tensione . avremo quindi : -gli element in parallelo (determinano lo sviluppo della forza) =isometriche Forza = somma delle singole forze Accorciamento = rimane uguale -gli element in serie (determinano la lunghezza)= isotoniche Forza = rimane uguale Accorciamento = somma dei singoli accorciamenti La tensione quindi sarà proporzionale ai pont trasversali che si formano tra actna e miosina . Infatti se la fibra comincia la contrazione quando il sarcomero è troppo lungo , i filament sottili e spessi sono poco sovrappost = formeranno quindi pochi pont trasversali = sviluppano poca forza . Se però il sarcomero è più corto della lunghezza ottimale i filamenti saranno troppo sovrapposti . (impediscono comunque la formazione dei ponti trasversali ) BASI ENERGETICHE DEL LAVORO MUSCOLARE L’energia chimica per la contrazione muscolare è fornita dall’atp (tale molecola è sufficiente solo per 8 contrazioni circa ) ,poi deve essere risintetzzata . (la reazione di idrolisi dell’atp è esoergonica = una minima parte di tale energia verrà convertta in lavoro meccanico ; una quota maggiore invece verrà accumulata sotto forma di calore = la quantità di calore prodotto è proporzionale alla quantità di atp idrolizzato) Distinguiamo 3 meccanismi/sistemi per la risintesi dell’atp : -SISTEMA ANAEROBICO ALATTACIDO (concerne l’idrolisi della fosfocreatna )

Le tensioni muscolari che si sviluppano in tale sistema sono massimali , infatti possono essere protratte solo per 5-8 secondi . L’energia può essere ripristinata solo dopo circa 3 minut , non necessita di ossigeno , ma dipende dagli accumulatori di energia (creatnfosfato=creatina + un gruppo fosfato ; serve come accumulatore di energia) Grazie alla fosfocreatina o creatinfosfato infatti viene risintetizzato atp (la fosfocreatina dona il gruppo fosfato all’adp =ottenuto dall’idrolisi dell’atp durante la contrazione e produce una nuova molecola di atp ) Oltre però i 8-10 sec la fosfocreatna comincia ad esaurirsi = se si vuole proseguire il lavoro a contrazioni meno intense si deve utilizzare un altro meccanismo “anaerobico lattacido” . -SISTEMA ANEROBICO -LATTACIDO -GLICOLITICO (glicolisi anaerobica) Le tensioni muscolari in esso sono di media intensità e possono essere protratte fino a 45 sec . Dopo lo sforzo la capacità contrattile diminuisce e viene ripristnata dopo circa 3 ore (il tempo di smaltmento dell’acido lattico corrisponde a circa 15 min , per gli atleti professionisti ancora meno) Questa seconda via di risintesi dell’atp utilizza il glicogeno che è presente nel muscolo e porta all’accumulo di acido lattico (da glucosio-1-fosfato a glucosio-6-fosfato); tale reazione però non utlizza ossigeno per questo viene definita anaerobica . Capacità lattacida = ossia la quanttà di lattato prodotta durante l’att fisica . Il lattato può essere prodotto però anche in condizioni di normossia (perché esso rappresenta il serbatoio per un eccesso di piruvato che non può essere metabolizzato attraverso il ciclo di krebs) (il lattato dunque è espressione del metabolismo glicolitico =quindi si avranno a disposizione meno substrati , proprio perché il sogg ha esaurito le riserve di glicogeno =substrato energetico-la concentrazione di lattato nel sangue al termine di un esercizio prolungato sarà infatti molto bassa, a causa della riduzione di carboidrati). -SISTEMA AEROBICO Terza e ultima via di risintesi dell’atp . Le tensioni muscolari sviluppate sono molto basse (sotto il 30 % del massimale); consumo energetco e reintegro energetco sono in equilibrio , ciò permette una durata che oltrepassa i 3 min arrivando fino ad alcune ore. I substrati energetici vengono forniti dapprima dai glicidi poi dai grassi . Gli acidi grassi contengono più atomi di idrogeno rispetto ai glucidi (quindi di conseguenza più energia ) ; ma contengono meno ossigeno (quindi per ossidarsi consumano più ossigeno e quindi per questo motivo hanno una minore resa energetca). Questo sistema energetico sfrutta l'ossigeno per produrre l'ATP aerobico riesce a riconvertire l'ADP in ATP eliminando le sostanze di scarto quali acqua (H2O) e anidride carbonica (CO2 ). La riconversione da ADP ad ATP è strettamente collegata al consumo di ossigeno, il quale aumenta proporzionalmente all'intensità dello sforzo fino a raggiungere il massimo consumo di ossigeno (VO2max). La produzione di ATP attraverso i meccanismi aerobici è più lenta rispetto a quella derivante dalle fonti di energia anaerobiche immediatamente disponibili, o disponibili a breve termine, e durante un lavoro submassimale potrebbero essere necessari 2 o 3 minuti prima che il fabbisogno di ATP della cellula venga coperto completamente dal processo energetico aerobico. la fonte aerobica, grazie all'abbondanza di glicogeno e lipidi può teoricamente provvedere a fornire una quantità di ATP illimitata per un periodo di tempo molto lungo.

La produzione di ATP mediante il sistema aerobico prevede tre processi (glicolisi , ciclo di krebs e catena di trasporto degli elettroni. Il metabolismo aerobico dei carboidrati, cioè la glicolisi aerobica, ha inizio nello stesso modo della glicolisi anaerobica che caratterizza il metabolismo anaerobico lattacido. Tuttavia in questo caso, grazie alla sufficiente presenza di ossigeno, il piruvato non viene convertito in acido lattico ma entra in due lunghe serie di reazioni chimiche chiamate Ciclo di Krebs e Catena di trasporto degli elettroni. La Glicolisi aerobica si verifica solo se sono disponibili adeguati livelli di ossigeno. Infatti, l'ossigeno (attraverso diverse reazioni biochimiche) permette al piruvato di reagire con il Coenzima A,...