Accoppiamento eccitazione-contrazione

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Silvano Mari
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1 Accoppiamento eccitazione-contrazione Potenziale d'azione motoneurone Potenziale d'azione muscolo Contrazione muscolo

2 Ricordate cosa c è alla giunzione muscolare?

3 Anni 30 40: Heilbrun ipotizza un ruolo del Ca 2+ nella contrazione muscolare Hill ipotizza che fosse un processo (potenziale d azione) piuttosto che una sostanza (Ca 2+ ) responsabile della trasmissione del segnale dalla superficie delle miofibrille all interno di queste Microele(rodo Membrana plasma3ca Re3colo Sarcoplasma3co Tubulo T sarcomero Huxley and Taylor, 1958 Disco Z sarcomero Disco Z si registravano piccole contrazioni locali solo quando il microelettrodo era in corrispondenza della linea Z Stimolazione della superficie esterna di singole fibre muscolari di rana con microelettrodi Le contrazioni si verificavano solo alla periferia delle fibra, vicino la linea Z, e si propagavano sempre di più verso l interno all aumentare dell intensità della corrente Propagazione della contrazione graduata è diretta verso l interno e non in direzione longitudinale

4 Il PA muscolare si propaga lungo i tubuli T La propagazione dell eccitazione verso il centro della fibra è bloccata da TTX o dalla diminuzione di [Na + ] e

Dimostrazione della liberazione di Ca 2+ in seguito alla depolarizzazione della membrana plasmatica Elettrodo di registrazione Elettrodo di stimolazione Luce di

5 Dimostrazione della liberazione di Ca 2+ in seguito alla depolarizzazione della membrana plasmatica Elettrodo di registrazione Elettrodo di stimolazione Luce di eccitazione Muscolo caricato con furaptra Luce emessa Fototubo breve stimolazione Intensità della luce emessa Trasduttore di tensione Δ forza Periodo di latenza

6 Recettori di membrana nelle triadi 1970: viene scoperto il recettore per la rianodina (canali per il Ca 2+) sulle cisterne di RS Successivamente si scoprono i recettori voltaggio-dipendenti per la diidropiridina sui tubuli T

7 Meccanismo di rilascio del calcio

8 Ciclo contrazione-rilasciamento

9 Ciclo contrazione-rilasciamento

10 Fonte di energia primaria: Glucosio Piruvato 30 ATP Glucosio Glicolisi + O 2 Glicolisi - O 2 ciclo Krebs Ac lattico + 2 ATP

Classificazione dei tipi di fibra muscolare FIBRE TONICHE: specializzate per contrazioni lente e continue FIBRE FASICHE lente e rapide: specializzate per movimenti, rispettivamente, lenti e

Scosse lente (fino a 75 ms) Fibre rapide ossidativo-glicolitiche (tipo IIa) Fibre rapide glicolitiche (tipo IIb) (bianche) Scindono ATP e pompano Ca 2+ nel reticolo più rapidamente.

11 Classificazione dei tipi di fibra muscolare FIBRE TONICHE: specializzate per contrazioni lente e continue FIBRE FASICHE lente e rapide: specializzate per movimenti, rispettivamente, lenti e rapidi Fibre ossidative lente (tipo I) (rosse). Scosse lente (fino a 75 ms) Fibre rapide ossidativo-glicolitiche (tipo IIa) Fibre rapide glicolitiche (tipo IIb) (bianche) Scindono ATP e pompano Ca 2+ nel reticolo più rapidamente. Hanno scosse più veloci (7,5 ms) Distinzione sulla base di criteri biochimici, metabolici ed istologici Proprietà della miosina: velocità di distacco dei ponti trasversi (determina Vmax) Tempo di permanenza del Ca 2+ nel sarcoplasma Tipo di metabolismo: numero dei mitocondri e densità dei capillari sanguigni (determina velocità di produzione aerobica di ATP)

12 Affaticamento muscolare FATICA: condizione in cui il muscolo non è più in grado di generare o mantenere la potenza attesa (variabile ed influenzata da: intensità e durata dell attività contrattile, tipo di metabolismo, composizione in fibre del muscolo, allenamento) Affaticamento centrale: origine nel SNC Affaticamento periferico: origine tra la giunzione neuromuscolare e l apparato contrattile Esercizio sub-massimale: deplezione glicogeno (interferenza con rilascio Ca 2+ dal RSP) Esercizio massimale: aumento P i da fosfocreatina (alterazione attività ATPasica della miosina; formazione di fosfato di Ca 2+ ) Esercizio massimale: accumulo K + extracellulare nei tubuli T (alterazione potenziale membrana e riduzione del rilascio Ca 2+ dal RSP)

Unità motoria Gruppo di fibre muscolari e motoneurone somatico che le innerva 3-5 fibre: in muscoli deputati ai movimenti fini Centinaia-migliaia fibre: muscoli deputati a movimenti grossolani Le

13 Unità motoria Gruppo di fibre muscolari e motoneurone somatico che le innerva 3-5 fibre: in muscoli deputati ai movimenti fini Centinaia-migliaia fibre: muscoli deputati a movimenti grossolani Le contrazioni muscolari graduate sono determinate da: 1) attivazione di tipi diversi di unità motorie; 2) aumento del numero di unità motorie che rispondono in un certo momento (reclutamento) In contrazioni sub-massimali, il reclutamento asincrono previene la fatica

14 Meccanica del movimento corporeo: Contrazione isometrica ed isotonica Le contrazioni isotoniche spostano un carico Le contrazioni isometriche generano forza senza movimento

15 Componenti elastiche in serie e in parallelo Componente contra:le Fibre elastiche presenti nei tendini, nel tessuto connettivo che fissa i muscoli alle ossa, nel tessuto connettivo intramuscolare, tra le miofibrille Componen3 elas3che in serie Componen3 elas3che in parallelo Membrana plasmatica, connettivo intramuscolare

16 Componente contra:le Componen3 elas3che in serie Componen3 elas3che in parallelo Tensione (g) Acccorciamento Carico Tempo (msec)

17 Sommazione delle contrazioni muscolari Tetano

18 Le ossa e le articolazioni: un sistema di leve e fulcri Lavoro = forza x distanza

19 Contrazione isometrica

Per sollevare il carico il bicipite deve deve esercitare una forza che supera la forza generata dal carico FORZA NECESSARIA PER SOSTENERE IL PESO A 90 Forza del bicipite x 5 cm= 7 Kg x 25 cm Forza

20 Per sollevare il carico il bicipite deve deve esercitare una forza che supera la forza generata dal carico FORZA NECESSARIA PER SOSTENERE IL PESO A 90 Forza del bicipite x 5 cm= 7 Kg x 25 cm Forza del bicipite= 7 Kg x 25 cm/ 5 cm Forza del bicipite= 35 Kg I due movimenti (quello dell osso nel punto d inserzione del muscolo e quello della mano) sono contemporanei: velocità di contrazione è amplificata Richiesta più forza

La forza con la quale un muscolo lavora e la velocità alla quale si accorcia sono reciprocamente correlate (curva forza-velocità) Fulcro Leva Peso Stimolatore Trasduttore di forza Lunghezza Tempo

21 La forza con la quale un muscolo lavora e la velocità alla quale si accorcia sono reciprocamente correlate (curva forza-velocità) Fulcro Leva Peso Stimolatore Trasduttore di forza Lunghezza Tempo Forza Velocità Quando il carico aumenta la velocità di accorciamento diminuisce Potenza (forza x distanza/tempo) Contrazione isometrica Velocità Carico pari a zero Potenza = lavoro = (forza) (ΔL) = forza x velocità tempo tempo

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