Muscoli. Caratteristiche del tessuto muscolare

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1 Muscoli Scheletrici (striati, volontari) Attaccati alle ossa: movimento, postura, respirazione Al microscopio mostra vistose bande regolari da cui il nome striati Lisci (involontari) Presente negli organi intern. Es. coinvolti nelle forze che spingono masse di cibo nel tratto digestivo Cardiaco (striato, involontario) Cuore, energia meccanica per la circolazione del sangue 1 Caratteristiche del tessuto muscolare Eccitabilita Il muscolo si contrae quando e stimolato da un impulso nervoso o uno stimolo elettrico Contrattilita Estensibilita Elasticita 2 1

2 Funzioni Effettore del Sistema Nervoso Centrale (SNC) Coordinamento nervo-muscolo che permette di parlare, ingerire cibo, meccanismi di difesa intrinseci Movimento e Postura I muscoli generano forze sia per il movimento che per mantenere una postura Pompa cardiaca Circolazione del sangue e mantenimento della pressione e della gittata cardiaca Calore Ogni azione muscolare richiede processi meccanici e chimici che generano calore, che e usato per mantenere la temperatura del corpo 3 Tessuto connettivo Ossa, cartilagine, legamenti, tessuti adiposi, tessuti fibrosi (collagene) Nel muscolo scheletrico Le fasce fibrose attorno a ciascun muscolo sono disposte in parallelo ed in strati che si orientano in direzioni diverse Si uniscono nel periostio (tessuto fibroso che riveste l osso a cui il muscolo e attaccato 4 2

3 Tessuto connettivo nel muscolo scheletrico Fascio muscolare Epimisio (strato fibroso che circonda l intero muscolo) Perimisio (divide all interno del muscolo le fascicole di cellule muscolari) fascicolo miofibra fascicolo Endomisio (divide ciascuna cellula muscolare) miofibrille miofibra 5 6 3

4 Forze di contrazione Tendini: fasci di tessuto connettivo regolare denso che lega i muscoli all osso Sono continui con l epimisio del muscolo, e percio anche col perimisio e con l endomisio Le forze di contrazione generate entro ciascuna cellula muscolare sono trasmesse attraverso i vari strati di tessuto connettivo e di qui trasmesse al tendine ed all osso 7 Istologia Miofibre Fibre muscolari Cellule muscolari Termini equivalenti spesso usati Sarcolemma = membrana della miofibra Sarco = muscolo Lemma = membrana plasmatica sarcolemma Sarcoplasma = citoplasma dentro la miofibra sarcoplasma µ 8 4

5 Miofibre nell embrione Cellule multinucleate mioblasti Esse si originano come molte cellule uninucleate che poi si fondono mentre i nuclei si mantengono Una volta formate, non si rigenerano piu (ma la singola cellula multinucleare puo essere in grado di ripararsi ) Il colore rosso delle miofibre e dovuto tubuli T alla presenza della proteina mioglobina Tubuli trasversi (T) Sono estensioni della membrana plasmatica nel sarcoplasma Portano lo stimolo dal sarcolemma all interno della fibra 9 Reticolo sarcoplasmatico delle miofibre Simile al reticolo endoplasmatico: all interno sono immagazzinate grandi quantita di ioni calcio Il Ca2+ viene rilasciato nel sarcoplasma in risposta ad uno stimolo Trasporto attivo del Ca2+ dal sarcoplasma al reticolo sarcoplasmatico da parte della Calsequestrina e della Ca2+ ATP-asi (pompe ioniche ATP dipendenti) L efficacia delle pompe e tale che alcuni muscoli sono in grado di riattivarsi anche 1/60 1/100 s dopo la contrazione Reticolo sarcoplasmatico 10 5

6 Miofibrille Triade L insieme di un tubulo T e 2 reticoli sarcopl. adiacenti Miofibrille Fasci di filamenti proteici (miofilamenti) Sono costitutiti essenzialemnte da 2 tipi di filamenti miofibrilla triade 11 Miofilamenti Ciascuna miofibrilla e costituita da miofilamenti sottili e spessi che si alternano allineati longitudinalmente lungo la cellula. E questa struttura dei miofilamenti che genera le striature osservate al microscopio miofibrilla Miofilamenti sottili (thin) Proteine: actina, troponina I,T,C e tropomiosina sarcomero Miofilamenti spessi (thick) Proteina: miosina ( molecole per filamento) Sarcomeri Circa unita ripetitive di miofilamenti sottili e spessi Praticamente ciascun sarcomero ha il suo reticolo sarcoplasmatico µ 12 6

7 13 Sarcomero Linee o Dischi Z Delimita ogni sarcomero. Qui i filamenti sottili di sarcomeri adiacenti sono uniti Banda A Delimita la zona dove i filamenti spessi e sottili si sovrappongono Banda I Delimita la zona dove sono solo i filamenti sottili Zona H Delimita la zona dove sono solo i filamenti spessi 14 7

8 Filamento sottile (thin) ciascun filamento e costituito da 3 proteine diverse Actina: sono filamenti costituiti da una collana di proteine globulari (Actina-G) Ciascuna actina-g contiene un sito di legame per le teste di miosina (filamento spesso Troponina : 3 subunita I,T,C. Lega il Ca2+ Tropomiosina: Quando la fibra muscolare non si contrae, la tropomiosina copre il sito di legame della miosina, impedendo il legame tra l actina e le teste di miosina µ 350 Å 1µ=10000 Å 5Å 15 Filamento spesso (thick) ciascun filamento e costituito da un fascio di miosine Miosina: 1 Coda 2 Teste. Ponti trasversali Ciascuna coda ha 2 teste e ciascuna testa ha 2 siti di legame : Sito di legame per l actina Si lega al sito di legame della actina quando la tropomiosina si muove Sito di legame per l ATP Divide la molecola, e l energia rilasciata e usata per guidare il movimento delle teste di miosina 16 8

9 350 Å 17 Il colpo di forza Respirazione o glicolisi Stimolo (pot. azione) rilascio ADP ATP Reticolo Sarcoplasmatico Colpo di forza Legame con l actina Ca 2+ Rilascio fosfato Irrigidimento testa miosina Fibra a riposo. ATP legato 18 9

10 Il rigor mortis Durante la morte i livelli di ATP scendono rapidamente, perche la respirazione cellulare smette L ATP e richiesto se le teste di miosina devono staccarsi dai filamenti di actina Cosi i filamenti rimangono attaccati, i muscoli si irrigidiscono e rimangono bloccati nella posizione in cui erano al momento della morte Eventualmente i filamenti di actina e miosina si distaccano attraverso degradazione chimica ed enzimatica ed il muscolo diviene flaccido 19 Placca motrice (giunzione neuromuscolare) Qui il potenziale d azione proveniente dai nervi per stimolare la contrazione muscolare viene convertito in segnale chimico (eccitatorio) Terminali sinaptici Vescicole sinaptiche Neurotrasmettitore: Acetilcolina (ACh) Presenza di Acetilcolinesterasi terminale sinaptico pliche giunzionali unita motoria placca motrice (motor end plate) 20 10

11 Contrazione: Eventi molecolari Potenziale d azione dal motoneurone. Rilascio di neurotrasmettitore alla giunzione neuromuscolare (il pot. membrana passa da 80mV a 15 mv) Un segnale viene generato nel sarcolemma entro la giunzione come potenziale d azione in una fibra amielinica (canali Na+ e K+). Il segnale passa nei tubuli T Il segnale provoca il rilascio di Ca2+ dal reticolo sarcoplasmatico IL calcio diffonde nel sarcoplasma e si lega alla troponina del filamento sottile attivandola La troponina attivata sposta la tropomiosina ed espone sulla actina il sito di legame per la miosina Le teste di miosina si legano e effettuano il colpo di forza tirandosi apprresso il filamento di actina Le teste di miosina si staccano e sono libere di legarsi ancora solo se c e ATP presente Non appena il segnale nervoso si esaurisce il livello di Ca2+ scende e la tropomiosina va a rioccupare il sito di legame della miosina. La contrazione termina 21 Tipi di contrazione Isotonica (iso=stessa; tonica=tensione) La tensione muscolare resta la stessa mentre la lunghezza del muscolo diminuisce (es. spostamento di un oggetto) Isometrica La lunghezza muscolare resta la stessa mentre la tensione del muscolo aumenta (es. pressione di una mano sull altra) 22 11

12 Fasi della contrazione muscolare Scossa (twitch): evento di contrazione-rilassamento in risposta ad un singolo stimolo oltre la soglia Latenza: lo stimolo viaggia nel sarcolemma, tubuli T, nel RS. Il Ca comincia ad entrare nel sarcoplasma Contrazione: I filamenti scorrono uno sull altro e generano la forza contrattile Rilassamento: il livello di Ca diminuisce e i filamenti non possono piu interagire. La forza declina Refrattarieta : nessun altro stimolo ha effetto. 23 Diagrammi tensione-lunghezza del sarcomero Singolo sarcomero Muscolo intero Forze elastiche da tessuto connettivo, sarcolemma, tronchi 24 nervosi, vasi sanguigni etc. 12

13 Sommazione temporale: tetano Tutte le normali contrazioni del muscolo scheletrico richiedono contrazioni prolungate delle miofibre, chiamate tetano Tetano incompleto: stimoli successivi arrivano durante la fase di rilassamento; la successive contrazioni si aggiunge alle precedenti Tetano completo: la frequenza degli stimoli e tale (20-60 Hz) che gli stimoli arrivano durante la fase di contrazione fino a che non si raggiunge il livello massimo 25 Contrazione: energetica ATP e richiesto per: la contrazione (ossia per l irrigidimento e per il distacco delle teste di miosina) la calsequestrina e la Ca2+ ATPasi, che pompano calcio nel reticolo sarcoplamatico del sarcoplasma 26 13

14 Ricostituzione di ATP (I) L ATP e prodotto da un altra molecola ricca di energia, la fosfocreatina., presente nella miofibra L enzima creatina chinasi trasforma la fosfocreatina in creatina, rilasciando un gruppo fosfato che e disponibile per creare ATP da ADP Questo e il sistema di rigenerazione energetica piu veloce. L energia viene restaurata in 8-15 sec. 27 Metabolismo muscolare Metabolismo aerobico (ossidativo), ciclo di Krebs (36 molecole di ATP per molecola di glucosio. Esercizio di intensita moderata Metabolismo anaerobico, glicolisi (2 sole molecole di ATP per molecola di glucosio). Esercizio intenso Il piruvato prodotto e convertito in ac. lattico. Questo abbassa il ph dei tessuti e diminuisce l efficienza degli enzimi e delle proteine (dolore e stanchezza) L acido lattico e successivamente rimosso in stato di riposo dal sistema di vascolarizzazione del tessuto e dal fegato Debito di ossigeno: la ricostituzione del glicogeno e la riossidazione dell acido l attico richiedono un consumo supplementare di ossigeno durante il riposo che segue l esercizio intenso 28 14

15 Patogenesi delle malattie muscolari Danneggiamento motoneurone degenerazione nervo atrofia (es. poliomelite) Lesione nervo periferico atrofia (es. incidentale o neurite tossica) Danneggiamento placche motrici rilasciamento, miastenia (es. avvelenamento botulinico, alterazione da anticorpo) Danneggiamento circolazione arteriosa (squilibri endocrini, tossine, virus, vitamine o ischemie) sofferenza muscolare Danneggiamento tessuto interstiziale estrema atrofia degenerazione (es. flogosi, malattie autoimmuni) Lesioni tendinee atrofia nervo periferico motoneurone placca motrice tessuto interstiziale fibra muscolare tendine Atrofia: diminuzione o scomparsa di elementi cellulari del tessuto dovuta a 29 scarso apporto nutritivo Muscolo liscio Muscolo involontario innervato dal Sistema Nervoso Autonomo Si trova prevalentemente nelle pareti degli organi cavi e tubolari Cellule fusiformi Assenza di tubuli T e reticolo sarcoplasmatico molto piccolo Assenza di sarcomeri (quindi non striate) ma hanno filamenti sottili e spessi. Assenza di troponina Ca 2+ non si lega alla troponina ma alla calmodulina. Il complesso Ca 2+ -calmodulina attiva la miosina che lega l actina e fa partire la contrazione (ponti trasversi) 30 15

16 Tipi di muscolo liscio Muscolo liscio viscerale o unitario Si trova nelle pareti di organi cavi (piccoli vasi sanguigni, nel tratto digestivo, sistema urinario e sistema riproduttivo Le fibre multiple si contraggono come una unita (gap junctions tra le cellule) Muscolo liscio multiunitario Unita motorie attivate dallo stimolo nervoso Si trova nelle pareti dei grandi vasi sanguigni, nell occhio (accomodazione della lente oculare e della pupilla) e alla base dei follicoli piliferi 31 16