Tre tipi di tessuto muscolare. Scheletrico o striato Liscio Cardiaco

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1 I TESSUTI MUSCOLARI

2 Tre tipi di tessuto muscolare Scheletrico o striato Liscio Cardiaco

3 Tre tipi di cellule (= fibre) per 3 tipi di tessuto muscolare microns microns cm Nota: nell indicare gli organelli delle cellule muscolari si utilizza il prefisso sarco ( carne ): es. sarcolemma = membrana plasmatica + lamina basale; sarcoplasma = citoplasma, reticolo sarcoplasmatico = reticolo liscio; sarcosomi = mitocondri; sarcoribosomi=r ibosomi

4 Diverse modalità di assemblaggio delle fibre muscolari

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6 Diverse modalità di contrazione

7 I tessuti muscolari derivano dal mesoderma embrionale (mesoderma parassiale e mesoderma splancnico e somatico)

8 Il tessuto muscolare striato o scheletrico forma i muscoli volontari (circa 640)

9 Un muscolo scheletrico è un muscolo volontario che si contrae sotto la stimolazione di neuroni motori Un muscolo è formato da migliaia di fibre muscolari e da tessuto connettivo che avvolge il muscolo (epimisio, perimisio, endomisio), tiene insieme le fibre muscolari e porta vasi e nervi Endomisium Le fibre possono decorrere parallele (muscoli a fibre parallele) o obliquamente (muscoli pennati) rispetto all asse longitudinale di un muscolo per circa il 90% della lunghezza del muscolo

10 Tendini e aponeurosi (strutture fatte di t. c. denso regolare) collegano i muscoli alle ossa

11 Sezione trasversale di un muscolo osservazione a fresco sezione fissata e colorata

12 La mioglobina Il colore rosso dei muscoli è dovuto alla vascolarizzazione e soprattutto alla mioglobina (gruppo eme) La mioglobina serve a catturare ossigeno

13 La fibra muscolare scheletrica è un gigantesco sincizio polinucleato Caratteristiche citologiche al MO: -Forma cilindrica -Dimensioni: lunghezza da 0.1cm (stapedio) fino a circa 20cm (sartorio); diametro μm -Centinaia di nuclei alla periferia -Miofibrille longitudinali e striature trasversali (bande chiare e scure, linee) nel citoplasma -Presenza di una lamina basale che la circonda

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15 Miofibrille riempiono il citoplasma di una fibra muscolare (circa 1000 x celula); diametro di una miofibrilla 1-3mm, si estendono per quasi tutta la lunghezza della fibra, sono striate trasversalmente linea Z banda I banda A miofribrille miofribrilla Ogni singola miofibrilla è striata

16 La disposizione parallela e a registro delle miofibrille nel citoplasma di una cellula muscolare è responsabile della striatura trasversale della fibra banda I linea Z banda A miofibrilla

17 ST Sezioni di muscolo scheletrico fissato e colorato con E&E (MO) SL La striatura trasversale al MO a luce trasmessa (colorazione istologica): -bande I (isotrope) poco colorabili -bande A (anisotrope) colorate -linea Z (zwishen=tra) banda A banda I linea Z

18 Una miofibrilla al microscopio ottico a luce polarizzata: le bande A anisotrope sono chiare perché birifrangenti (deviano la luce polarizzata), mentre le bande I sono scure perché isotrope (non deviano la luce polarizzata)

19 La struttura compresa tra due linee Z è il sarcomero (lunghezza 1.5-3mm a seconda dello stato di contrazione o relax) 2-3 mm Banda A Banda I Z Z sarcomero Il sarcomero è l unità strutturale e funzionale dell apparato contrattile di una fibra muscolare nucleo nucleo

20 disco (linea) Z banda A semibande I sarcomero miofibrilla Una miofibrilla è formata da circa 100 sarcomeri uniti tra loro a livello delle linea Z (disco Z); fino a sarcomeri per fibra

21 Fibre muscolari colorate con anticorpi fluorescenti rossi per la miosina (bande A) e verdi per actina (banda I)

22 La fibra muscolare scheletrica al TEM: Sezione trasversale miofibrilla -Miofibrille di circa 1-3 mm di diametro composte da miofilamenti spessi e sottili -Numerosi mitocondri tra le miofibrille

23 La fibra muscolare scheletrica al TEM: Sezione longitudinale Striatura trasversale del sarcomero costituita da linee o strie (Z, M) e bande (A, I, H) REL Lamina basale H=dal tedesco helle=brillant M=dal tedesco mittel=nel mezzo

24 Una miofibrilla contiene due tipi di miofilamenti: filamenti sottili di actina (5 nm di diametro e circa 1 mm di lunghezza) e filamenti spessi di miosina (15 nm di spessore e circa 1.5 mm di lunghezza) disposti all interno di ogni sarcomero Z I A H M H A I Z

25 Z Z La disposizione dei miofilamenti all interno di un sarcomero è responsabile della striatura di una miofibrilla

26 La linea o disco Z alfa-actinina, capz La linea Z è un area di ancoraggio dei filamenti di actina di due sarcomeri contigui

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28 Disco o linea M: miomesina proteina M

29 Disco o linea M: una rete elastica che si inserisce sui filamenti di miosina al centro del sarcomero

30 Organizzazione molecolare di un sarcomero

31 Un filamento di actina di una fibra muscolare contiene altre tre tipi di proteine: 3 troponine, la tropomiosina e la tropomodulina Troponin complex Tropomodulina + Troponina C, I e T -

32 Miosina II Una molecola di miosina II due catene pesanti e due paia di catene leggere collo testa catene pesanti catene leggere

33 La miosina è una molecola capace di movimento ATP dipendente

34 Circa 300 molecole di miosina formano 1 filamento di miosina

35 Non solo filamenti di miosina e actina: titina, nebulina, proteina C, miomesina proteina C e miomesina + - tropomodulina (è legata alle linee Z e M) Titin is the largest known protein; its human variant consists of 34,350 amino acids, with the molecular weight milions Da

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37 Un nuovo arrivo: l oscurina: lega i sarcomeri al reticolo sarcoplasmatico a livello delle linea M e Z obscurin obscurin

38 tubulo T confine tra banda A e I cisterne terminali cisterna fenestrata grande (lungo banda A) I tubuli T si trovano tra banda A e banda I miofibrilla cisterna fenestrata piccola (a cavallo linea Z) lamina basale

39 Sarcolemma Linea Z Cisterna fenestrata piccola Triade cisterna fenestrata grande Linea Z

40 Le miofibrille sono ancorate tra loro, ai nuclei, ai mitocondri, al sarcolemma, al REL NUCLEO reticolo sarcoplasmatico costamero Oscurina distrofina

41 Complesso distrofina-glicoproteine

42 Costamero

43 Una grave patologia del tessuto muscolare: le distrofie muscolari

44 Rapporti tra miofilamenti di actina e citoscheletro di membrana (la distrofina e le distrofie muscolari)

45 Le fibre muscolari scheletriche di un individuo adulto non sono in grado di dividersi Sostengono un turnover ti tutte le proteine sarcomeriche Possono aumentare di volume Possono aumentare di numero e rigenerare (parzialmente) grazie alle cellula satelliti

46 Le cellule satelliti Nei muscoli scheletrici ci sono cellule staminali, chiamate cellule satelliti, simili ai mioblasti, che possono proliferare e fondendosi tra loro e con fibre pre-esistenti

47 CELLULE SATELLITI Piccole cellule mononucleate disposte tra sarcolemma e lamina basale Sono responsabili: - Crescita postnatale del muscolo -Ipertrofia muscolare -Rinnovamento e riparazione delle fibre muscolari

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49 I miofilamenti di miosina e actina in una fibra muscolare differenziata vengono dinamicamente sostituiti (degradati, sintetizzati e assemblati) senza che la struttura del sarcomero venga alterata. Le cellule satelliti possono essere stimolate a proliferare e fondersi tra loro econ fibre preesistenti Numerose sostanze possono modulare questi processi e modificare la muscolatura di un individuo.

50 La contrazione di un muscolo scheletrico

51 Un muscolo scheletrico si contrae sempre a seguito di uno stimolo proveniente da neuroni motori del SN volontario (ogni fibra muscolare riceve una sola ramificazione assonica che si sfiocca in diverse ramificazioni formando la placca motrice)

52 Le fonti energetiche nella cellula muscolare scheletrica: glicolisi anaerobica, respirazione mitocondriale, miochinasi e fosfocreatina miochinasi fosfocreatina anaerobica respirazione mitocondriale

53 Un neurone motorio può contattare da 10 a 5000 fibre muscolari (a seguito delle ramificazioni terminali del proprio assone ) L assone di un neurone si sfiocca in diversi prolungamenti. Migliaia di fibre muscolari di un muscolo si contraggono all unisono per generare la contrazione del muscolo.

54 neurone motore assone prolungamenti terminali assone sinapsi ramificazioni dei prolungamenti placca motrice fibra muscolare

55 nervo motorio assone placca motrice (sinapsi)

56 placca motrice

57 Il neuromediatore delle sinapsi neuromuscolare è l acetilcolina (sinapsi colinergica) introflessioni del sarcolemma Sinapsi neuromuscolare cellula di Schwann terminale o teloglia endonervio cellula di Schwann nodo sarcolemma

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59 Il funzionamento delle sinapsi colinergiche (acetilcolina) può essere perturbato da vari composti chimici Inibitori del rilascio delle vescicole sinaptiche colinergiche (tossine botuliniche: usate per curare il torcicollo spastico, le paralisi spastiche, le rughe)

60 Come agiscono le tossine botuliniche: una questione di SNAREs (complesso di fusione sinaptico: sinaptobrevina, sintassina e SNAP-25)

61 Il funzionamento delle sinapsi colinergiche può essere perturbato da vari composti chimici Competitori per il recettore per l acetilcolina: il curaro e il veleno del cobra (principi attivi sono α-bungarotossina, d-tubocurarina, usata per indurre totale rilasciamento muscolare, es in chirurgia ortopedica): provocano rapida paralisi Inibitori acetilcolinesterasi potenziano l effetto dell acetilcolina: gas nervini, alcuni insetticidi, farmaci usati per curare il glaucoma: paralisi e diversi altri effetti deleteri)

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63 Accoppiamento eccitazione contrazione: i recettori diidropiridinici (DHPRs) e rianodinici (RyRs) Ca 2+

64 L aumento della concentrazione di Ca 2+ nel citoplasma della cellula muscolare scatena la contrazione

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70 La contrazione di un muscolo è dovuta allo scorrimento dei filamenti di actina sui filamenti di miosina all interno di ogni sarcomero

71 Muscolo Fibra muscolare Miofibrilla Sarcomeri

72 Come meccanismo protettivo, contro lo strappo di fibre muscolari, per uno stiramento eccessivo e per dare informazioni, che riguardano la posizione del corpo nello spazio tridimensionale, i muscoli ed i tendini hanno recettori specializzati gli organi tendinei di Golgi e i fusi muscolari.

73 Le cellule muscolari scheletriche non sono tutte eguali: 4 diversi tipi

74 Intermedie (int) La velocità di contrazione delle fibre I è circa 1/10 di quelle di tipo Iib:tale velocità deriva dalla diversa attività ATPasica delle teste di miosina Quanto velocemente si può accorciare un muscolo? in 1/10 o 1/100 di sec si può accorciare fino al 50%= da circa 30 a 100 km/h

75 Colorazioni istochimiche rilevano attività enzimatiche diverse nelle fibre I e II alta capacità ossidativa, SDH produce NADH Il ph acido inibisce ATPase nelle fibre veloci, ma non nelle lente Succinicodeidrogenasi (SDH): fibre lente (tipo I) +++ Miosina ATPase: (a ph acido), fibre lente (tipo I) +++ bassa attività glicolitica Glicogeno elevato; Colorazione PAS fibre lente (tipo I) +++

76 Che cosa determina il tipo di fibre presenti in un muscolo? Le fibre muscolari possiedono nel loro genoma la potenzialità di realizzare programmi ( esprimere il fenotipo ) per fibre di vario tipo Durante lo sviluppo di un muscolo, molti fattori modulano l espressione di geni che orientano il programma verso un tipo di fibra - FATTORI GENETICI - INNERVAZIONE - FATTORI DI CRESCITA - ESERCIZIO E ALLENAMENTO

77 Fattori genetici Negri americani Muscoli con fibre molto veloci e veloci (20%-45%-25%) Negri africani Muscoli con fibre lente (0%-20%-80%) sprinters maratoneti

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79 Si può modificare il rapporto tra fibre muscolari veloci e lente in un muscolo? Diversi esperimenti indicano la possibilità di trasformazione di fibre lente in intermedie e che tale trasformazione è reversibile. La conversione fibre lente in molto veloci non è stata provata con certezza. Le fibre molto veloci e intermedie non possono trasformarsi in lente.

80 Testosterone e steroidi anabolizzanti stimolano la sintesi di miosina e actina in tutte le fibre muscolari portando all ipertrofia muscolare IGF-1 stimola le cellule satelliti e la sintesi di actina e miosina causando ipertrofia muscolare

81 L AZIONE DELL IGF-1 E ANTAGONIZZATA DALLA MIOSTATINA La miostatina è un fattore di crescita polipeptidico della superfamiglia TGFβ normalmente prodotta dal muscolo scheletrico. Essa limita la crescita muscolare durante lo sviluppo e nella vita adulta.

82 Mutazioni genetiche che determinano deficienza in miostatina si associano a enorme incremento delle masse muscolari Alcune razze di bovini selezionati (Belgian blue bull,piemontese) che presentano masse muscolari enormi hanno mutazioni del gene della miostatina topo normale topo mutato Topi mutanti in cui è stato rimosso il gene della miostatina ( knock-out ) presentano massiccio incremento della massa muscolare

83 Lo sviluppo di farmaci o modificazione genetiche in grado di inibire la miostatina o il suo sistema di espressione genica potrebbero essere utili per contrastare i fenomeni di atrofia patologica o da Invecchiamento. Ovvero aumentare le potenzialità muscolari in modo illecito!

84 Per Ingegneria Medica

85 Durante l attività fisica il tessuto muscolare scheletrico e i minor misura il tessuto adiposo produce il cosiddetto ormone dello sport, noto anche come irisina, il cui compito è bruciare i grassi e rafforzare le ossa. Un recente studio, coordinato dalla ricercatrice Fernanda de Felice dell Università Federale di Rio de Janeiro, suggerisce che l irisina potrebbe anche avere un azione protettiva contro la demenza.

86 Muscoli artificiali

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