Il sistema scheletrico e il sistema muscolare Vertebrati senza arti

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1 Il sistema scheletrico e il sistema muscolare Vertebrati senza arti Alcuni gruppi di vertebrati, tra cui i serpenti, hanno perduto gli arti durante l evoluzione Come è accaduto? 1

2 16.1 Negli animali si sono evolute diverse modalità di movimento Gli animali si muovono in modo estremamente vario Locomozione È lo spostamento attivo da un luogo all altro Comporta un dispendio di energia per vincere attrito e gravità 2

3 16.1 Negli animali si sono evolute diverse modalità di movimento La locomozione in acqua L acqua sostiene gran parte del peso L attrito con un fluido denso come l acqua è molto alto 3

4 16.1 Negli animali si sono evolute diverse modalità di movimento La locomozione su terraferma Attrito molto ridotto Bisogna contrastare la forza di gravità 4

5 16.1 Negli animali si sono evolute diverse modalità di movimento Animali striscianti Gli animali che non utilizzano arti per la locomozione devono superare un attrito elevato con il terreno Le tecniche possibili sono varie Movimento ondulatorio Movimento in linea retta sfruttando le scaglie come appigli Movimento peristaltico 5

6 Muscolo longitudinale rilassato (disteso) Muscolo circolare contratto Muscolo circolare rilassato Muscolo longitudinale contratto Capo 1 Setole 2 3 6

7 16.1 Negli animali si sono evolute diverse modalità di movimento Il volo Tutti i tipi di ali hanno forma aerodinamica che modifica le correnti d aria per generare una spinta dal basso verso l alto Gli unici animali in grado di volare attivamente sono insetti, uccelli e pipistrelli Forma aerodinamica dell ala 7

8 16.2 Lo scheletro ha funzioni di sostegno, ma anche di movimento e protezione Lo scheletro svolge molte funzioni Insieme ai muscoli permette il movimento Dà forma e sostegno al corpo Protegge gli organi molli 8

9 16.2 Lo scheletro ha funzioni di sostegno, ma anche di movimento e protezione Scheletro idrostatico È costituito da un liquido mantenuto sotto pressione in un compartimento chiuso del corpo Si osserva in molti animali acquatici e negli animali terrestri che strisciano sul terreno o scavano gallerie con movimenti peristaltici 9

10 16.2 Lo scheletro ha funzioni di sostegno, ma anche di movimento e protezione Esoscheletro È uno scheletro esterno rigido Negli artropodi è un rivestimento resistente composto da strati di proteine e di chitina Molluschi come bivalvi, lumache e cipree hanno un esoscheletro costituito da una o più conchiglie di carbonato di calcio Conchiglia (esoscheletro) Mantello 10

11 16.2 Lo scheletro ha funzioni di sostegno, ma anche di movimento e protezione Endoscheletro È formato da elementi di sostegno duri o coriacei situati all interno del corpo dell animale Può essere costituito da strutture e materiali molto diversi Spugne: spicole costituite da sali di calcio o silice Echinodermi: dermascheletro, piastre dure sottocutanee calcaree Vertebrati: cartilagine oppure ossa e cartilagine 11

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13 16.3 Lo scheletro dei vertebrati è una variazione su un tema antico Lo scheletro dei vertebrati alla luce dell evoluzione Scheletro assile Cranio Colonna vertebrale Cassa toracica (nella maggior parte dei vertebrati) Scheletro appendicolare Formato dalle ossa degli arti e da quelle che uniscono gli arti allo scheletro assile In un vertebrato di terraferma gli arti superiori si inseriscono nel cinto scapolare e quelli inferiori nel cinto pelvico 13

14 Cinto scapolare Clavicola Scapola Cranio Sterno Costola Omero Vertebra Radio Ulna Cinto pelvico Carpo Falangi Metacarpo Femore Rotula Tibia Perone Tarso Metatarso Falangi 14

15 Cinto scapolare Clavicola Scapola Cranio Sterno Costola Omero Vertebra Radio Ulna Cinto pelvico Carpo Falangi Metacarpo 15

16 Femore Rotula Tibia Perone Tarso Metatarso Falangi 16

17 Dischi intervertebrali 7 vertebre cervicali 12 vertebre toraciche Osso iliaco 5 vertebre lombari Osso sacro Coccige 17

18 16.4 Le ossa sono organi complessi costituiti da tessuti vivi e metabolicamente attivi Le ossa sono formate da componenti minerali e da diversi tipi di tessuti vivi metabolicamente attivi Periostio: rivestimento di tessuto connettivo fibroso Cartillagine: forma cuscinetti che ammortizzano gli impatti e diminuiscono l attrito nelle giunzioni Tessuto osseo: è formato da una matrice di fibre di collagene immerse in un impalcatura di sali minerali Gli osteoblasti secernono la matrice ossea e vivono al suo interno 18

19 16.4 Le ossa sono organi complessi costituiti da tessuti vivi e metabolicamente attivi Struttura delle ossa lunghe Diafisi: è la parte centrale, cilindrica, allungata Costituita da osso compatto Contiene una cavità costituita da midollo osseo giallo Epifisi: sono le estremità All esterno, osso compatto All interno, osso spugnoso Le piccole cavità dell osso spugnoso contengono midollo osseo rosso 19

20 16.4 Le ossa sono organi complessi costituiti da tessuti vivi e metabolicamente attivi Metabolismo All interno dei canali ossei Vasi sanguigni Nervi 20

21 Cartilagine Osso spugnoso (contiene il midollo osseo rosso) Osso spugnoso Osso compatto Cavità centrale della diafisi Midollo osseo giallo Cartilagine Vasi sanguigni Tessuto connettivo fibroso 21

22 Quando l osso si spezza COLLEGAMENTO salute Le cellule del tessuto osseo Rimuovono in continuazione la vecchia matrice ossea e la sostituiscono con nuovi materiali Riparano le ossa in caso di frattura Curare le fratture ossee L osso viene riportato alla sua forma e immobilizzato Le cellule producono nuovo tessuto e riparano la frattura 22

23 Quando l osso si spezza COLLEGAMENTO salute Osteoporosi È una malattia caratterizzata da una diminuzione della massa ossea e dal deterioramento strutturale del tessuto osseo Fattori di rischio Scarso livelli di calcio nella dieta Mancanza di esercizio fisico Fumo Menopausa 23

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26 16.5 Le articolazioni permettono diversi tipi di movimento Gran parte della versatilità dello scheletro dei vertebrati è dovuta alla presenza di articolazioni che consentono diversi tipi di movimento Enartrosi Articolazioni a cerniera Articolazioni a perno Testa dell omero Omero Scapola Ulna Ulna Radio Enartrosi Articolazione a cerniera Articolazione a perno 26

27 Testa dell omero Scapola Enartrosi 27

28 Omero Ulna Articolazione a cerniera 28

29 Ulna Radio Articolazione a perno 29

30 16.6 Scheletro e muscoli interagiscono per produrre il movimento Per produrre il movimento, i muscoli interagiscono con le ossa, che funzionano come leve I muscoli sono collegati alle ossa mediante i tendini, formati da tessuto connettivo fibroso Un muscolo può soltanto contrarsi attivamente Il rilassamento successivo alla contrazione è un processo passivo 30

31 16.6 Scheletro e muscoli interagiscono per produrre il movimento Coppie di muscoli antagonisti Applicano forze opposte alle stesse parti dello scheletro Permettono di muovere le parti del corpo e di riportarle attivamente alla posizione di partenza 31

32 Braccio flesso Braccio teso Bicipite contratto Bicipite rilassato Tricipite rilassato Tendine Tricipite contratto 32

33 Lezione 3 LA CONTRAZIONE MUSCOLARE E IL MOVIMENTO 33

34 Sarcomero 16.7 Ogni cellula muscolare ha il proprio apparato contrattile Muscolo Fibre muscolari Sono cellule allungate dotate di molti nuclei Contengono ognuna un fascio di miofibrille Miofibrille: Formate da proteine, tra cui le proteine contrattili Actina Miosina Fascio di fibre muscolari Singola fibra muscolare Membrana plasmatica Miofibrilla Banda chiara Banda scura Banda chiara Nuclei Linea Z

35 16.7 Ogni cellula muscolare ha il proprio apparato contrattile Sarcomeri Sono le unità contrattili delle miofibrille Filamenti sottili: actina Filamenti spessi: miosina Miofibrilla Banda chiara Banda scura Sarcomero Banda chiara Linea Z Un sarcomero si contrae (accorciandosi) quando i suoi filamenti sottili scorrono lungo quelli spessi miosina actina Sarcomero

36 Muscolo a riposo Z Sarcomero Banda scura Z Muscolo in contrazione Muscolo completamente contratto Sarcomero contratto 36

37 16.8 La contrazione muscolare avviene grazie allo scorrimento dei filamenti nei sarcomeri 1. Legame tra ATP e teste della miosina, scissione dell ATP in ADP e fosfato 2. Le teste si piegano nella configurazione ad alta energia 3. Legame tra le teste di miosina e i siti di legame sui filamenti di miosina 4. ADP e fosfato vengono liberati, la testa della miosina torna alla configurazione a bassa energia e spinge la miosina verso il centro del sarcomero: power stroke 37

38 16.8 La contrazione muscolare avviene grazie allo scorrimento dei filamenti nei sarcomeri Le quattro fasi dello scorrimento dei filamenti Una molecola di ATP si lega alla testa della miosina, che si trova inizialmente in una configurazione a bassa energia 1 Filamento sottile (actina) ATP Filamento spesso (miosina) Testa della miosina (configurazione a bassa energia) L ATP viene scisso in ADP e fosfato, liberando così energia che viene usata per muovere la testa della miosina verso l actina 2 Actina ADP P

39 16.8 La contrazione muscolare avviene grazie allo scorrimento dei filamenti nei sarcomeri Le quattro fasi dello scorrimento dei filamenti La testa della miosina si protende verso il filamento sottile per legarsi al sito specifico, in una configurazione indicata come ponte crociato 3 ADP P Ponte crociato Una volta formato il legame, l ADP e il fosfato vengono liberati e la testa della miosina torna alla configurazione iniziale, con un movimento che spinge il filamento sottile verso il centro del sarcomero ADP + P 4 Nuova posizione della linea Z Testa della miosina (configurazione a bassa energia)

40 16.9 I neuroni motori stimolano la contrazione del muscolo Motoneuroni Trasportano i segnali emessi dal sistema nervoso per attivare la contrazione muscolare Giunzioni neuromuscolari Sono le sinapsi tra neuroni motori e fibre muscolari Per trasmettere il segnale attraverso la sinapsi il motoneurone libera un neurotrasmettitore (acetilcolina) 40

41 Assone del motoneurone Terminale sinaptico Potenziale d azione Mitocondrio Tubulo T Reticolo endoplasmatico (RE) Miofibrilla Membrana plasmatica Sarcomero Ioni Ca 2+ liberati dal reticolo endoplasmatico 41

42 16.9 I neuroni motori stimolano la contrazione del muscolo Anche la membrana plasmatica delle fibre muscolari può propagare i potenziali d azione Attraverso i tubuli T il segnale raggiunge anche l interno della cellula Il reticolo endoplasmatico rilascia nel citoplasma ioni Ca 2+ Gli ioni Ca 2+ legano la troponina e fanno spostare la tropomiosina liberando i siti di legame per la miosina sulle fibre di actina Le teste della miosina possono legare l actina e la contrazione muscolare ha inizio 42

43 16.9 I neuroni motori stimolano la contrazione del muscolo Unità motoria Un motoneurone Il gruppo di fibre muscolari controllate dal motoneurone Nei muscoli più grandi un singolo motoneurone può controllare migliaia di fibre Dove è necessaria maggior precisione ogni motoneurone controlla poche (o una sola) fibre 43

44 Midollo spinale Unità motoria 1 Unità motoria 2 Nervo Corpo cellulare del motoneurone Terminali sinaptici Muscolo Assone del motoneurone Nuclei Fibre muscolari (cellule) Tendine Osso 44

45 Di che fibra sei fatto? COLLEGAMENTO salute Ogni muscolo è costituito da fibre veloci, lente e intermedie, in proporzioni che dipendono dal tipo di lavoro che svolge Molte delle differenze tra i diversi tipi di fibre muscolari dipendono dalla via biochimica impiegata per generare ATP Fibre lente: respirazione aerobica Fibre veloci: respirazione anaerobica Fibre medie: in prevalenza respirazione aerobica 45

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48 Percentuale del muscolo totale Lente Intermedie Veloci 0 Velocista Individuo mediamente sedentario Individuo mediamente attivo Corridore sulla media distanza Maratoneta Atleta specialista in discipline di resistenza 48