Appunti della parte di Fisiologia del Prof.Biella del secondo semestre

Muscoli: funzioni

I muscoli sono strutture che permettono di mantenere la postura, correre, alzare pesi, scrivere, ecc… I muscoli sono anche responsabili dei movimenti peristaltici che consentono alle sostanze di propagarsi nell’intestino o alla vescica di eliminare l’urina (minzione).

Tipi di contrazione muscolare

La contrazione la possiamo dividere in due grandi gruppi:

• Contrazione volontaria: ad esempio contrazione del bicipite.
• Contrazione involontaria: propagarsi del cibo nell’intestino.

Anche la comunicazione avviene grazie alla contrazione muscolare.

Tipi di muscoli

• Muscolo scheletrico: faccio riferimento ai muscoli volontari (sotto al comando dell’individuo) e striati. Si occupa del movimento volontario, mantenimento della postura. Se un soggetto sta in piedi immobile, non ho movimento, ma i muscoli sono contratti. C’è un alternarsi di bande chiare e bande scure e per questo viene definito striato.
• Muscolo cardiaco: Ha caratteristiche comuni con il muscolo scheletrico e il muscolo involontario. Ha la funzione di spingere il sangue nei vasi. È un muscolo striato (come il muscolo scheletrico), è involontario (come il muscolo liscio).
• Muscolo liscio: È un muscolo involontario non striato che si occupa del tubo gastroenterico, vescica ed uretra.

Muscolo striato o scheletrico

Il muscolo è quella porzione che va da un capo tendineo all’altro. I tendini servono per l’inserzione del muscolo con lo scheletro. Il muscolo scheletrico è avvolto da una membrana connettivale chiamata epimisio.

Il muscolo è costituito da una serie di fibre muscolari disposte in parallelo. La fibra muscolare è una struttura cilindrica che va da un tendine all’altro. Le fibre muscolari sono l’unità anatomica del muscolo scheletrico. Le fibre sono cellule cilindriche anche molto lunghe che vanno da un’inserzione tendinea all’altra.

Gruppi di queste fibre sono avvolte da un tessuto connettivo chiamato perimisio. Ogni fibra muscolare è avvolta da un tessuto connettivo chiamato endomisio.

La singola fibra muscolare prende il nome di sincizio. Il sincizio è la singola cellula formata dalla fusione di più cellule. Le cellule che danno origine alla fibra cellulare sono chiamate mioblasti. Il sincizio è una cellula polinucleata generata dalla fusione di più cellule.

Funzionamento del muscolo scheletrico

Abbiamo bisogno dei nervi. Il comando arriva tramite il potenziale d’azione, attraversa il motoneurone. Il neurone della corteccia motoria propaga l’informazione attraverso il motoneurone tramite la sinapsi. Parte il potenziale d’azione attraverso vie preferenziali, arriva al motoneurone, rilascia il neurotrasmettitore e da qui raggiunge il muscolo. I nervi mandano il comando per la contrazione. A questo punto manca l’energia che viene trasportata attraverso vasi muscolari.

Le fibre muscolari sono cellule cilindriche allungate polinucleate di lunghezza fino a diversi centimetri, con un diametro di 100m-200m. Le fibre sono disposte in parallelo da tendine a tendine. Le fibre muscolari non si riproducono più. Le fibre sono attivate da una fibra nervosa che ha origine nel midollo spinale e in particolare in un motoneurone che prende il nome di motoneurone alfa. I motoneuroni sono localizzati nelle corna anteriori del midollo spinale, da lì parte il soma e l’assone che, giunto in prossimità del muscolo, perde la mielina, si suddivide in diversi rami e ogni singolo ramo prende contatto con una sola fibra muscolare. Un solo motoneurone può attivare poche o moltissime fibre muscolari.

Definiamo unità motoria il motoneurone più tutte le fibre che esso innerva.

La nostra fibra muscolare è un sincizio. Come tutte le cellule, le fibre sono avvolte da una membrana plasmatica che prende il nome di sarcolemma. All’interno della fibra muscolare si trovano le miofibrille. Sono importanti perché sono i principali attori della contrazione muscolare. Oltre alle miofibrille, all’interno della fibra muscolare, nel sarcoplasma, si trovano anche dei mitocondri, che sono la centrale energetica della cellula (utilizzano ossigeno per produrre ATP), e granuli di glicogeno. Il glicogeno rappresenta una riserva di energia. Il glicogeno lo troviamo soprattutto nel fegato. Le miofibrille sono avvolte dal reticolo sarcoplasmatico, da lì esce il calcio che scatena la contrazione muscolare.

Le miofibrille

Sono costituite da una sequenza di strutture identiche tra di loro che prendono il nome di sarcomeri. Il sarcomero è una porzione di miofibrilla che si trova tra due linee Z. Una miofibrilla è formata da un alternarsi di bande chiare e bande scure. La banda chiara è chiamata banda I o linea Z. In mezzo alla banda chiara c’è una banda più scura, la linea Z. La banda scura prende il nome di banda A. Definiamo sarcomero la porzione di miofibrilla compresa tra due linee Z consecutive. Il sarcomero è l’unità anatomica e funzionale del muscolo scheletrico.

In mezzo al sarcomero c’è la linea M e al centro c’è la banda H. Le miofibrille sono disposte parallelamente e sono circondate da membrane del reticolo sarcoplasmatico. Il reticolo sarcoplasmatico è costituito sia da una componente che si sviluppa longitudinalmente sia da una componente trasversale. I tuboli T sono invaginazioni del sarcolemma la cui principale funzione è quella di condurre velocemente il potenziale d’azione in profondità all’interno delle fibre muscolari.

La fibra muscolare è avvolta da una membrana plasmatica chiamata sarcolemma. Ad un certo punto il sarcolemma subisce un’invaginazione, sprofonda all’interno della fibra e poi risale ancora. L’invaginazione della membrana plasmatica prende il nome di tubulo T. Le miofibrille sono avvolte da un reticolo sarcoplasmatico che ha alle estremità delle strutture che prendono il nome di cisterna, in particolare di cisterna terminale. La cisterna terminale prende rapporti con il tubulo T. Questo sistema prende il nome di triade. Sulla membrana scorreranno cellule eccitabili, cellule muscolari o cellule cardiache. Se una cellula è eccitabile genererà potenziale d’azione e quando trova il tubulo T in parte va dritto e in parte penetra nel tubulo T. Il tubulo T serve per entrare in fretta fino in profondità il potenziale d’azione. Questo ha un significato importantissimo dal punto di vista funzionale.

Il diametro di una miofibrilla è di circa un micron. Una miofibrilla è formata da una sequenza di sarcomeri in serie tra di loro.

Sarcomero

Effettuo una sezione a livello delle varie bande e osservo diverse strutture. Cosa si diparte dalle linee Z? Dalle linee Z si dipartono verso il centro del sarcomero dei filamenti sottili che sono polimeri di actina.

Nella banda A sono presenti filamenti spessi per cui il principale costituente è la proteina miosina. Nella banda I ci sono solo filamenti sottili. I filamenti sottili sono organizzati in modo tale da disporsi regolarmente ai vertici di un esagono.

Nella banda H sono disposti i filamenti spessi che si organizzano ai vertici di un triangolo equilatero. Nella banda A vediamo che i filamenti spessi sono ai vertici di un triangolo equilatero e al centro di questi triangoli è presente un filamento sottile di actina.

Ci sono parti del sarcomero in cui ci sono solo filamenti sottili, parti in cui ci sono solo filamenti spessi e parti in cui ci sono entrambi.

Proteine muscolari

Le proteine in gioco le possiamo suddividere in:

• Proteine contrattili: Quando parliamo di proteine contrattili parliamo di actina e miosina. La singola molecola di miosina è un dimero. Ogni dimero è formato da una testa a una coda. Alla testa sono legate due leggere di miosina. Ogni singola molecola di miosina è un dimero perché è formata da due teste e due code che si autoavvolgono. Nella testa della miosina abbiamo due porzioni. Una porzione è chiamata dominio motore, è la parte della testa che serve ad attaccarsi al filamento di actina, l’altro dominio è il dominio catalitico che serve per l’idrolisi dell’ATP in ADP. L’ATP è la molecola con il più alto contenuto energetico. (ATP  ADP + P + Energia). L’energia che otteniamo dall’idrolisi di ATP viene utilizzata per una modificazione conformazionale. Filamento spesso è costituito da 300 molecole di miosina. 150 sono orientate in una direzione, le altre 150 sono orientate in direzione antiparallela. La parte centrale è senza teste e infatti viene chiamata zona nuda. Il filamento sottile diparte dalla linea Z. il filamento di actina è costituito da G actina. La F actina è un filamento di G actine. Anche il filamento sottile è costituito da due catene di F actine che si autoavvolgono.
• Proteine regolatorie sono due:
  • Tropomiosina: È una molecola a forma di bastoncello. È un lungo filamento che in condizione di riposo impedisce alle teste di miosina di attaccarsi ai filamenti sottili.
  • Troponina: Ogni singola molecola si divide in tre:
    • Troponina I: Ha un’azione inibitoria.
    • Troponina C: Troponina lega il calcio.
    • Troponina T: Lega la tropomiosina.
• Proteine strutturali:
  • Distrofina: Serve per ancorare gli elementi contrattili, filamenti sottili e spessi, alla membrana.
  • Titina: Ha la forma di una molla e conferisce al muscolo elasticità. Il muscolo ha proprietà elastiche.

A livello della linea M ci sono i filamenti spessi costituiti dalla miosina disposti ai vertici del triangolo, che vengono mantenuti ben allineati da miomesina. A livello delle linee Z si dipartono filamenti sottili di actina, ma i filamenti sottili dipartono anche dal sarcomero contiguo.

Contrazione muscolare

Durante la contrazione si ha una riduzione della lunghezza del sarcomero, ossia una riduzione della distanza tra due linee Z. i primi ricercatori osservarono gli effetti della contrazione. Durante la contrazione muscolare la prima cosa che osservarono è che la lunghezza della banda A non varia, varia la lunghezza della banda H (costituita da filamenti spessi di miosina) e della banda I, ho una sovrapposizione tra i filamenti spessi e filamenti sottili. Durante la contrazione aumenta il grado della sovrapposizione tra i filamenti sottili e i filamenti spessi.

Teoria dello scorrimento dei filamenti

Si ha uno scorrimento reciproco dei filamenti spessi sui filamenti sottili. I filamenti proteici non modificano la loro lunghezza e la riduzione della distanza tra le linee Z è data dalla sovrapposizione tra i filamenti sottili e i filamenti spessi.

Gli attori in gioco per dimostrare come avviene la sovrapposizione dei filamenti spessi sui filamenti sottili. I filamenti spessi sono costituiti da miosina. La singola molecola di miosina è un dimero. Ogni dimero è formato da una testa a una coda. Alla testa sono legate due leggere di miosina. Ogni singola molecola di miosina è un dimero perché è formata da due teste e due code che si autoavvolgono.

Nella testa della miosina abbiamo due porzioni. Una porzione è chiamata dominio motore, è la parte della testa che serve ad attaccarsi al filamento di actina, l’altro dominio è il dominio catalitico che serve per l’idrolisi dell’ATP in ADP. L’ATP è la molecola con il più alto contenuto energetico.

Le proteine regolatorie che ci interessano sono la troponina e la tropomiosina. Manca il calcio, quando ci troviamo in una condizione di riposo la testa della miosina non può attaccarsi al filamento di actina perché in mezzo c’è la tropomiosina. L’evento che scatena il legame tra la miosina e l’actina è l’aumento della concentrazione di calcio. La concentrazione di calcio all’interno della cellula a riposo è 10^-7 M ossia 10^-4 milliM. Attivando la fibra muscolare aumenta la concentrazione di calcio, si lega la troponina C che induce una modifica conformazionale della troponina T che sposta la tropomiosina e quindi si ha il legame tra la testa della miosina e il filamento di actina quindi può avvenire la contrazione. L’evento scatenante per la contrazione muscolare a livello della fibra è l’aumento della concentrazione citoplasmatica (o intracellulare) dello ione calcio.

Un altro esempio nel quale l’aumento di calcio induce un processo è il rilascio di neurotrasmettitore. Arriva il potenziale d’azione che depolarizza, apre i canali Cav, il calcio entra, aumenta di concentrazione, si lega alla sinaptotagmina e avviene il rilascio di neurotrasmettitore.

In una fibra a riposo la concentrazione di calcio è molto bassa, non si lega la troponina C quindi la tropomiosina rimane al suo posto e non può legarsi la testa della miosina al filamento di actina. Quando attivo la fibra muscolare aumenta la concentrazione di calcio che si lega alla troponina C, inducendo una modifica conformazionale alla troponina C la quale è legata alla troponina T che trascina la tropomiosina, e lascia libero il sito di legame tra la testa di miosina e il filamento di actina. Questo è chiamato ciclo dei ponti acto-miosinici, detto anche ciclo dei ponti trasversi.