Appunti sul tessuto muscolare

ECCITAZIONE/ CONTRAZIONE

L'accoppiamento eccitazione/ contrazione è l'insieme di tutti quei fenomeni che dal PdA che insorge nella fibra muscolare scheletrica portano allo sviluppo di forza. La concentrazione intracellulare di calcio è molto bassa e i depositi intracellulari di calcio si trovano prevalentemente a livello del RE. La contrazione, che segue il PdA, è sempre preceduta da un transitorio aumento della concentrazione intracellulare di calcio. È il legame del calcio alla subunità C della troponina a che determina la possibilità dell'interazione acto-miosinica. Solitamente i siti attivi sui filamenti di actina che permettono il legame della miosina sono coperti dalla tropomiosina. Nel momento in cui aumenta la concentrazione intracellulare di calcio, il calcio va a legarsi alla subunità C della troponina. Questo legame crea un cambiamento conformazionale che fa spostare il filamento di tropomiosina rendendo liberi i siti attivi per il legame della miosina.

Siti attivi sui monomeri diactina per il legame con le teste di miosina. Quindi nello stato a riposo la tropomiosina copre i siti attivi di interazione acto-miosinica. La tropomiosina è legata sia all'actina che alla troponina. La troponina presenta tre diverse subunità: la subunità C è responsabile del legame con il calcio, la subunità T lega la tropomiosina mentre la subunità I lega l'actina. con conseguente inizio del ciclo dei crossbridges. I cicli vanno avanti fino a quando la concentrazione di calcio rimane adeguata e quindi fino a quando il calcio rimane legato alla subunità C della troponina. Quando la concentrazione citoplasmatica di calcio inizia a diminuire, l'affinità della troponina C per il calcio si abbassa fino a quando la troponina C rimane priva di calcio. A questo punto la tropomiosina torna a coprire i siti attivi presenti sull'actina e le teste della miosina non possono più interagire.

con essa. Nella fibra muscolare scheletrica deve insorgere un potenziale di azione. Abbiamo l'accoppiamento eccitazione-contrazione che porta ad un aumento della concentrazione del calcio intracellulare. La contrazione viene successivamente regolata dall'azione delle proteine regolatorie e questo porta all'interazione acto-miosinica che ha come risultato lo sviluppo di forza e accorciamento. Quando insorge il PdA, abbiamo uno stimolo che parte dai centri superiori e che dà avvio ad una via discendente che in ultima analisi arriva ad un motoneurone, il quale va a stimolare la fibra muscolare a livello della giunzione neuromuscolare. A questo punto abbiamo il rilascio del NT acetilcolina, la quale va a legarsi al suo recettore. Si innescano il potenziale di placca il quale è sempre sovra-soglia e successivamente si ha lo sviluppo del PdA nella fibra muscolare scheletrica. Nella giunzione neuromuscolare la sinapsi chimica tra motoneurone e la fibra è sempre.

Una sinapsi eccitatoria è sempre sovra-soglia. Pertanto, tutte le volte che un motoneurone stimola la fibra muscolare scheletrica, questa si eccita. Abbiamo quindi l'accoppiamento eccitazione/contrazione che comporta l'aumento intracellulare di calcio, con conseguente interazione acto-miosinica e sviluppo di forza/accorciamento.

Ma come aumenta la concentrazione di calcio intracellulare? Tra l'evento elettrico rappresentato dal PdA e l'evento meccanico rappresentato dallo sviluppo di forza si verifica un evento chimico, ovvero l'aumento transitorio della concentrazione citoplasmatica di calcio. Per fare aumentare il calcio abbiamo solo due possibilità:

• L'entrata di calcio dall'esterno verso l'interno
• L'uscita di calcio dal reticolo sarcoplasmatico nel citoplasma

Nella fibra muscolare scheletrica il calcio necessario per l'attivazione della contrazione proviene interamente dal reticolo sarcoplasmatico.

sarcoplasmatico sono presenti canali ionici specifici per il calcio, chiamati canali di rilascio del calcio o canali di rilascio del reticolo sarcoplasmatico (RYR). Quando un potenziale d'azione si propaga lungo il sarcolemma, si diffonde anche lungo i tubuli T, stimolando l'apertura dei canali RYR. Questo permette al calcio di fluire dal reticolo sarcoplasmatico verso il citoplasma, raggiungendo le proteine regolatorie e innescando la contrazione muscolare. Inoltre, il calcio che entra dall'esterno attraverso i canali ionici presenti sul sarcolemma contribuisce ad aumentare la concentrazione di calcio nel citoplasma e quindi l'intensità della contrazione muscolare. In sintesi, il calcio necessario per la contrazione muscolare proviene sia dall'esterno, attraverso i canali ionici presenti sul sarcolemma, sia dal reticolo sarcoplasmatico, attraverso i canali di rilascio del calcio presenti sui tubuli T. Questo meccanismo permette una rapida e coordinata contrazione delle fibre muscolari scheletriche.sarcoplasmatico sono presenti proteine dimembrana. Nella fibra muscolare scheletrica quei presunti canali voltaggio-dipendenti che avrebbero potuto far entrare il calcio dentro il citoplasma, hanno perso la funzione di canali e funzionano come sensori di voltaggio. Queste proteine (recettori) prendono il nome di DHPR e rappresentano i recettori per le diidropiridine. Queste proteine sono fisicamente accoppiate con altre proteine presenti sulle cisterne terminali del reticolo sarcoplasmatico le quali prendono il nome di RyR. RyR sono in particolare i recettori per le rianodine. Queste non sono altro che canali del calcio presenti sulla membrana del reticolo sarcoplasmatico. Ogni tubulo T si invagina all'interno circondato da due cisterne terminali del reticolo sarcoplasmatico formando una triade. Sulla membrana del tubulo T ci sono le proteine DHPR che funzionano da sensori di voltaggio. Sulla membrana delle cisterne terminali del reticolo, dove è immagazzinato il calcio, sono invece presenti i recettori RyR.

Presenti le proteine RyR, i canali del calcio. Arriva il motoneurone, rilascia il NT acetilcolina la quale va a legarsi al suo recettore. Si innesca il PdA nella fibra muscolare. Il PdA non è altro che un'inversione del potenziale di membrana che passa da valori di -70 mV fino a valori positivi. Una volta che la fibra sviluppa il PdA, la proteina DHPR, che ha perso la funzione di canale, ma funziona come sensore di voltaggio, avverte il cambiamento di voltaggio e cambia conformazione. La proteina sensore è fisicamente e strettamente accoppiata con la proteina RyR, ovvero il canale del calcio sul RS. Il cambiamento conformazionale della proteina sensore fa aprire meccanicamente il canale del calcio sul RS, il calcio esce e si lega alla troponina C, innescando così la contrazione. Finita la contrazione, la concentrazione citoplasmatica di calcio deve diminuire e ritornare ai suoi livelli fisiologici. Questo è permesso grazie alla presenza di una pompa 2+Ca-ATPasi.

Localizzata sul RS e denominata SERCA la quale riporta il calcio all'interno del reticolo.

Meccanica della contrazione muscolare

Contrazione significa generazione di forza e accorciamento. Generazione di forza significa a sua volta presenza di motori molecolari ovvero i crossbridges. Il rapporto dell'interazione actina-miosina è di 1:1 (una singola testa di miosina per ogni monomero di actina). I crossbridges costituiscono la componente contrattile (CC) del sarcomero, della fibra muscolare e del muscolo. La componente contrattile si trova in parallelo con una componente elastica rappresentata fondamentalmente dal filamento di titina (CEP). La titina si estende per tutta la lunghezza del sarcomero. CC e CEP sono a loro volta in serie un'ulteriore componente elastica la quale è rappresentata dai tendini e dalle guaine connettivali che trasmettono la forza alle ossa. In questo schema possiamo vedere come possono essere calcolate le forze totali generate da due

molledisposte o in serie o in parallelo ecome calcolare anche le variazioniin lunghezza.Questo ci permette di capire cosaavviene realmente nel muscolo.A livello di un muscolo le fibre sono disposte parallele le une alle altre come anche lemiofibrille. I sarcomeri invece sono disposti in serie lungo tutta la miofibrilla e la fibra.Fibre muscolari più lunghe, a parità di sezione, sviluppano la stessa identica forza diuna fibra più corta. La forza aumenta quando invece aumentano gli elementi dispostiin parallelo e quindi quando non ho più un’unica fibra, ma ne inizio ad avere due o piùdisposte in parallelo. Un aumento di forza è registrato anche quando la stessa fibra,sempre con la stessa lunghezza, aumenta la sua sezione perché presenta un numeromaggiore di elementi disposti in parallelo.La lunghezza di una fibra non ha influenza sulla forza. La sezione della fibra è inveceresponsabile della forza perché si ha un

numero maggiore di crossbridges disposti in parallelo. I crossbridges sono i motori molecolari e quindi un loro aumento coincide con un aumento di forza.

Per quanto riguarda la forza, questa rimane invariata all'aumentare della lunghezza della fibra. La forza invece viene raddoppiata nel momento in cui aumentano le componenti generanti forza in parallelo.

Per quanto riguarda la velocità, ovvero la capacità di accorciamento, questa viene raddoppiata quando raddoppia la lunghezza della fibra mentre rimane invariata quando la lunghezza della fibra rimane costante. Le forze quindi si sommano in parallelo.

Per quanto riguarda invece le forze in serie, queste non aumentano con l'aumentare della lunghezza della fibra. Ciò che cambia all'aumentare della lunghezza della fibra è la velocità della contrazione.

Riassumendo quindi per avere forze maggiori è necessaria la presenza di un sistema che sia organizzato in parallelo. Tensione è

Sinonimo di forza per quanto riguarda il tessuto muscolare. La forza che un muscolo è in grado di sviluppare dipende dalle condizioni meccaniche che vengono imposte al muscolo o in cui il muscolo fisiologicamente si trova. Sperimentalmente se voglio contrarre una fibra muscolare, la isolo dal muscolo lasciando intatta la membrana e la stimolo elettricamente con un elettrodo. Si mantiene quindi l'accoppiamento eccitazione/contrazione. Dispongo poi la fibra tra un trasduttore di forza che misura la forza e un trasduttore di lunghezza che misura invece la variazione di lunghezza. Normalmente la fibra viene stimolata da un motoneurone. Sperimentalmente la stimolazione avviene mediante un microelettrodo, dopo la quale nella fibra muscolare insorge il PdA. Fisiologicamente la fibra, durante la generazione del PdA, rappresenta l'elemento post-sinaptico. Il potenziale di placca è sempre sopra soglia per il PdA. Una volta generato il PdA abbiamo l'accoppiamento.

Eccitazione/contrazione con conseguente