Biomeccanica (risposte domande aperte esame)

I VARI ELEMENTI E LE PROPRIETA

Il modello di Hill descrive il comportamento del sarcomero e dunque di una fibra muscolare (scheletrica o cardiaca). Il modello è composto da 3 elementi: CE = contractile element, SE = series element, PE = parallel element. Il primo rappresenta il generatore di contrazione, gli altri due sono elementi passivi elastici non lineari, cioè due molle poste una in serie e una in parallelo rispetto al generatore. Il CE è il corrispettivo del sarcomero, dunque dei filamenti di miosina; il SE si identifica con la banda I di actina, cioè con la zona elastica esterna alla parte motrice del sarcomero, mentre il PE con le membrane pericellulari del collagene. In condizioni isometriche, quando il muscolo è a riposo la caratteristica del sarcomero è rappresentata dal PE: il CE, infatti, si annulla (CE=0) e resiste solamente il PE, il quale permette di creare un precarico sul muscolo. Quando il muscolo viene eccitato e si genera.

contrazione il CE si accorcia (CE<0) e mette intensione il SE (SE>0) che, allungandosi, genera una forza di richiamo che si scarica sui due estremi(permettendo così al muscolo di sollevare carichi).

59. EQUAZIONE DI HILL PER MUSCOLO IN CONDIZIONI ISOTONICHE
L’equazione di Hill rappresenta l’equazione fenomenologica della meccanica muscolare per il muscolotetanico, tale per cui tanto maggiore è il carico, tanto minore è la velocità di contrazione. (V+b) * (F+a) = b *(Fisom + a) con a e b costanti, V velocità di contrazione, F forza esercitata dal muscolo: rappresentaun’iperbole traslata che intercetta il grafico velocità/carico in due punti; tali punti nel grafico potenza/forzavanno a descrivere proprio il funzionamento realistico del muscolo, per il quale si evidenzia una zonaottimale di funzionamento dove si ha potenza massima.

60. MODELLO HILL A TRE COMPONENTI IL TERMINE PE RAPPRESENTAl’elasticità dei dischi

Muscolo cardiaco: - Analogie: entrambi sono costituiti da fibre muscolari striate, hanno la capacità di contrarsi e rilassarsi, sono innervati dal sistema nervoso autonomo. - Differenze: il muscolo cardiaco è involontario e si trova solo nel cuore, mentre il muscolo scheletrico è volontario e si trova attaccato alle ossa del corpo. Muscolo liscio: - Analogie: entrambi sono costituiti da fibre muscolari lisce, hanno la capacità di contrarsi e rilassarsi, sono innervati dal sistema nervoso autonomo. - Differenze: il muscolo liscio è involontario e si trova nelle pareti degli organi interni, come l'intestino e i vasi sanguigni, mentre il muscolo scheletrico è volontario e si trova attaccato alle ossa del corpo.

CARDIACO

Differenze anatomiche e strutturali:

Le cellule del muscolo cardiaco, a differenza di quello scheletrico, presentano un singolo nucleo posto al centro della fibra e hanno forma sferoidale, mentre quelle del muscolo scheletrico sono di forma allungata e multinucleate, con i nuclei rivolti verso la periferia della fibra. Nelle cellule cardiache esiste comunque il sarcomero, ma la triade si trova sulla linea Z e non sulla linea di intersezione A-I. Le fibre del miocardio non sono parallele come quelle del muscolo scheletrico, ma intrecciate tra di loro: le fibre del muscolo scheletrico sono divise da collagene, mentre quelle cardiache sono interconnesse con continue ramificazioni e sono separate solo da dischi intercalati.

Differenze funzionali:

Il muscolo cardiaco, a causa della disposizione interconnessa delle cellule, si comporta come un vero e proprio sincizio funzionale, permettendo una contrazione coerente e quasi contemporanea del tessuto, e dunque un'attivazione del tipo

“tutto o niente”, a differenza dei muscoli scheletrici che possono essere inveceeccitati selettivamente. Diverso è anche il meccanismo di contrazione: l’attivazione del muscolo cardiaco èinfatti autonoma, perché dovuta alla stimolazione spontanea del nodo senoatriale, che funge da pacemakernaturale (è infatti composto da cellule che si eccitano naturalmente per prime): lo stimolo si trasmette poi alnodo atrioventricolare (pacemaker di riserva), al fascio di Hiss e alle fibre del Purkinje. Il segnale diattivazione è dunque intrinseco al cuore stesso; diversamente accade nel muscolo scheletrico, dove l’impulsoè generato da fattori esterni e l’attivazione è volontaria. I tempi di contrazione per il muscolo scheletrico(150ms) sono molto più bassi rispetto a quelli del muscolo cardiaco (600ms); ciò è dovuto ai tempiprolungati del meccanismo di riempimento ventricolare (diastole).

Il muscolo cardiaco, a differenza del muscolo scheletrico, non presenta muscoli antagonisti. La forza di allungamento passiva del muscolo cardiaco è quindi superiore a quella del muscolo scheletrico, poiché deve far fronte all'assenza del muscolo antagonista che nel muscolo scheletrico è responsabile della forza di precarico. Le caratteristiche passive non sono trascurabili.

Differenze metaboliche:

Il metabolismo del muscolo cardiaco è prettamente aerobico, a differenza di quello scheletrico, che invece può essere anche anaerobico. Di conseguenza, nelle cellule cardiache si registra una grande abbondanza di mitocondri, necessari per sintetizzare ATP in elevate quantità, e la perfusione capillare è molto sviluppata: il cuore pesa 300g ma riceve il corrispettivo di sangue di un organo che pesa 3kg.

Analogie e differenze tra muscolo scheletrico e muscolo liscio:

Differenze strutturali/anatomiche:

Le cellule del tessuto muscolare liscio sono piccole (2-20μm) e...

mononucleate e internamente pocosviluppate, mentre quelle del muscolo scheletrico sono di forma allungata, multinucleate e assai organizzate.

Non possedendo l'unità funzionale del sarcomero e i dischi Z, le fibre del tessuto liscio non presentano le caratteristiche striature del muscolo scheletrico. Anche il reticolo sarcoplasmatico è scarsamente sviluppato nelle cellule del tessuto liscio, e sono assenti i tubuli trasversi.

Nel muscolo scheletrico il rapporto filamenti actina / miosina è di 2:1, ed è decisamente più basso di quello proprio delle fibre del tessuto liscio, pari a ben 15:1; l'actina all'interno di tali fibre è disposta in modo disordinato.

La miosina del muscolo liscio è di un differente fenotipo e presenta una disposizione simmetrica delle teste rispetto al piano longitudinale, tale da far sì che le teste di miosina che generano movimenti in direzione opposta si trovino su facce opposte del filamento.

filamenti di miosina vanno a rendere così più compatta la matassa di actina, che tende perciò a contrarsi in tutte le direzioni.

Differenze funzionali:

I tempi di contrazione sono più lunghi per i muscoli lisci (>150ms) ma l'affaticamento muscolare subìto è più modesto: si contraggono più lentamente ma più a lungo del muscolo scheletrico e generano forze minori.

I muscoli scheletrici sono eccitabili selettivamente e rispondono ad un meccanismo di attivazione volontario; i muscoli lisci hanno un comportamento diverso. Si suddividono in due categorie: quelli delle arterie, dell'occhio, dell'iride e dei muscoli piliferi, che non hanno contrazione spontanea e sono attivati in modo selettivo da stimoli fisici, biochimici o ormonali, e quelli delle viscere, che sono più compatti e funzionano in modo simile al muscolo cardiaco, per cui l'attivazione è spontanea e di tipo "tutto o niente".

“niente”.Differenze metaboliche:Mentre il metabolismo dei muscoli scheletrici può essere sia aerobico che anaerobico, per il tessuto liscio ilmetabolismo di calcio e ATP è peculiare per ogni muscolo.

67. ELENCA ANALOGIE E DIFFERENZE CARDIACO LISCIODifferenze strutturali / anatomiche:Sia le cellule del tessuto cardiaco che quelle del tessuto liscio sono uninucleate, ma quelle del miocardiosono più organizzate e specializzate e di dimensioni maggiori. Presentando il sarcomero e i dischi Z, le fibremuscolari cardiache presentano striature, che sono invece assenti nel tessuto liscio. Diversa è anche laconcentrazione di actina, che è nettamente superiore nel tessuto liscio (rapporto actina/miosina = 15:1) evede una disposizione caotica e non ordinata dei filamenti.

Differenze funzionali:Le cellule del miocardio, essendo interconnesse tramite ramificazioni, rappresentano un vero e propriosincizio funzionale e permettono un’attivazione del tipo

“tutto o niente”. Anche le cellule del tessuto liscio dei visceri assumono un comportamento simile, in quanto presentano una struttura compatta e agiscono come un’unità. Diverso è il discorso per i muscoli lisci delle arterie, dell’occhio, dell’iride e dei muscoli piliferi, che invece si attivano selettivamente, come i muscoli scheletrici. Per quest’ultima categoria di muscoli lisci (visceri) e per il muscolo miocardico l’attivazione è spontanea: il miocardio viene autonomamente stimolato a partire dal nodo senoatriale, che funge da pacemaker naturale (è infatti composto da cellule che si eccitano naturalmente per prime): lo stimolo si trasmette poi al nodo atrioventricolare (pacemaker di riserva), al fascio di Hiss e alle fibre del Purkinje. Il segnale di attivazione è dunque intrinseco al cuore stesso. Diversamente accade nella muscolatura liscia di arterie, occhio, iride e muscoli piliferi, per i quali la

contrazione non è spontanea ma innescata da stimoli ormonali, fisici o biochimici. Sia il muscolocardiaco che quello liscio non presentano muscoli antagonisti. Differenze metaboliche: Mentre il metabolismo del cuore è prettamente aerobico (ciò comporta elevata perfusione capillare e abbondanza di mitocondri), per i muscoli lisci il metabolismo di calcio e ATP è peculiare per ogni muscolo. 68. CELLULA MUSCOLARE CARDIACA è striata 69. CELLULA MUSCOLARE LISCIA è lenta Organizzazione spaziale 70. DESCRIVI COMPORTAMENTO MUSCOLO GRANCHIO E // CON = VOLUME, CONFRONTAMUSCOLO GRANCHIO CON PRESTAZIONI MUSCOLO FUSIFORME Il muscolo bipennato e il muscolo unipennato differiscono per la direzione di disposizione delle fibre muscolari: considerando due strutture del genere, caratterizzate dalle stesse dimensioni, si riscontra che il muscolo bipennato è in grado di generare forze maggiori rispetto a quello unipennato, a fronte del fatto che, a parità di

(compreso nel range [0,07-1]) l'accorciamento del muscolo bipennato (n*cosα) è minore di quellounipennato (n). Questo è uno dei vantaggi che presenta la confo