Fisiologia Generale - Segnale nella Muscolatura (parte 3/5)

Aumentando la concentrazione Ca si aumenta la F fino a raggiungere il platoo (concentrazione di

2+

Ca saturante)

Il Ca2+ interagisce con il complesso della tropina formato da 3 sub-unità:

● T: che si associa alla tropomiosina

2+

● C: lega il Ca , presenta tutte struttura omologhe

● I: a riposo lega l’actina

A riposto il complesso impedisce il legame actina-miosina

2+

Il Ca lega la subunità C, produce un cambio conformazionale che sposta la macromolecola così da

permettere il legame actina-miosina (che determina la forza del muscolo) Il potenziale d’azione

stimola l’aumento di 2+

concentrazione di Ca

interno che a sua volta

stimola la concentrazione

Appunti di Fisiologia Generale

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1. Arriva lo stimolo che produce il potenziale d’azione

2. Il potenziale d’azione scorre lungo la membrana esterna (fenomeno superficiale) mentre il

2+

Ca diffonde in tutto il volume (fenomeno profondo)

esperimento: sviluppo di un potenziale d’azione tramite stimolazione con corrente:

● stimolazione nelle linee z: si produce localmente una piccola contrazione

● lontano dalle linee z: non si ha la contrazione

il potenziale d’azione deve arrivare fino alle linee z (zona del tubulo T) per innescare la

sensibilizzazione.

Tubulo T

: invaginazione della membrana sarcoplasmatica vicino alle linee z che penetra in profondit e

accompagna i dischi z. I tubuli T sono circondati da grosse cisterne interne.

La struttura alternata reticolo-tubulo-reticolo è detta Triade

2+

sul reticolo sono presenti numerose pompe Ca e all’interno sono presenti i complessi di

calsequestrina. 2+

A riposto i reticolo sequestra Ca e viene legato dalla calsequestrina.

In condizioni normale si produce un potenziale d’azione che viaggia sulla membrana, percorre i tubuli

T ed entra nella fibra in profondità stimolando a fondo.

Sulla membrana dei tubuli T sono espressi dei recettori specifici per le diidropiridine (DHPR) che sono

connesse alla membrana del sarcoplasma da recettori per la rianodina (RyR)

I recettori DHPR rispondo alla depolarizzazione con un cambiamento conformazionale ma non si

aprono (funzionamento simile ai voltaggio dipendenti)

I DHPR sono associati ai RyR e il loro cambio conformazionale fa aprire i RyR che permettono l’uscita

2+ 2+

di Ca nel citoplasma (il flusso è guidato dalla piccola concentrazione citoplasmatica di Ca )

2+

Il Ca fuoriuscito stimola l’apertura dei recettori RyR2 (omologhi a RyR, presenti sulla membrana del

reticolo sarcoplasmatico ma non legati a DHPR) che si aprono: il processo di “rilascio di calcio indotto

da calcio” è rigenerativo e permette l’espansione del segnale su tutta la fibra muscolare.

2+ 2+

Il Ca nel citoplasma viene catturato da proteine con catene laterali negative (il Ca non può

viaggiare, è il segnale che si sposta)

2+

I recettori 3 si chiudono, il Ca entrato nel citoplasma viene pompato nel reticolo con la pompa serca

+ 2+

o può essere estruso dalla cellula utilizzando lo scambiatore che intrude 3Na ed elimina 1 Ca

Appunti di Fisiologia Generale

42

2+

La fibra di contrae e si rilassa velocemente perchè il Ca citoplasmatico viene inattivato.

Se ho tanti potenziali d’azione la contrazione dura nel tempo.

L’effetto sul muscolo di un secondo stimolo dipende dalla frequenza di stimolazione: se i potenziali

2+

d’azione sono ravvicinati, il 2° segnale può aumentare l’effetto del Ca aumentando la contrazione.

2+

Questo è possibile perché un potenziale d’azione non rilascia ca sufficiente a saturare il sistema.

Questo fenomeno è detto tetano e può essere:

● completo → i singoli eventi sono indistinguibili, si raggiunge la forza massima del muscolo e si

ottiene il plateau

● incompleto → i singoli eventi sono distinguibili

La forza del muscolo può essere regolata tramite:

1. Intensità di frequenza dello stimolo (n° di scariche del motoneurone)

2. Reclutamento delle unità motorie: ogni motoneurone innerva un certo numero di fibre

muscolari. Il complesso del singolo motoneurone e le fibre muscolari innervate è detto unità

motoria

Il movimento del muscolo è tanto più fine quanto minore è il numero di fibre che un motoneurone

innerva (contrazioni più calibrate)

Vi sono muscoli che dipendono da:

● Fibre fasiche: si contraggono perché vi è lo stimolo dato dal potenziale d’azione Fibre toniche:

rispondo a potenziali graduali moderando la risposta a seconda della depolarizzazione

(gruppo ristretto di muscoli)

In generale: la risposta tonica è una risposta che permane nel tempo mentre i processi fasici hanno

una cinetica rapida.

Ciclo di contrazione La testa di miosina ha più siti di attacco con

l’actina: il sito iniziale è ad alta affinità, ruotando si

scoprono gli altri siti con minore affinità (m1 → m2

→ m3 (fuoriesce Pi) → m4 (esce ADP)

Il consumo di ATP globale dipende da quante teste

ci sono sulla miosina.Se considero una singola

testa il consumo dipende dalla velocità del ciclo

attacco-distacco

In ogni scossa il Ca2+ è rilasciato e per essere

riassorbito vengono usate pompe ad ATP (30% del

Appunti di Fisiologia Generale

43

2+

consumo totale, processo costante e non dipendente dalla velocità), la quantità di Ca rilasciata è

costante e non dipende dalla lunghezza del sarcomero

esperimento: misurazione della forza di un muscolo con l’utilizzo di un peso

Aumentando il peso si arriva ad un punto in cui il muscolo, pur

contraendosi, non riesce a sollevarlo → forza massima del muscolo in

condizioni isometriche

Diminuendo il peso la velocità di contrazione aumenta → a peso nullo si ha

la massima velocità

La forza massima si ottiene a valori intermedi di velocità: il picco del potenziale si vede tra il 15-40%

della Vmax

Aumentando la velocità di contrazione diminuisce la forza esercitata dal muscolo, perchè:

1. F è proporzionale al numero di ponti trasversali legati all’actina, il numero massimo dei ponti

connessi si ha in condizioni isometriche e non durante il continuo attacco-distacco.

2. Se il legame è perpendicolare la forza prodotta è nulla, se l’angolo è positivo a forza è

positiva, se è negativo la forza è negativa. Tanto più veloce è lo scorrimento è tanto è veloce il

cambio di posizione delle teste che tendono a scorrere sempre verso il lato positivo ( le teste

vengono trascinare dallo scorrimento e formano angoli negativi che danno una forza negativa)

Classificazione dei muscoli scheletrici:

● Fibre toniche

: contrazione proporzionale alla depolarizzazione, non producono potenziale

d’azione.Sono lente, hanno resistenza alta e consumano poca ATP

es. occhio

● Fibre fasiche

: producono il potenziale d’azione necessario a farle contrarre

Si dividono in:

○ lente

: generalmente più rosse perchè ricche di mioglobina, sono lente ma con una

resistenza molto alta. Possono contrarsi per lungo tempo. es. muscoli posturali

Appunti di Fisiologia Generale

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○ Rapide ossidative

: hanno una resistenza intermedia e presentano una cinetica molto

rapida, servono per locomozioni prolungate. es. il volo

○ Rapide glicolitiche

: sono molto rapide ma hanno una resistenza bassa. Consumano

molta ATP e sfruttano la glicolisi per riformarlo. Presentano alte concentrazioni di

enzimi glicolitici e producono molto acido lattico

Il muscolo fasico può contenere diverse categorie di fibre fasiche creando un muscolo misto con

diverse proprietà che possono variare da specie a specie, in base al tipo di muscolo e da individuo a

individuo.

NB: notare le diverse ampiezze! 4 < 30 < 50

La resistenza dipende dalla lentezza o dall’aumento di fosforilazione ossidativa.

Un’alta resistenza dipende da:

● alto numero dei mitocondri

● ricca vascolarizzazione

● alta concentrazione di mioglobina

● bassa velocità di consumo di ATP

La mioglobina lega l’ossigeno in maniera reversibile grazie al gruppo eme, ogni mioglobina essendo

monomerica presenta un solo sito di legame per l’ossigeno

profilo iperbolico dell’ossigeno Appunti di Fisiologia Generale

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Muscolo striato cardiaco

Il meccanismo contrattile è simile a quello scheletrico con ciclo uguale.

Il cuore è in diastole quando è a riposo e il sangue entra, è in sistole quando si contrae ed elimina il

sangue

Il cuore è diviso in 2 atri (sopra) e in 2 ventricoli (sotto) separati da due valvole atrio-ventricolari

Il sangue ossigenato passa per l’organismo e poi

arriva all’atrio destro attraverso la vena cava

Viene spinto nell’atrio destro e poi nell’arteria

polmonare che lo porta ai polmoni dove si

ossigena.

Torna al cuore grazie alla vena polmonare, entra

nell’atrio sinistro e passa al ventricolo sinistro.

Esce attraverso l’aorta e va nell’organismo

Le valvole sono una a destra: tricuspide

una a sinistra: mitrale

Contrazioni cardiache:

1. Contrazione degli atri, il sangue va ai

ventricoli (si aprono le valvole)

2. Si riempiono i ventricoli

3. Si chiudono le due valvole, si

contraggono i ventricoli in maniera isometrica

(volume costante), si alza la pressione interna e

si aprono le valvole permettendo al sangue di fluire nell’aorta e nell’arteria polmonare

4. Si rilassano isometricamente i ventricoli

NB: sono tutti eventi che avvengono in maniera coordinata

Nell’atrio destro c’è una zona detta seno atriale: è una massa di tessuto muscolare modificato che

produce un ritmo cardiaco. Le vie di conduzione del segnale sono dette vie internodali e sono fibre

22

muscolari modificate → pacemaker miogeno (in altri animali è neurogeno). Le vie internodali sono le

uniche che diffondono il segnale dagli atri ai ventricoli.

22 pacemaker: Il tessuto cardiaco dal quale prende origine l'impulso fisiologico che provoca il battito

del cuore, è chiamato con il nome di nodo senoatriale. Se il nodo del seno non funziona, un'altra

porzione del tessuto cardiaco assumerà il ruolo di pacemaker, solitamente a una frequenza minore del

nodo SA. Appunti di Fisiologia Generale

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L’eccitamento diffonde nei ventricoli attraverso sottili fibre giunzionali connesse a fibre nodali a loro

23

volta unite mediante fibre di transizione al fascio di His. 24

Il fascio di His si ramifica a formare le fibre del Purkinje che decorrono nel tessuto muscolare

ventricolare.

In breve: seno atriale → tessuto fibroso