Fisiologia umana I - contrazione muscolare

CONTRAZIONE MUSCOLARE

Cosa avviene a livello molecolare?

• Le teste di miosina legano l'ATP
• L'ATP viene subito idrolizzata da una ATPasi in ADP + P
• L'energia così prodotta in forma di ADP+P rimane legata e immagazzinata nella testa della miosina, per essere poi utilizzata per il cosiddetto "colpo di forza"
• A questo punto intervengono i potenziali di azione del sarcolemma che si propagano lungo i tubuli T mediante diffusione di correnti
• Si crea così una depolarizzazione che provoca un cambiamento nel recettore diidropiridinico voltaggio dipendente, collegato all'altro recettore del reticolo sarcoplasmatico, il recettore rianodinico, che si apre liberando gli ioni Ca2+ immagazzinati dalla calsequestrina nel reticolo sarcoplasmatico.
• Questi ioni Ca2+ si vanno a legare alla subunità C della troponina
• Viene spostata verso l'esterno la tropomiosina, liberando i siti di legame tra actina e miosina
• L'actina e...

La miosina si legano formando i cosiddetti ponti trasversali: le teste della miosina impegnano i siti liberati della actina e avviene lo scorrimento attraverso un movimento a cerniera (teoria dello scorrimento della cremagliera).

Questa formazione di ponti genera la tensione muscolare.

Quando la testa delle miosina inizia a ruotare, abbandona ADP e P e si rende libera per assumere un'altra molecola di ATP.

Una volta che l'ATP si è legato alla testa della miosina, questa lascia il sito di legame con l'actina e si raddrizza, pronta a legare un altro sito, a fare un altro "colpo di forza", in maniera tale che i filamenti si avvicinino sempre di più e il sarcomero si accorci.

Questo evento meccanico è definito "scossa muscolare" e produce la tensione, la forza muscolare. Naturalmente la tensione di un muscolo dipende dal numero dei ponti trasversali attivati, cioè più teste di miosina si legano all'actina.

maggiore sarà la forza del muscolo stesso.

Quando gli ioni Ca vengono nuovamente sequestrati nel reticolo sarcoplasmatico attraverso l'attività della pompa ATPasi calcio dipendente, si ha il rilasciamento muscolare. Quando manca l'ATP il muscolo resta contratto: questo è quello che accade nel rigor mortis, uno stato di contrattura che avviene alcune ore dopo la morte, e, quindi, dal mancato distacco dei ponti trasversali. Il rigor mortis rimane fino a quando non interviene un fenomeno di autolisi ad opera di lisosomi a circa 15-25 ore dalla morte.

Abbiamo detto che più ponti si formano, maggiori sono la forza e la tensione, ed è per questo che la lunghezza iniziale del sarcomero deve essere tale che ci sia l'esatta sovrapposizione dei filamenti di actina e miosina, perché se il sarcomero è troppo allungato o troppo contratto saranno maggiori o minori i siti disponibili per il legame.

dei due filamenti: ci sarà, quindi, una lunghezza ideale per far sì che tutte le teste di miosina siano in contatto con i filamenti di actina. Strappo o distrazione muscolare: rottura di una fibra a causa di una sollecitazione. Stiramento o elongazione: danno di entità inferiore rispetto allo strappo perché equivale alla rottura di un miofilamento o al massimo di una miofibrilla. Perché avvengono questi fenomeni? La mancanza di elasticità del muscolo (derivante da un sovraffaticamento muscolare con conseguente accumulo di acido lattico) comporta un aumento di rigidità e, quindi, una maggiore predisposizione allo strappo. Anche alcune condizioni climatiche (come l'eccessivo freddo) o il fare attività fisica senza preventivo riscaldamento predispongono allo strappo perché si riduce la vascolarizzazione che conferisce elasticità al muscolo. PLACCA MOTRICE (sinapsi neuromuscolare): È la zona di contatto tra laterminazione nervosa di un motoneurone (elemento pre-sinaptico) ed il sarcolemma della cellula muscolare scheletrica (elemento post-sinaptico). È una sinapsi:

• Colinergica (utilizza come neurotrasmettitore l'aceticolina)
• Nicotinica (ha recettori nicotinici)
• Eccitatoria

Nel 98% dei casi esiste una sola giunzione neuromuscolare (placca motrice) per ciascuna fibra, che si ramifica in una serie di bottoni terminali, volti ad aumentare la superficie di scambio, che si invaginano sulla superficie della fibra muscolare. Questa placca è avvolta da una o più cellule di Schwann, formanti il rivestimento mielinico, che la isolano dal liquido circostante. La membrana della fibra che accoglie la terminazione nervosa forma una doccia nel cui fondo troviamo altre invaginazioni (volte ad aumentare la superficie di scambio) che formano le pliche subneurali. In ogni bottone terminale sono presenti circa 300.000 vescicole ognuna delle quali contiene acetilcolina e ogni volta.che arriva un impulso vengono svuotate circa 125 vescicole. Vediamo ora cosa avviene a livello pre-sinaptico. Il primo evento è la comparsa di un potenziale di azione che determina una depolarizzazione del terminale sinaptico: vengono così attivati e aperti i canali voltaggio-dipendenti del calcio che entra nel terminale nervoso determinando l'esocitosi delle vescicole sinaptiche, con conseguente rilascio di acetilcolina nello spazio sinaptico. A livello sinaptico, l'acetilcolina si lega ai recettori nicotinici aumentando la permeabilità di membrana a sodio e potassio, per cui il sodio entra nella cellula e il potassio esce (ricordare che più sodio di quanto potassio esce, per cui si ha un aumento delle cariche positive all'interno della cellula e la depolarizzazione della membrana post-sinaptica). Si forma così un potenziale di placca che ingenera, a sua volta, un potenziale d'azione. Tutti i potenziali pre-sinaptici che

arrivano attraverso il motoneurone danno sempre origine ad un potenziale post-sinaptico, cioè ad un potenziale d'azione in rapporto 1:1.

Grazie alla presenza dell'enzima acetilcolinesterasi, l'acetilcolina viene trasformata in colina e acetato; la colina, attraverso un co-trasporto che utilizza anche il sodio, rientra nelle terminazioni nervose per essere poi legata di nuovo al coenzima A e riformare acetilcolina.

I recettori post-sinaptici sono proteine di membrana capaci di:

• rilevare la presenza di un neurotrasmettitore nello spazio sinaptico
• alterare la permeabilità ionica della membrana post-sinaptica (attraverso apertura e chiusura dei canali ionici)

Esistono diversi tipi di recettori:

• recettore canale o ionotropico: si attiva aprendo il canale quando si lega al suo neurotrasmettitore consentendo il passaggio degli ioni. Sono detti anche recettori nicotinici perché sono attivati dalla nicotina, e sono inibiti dal curaro, un veleno che, essendo

molto simile all'acetilcolina, si lega al recettore di quest'ultima, occupando il suo posto e, quindi, impedendo l'azione.

• recettore accoppiato a proteina G o metabotropico: una volta legato il neurotrasmettitore, attiva la proteina G che, a sua volta, agendo come secondo trasmettitore, apre un canale.
• attivati dalla muscarina (il veleno di un fungo) e inibiti dall'atropina.

recettori muscarinici: sono

I recettori ionotropici hanno delle risposte rapide perché sono essi stessi canali, mentre i recettori metabotropici sono, invece, utilizzati nelle risposte più lente perché utilizzano un secondo messaggero per l'apertura di canali.

In generale, l'effetto ottenuto a livello post-sinaptico può essere una depolarizzazione o una iperpolarizzazione a seconda che la sinapsi sia eccitatoria o inibitoria, e questo non dipende dal neurotrasmettitore ma dal tipo di recettore con cui il neurotrasmettitore interagisce: nel nostro

Il casoil recettore è un recettore eccitatorio per cui l'effetto postsinaptico è una depolarizzazione e il cosiddetto potenziale di placca. Il potenziale di placca è sempre efficace, nel senso che è sempre sufficiente un potenziale di placca per generare un potenziale d'azione, anzi, in realtà, di norma il p. di placca è circa 3 volte superiore. È poi il potenziale d'azione, a quello soglia, cioè a quello necessario per eccitare una fibra. Così generato a seguito di correnti elettrotoniche depolarizzanti prodotte dal p. di placca, a determinare le alterazioni a distanza perché, mentre il p. di placca rimane circoscritto ad una placca, il p. d'azione percorre la fibra in tutta la sua lunghezza, qualunque essa sia. Il p. d'azione, quindi, risponde alla legge del tutto o nulla: se si raggiunge la soglia parte e rimane invariato senza subire incrementi o decrementi, senza subire modifiche fino alla fine.

della fibra. Riassumendo: Il potenziale di placca, determinando le correnti depolarizzanti, arriva a recettori che si trovano sulla membrana e che sono dei canali voltaggio-dipendenti (si aprono in presenza di correnti elettriche, mentre quelli nicotinici sono ligando-dipendenti perché dipendono dal neurotrasmettitore con il quale interagiscono); una volta che questi canali si aprono avviene il potenziale d'azione vero e proprio. Esistono quindi diversi tipi di recettori postsinaptici: c'è il recettore che accoglie l'acetilcolina e determina un potenziale di placca che stimola i recettori voltaggio-dipendenti che si aprono, fanno entrare il sodio e generano il potenziale d'azione che viene portato lungo la fibra, lungo l'sarcolemma e lungo i tubuli T, innescando il rilascio del calcio a livello del reticolo sarcoplasmatico. Il calcio, che è immagazzinato nelle cisterne terminali a contatto con i tubuli T, viene liberato dal reticolo sarcoplasmatico nel quale era immagazzinato.

legato dalla calsequestrina (1 molecola dicalsequestrina lega circa 40 ioni di calcio), innescando il meccanismo di contrazione. (link al video)

FARMACI CHE AGISCONO SULLE SINAPSI COLINERGICHE

1. Tossina botulinica: agisce a livello presinaptico inibendo l'esocitosi, per cui l'acetilcolina non viene liberata e determinando paralisi flaccida, cioè in fase di rilasciamento muscolare.

2. Neostigmina e fisostigmina: inattivano per alcune ore l'acetilcolinesterasi per cui l'acetilcolina non viene trasformata in colina e acetato, ma si accumula determinando uno spasmo muscolare.

3. Gas nervino (diisopropilfluorofosfato): ha la stessa azione della neostigmina e della fitostigmina, ma, a differenza di queste, ha un'azione molto più duratura (settimane), per cui è un gas altamente letale. È un antagonista dell'acetilcolina, si lega ai recettori di quest'ultima impedendo il legame e l'attivazione del recettore.

4. Curaro: ha un'azione antagonista dell'acetilcolina, si lega ai recettori di quest'ultima impedendo il legame e l'attivazione del recettore.

un'azione simile all'acetilcolina, Nicotina e metacolina: ma non