Muscoli
• Scheletrici (striati, volontari)
– Attaccati alle ossa: movimento, postura, respirazione
– Al microscopio mostra vistose bande regolari da cui il
nome striati
• Lisci (involontari)
– Presente negli organi intern. Es. coinvolti nelle forze
che spingono masse di cibo nel tratto digestivo
• Cardiaco (striato, involontario)
– Cuore, energia meccanica per la circolazione
del sangue
1
Caratteristiche del tessuto
muscolare
• Eccitabilita’
– Il muscolo si contrae quando e’ stimolato da un
impulso nervoso o uno stimolo elettrico
• Contrattilita’
• Estensibilita’
• Elasticita’
2
1
Funzioni
• Effettore del Sistema Nervoso Centrale (SNC)
– Coordinamento nervo-muscolo che permette di parlare,
ingerire cibo, meccanismi di difesa intrinseci
• Movimento e Postura
– I muscoli generano forze sia per il movimento che per
mantenere una postura
• Pompa cardiaca
– Circolazione del sangue e mantenimento della pressione
e della gittata cardiaca
• Calore
– Ogni azione muscolare richiede processi meccanici e
chimici che generano calore, che e’ usato per mantenere
la temperatura del corpo
3
Tessuto connettivo
• Ossa, cartilagine, legamenti, tessuti adiposi,
tessuti fibrosi (collagene)
• Nel muscolo scheletrico
– Le fasce fibrose attorno a ciascun muscolo sono
disposte in parallelo ed in strati che si orientano in
direzioni diverse
– Si uniscono nel periostio (tessuto fibroso che riveste l’
osso a cui il muscolo e’ attaccato
4
2
Tessuto connettivo nel muscolo scheletrico
Fascio muscolare
fascicolo
• Epimisio (strato fibroso che
circonda l’ intero muscolo)
miofibra
• Perimisio (divide all’ interno
del muscolo le fascicole di
cellule muscolari)
fascicolo
miofibrille
• Endomisio (divide ciascuna
cellula muscolare)
miofibra
5
6
3
Forze di contrazione
• Tendini: fasci di tessuto connettivo regolare denso
che lega i muscoli all’ osso
• Sono continui con l’ epimisio del muscolo, e
percio’ anche col perimisio e con l’ endomisio
• Le forze di contrazione generate entro ciascuna
cellula muscolare sono trasmesse attraverso i vari
strati di tessuto connettivo e di qui trasmesse al
tendine ed all’ osso
7
Istologia
• Miofibre – Fibre muscolari – Cellule muscolari
– Termini equivalenti spesso usati
• Sarcolemma = membrana della miofibra
– Sarco = muscolo
– Lemma = membrana plasmatica
sarcolemma
• Sarcoplasma =
citoplasma dentro la
miofibra
50-100 µ
sarcoplasma
8
4
Miofibre
• Cellule multinucleate
nell’ embrione
– Esse si originano come molte cellule
uninucleate che poi si fondono mentre i
nuclei si mantengono
– Una volta formate, non si rigenerano
piu’ (ma la singola cellula multinucleare
puo’ essere in grado di ‘ripararsi’)
– Il colore rosso delle miofibre e’ dovuto
alla presenza della proteina mioglobina
mioblasti
tubuli T
• Tubuli trasversi (T)
– Sono estensioni della membrana
plasmatica nel sarcoplasma
– Portano lo stimolo dal sarcolemma all’
interno della fibra
9
Reticolo sarcoplasmatico delle miofibre
Simile al reticolo endoplasmatico: all’ interno sono immagazzinate
grandi quantita’ di ioni calcio
• Il Ca2+ viene rilasciato nel sarcoplasma in
risposta ad uno stimolo
• Trasporto attivo del Ca2+ dal
sarcoplasma al reticolo sarcoplasmatico da
parte della Calsequestrina e della Ca2+
ATP-asi (pompe ioniche ATP dipendenti)
• L’ efficacia delle pompe e’ tale che alcuni
muscoli sono in grado di riattivarsi anche
1/60 – 1/100 s dopo la contrazione
Reticolo
sarcoplasmatico
10
5
Miofibrille
• Triade
– L’ insieme di un tubulo T e 2
reticoli sarcopl. adiacenti
• Miofibrille
miofibrilla
– Fasci di filamenti proteici
triade
(miofilamenti)
– Sono costitutiti essenzialemnte da
2 tipi di filamenti
11
Miofilamenti
Ciascuna miofibrilla e’ costituita da miofilamenti sottili e spessi
che si alternano allineati longitudinalmente lungo la cellula. E’
questa struttura dei miofilamenti che genera le striature osservate al
microscopio
miofibrilla
• Miofilamenti sottili (thin)
sarcomero
– Proteine: actina, troponina I,T,C e
tropomiosina
• Miofilamenti spessi (thick)
– Proteina: miosina (300-400 molecole
per filamento)
• Sarcomeri
– Circa 10000 unita’ ripetitive di
miofilamenti sottili e spessi
– Praticamente ciascun sarcomero ha il
suo reticolo sarcoplasmatico
1.5 – 3 µ
12
6
13
Sarcomero
•
•
•
•
Linee o Dischi Z Delimita ogni sarcomero.
Qui i filamenti sottili di sarcomeri adiacenti
sono uniti
Banda A Delimita la zona dove i filamenti
spessi e sottili si sovrappongono
Banda I Delimita la zona dove sono solo i
filamenti sottili
Zona H Delimita la zona dove sono solo i
filamenti spessi
14
7
Filamento sottile (thin)
ciascun filamento e’ costituito da 3 proteine diverse
• Actina:
– sono filamenti costituiti da una “collana” di proteine globulari (Actina-G)
– Ciascuna actina-G contiene un sito di legame per le “teste” di miosina
(filamento spesso
350 Å
•Troponina :
5Å
–3 subunita’ I,T,C. Lega il
Ca2+
•Tropomiosina:
–Quando la fibra muscolare
non si contrae, la tropomiosina
copre il sito di legame della
miosina, impedendo il legame
tra l’ actina e le teste di miosina
1.5 – 3 µ
1µ=10000 Å
15
Filamento spesso (thick)
ciascun filamento e’ costituito da un fascio di miosine
• Miosina:
– 1 Coda
– 2 Teste. Ponti trasversali
:
Ciascuna coda ha 2 teste e
ciascuna testa ha 2 siti di
legame
–Sito di legame per l’ actina
Si lega al sito di legame della
actina quando la tropomiosina si
muove
–Sito di legame per l’ ATP
Divide la molecola, e l’ energia
rilasciata e’ usata per guidare il
movimento delle teste di
miosina
16
8
350 Å
17
Il colpo di forza
Respirazione
o glicolisi
Stimolo (pot. azione)
rilascio ADP
Reticolo
Sarcoplasmatico
ATP
Colpo di forza
Legame con l’ actina
Ca2+
Rilascio fosfato
Irrigidimento testa miosina
Fibra a riposo. ATP legato
18
9
Il rigor mortis
• Durante la morte i livelli di ATP scendono
rapidamente, perche’ la respirazione cellulare smette
• L’ ATP e’ richiesto se le teste di miosina devono
staccarsi dai filamenti di actina
• Cosi i filamenti rimangono attaccati, i muscoli si
irrigidiscono e rimangono bloccati nella posizione in
cui erano al momento della morte
• Eventualmente i filamenti di actina e miosina si
distaccano attraverso degradazione chimica ed
enzimatica ed il muscolo diviene flaccido
19
Placca motrice (giunzione neuromuscolare)
• Qui il potenziale
d’azione proveniente
dai nervi per
stimolare la
contrazione
muscolare viene
convertito in segnale
chimico (eccitatorio)
• Terminali sinaptici
terminale sinaptico
• Vescicole sinaptiche
• Neurotrasmettitore:
Acetilcolina (ACh)
• Presenza di
Acetilcolinesterasi
unita’ motoria
placca motrice
(motor end plate)
20
pliche giunzionali
10
Contrazione: Eventi molecolari
•
•
•
•
•
•
•
•
Potenziale d’ azione dal motoneurone. Rilascio di neurotrasmettitore alla giunzione
neuromuscolare (il pot. membrana passa da –80mV a –15 mV)
Un segnale viene generato nel sarcolemma entro la giunzione come potenziale d’
azione in una fibra amielinica (canali Na+ e K+). Il segnale passa nei tubuli T
Il segnale provoca il rilascio di Ca2+ dal reticolo sarcoplasmatico
IL calcio diffonde nel sarcoplasma e si lega alla troponina del filamento sottile
attivandola
La troponina attivata sposta la tropomiosina ed espone sulla actina il sito di legame
per la miosina
Le teste di miosina si legano e effettuano il colpo di forza tirandosi apprresso il
filamento di actina
Le teste di miosina si staccano e sono libere di legarsi ancora solo se c’e’ ATP
presente
Non appena il segnale nervoso si esaurisce il livello di Ca2+ scende e la
tropomiosina va a rioccupare il sito di legame della miosina. La contrazione termina
21
Tipi di contrazione
• Isotonica (iso=stessa; tonica=tensione)
– La tensione muscolare resta la stessa mentre la
lunghezza del muscolo diminuisce (es.
spostamento di un oggetto)
• Isometrica
– La lunghezza muscolare resta la stessa mentre
la tensione del muscolo aumenta (es. pressione
di una mano sull’ altra)
22
11
Fasi della contrazione muscolare
• Scossa (twitch): evento di contrazione-rilassamento in
risposta ad un singolo stimolo oltre la soglia
• Latenza: lo stimolo viaggia nel sarcolemma, tubuli T, nel
RS. Il Ca comincia ad entrare nel sarcoplasma
• Contrazione: I filamenti scorrono uno sull’ altro e generano
la forza contrattile
• Rilassamento: il livello di Ca
diminuisce e i filamenti non
possono piu’ interagire. La
forza declina
• Refrattarieta’: nessun altro
stimolo ha effetto.
23
Diagrammi tensione-lunghezza
del sarcomero
Singolo sarcomero
Muscolo intero
Forze elastiche da tessuto
connettivo, sarcolemma, tronchi
nervosi, vasi sanguigni etc.24
12
Sommazione temporale: tetano
• Tutte le normali contrazioni del muscolo scheletrico
richiedono contrazioni prolungate delle miofibre, chiamate
tetano
• Tetano incompleto: stimoli
successivi arrivano durante la
fase di rilassamento; la
successive contrazioni si
aggiunge alle precedenti
• Tetano completo: la frequenza
degli stimoli e’ tale (20-60 Hz)
che gli stimoli arrivano durante la
fase di contrazione fino a che non
25
si raggiunge il livello massimo
Contrazione: energetica
• ATP e’ richiesto per:
– la contrazione (ossia per l’ irrigidimento e per
il distacco delle teste di miosina)
– la calsequestrina e la Ca2+ ATPasi, che
pompano calcio nel reticolo sarcoplamatico del
sarcoplasma
26
13
Ricostituzione di ATP (I)
• L’ ATP e’ prodotto da un’ altra molecola ricca di
energia, la fosfocreatina., presente nella miofibra
• L’ enzima creatina chinasi trasforma la fosfocreatina
in creatina, rilasciando un gruppo fosfato che e’
disponibile per creare ATP da ADP
• Questo e’ il sistema di rigenerazione energetica piu’
veloce. L’ energia viene restaurata in 8-15 sec.
27
Metabolismo muscolare
• Metabolismo aerobico (ossidativo), ciclo di Krebs (36
molecole di ATP per molecola di glucosio. Esercizio di
intensita’ moderata
• Metabolismo anaerobico, glicolisi (2 sole molecole di ATP
per molecola di glucosio). Esercizio intenso
– Il piruvato prodotto e’ convertito in ac. lattico. Questo abbassa il
pH dei tessuti e diminuisce l’ efficienza degli enzimi e delle
proteine (dolore e stanchezza)
– L’ acido lattico e’ successivamente rimosso in stato di riposo dal
sistema di vascolarizzazione del tessuto e dal fegato
• Debito di ossigeno: la ricostituzione del glicogeno e la
riossidazione dell’ acido l’ attico richiedono un consumo
supplementare di ossigeno durante il riposo che segue l’
esercizio intenso
28
14
Patogenesi delle malattie muscolari
•
•
•
•
•
•
motoneurone
Danneggiamento motoneurone degenerazione nervo atrofia (es.
tessuto interstiziale
poliomelite)
Lesione nervo periferico atrofia (es. nervo
incidentale o neurite tossica)
periferico
Danneggiamento placche motrici rilasciamento, miastenia (es.
avvelenamento botulinico, alterazione da
fibra muscolare
anticorpo)
Danneggiamento circolazione arteriosa
(squilibri endocrini, tossine, virus,
vitamine o ischemie) sofferenza
placca
muscolare
motrice
tendine
Danneggiamento tessuto interstiziale estrema atrofia degenerazione (es.
Atrofia: diminuzione o scomparsa di
flogosi, malattie autoimmuni)
elementi cellulari del tessuto dovuta a
Lesioni tendinee atrofia
29
scarso apporto nutritivo
Muscolo liscio
• Muscolo involontario innervato dal Sistema Nervoso
Autonomo
• Si trova prevalentemente nelle pareti degli organi cavi e
tubolari
• Cellule fusiformi
• Assenza di tubuli T e reticolo sarcoplasmatico molto piccolo
• Assenza di sarcomeri (quindi non striate) ma hanno
filamenti sottili e spessi. Assenza di troponina
• Ca2+ non si lega alla troponina ma
alla calmodulina. Il complesso
Ca2+-calmodulina attiva la miosina
che lega l’ actina e fa partire la
contrazione (ponti trasversi)
30
15
Tipi di muscolo liscio
• Muscolo liscio viscerale o unitario
– Si trova nelle pareti di organi cavi (piccoli vasi
sanguigni, nel tratto digestivo, sistema urinario e sistema
riproduttivo
– Le fibre multiple si contraggono come una unita’ (gap
junctions tra le cellule)
• Muscolo liscio multiunitario
– Unita’ motorie attivate dallo stimolo nervoso
– Si trova nelle pareti dei grandi vasi sanguigni, nell’
occhio (accomodazione della lente oculare e della
pupilla) e alla base dei follicoli piliferi
31
16