Tessuto Muscolare Sebbene tutte le cellule siano capaci di qualche sorta di movimento, alcune cellule si sono specializzate a generare un movimento attraverso il processo di contrazione. Tra queste possiamo trovare: • Cellule che formano unità contrattili unicellulari: − Cellule mioepiteliali: componente di alcune ghiandole a secrezione esocrina dove lavorano per espellere le secrezioni dagli acini della ghiandola. − Periciti: simili alle cellule muscolari lisce che circondano i vasi sanguigni. − Miofibroblasti: ruolo contrattile in aggiunta alla loro capacità di secernere Collagene. Tessuto Muscolare • Cellule che formano unità contrattili multicellulari: − Cellule muscolari scheletriche: responsabili del movimento dello scheletro e di organi come il bulbo oculare e la lingua. Il Muscolo Scheletrico è spesso definito Muscolo Volontario. La disposizione delle proteine contrattili dà origine a un tipico aspetto striato, da ciò il termine Muscolo Striato. (terminologia specialeSARCOLEMMA= membrana plasmatica, SARCOPLASMA= citoplasma) − Cellule muscolari lisce: formano la componente muscolare di organi cavi quali vasi, il tratto gastro-intestinale, l’utero e la vescica. Da ciò il nome Muscolo Viscerale. E’ un muscolo involontario e la disposizione delle proteine contrattili non dà l’aspetto istologico di striature. − Cellule muscolari cardiache: hanno caratteristiche funzionali e strutturali intermedie tra quelle delle precedenti e sono responsabili della continua e ritmica contrattilità del cuore. Tipi di Muscolo • Scheletrico: – Striato. – La maggior parte della massa muscolare corporea. – Volontario. • Cardiaco: – Striato. – Cuore. – Involontario. Tipi di Muscolo • Liscio – Non striato – Visceri e vasi sanguigni – Involontario • Cellule mioepiteliali – Intorno alle ghiandole – Involontarie Tipi di Muscolo Cellula muscolare cardiaca Fibra muscolare striata Cellula muscolare liscia Cellula mioepiteliale Muscolo Scheletrico Morfologia • È un Sincizio Multinucleato. • Cellule lunghe, cilindriche multinucleate con estremità affusolate (anche chiamate Fibre Muscolari) con diametro di circa 10-100 µm • Nuclei allungati, – Situati alla perifieria. – Al di sotto del Sarcolemma (membrana plasmatica). • Ricca rete vascolare e Mioglobina, colorito rosso-rosato, – Fibre rosse, bianche ed intermedie. • Muscoli grossi (bicipite) tutte e tre in rapporto costante. • Tipo di innervazione determina il tipo di fibra. Morfologia Morfologia Tipi di Fibre Muscolari Scheletriche • Lente – – – – Metabolismo aerobico Molta Mioglobina Molti Mitocondri Elevata vascolarizzazione – Contrazione prolungata – “carni rosse” • Veloci – Metabolismo anaerobico – Ricche di Glicogeno ed Enzimi Glicolitici – Pochi Mitocondri – Contrazioni brevi ma intense – “carni bianche” Fibre rosse, contrazione lenta. Fibre bianche, contrazione veloce. Cellule satelliti, cellule di riserva. In depressioni delle muscolari. Sviluppo del Muscolo Scheletrico Durante l’Embriogenesi, le cellule mesodermiche dei miotomi si differenziano in cellule lunghe, precursori mononucleati di quelle del muscolo scheletrico, chiamate Mioblasti, capaci di dividersi per mitosi. Successivamente i mioblasti di fondono e formano cellule multinucleate sempre più lunghe, i Miotubi che possono contenere fino a 100 nuclei. La sintesi delle proteine contrattili avviene dopo la fusione dei mioblasti; le proteine si dispongono dapprima lungo l’asse centrale del miotubulo e i nuclei vengono spinti alla periferia. Dopo che lo sviluppo del muscolo si è completato rimane un esiguo numero di cellule staminali che sembrano Mioblasti chiamate Cellule Satelliti (Staminali) che sono capaci di fondersi e formare fibre muscolari. Le fibre muscolari scheletriche sono inoltre ripiene di quelli che appaiono come numero, piccoli punti neri nei preparati, si tratta delle estremità tagliate delle Miofibrille, lunghe strutture cilindriche disposte in modo parallelo al sarcoplasma. Ogni miofibrilla mostra una serie ripetuta di striature trasversali che sono il prodotto di una disposizione altamente ordinata delle proteine contrattili contenute nella fibra muscolare. Sviluppo del Muscolo Scheletrico • Mioblasti – Mononucleati – Privi di Miofibrille Fusione • Miotubi – Sviluppano le Miofibrille ed altri organelli Connettivo di rivestimento Muscolo Fascicolo Fibra Cellula Muscolare Miofibrilla Sarcoplasma Epimisio, riveste l’intero muscolo. Perimisio, riveste ogni Fascicolo. Endomisio, riveste le singole cellule muscolari Sarcolemma, membrana plasmatica della Nucleo cellulla muscolare Connettivo di rivestimento Le singole cellule muscolari (Fibre Muscolari) sono raggruppate insieme in fasci allungati chiamati Fascicoli; un delicato tessuto connettivo, l’Endomisio, occupa gli spazi tra le singole fibre muscolari. I fascicoli sono circondati da un tessuto connettivo lasso chiamato Perimisio. La maggior parte dei muscoli sono composti da molti fascicoli e l’intera massa muscolare è rivestita da un denso connettivo esterno, l’Epimisio. Grossi vasi ematici e nervi entrano attraverso l’epimisio e si dividono per ramificarsi attraverso il muscolo, nel perimisio e nell’endomisio. Inoltre la dimensione dei Fascicoli riflette la funzione del muscolo in esame; ad esempio i muscoli responsabili di movimenti fini, strettamente controllati, hanno fascicoli piccoli e una proporzione di Perimisio relativamente più grande. Connettivo di rivestimento •Epimisio – Guaina che riveste tutto il muscolo, – Connettivo denso irregolare, ricco di collagene. •Perimisio – Guaina che riveste i fasci di fibre muscolari, Fascicoli, – Connettivo meno denso, deriva dall’epimisio. •Endomisio – Guaina che riveste le singole cellule muscolari, – Fibre reticolari e lamina esterna (lamina basale), – Ci possono essere Fibroblasti. Fascicoli Organizzazione delle Fibre Muscolari • Cellula muscolare composta da Miofibrille – 1-2 µm di spessore, – Organizzate in lunghi fasci longitudinali. – Si estendono per tutta la lunghezza della fibra. – Allineati in registro, provocano il bandeggiamento delle fibre striate. Nucleo Miofibrilla Bande e Sarcomeri Le striature, visibili al limite di risoluzione del microscopio ottico, di una fibra muscolare scheletrica sono formate da Bande I (isotrope in Luce polarizzata), chiare e larghe, alternate a Bande A scure (anisotrope in luce polarizzata) la cui superficie è attraversata nel mezzo dalla Banda H a sua volta attraversata dalla cosiddetta Linea M. Fini linee scure chiamate Bande Z dividono le bande I. Il nucleo si trova all’estrema periferia della cellula. Le miofibrille sono orientate parallelamente rispetto all’asse della cellula e sono separate da una piccola quantità di sarcoplasma con mitocondri orientati parallelamente alle miofibrille. Le Bande Z sono le più elettrondense e dividono ogni miofibrilla in numerose unità contrattili, chiamate Sarcomeri, disposti termino-terminalmente e formati da due tipi di miofilamenti: Spessi (Miosina) e Sottili (Actina). Sarcomero • Sarcolemma – Membrana plasmatica, simile a quella delle altre cellule. – Invaginazioni verso l’interno con formazione microtubuli. • Tubuli T – Si insinuano tra le Miofibrille, linea di confine Banda A e I. – Ogni sarcomero due set di Tubuli T. – Funzione: propagazione onde di depolarizzazione. • Reticolo Sarcoplasmatico – Associato con Tubuli T, allineato in registro con Bande A e I e Tubuli T. – Forma un avvolgimento intorno ad ogni miofibrilla. – Accumula ioni Ca2+. – Cisterna Terminale. • Dilatazione trasversale, terminale del reticolo sarcoplasmatico. • In corrispondenza del confine Bande A e I. – Triade. • Tubulo T centrale affiancato da due cisterne. • Diffusione istantanea dell’onda di depolarizzazione. – Regolazione della contrazione tramite sequestro (rilassamento) e rilascio (contrazione) degli ioni Ca2+ In risposta all’onda di depolarizzazione. • Bande Scure – Filamenti spessi, 15 nm x 1,5 µm, Miosina. • Bande Chiare – Filamenti sottili, 7 nm x 1 µm, Actina. Composizione molecolare Disco Z Tropomodulina Titina Nebulina Disco Z Linea M Miosina (filamento spesso) Actina (filamento sottile) Actina (filamento sottile) Miosina (filamento spesso) Filamenti Spessi • Miosina – 200-300 molecole (150nm x 2-3 coda. – Due paia di Catene Leggere – Due Catene Pesanti nm) allineate coda- • Forma a mazza da golf, • Porzioni filamentosi si avvolgono tra loro ad -elica. – Meromiosina leggera: coda filamentosa allungata, maggior parte delle due catene. Assemblaggio delle molecole nel filamento spesso. – Meromiosina pesante: teste globulari delle due catene. Due Sub-unità globulari S1, lega ATP e funge da ponte ancorandosi ai filamenti sottili. Piccola catena filamentosa S2. • Regioni flessibili – Giunzione meromiosina pesante-leggera. • Permette contatto con filamenti sottili. – Giunzione S1-S2. • Permette il trascinamento dei filamenti sottili. • F-actina Filamenti Sottili – Polimero di sub-unità globulari di G-actina. – Molecole di G-actina polimerizzano tutte con lo stesso orientamento, conferendo polarità al filamento. – Estremità più • Si lega al Disco Z tramite -actinina. – Estremità meno • Si estendono verso il centro del Sarcomero. – Sito attivo, porzione della molecola di G-actina che si lega alla miosina (S1) – Due catene di F-actina si avvolgono tra loro, filo di perle. • Tropomiosina – Scanalatura tra le molecole di F-actina. – Copre siti attivi. • Troponina – 3 polipeptidi globulari. • TnT, lega troponina alla tropomiosina. • TnC, elevata affinità per il calcio, • TnI, lega actina, impedendo interazione actina-miosina. Contrazione e rilassamento • Fenomeno che obbedisce alla legge del “tutto o nulla”. • Innescato da un impulso nervoso. • Accorciamento della fibra muscolare è la somma degli accorciamenti dei singoli sarcomeri. • Durante la contrazione i filamenti sottili scivolano su quelli spessi Teoria dello Scivolamento dei Filamenti QuickTime™ and a Animation decompressor are needed to see this picture. Innervazione • Ogni muscolo scheletrico da due tipi di fibre nervose: – Motrici • Contrazione. – Sensitive • Collegate con i Fusi muscolari. • Fibre nervoso autonomo innervano i vasi. • Movimenti precisi (occhi) singola fibra innerva 5-10 fibre muscolari, altrimenti anche fino a 1000 fibre (parete addominale). Innervazione • Assoni mielinizzati di motoneuroni entrano nel muscolo attraverso setti connettivali. • Assone si sfiocca e perde la guaina mielinica. • Rami terminali hanno forma globolsa e poggiano sulla Placca Terminale Motoria. • Formano la Giunzione Neuromuscolare. Giunzione Neuromuscolare • Terminale assonico – Membrana presinaptica. – Ricoperto da Cellule di Schwann. – Vescicole sinaptiche 300.000 ripiene di Acetilcolina. • Doccia o fessura sinaptica – Spazio intersinaptico. • Membrana della cellula muscolare – Membrana postsinaptica. – Doccia sinaptica primaria • Invaginazione della membrana dove si posiziona il teminale assonico. – Fessure sinaptiche secondarie • Ulteriori modificazioni della membrana. – Sarcoplasma ricco di glicogeno, ribosomi e mitocondri. Conduzione dello Stimolo Contrattile Per permettere la contrazione sincrona di tutti i sarcomeri di una fibra muscolare, un sistema di estensioni tubulari della Membrana Plasmatica (sarcolemma) si estende trasversalmente nella cellula muscolare per circondare ogni miofibrilla, a livello della regione di giunzione tra le Bande A e I. All’interno della fibra è pertanto presente un sistema tubulare, il Sistema T il cui lume è continuo con lo spazio extracellulare. Strettamente associato, ma non connesso ai Tubuli T, vi è un secondo sistema di membrane, derivate dal sER, chiamato Reticolo Sarcoplasmatico. Esso si ramifica per formare una rete di membrane che avvolge ogni miofibrilla. Ogni tubulo T, con i suoi due elementi associati di reticolo sarcoplasmatico, chiamati Cisterne terminali (si trovano in corrispondenza del confine tra Bande A e I e sono una dilatazione trasversale, terminale del reticolo sarcoplasmatico), forma una Triade a livello della giunzione delle bande I ed A in ogni sarcomero. Conduzione dello Stimolo Contrattile • Gli Ioni Calcio sono concentrati nel lume del reticolo sarcoplasmatico. • La Depolarizzazione del sarcolemma, a seguito dell’impulso nervoso, viene rapidamente condotta attraverso il sarcoplasma dal Sistema T. Questo determina il rilascio di ioni Calcio dal reticolo sarcoplasmatico nel sarcoplasma che circonda i miofilamenti. • Gli Ioni Ca attivano il Meccanismo di Scorrimento dei filamenti, responsabile della contrazione muscolare. Regolazione della contrazione tramite sequestro (rilassamento) e rilascio (contrazione) degli ioni Ca2+ In risposta all’onda di depolarizzazione. 2+ Trasmissione dell’impulso • Depolarizzazione – – – – Sarcolemma. Cisterne terminali. Tubuli T. Reticolo sarcoplasmatico. • Rilascio di ioni Ca2+ – Fusione delle vescicole (120). – Rilascio Acetilcolina. – Legame ai recettori sul sarcolemma. – Depolarizzazione del sarcolemma e generazione del Potenziale d’azione. Recettori sensoriali • Fusi muscolari – Controllo dei cambiamenti di lunghezza e loro velocità. – Localizzati tra le fibre muscolari. – Fibre intrafusali • 8-10, muscolari modificate, forma piccola ed allungata. – Spazio periassiale • Contiene liquido ed è circondato da una capsula connettivale che si continua con perimisio ed endomisio. – Fibre extrafusali • Muscolari scheletriche che circondano il fuso, no funzione. • Fibre nucleari – Nuclei centrali, miofibrille ai lati e limitano contrazione ai soli poli. – Nucleari a sacco, • Statiche e Dinamiche, nuclei ammassati. – Nucleari a catena • Più numerose, nuclei allineati in singola fila. • Terminazione sensoriale primaria (dinamica) – Fibra nervosa sensoriale (gruppo Ia), larga e mielinizzata avvolta a spirale intorno alla regione nucleare delle fibre. • Terminazione sensoriale secondaria (statica) – Fibre nervose di gruppo II, attorcigliate intorno a fibra nucleare a catena e a sacco statiche. • Motoneurone – Dinamico • Innerva le fibre dinamiche nucleari a sacco. – Statico • Innerva le fibre nucleari statiche ed a catena. -motoneuroni efferenti – Innervano fibre extrafusali. • Muscolo stirato si attiva potenziale d’azione delle sensoriali primarie (gruppo Ia, dinamiche) e secondarie (gruppo II, statiche). • Stimolazione Motoneurone Dinamico accende terminazioni nervose dinamiche ma non statiche. • Stimolazione Motoneurone Statico aumenta risposta continua e controllata sensoriali gruppo Ia e II e diminuisce quella delle sensoriali dinamiche. Fusi neurotendinei • • • • Organi tendinei del Golgi. Controllano l’intensità della contrazione. Strutture cilindriche 1 x 0,1 mm. Giunzione tra muscolo e tendine, in serie con le fibre muscolari. • Fibre collagene ondulate. • Singolo assone di tipo Ib, non mielinizzato, ramificato in terminazioni libere nel connettivo. Muscolo-Tendine • Dal Muscolo al Tendine, – Transizione sia improvvisa sia graduale. • Connettivo denso regolare – Nuclei dei Fibroblasti sono più sottili e più allungati. Muscolo Cardiaco Muscolo Cardiaco Il muscolo cardiaco mostra molte caratteristiche strutturali e funzionali intermedie tra quelle del muscolo scheletrico e di quello liscio. Le fibre del muscolo cardiaco sono costituite da cellule lunghe, cilindriche, con uno o al massimo due nuclei in posizione centrale. Tra le fibre muscolari un fine tessuto connettivo analogo all’endomisio dello scheletrico che fornisce il supporto per la ricca rete di capillari necessaria per soddisfare le alte richieste metaboliche dovute alla continua e intensa attività.Tra le zone terminali di cellule muscolari cardiache adiacenti vi sono delle giunzioni intercellulari specializzate, i Dischi Intercalari, che oltre a fornire punti di ancoraggio per le miofibrille, permettono una diffusione estremamente rapida dello stimolo contrattile da una cellula all’altra. Morfologia • Cuore e vene polmonari (giunzione col cuore). • Singolo nucleo voluminoso in posizione centrale. • Striatura, • • • • – Stesso pattern del muscolo scheletrico. Mitocondri grandi e numerosi. Gocce lipidiche. Granuli di glicogeno. Dischi intercalari – Giunzioni termino-terminali tra le cellule. – Membrane a stretto contatto, spazio 15-20 nm. Muscolo Cardiaco Dischi Intercalari • Desmosomi – Si trovano nei tratti a decorso trasversale. • Gap junctions – Comunicazione elettrica tra le cellule (ioni). – Segnali di contrazione si diffondono da una cellula all'altra. – Battito sincrono. Differenze Scheltrico-Cardiaco • Il cardiaco ha disposizione simile delle fibre che lo rendono striato. • Sarcomeri e meccanismi di contrazione identici. • Non ci sono cisterne terminali del reticolo sarcoplasmatico. – Piccole terminazioni in prossimità del tubulo T, formano la Diade. Localizzata in corrispondenza della linea Z. • Ca2+ extracellulare fluisce attraverso i Tubuli T fino alle cellule. – Esistono anche Canali sodio-calcio (rapidi) e Canali calcio-sodio (lenti). Muscolo Liscio Muscolo Liscio A differenza della Muscolatura Scheletrica che è specializzata in contrazioni relativamente intense e di breve durata, ed è sotto un fine controllo della volontà, la Muscolatura Viscerale è specializzata in contrazioni continue, relativamente deboli, in grado di produrre movimenti diffusi che determinano la contrazione dell’intera massa muscolare piuttosto che di singole unità motorie. La contrattilità è una proprietà intrinseca della Muscolatura Viscerale, indipendente dall’Innervazione, con un andamento spesso ritmico, ondoso; ma è influenzata dall’attività del sistema nervoso autonomo, da ormoni e da metaboliti locali, che modulano la contrattilità in relazione alle differenti domande funzionali. Le cellule del muscolo liscio sono relativamente piccole, con un singolo nucleo. Le fibre sono riunite in Fascicoli irregolarmente ramificati (che costituiscono l’unità funzionale contrattile), la cui disposizione varia considerevolmente da un organo all’altro, in relazione alle richieste funzionali. Muscolo Liscio • Privo di striature poiché le proteine contrattili non sono disposte in Miofibrille in regolare registro come nel muscolo scheletrico. • Manca sistema Tubuli T. • Parete dei visceri intestinali, dei vasi, dei grossi dotti ghiandolari, nell’apparato respiratorio e nel derma. • Sotto il controllo dell’innervazione autonoma, degli ormoni e di fattori locali. – Muscolo Liscio Multiunitario • Cellule si contraggono indipendentemente le une dalle altre, innervate singolarmente. – Muscolo Liscio Unitario • Cellule si contraggono in maniera sincrona. Giunzioni comunicanti e sinapsi solo su alcune. Morfologia • Cellule fusiformi con nucleo centrale. • Lamina esterna separa sarcolemma cellule adiacenti. • Fibre reticolari rivestono ogni singola cellula. • Organelli posizionati ai poli del nucleo. • Connessione mediante gap junctions. • Actina e miosina meno ordinate. • Possono produrre elastina nelle pareti delle arterie. • Filamenti Sottili – Actina, • Associata con Tropomiosina e Troponina. • Filamenti Spessi – Miosina • Meromiosina pesante, teste sporgono lungo tutto il decorso del filamento. Anche la parte centrale costituita da meromiosina pesante. – Interazione con l’actina più estesa – Permette contrazione di lunga durata. • Filamenti intermedi citoplasmatici – Vimentina e Desmina (unitaria) e Desmina (multiunitaria). • Corpi densi -actinina ed altre proteine associate alla linea Z, su cui si inseriscono i filamenti intermedi e sottili. • Legge tutto o nulla non valida, probabile scivolamento. • Corpi densi – Nel citoplasma o lato citoplasmatico del sarcolemma, equivalente della linea Z. – Forza di contrazione affidata, tramite l’associazione dei miofilamenti con i corpi densi, ai filamenti intermedi. • Caveolae – Vescicole del sarcolemma, possono essere associate al rER. – Funzionano come i Tubuli T. Contrazione Muscolo Liscio • Le proteine contrattili del Muscolo Liscio si ancorano ad addensamenti all’interno del citoplasma (Addensamenti Focali) e alla membrana plasmatica. • La forza generata dalla contrazione viene trasmessa dagli addensamenti alla membrana plasmatica e da qui alla lamina esterna, facendo così lavorare una massa di cellule muscolari liscie come una singola unità funzionale. • Poiché le proteine contrattili sono disposti in una lattice di fibre incrociate inserite alla membrana plasmatica la contrazione della cellula si esercita in tutte le direzioni; la cellula assume quindi una forma globulare, in contrasto con la forma allungata che ha in condizioni di rilassamento. Contrazione Muscolo Liscio Il meccanismo della contrazione delle cellule muscolari lisce può essere così schematizzato: • Filamenti Sottili – Actina, • Associata con Tropomiosina e Troponina. • Filamenti Spessi – Miosina • Si legano all’actina solo se fosforilati. • Ca2+ liberato dalle Caveolae del citoplasma si lega alla Calmodulina a formare il complesso Calcio-Calmodulina che attiva la Chinasi delle Catene Leggere della Miosina. Fosforilazione della Catena Leggera o Regolatoria della miosina che smaschera sito di legame per l’actina, permettendo l’interazione e la contrazione. • In confronto al muscolo striato, il muscolo liscio è capace di mantenere un’elevata forza di contrazione con un basso consumo di ATP. Contrazione e trasmissione del segnale • Segnale arriva attraverso le caveole. • Trasdotto al sER. • Actina e miosina irregolari – IFs attaccate ai corpi densi. Innervazione • Viscerale – Intestino ed utero. – Impulsi passano dalle gap junctions. – Nervi efferenti regolano la contrazione. • Multiunitario – Iride, grandi arterie. – Cellule innervate singolarmente. – Contrazioni molto veloci. • Intermedio – Circa il 20-30% delle cellule sono innervate. Crescita e Rigenerazione • Ipertrofia – Aumenta il numero delle miofibrille crescita nello spessore della fibra. – Assenza di divisione cellulare. • Cellule Satelliti – Scheletrico, cellule di riserva. – Mitosi, Iperplasia. Crescita e Rigenerazione • Normalmente per Ipertrofia • Iperplasia ed ipertrofia – Durante la gravidanza – Cellule mantengono la capacità di dividersi per mitosi