IL MUSCOLO

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Imuscoli sono organi deputati al movimento del corpo ,alcuni di essi conferiscono,motilità allo scheletro,altri ad organni di senso e a piccole strutture anatomiche. L’attività Muscolare, non è importante soltanto per la locomozione, ma anche e soprattutto per mantenere svariate funzioni vitali, come la circolazione sanguigna, la respirazione e la digestione dei cibi.

Il sistema muscolare è un tipo particolare di tessuto responsabile dei movimenti involontari ed involontari del corpo,torviamo tre tipi di muscoli striati lisci e il miocardio.

  • Muscoli striati scheletrici, che presentano caratteristiche striature trasversali visibili anche ad occhio nudo, meglio ancora al microscopio ottico. Queste striature sono dovute alla disposizione regolare degli elementi contrattili. I muscoli striati scheletrici, si contraggono in seguito a impulsi nervosi provenienti dai motoneuroni del sistema nervoso centrale, ovvero a livello cosciente. Sono connessi a segmenti scheletrici.
  • Muscoli striati miocardici che costituisce la componente muscolare (che è anche la più cospicua) del cuore, detta miocardio. Microscopicamente parlando, rispetto alle fibre muscolari scheletriche, oltre alle strie trasversali note, posseggono altre striature trasversali ben evidenti, chiamate strie intercalari. Sono le zone di giunzione delle fibre stesse.
    Il muscolo cardiaco si contrae indipendentemente dalla volontà.
  • Muscoli lisci, cosiddetti in quanto non presentano striature trasversali, essendo disposti in essi disordinatamente gli elementi contrattili. Si presentano in genere di colore più chiaro rispetto alla muscolatura striata. Sono questi a costituire la componente muscolare dei visceri.

I muscoli lisci (salvo pochissime eccezioni) sono involontari, cioè la contrazione di questi avviene in maniera indipendente dalla volontà: sotto il controllo di ormoni, stimoli esterni o in seguito a impulsi provenienti dal sistema nervoso autonomo.

Struttura del muscolo striato o scheletrico

Il muscolo scheletrico è costituito da fasci di grosse cellule multinucleate,queste cellule come quelle del muscolo cadiaco hanno una tipica struttura a bande,responsabile della loro denominazione di muscoli striati,i fasci sono chiamati MIOFIBRILLE, la stuttura a bamde che appare nel muscolo scheletrico è dovuta alla presenza  nelle miofibrille di due tipi di filamenti.

Le bande scure rappresentano una regione in cui è contenuto un fascio di filamenti spessi,un secondo fascio è costituito invece da filamenti sottili che si uniscono a una struttura trasversale colorato di scuro che fa parte del citoscheletro,cheè la struttura per la trasmissione della forza. Ifilamenti sottili si interdigitano con i filamenti spessi. I filamenti spessi e quelli sottili costituiscono nel loro insieme il sistema contrattile, mentre l’unità che si ripete in ciascuna miofiblilla costituisce l’unità contrattile di base chiamata SARCOMERO.

Ogni sarcomero è delimitato aal’estremità da una linea Z, dalla lineaZ si diramano in entrambe le direzioni numerosi filamenti sottili,questi filamenti sottili sono intercalati con quelli spessi, l’isieme dei filamenti spessi e sottili costiruisce la porzione più densa del sarcomero la  BANDA A. L a regione chiara al centro della anda a definita ZONAh, questa zona è molto ristretta nelle fibre in riposo, scompare se è contratta. A l centro della zona H si osserva una sottile stria trasversale la STRIA M.L a porzione del sarcomero compresa tra due bande Aè la BANDA I.

FILAMENTI SOTTILI

Sono costituiti,da 3 diverse proteine ACTINA, TROPOMIOSINA e TROPONINA.

Actina

L’actina, che costituisce i filamenti sottili del sarcomero, è una proteina globulare, di forma simile ad una sfera (G-actina). Molte di queste molecole si associano tra loro per comporre lunghi e sottili granuli (detti F-actina). Due di queste catene si avvolgono eleicodalmente l’una sull’altra, come due collane di perle, dando origine al filamento sottile.

Ogni molecola di G-actina contiene un sito di legame per la testa della miosina,ove sono presenti gruppi chimici specifici capaci di combinarsi con  quelli presenti sella testa di miosina,

•TROPOMIOSINA: nel muscolo a riposo impedisce il contatto tra 7 molecole di G-actina e le rispettive teste di miosina, mantenendo il muscolo rilassato. E’ una molecola a bastoncino che include due distinte catene polipeptideche. I polipeptidi hanno una struttura di base ad  spirali esistenti tra le catene di actina.
•TROPONINA: quando lega il calcio cambia la propria conformazione e sposta la tropomiosina permettendo l’aggancio con la miosina.E’ legata ai subfilamenti di tropomiosina in vicinanza dei loro punti di giunzione. Ogni molecola di tropomima è composta da tre distinte subunita peptidiche.

FILAMENTI SPESSI

La miosina è il motore delle miofibrille; ciascuna molecola si compone di 6 subunità, di cui 2 identiche catene pesanti, molto grandi, e due paia di catene leggere, più piccole.

Le catene proteiche pesanti si intrecciano a formare una coda terminale, rigida, a spirale, e due teste globose.

Due catene proteiche leggere sono associate alle catene pesanti di ogni testa.

All’interno dei filamenti spessi, le varie isoforme della miosina si organizzano in modo tale da esporre le loro teste all’estremità, mentre le code si raggruppano, a mo di fascio, nella regione centrale. La giunzione compresa tra testa e coda è un collo flessibile (cerniera) che permette alle teste di flettersi durante la contrazione.

La porzione globulare viene anche definita meromiosina pesante, mentre quella terminale è nota come meromiosina leggera.

Le teste globulari della miosina formano i ponti trasversali che mediano l’interazione con i filamenti sottili di actina, i quali fungono da “fune”.

Il fenomeno della contrazione può essere diviso in due fasi:

1) aggancio (formazione dei ponti trasversali) tra filamenti spessi e sottili;
2) scorrimento dei filamenti

Come accennato, la formazione dei ponti trasversali dipende dall’aumento dell’attività del calcio interno alla fibra. Fondamentale risulta anche la presenza nella testa della miosina di una tasca deputata al legame con l’ATP, nonché di un enzima (ATPasi) in grado di scinderla in ADP e fosfato inorganico, liberando energia.

Interazione dei ponti trasversali

Proprietà dei ponti trasversi

Ciascun ponte trasversale è costituito da due teste identiche di miosina globulare che possiedono una serie di proprità importanti.Le proprietà dellle teste della miosina dipendono dalla componente globulare intatta della catena pesante e della catena leggere associate.

La Miosina agisce come adenosin trifosfatasi (ATOasi) e può catalizzare l’idrolisi dell’adenosina trifosfato (ATP) formando adenosin difosfato (ADP) e fosfato inorganico (Pi).L’attività ATPasica della miosina è inibita dall’elevata concentrazione di magnesio presenta nelle cellula.

La miosina si può inoltre legare all’actina formando il composto ACTOMIOSINA.

L’actomiosina è un ATPasi  molro attiva nelle cellule muscolari.

L’interazione tra actina e miosina che si associa con l’idrolisi dell’ATP rappresenta il processo fonfamentale di trasduzione chemiomeccanica mediante il quale nel muscolo l’energia chimica è convertita in energia meccanica.La scissione dell’ATP  da parte dell’actomiosina si attua con un ciclo complesso  che si svolge in diverse fasi.

FASI NEL CICLO DEI PONTI TRASVERSI

Fase 1    Nel muscolo a riposo i ponti trasversali non sono uniti al filamento sottile, e sono orientati perpendicolarmente al filamento di miosina. Quando un muscolo viene stimolato l’incremento della concentrazione citoplasmatica e di ioni calcio provoca modificazioni della struttura del miofilamento e permette al ponte trasversale di legarsi al filamento sottile.In questo stato il ponte trasverso ha una conformazione di 90°

Fase  2    Durante la fase due, al momento del rilascio di ADP E Pi la struttura chimica del ponte trasversale si modifica passando da una conformazione a 90° a 45°. Il complessoactomiosinico che ne risulta a questo punto si trova a un livello di energia libera più basso.Parte  dell’energia libera resa disponibile fall’idrolisi dell ATP viene impiegata in queata  variazione conformazionale che riduce al minimo l’energia libera e quindi genera una forza che provoca l’interdigitazione tra filamenti sottili e spessi,

Fase3   Il complesso A-M ha un elevata affinità per ATP la cui fissazione riduce l’affinità tra miosina e actina provocando il distacco dei ponti trasversali.

Fase 4   Successiva  idrolisi dell’ATP rigenera il coplesso ponte trasversale ADP e Pi e inccrementa l’energia lbera favorendo di nuovo la conformazione a 90°.

Il ciclo descritto continuerà fino a che sarà interrotto, con i ponti in posizione staccata, dal sistema di controllo .

 

 

 Contrazione nel muscolo scheletrico (Questa parte presa da wikipedia)

Il meccanismo di contrazione muscolare può essere riassunto nei seguenti punti: – le linee Z si avvicinano – la banda I si riduce per l’avvicinamento fra banda A e linea Z – la zona H scompare. Perché questo avvenga è necessario che i filamenti sottili scivolino su quelli spessi; questo processo si verifica dopo una serie di processi cellulari ben coordinati, che si possono dividere in fase preparatoria e fase di contrazione. La prima vede:

  • Lo stimolo alla contrazione, propagato attraverso le fibre nervose, giunge al bottone sinaptico dove determina il rilascio del neurotrasmettitore (solitamente acetilcolina).
  • L’acetilcolina funge da ligando per alcuni canali del Na+ ligando dipendenti; causandone l’apertura, determina una depolarizzazione della membrana plasmatica della fibra.
  • Questa prima minima depolarizzazione, causa a sua volta l’apertura di canali ionici per il Ca2+, i canali diidropiridinici.
  • L’apertura dei canali diidropiridinici causa, tramite cambiamenti conformazionali, l’apertura dei recettori rianodinici, canali ionici del Ca2+ situati a livello del reticolo sarcoplasmatico.
  • Dal reticolo sarcoplasmatico (compartimento cellulare in cui il Ca2+ è solitamente sequestrato tramite apposite proteine) il Ca2+ diffonde per tutta la cellula, raggiungendo ogni miofibrilla grazie ad un espediente morfologico della cellula, le triadi.
  • Il Ca2+ va a legarsi alla troponina, sulla subunità C; così facendo determina un cambiamento conformazionale che causa il trascinamento della subunità I, legata a sua volta alla tropomiosina. Questo movimento lascia libero il sito d’attacco per la miosina sull’actina, prima occupato dalla tropomiosina.

La liberazione del predetto sito sull’actina dà il via alla fase di contrazione vera e propria. Lo scorrimento della miosina ed i suoi cambiamenti conformazionali, cause primarie della contrazione del muscolo, sono essenzialmente dovute alla diversa affinità della proteina per actina, ATP e ADP. Durante lo scorrimento le teste di miosina si legano a quelle di actina con una precisa angolazione di 45°. Nella fase di rilassamento, invece il procedimento sarà il contrario. Possiamo suddividere la contrazione e il rilassamento muscolare in tre fasi principali, ovvero la contrazione, il rilassamento ed infine la fase latente, fase che segue lo stimolo, ma nella quale non c’è risposta. Questo complesso sistema di reazioni chimiche determinerà lo scorrimento di un filamento sull’altro, e quindi la contrazione del sarcomero. A seguito della contrazione la troponina rilascia ioni Ca2+ che tornano nel reticolo sarcoplasmatico.

Contrazione del muscolo cardiaco

differisce dal muscolo scheletrico per diversi aspetti. Le cellule del muscolo cardiaco mancano del sistema a “T” e non esiste un diretto accoppiamento fra la membrana plasmatica ed il reticolo sarcoplasmatico. Il potenziale d’azione cardiaco varia nella sua configurazione nelle diverse parti del cuore, ma in generale, mostra un plateau che dura parecchie centinaia di millisecondi e che è successivo alla fase di depolarizzazione rapida iniziale. La membrana plasmatica contiene molti canali del calcio tipo L, che si aprono durante questo plateau e permettono a Ca2 + di entrare nella cellula, anche se la quantità non è sufficiente ad attivare direttamente la macchina contrattile. Piuttosto, questo iniziale ingresso di Ca2 + permette a RyR (una molecola diversa da quella del muscolo scheletrico) di liberare Ca2 + da SR, dando origine a un’onda secondaria e di maggiori dimensioni di Ca2 + libero. Poiché i RyR del muscolo cardiaco sono essi stessi attivati da Ca2 + , l’onda di Ca2 + può essere considerata un evento di tipo rigenerativo “tutto o nulla”. L’ingresso iniziale di Ca2 + che attiva questa situazione è dipendente dalla durata del potenziale d’azione e dal funzionamento dei canali del tipo L di membrana.

 Contrazione nel muscolo liscio

Le differenze principali tra muscolo liscio e muscolo striato sono tre:

  • nel muscolo liscio la contrazione può essere generata autonomamente o da ormoni (ad esempio epinefrina), oltre che da stimolo nervoso;
  • nel muscolo liscio il Ca2+ liberato nel citosol proviene dall’ambiente extracellulare, e non dal reticolo sarcoplasmatico;
  • il muscolo liscio non è dotato di sarcomeri o di altre unità funzionali. I filamenti di actina sono ancorati alla membrana plasmatica, generando una contrazione non organizzata delle cellula.

Il potenziale d’azione del muscolo liscio è un fenomeno piuttosto lento e vago se paragonato al comportamento più militaresco del muscolo scheletrico e di quello cardiaco, e si propaga attraverso il tessuto molto più lentamente e con incertezza. Nella maggior parte dei casi, il potenziale d’azione è generato da canali del calcio del tipo L piuttosto che da canali del sodio voltaggio-dipendenti (questa rappresenta una via piuttosto importante per l’ingresso di Ca2 + ). In aggiunta molte cellule del muscolo liscio possiedono canali cationici attivati da ligandi, che permettono l’ingresso di Ca2 + quando vengono attivati dai neurotrasmettitori. Tra questi, i recettori meglio caratterizzati sono i quelli del tipo P2x, che sono attivati dall’ATP rilasciato dalle terminazioni nervose del sistema autonomo. Anche le cellule del muscolo liscio accumulano Ca2 + nel reticolo endoplasmatico, da cui può essere rilasciato quando IP3R viene attivato da IP3. IP3 viene attivato dalla generazione di molti tipi di recettori accoppiati alle proteine G. Quindi, a differenza della muscolatura scheletrica e liscia, il rilascio di Ca2 + e la conseguente contrazione possono verificarsi nel muscolo liscio quando questi recettori vengono attivati senza che ci sia alcun coinvolgimento di eventi elettrici e di ingresso di Ca2 + attraverso la membrana plasmatica. Il sistema contrattile della muscolatra liscia viene attivato quando la catena leggera della miosina (MLC) viene fosforilata e può così staccarsi dai filamenti di actina. Questa fosforilazione viene catalizzata da una chinasi, la chinasi della miosina a catena leggera (MLCK), che viene attivata quando si lega alla Ca2 + -calmodulina. Un secondo enzima, la miosina fosfatasi, defosforila e promuove il rilasciamento. Entrambi gli enzimi sono regolati da nucleotidi ciclici (cAMP e cGMP), e molti farmaci che causano la contrazione o il rilasciamento della muscolatura liscia agiscono in questo modo mediante attivazione di recettori accoppiati a proteine G o alle guanilato ciclasi.

Fisiologia classica del muscolo scheletrico

-Da stimolazioni dei muscoli isolati si è rilevato che la vera eccitabilità delle fibre muscolari è effettivamente di un ordine di grandezza inferiore a quella delle fibre nervose.

-Si definisce contrazione isometrica (a lunghezza costante) quella ottenuta fissando la fibra ai suoi estremi in modo da impedirne l’accorciamento (non viene compiuto nessun lavoro).

-Si definisce contrazione isotonica (a forza costante) quella ottenuta fissando un estremo e applicando all’altro un peso mobile.

I muscoli si contraggono nell’organismo isotonicamente o isometricamente a seconda che riescano o meno a muovere il carico che su di essi agisce.

-Esistono frammiste nei muscoli le fibre rapide e lente che presentano appunto una diversa velocità sia nella contrazione che nel rilasciamento.

-Nella scossa muscolare semplice si susseguono una fase di latenza meccanica, una fase di contrazione ed una fase di rilasciamento.

-Le fibre muscolari scheletriche ubbidiscono alla legge “del tutto o nulla”.

-Le singole fibre si comportano come unità indipendenti in cui il potenziale d’azione e la contrazione non si trasmettono dall’una all’altra.

-Col crescere dell’intensità dello stimolo elettrico applicato ad un intero muscolo viene posto in contrazione un numero sempre maggiore di fibre per cui cresce in proporzione la forza totale sviluppata.

-La contrazione origina nel tratto ove il potenziale è applicato e si trasmette ai tratti vicini con i caratteri di un onda propagata.

-Il tetano muscolare è la sommazione delle scosse muscolari. A seconda dell’intervallo tra una scossa e l’altra e quindi  tra uno stimolo e l’altro il tetano va da incompleto a completo. Il tetano muscolare infatti è la normale modalità di contrazione dei muscoli scheletrici.(inserire miogramma isometrico).

Durante il tetano muscolare la fusione delle scosse avviene perchè una certa quantità di ioni calcio resta permanente libera negli spazi tra i miofilamenti e li mantiene in uno stato più o meno continuo di attivazione. La forza massimale isometrica sviluppata da un muscolo in un tetano muscolare è sempre molto maggiore di quella, pure massimale, che esso sviluppa nella scossa muscolare semplice.

-La risposta meccanica quindi non segue in tutti i suoi aspetti la legge del “tutto o nulla”. L’intensità della contrazione infatti non dipende dall’intensità dei singoli stimoli, ma dalla frequenza con cui gli stimoli si ripetono. Questo offre ai motoneuroni la possibilità di regolare la forza di contrazione.

Relazione tra forza della contrazione tetanica e frequenza di stimolazione in un muscolo di rana.

Si può ritenere che quando la frequenza dei potenziali sia tale da produrre un tetano muscolare completo, la concentrazione degli ioni calcio liberi nel sarcoplasma si mantenga, per tutta la durata del tetano, elevata quanto basta per portare tutti i ponti tra i miofilamenti al massimo grado di attivazione. Lo stato attivo e la forza contrattile saranno allora massimali.

-Il fenomeno della scala evidenzia la dipendenza della forza di contrazione dalla frequenza degli stimoli perché una serie di stimoli massimali ripetuti ad intervalli regolari portano la fibra ad una forza di contrazione massimale. Aumenta infatti dopo ogni scarica lo stato di attivazione.

-L’innervazione dei muscoli scheletrici- 

All’interno dei muscoli ogni fibra motoria si suddivide in numerosi rami che prendono contatto con le fibre muscolari mediante le giunzioni sinaptiche neuromuscolari: le placche motrici. Nei muscoli scheletrici dei Mammiferi e dell’Uomo è regola quasi generale che ogni fibra abbia una placca motrice (innervazione singola). La sinapsi deve essere: 1-fortemente amplificatrice ® natura chimica della sinapsi e grande quantità di neurotrasmettitore 2-deve essere disposta in posizione strategica. Nelle fibre con innervazione singola, come avviene tipicamente nei muscoli fasici dei Mammiferi, la placca motrice è sempre disposta a metà della lunghezza della fibra. La disposizione equatoriale delle placche motrici in un muscolo dimezza il tempo necessario all’onda contrattile per “invadere” le fibre.

Il gruppo di fibre muscolari innervato dai rami di una stessa fibra nervosa motoria prende il nome di unità motoria. Il numero delle unità motorie in ogni muscolo è di regola molto elevato. La forza di contrazione di un muscolo può quindi essere variata in due modi dai centri nervosi motori: 1- variando il numero di unità motorie che si contraggono.2- variando la frequenza di scarica de potenziali d’azione di ogni motoneurone.

Le unità motorie costituiscono non solo unità funzionali, ma anche unità trofiche. Tramite le fibre nervose e le placche motrici arrivano alla fibra muscolare fattori essenziali.

Le placche motrici sono tipiche sinapsi colinergiche nicotiniche.

 

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