Fisiologia dei muscoli scheletrici e del sistema cardiovascolare

FISIOLOGIA MUSCOLI

MUSCOLO SCHELETRICO

È costituito da un insieme di fibre muscolari polinucleate. Le cellule satelliti (staminali) sono deputate alla crescita e alla riparazione. Cia- scuna fibra muscolare è circondata da un epimisio, più fibre sono rag- gruppate in fascicoli dal perimesio e diversi fascicoli sono raggruppati dall'epimisio (ricco di collagene e fibre elastiche, vasi sanguigni e nervi). Il reticolo sarcoplasmatico circonda ciascuna miofibrilla. È costituito da tubuli con cisterne terminali (accumulato Ca attraverso la Ca-AT- Pasi). È associato ai tubuli T (invaginazioni del sarcolemma). Le miofibrille sono costituite da diversi tipi di proteine, organizzate in strutture contrattili, sarcomeri. Contengono proteine motrici (miosina e actina), regolatrici (troponina e tropomiosina) e accessorie giganti (ti- tina e nebulina).

Miosina: 2 catene intrecciate a formare una lunga coda rigida con 2 teste globulari unite da una regione mobile. Ogni testa contiene una catena pesante (dominio motore che lega ATP + sito di legame dell'ac- tina) e una leggera. Più molecole di miosina si uniscono a creare il fila- mento spesso in cui le teste sono raggruppate alle estremità.

Actina: costituisce il filamento sottile. Proteina globulare polimeriz- zata (catenelle). 2 catenelle si avvolgono.

Filamenti spessi e sottili sono legati da ponti trasversi a 2 energie di legame (bassa per rilassamento; alta per la contrazione).

Al centro di ogni banda chiara (banda I o isotropa, solo filamenti sottili) è presente una sottile striscia scura (linea Z le actine di un sarcomero entrano in contatto con le actine di quello adiacente), mentre al centro di ogni banda scura (banda A o anisotropa, filamenti spessi le cui estre- mità si legano a quelli sottili) vi è una sottile banda chiara (banda H solo filamento spesso) con al centro una ulteriore sottile banda scura (linea M solo filamenti spessi che si uniscono).

Titina: proteina elastica, da Z a M. Stabilizzare la posizione delle pro- teine contrattili e consente il corretto riposizionamento delle fibre.

Nebulina: fa la stessa cosa della precedente, non è elastica e si estende lungo i filamenti sottili attaccandosi a Z.

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CONTRAZIONE MUSCOLARE

La tensione è la forza generata da un muscolo. Il carico è il peso o la forza che si oppone alla contrazione. La contrazione è un processo attivo in cui si produce tensione.

L'acetilcolina rilasciata nella giunzione neuromuscolare si lega ai ca- nali recettoriali della placca motrice. I canali si aprono consentendo a Na e K di attraversare la membrana; essendo il flusso del 1° maggiore avviene una deporalizzazione che origina un potenziale di placca che si propaga nei tubuli T, causando l'apertura dei canali Na voltaggio- dipendenti causando il rilascio del Ca dal RS.

La troponina controlla la posizione della tropomiosina la quale è po- sizionata lungo il solco del filamento sottile e ricopre parzialmente i siti di legame per la miosina. Quando, in risposta al segnale del Ca, inizia la contrazione la troponina C si lega a reversibilmente a Ca quindi sposta la tropomiosina liberando il sito per l'actina.

L'ATP si lega e la miosina si stacca dall'actina. L'idrolisi dell'ATP for- nisce l'energia (accumulata come energia potenziale; variazione dell'an- golo tra la testa e coda) per l'estensione della testa della miosina e il suo riattacco al sito dell'actina. La flessione delle teste legate all'actina produce la forza che fa scorrere filamenti di actina, colpo di forza (mio- sina trascina l'actina). Il colpo di forza inizia dopo che il Ca si è legato alla troponina (contemporaneamente viene rilasciato fosfato inorganico).

Il rigor equivale allo stato in cui le teste di miosina sono strettamente legate alle molecole di actina ed è presente solo in brevissimi periodi.

La lunghezza di A rimane costante durante la contrazione. A riposo l'e- stremità dei filamenti spessi e sottili si sovrappongono di poco. Durante il rilassamento la banda I e grande. Quando il muscolo si contrae i dischi Z si avvicinano l'uno all'altro (I e H scompaiono).

Il singolo ciclo con trazione e rilasciamento è detto scossa semplice. C'è un breve periodo di latenza tra il potenziale d'azione e lo sviluppo della tensione.

La quantità di ATP basale presente in una singola fibra è sufficiente per generare = 8 scosse semplici. L'altra energia viene prodotta attra- verso glicolisi, fosforilazione ossidativa (processi lenti) oppure attra- verso la scissione della fosfocreatina (prodotta dalla creatina chinasi).

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Fatica e cazzate varie

Condizione in cui un muscolo non è più in grado di generare o man- tenere una determinata tensione. E influenzata dalla durata e dall'in- tensità, dal metabolismo aerobico o anaerobico e dal tipo di fibre.

Le fibre muscolari scheletriche possono essere classificate sulla base della loro velocità di contrazione e resistenza alla fatica:

• Lente: la contrazione può durare 10 volte più a lungo e sono uti- lizzate quasi costantemente (postura o locomozione). Utilizzano fo- sforilazione ossidativa;
• Rapida: sviluppano tensione 2/3 volte più velocemente. La velo- cità è determinata dall'isoforma della miosina. La durata dipende dalla velocità con cui RS rimuove Ca dal citoplasma;
  • Ossidativo glicolitiche: fosforilazione ossidativa (più mitocondri e più ossigenati). Più piccole e resistenti alla fatica;
  • Glicolitiche a contrazione rapida: glicolisi anaerobica (accu- mulo di H+ causando acidosi). Bianche hanno un diametro più grande sono meno vascolarizzate.

La tensione generata da una fibra muscolare è direttamente propor- zionale al numero dei legami che si formano tra i filamenti spessi e filamenti sottili (ergo dalla lunghezza di partenza del sarcomero).

La forza generata da una singola fibra può essere aumentata incre- mentando la frequenza dei potenziali d'azione che la stimolano.

Se i potenziali d'azione sono separati da intervalli di tempi lunghi la fibra muscolare ha il tempo di rilasciarsi completamente. Se sono rav- vicinati la fibra muscolare non si rilascia del tutto e sviluppa una ten- sione maggiore. Se sono molto ravvicinati l'entità del rilasciamento si riduce fino a scomparire, stato di tetano.

L'unità per la contrazione del m. scheletrico è l'unità motoria (moto- neurone somatico + fibre muscolari che innerva; ogni fibra è innervata sol- tanto da un motoneurone). È costituita da fibre tutte dello stesso tipo.

Per modificare la forza e la durata di una risposta motoria basta re- clutare tipi diversi di unità motoria e cambiare il numero di unità mo- torie attivate in un determinato momento. Il reclutamento asincrono è il coinvolgimento da parte del SN di diverse unità motorie a turno mantenendo costante la tensione muscolare.

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MUSCOLO LISCIO

Esistono molti metodi per classificare il muscolo liscio:

• Localizzazione;
• Modalità di contrazione: fasici (cicli di contrazione e di rilascia- mento periodici) e tonici (a contrazione continua);
• Accoppiamento tra cellule: unitario o viscerale (sono elettrica- mente accoppiate con giunzioni comunicanti e si contraggono come un'unità); multi-unitario (non sono accoppiate elettricamente. Cia- scuna cellula può contrarsi in modo autonomo ed è strettamente as- sociata a un terminale o a una varicosità assonica).

Caratteristiche a caso senza un filo logico:

• Sviluppano una tensione paragonabile, qualsiasi sia il loro grado di allungamento iniziale;
• Gli strati di muscolo liscio possono avere orientamenti diversi;
• Si contrae/rilascia più lentamente;
• Usano meno energia. Hanno meno mitocondri;
• Mantengono la contrazione per periodi prolungati senza fatica;
• Cellule più piccole fusiformi e mononucleate, privi di sarcomeri;
• Controllati dal SNA e privi di placche motrici;
• Ca, dal LEC e da RS, innesca una cascata che termina con la fo- sforilazione delle catene leggere (troponina non esiste);
• [actinal è maggiore ed è associata alla tropomiosina. [miosinal è minore. La miosina si trova al centro di un fascio di actina. Le unità contrattili sono disposte // lungo la cellula. L'intera superficie della miosina è rivestita da teste. La struttura si è mantenuta da una rete citoscheletrica collegata a corpi densi;
• RS è organizzato in maniera irregolare ed è associato a caveole. Ca si lega alla calmodulina. La chinasi della catena leggera della miosina fosforila la catena leggera della miosina aumentando la sua attività ATPasica. La defosforilazione avviene attraverso la fosfatasi della catena leggera della miosina ciò però non si traduce automati- camente nel rilasciamento.

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Contrazione e Segnali

La contrazione causata dal segnale elettrico è definita accoppia- mento elettromeccanico mentre quella innescata da segnali chimici accoppiamento farmacomeccanico. Quantità variabili di Ca possono entrare all'interno del citoplasma dando origine a contrazioni graduali.

Il rilascio di Ca dal RS è mediato da 2 canali: uno associato al recettore per la rianodina (rilascio di Ca indotto da Ca); l'altro associato al recet- tore per l'inositolo trifosfato (associato a proteina g con 2° messaggero).

L'entrata del Ca dal LEC avviene attraverso dei canali voltaggio di- pendenti (si aprono in risposta a depolarizzazione); dei canali ligando dipendenti e dei canali attivati dallo stiramento (contrazione miogena).

Il muscolo può depolarizzarsi anche senza che si generi un poten- ziale d'azione o può contrarsi anche dopo un potenziale d'azione o graduato sotto soglia. Molti muscoli lisci hanno dei potenziali di mem- brana instabili, potenziali ad onde lente. Altri tipi di muscolo hanno potenziali oscillanti con depolarizzazioni regolari che raggiungono sempre la soglia, potenziali pacemaker. Questi potenziali sono dovuti a canali ionici di membrana che si aprono e si chiudono spontaneamente.

MOVIMENTI RIFLESSI

Rapide reazioni motorie (stereotipate), del tutto estranee alla volontà, in risposta ad uno stimolo sensitivo. L'arco riflesso è il circuito ner- voso che determina movimenti riflessi. Sono classificati in base:

• Sezione efferente del SNC:
• Somatici: propriocettore + SNC + motoneuroni (vedi dopo);
• autonomici: Quelli spinali subiscono inibizione o eccitazione di ori- gine encefalica, quelli corticali controllano funzioni vegetative. Le- gate anche all'emozioni. Polisinaptici. Hanno spesso attività tonica.
• Sede di integrazione: spinali e corticali;
• Origine: innato e acquisito/condizionato;
• Numero di neuroni: monosinaptici e polisinaptici.

Motoneuroni somatici (corna anteriori):

• a danno origine ad assoni di grosse dimensioni diretti alle fibre muscolari scheletriche (unità motoria);
• v, più piccoli, innervano le fibre intrafusali dei fusi neuromuscolari: I recettori muscolari sono costituiti da: