Sistema Muscolare Scheletrico: contrazione e giunzione neuromuscolare

Fisiologia del Sistema Muscolare Scheletrico

Fisiologia 07/11/22 SISTEMA MUSCOLARE SCHELETRICO Il sistema muscolare scheletrico è controllato esclusivamente dal sistema nervoso-> i nostri muscoli scheletrici senza l'attivazione neuronale, e quindi senza la creazione di un potenziale d'azione, non si contraggono. La contrazione muscolare scheletrica necessita della stimolazione nervosa.

Differenza tra Muscolo Scheletrico e Cardiaco

DIFFERENZA SIST. MUSC. SCHELETRICO e SIST. CARDIACO:

• Il muscolo cardiaco NON necessita
• Il muscolo scheletrico necessita della stimolazione nervosa per contrarsi

Il tessuto muscolare ha la funzione di contrarsi, ossia generare movimento mediante lacontrazione di cellule specializzate che lo costituiscono (la specializzazione di una cellula la fanno le proteine presenti nella medesima). Durante una contrazione, l'energia chimica si trasforma in energia meccanica: il muscolo, quando si contrae, crea una forza detta "tensione muscolare", infatti grazie all'interventodell'ATP, che corrisponde all'energia chimica presente nel nostro corpo, noi siamo in gradodi creare lavoro lì dove il muscolo si contrae (si accorcia) e genera una forza.

I Tre Muscoli Principali del Corpo

I tre muscoli principali presenti nel nostro corpo sono:

• Il muscolo cardiaco è un muscolo involontario che costituisce la muscolatura del cuore, colui che ha il compito di spingere e pompare il sangue attraverso il sistema circolatorio. Non necessita della stimolazione nervosa perché nel muscolodel cuore esistono delle cellule pacemaker che sono in grado di generare potenziale d'azione.
• Il muscolo liscio è un muscolo involontario presente nelle pareti dei nostri organi cavi ed ha la funzione di spingere i fluidi ed i solidi attraverso il tratto digerente e regola il diametro dei vasi, regolandone così anche il flusso.
• Il muscolo scheletrico è quello più abbondante nel corpo; è un muscolo volontario che provoca il movimento delle ossa a livello delle articolazioni e genera calore.

Classificazione Morfologica dei Muscoli

A livello morfologico, i tre muscoli possono essere suddivisi in due classi: muscolo striato e muscolo non striato.

Muscolo Striato

Il muscolo striato: così chiamato in quanto, guardandolo al microscopio, si notano delle strisce ben precise. Del muscolo striato fanno parte:

• Il muscolo scheletrico il quale è l'unico muscolo volontario, quindi un muscolo che noi contraiamo seguendo la nostra volontà
• Il muscolo cardiaco, quest'ultimo è involontario, infatti il cuore batte senza che noi ne induciamo la contrazione, cosi come per la nostra peristalsi (movimento del nostro tratto digerente).

Muscolo Non Striato

Il muscolo non striato: così chiamato in quanto, al microscopio, non si vedono strie. Fa parte solo il muscolo liscio (presente all'interno degli organi cavi).

Tipi di Tessuto Muscolare

I tre tipi di tessuto muscolare

Tessuto muscolare liscio Tessuto muscolare cardiaco Tessuto muscolare scheletrico

(a) Muscolo scheletrico (c) Muscolo liscio Fibra muscolare Nucleo Fibra (cellula) muscolare Nucleo Striature Muscolo striato Muscolo non striato Muscolo scheletrico Muscolo cardiaco Muscolo liscio Muscolo volontario Muscolo involontario

Muscoli Scheletrici e Movimento

MUSCOLI SCHELETRICI I muscoli scheletrici fanno avvicinare e allontanare le nostre ossa, ad esempio contraendo il bicipite, avviciniamo le ossa del nostro braccio, mentre contraendo il tricipite, allontaniamo le ossa. La contrazione di questi muscoli scheletrici ci permettono di compiere le nostre azioni giornaliere.

Flexion Extension Triceps muscle contracts (extensor) Triceps muscle relaxes Biceps muscle relaxes Biceps muscle contracts (flexor) La contrazione di un muscolo provoca Un movimento dello scheletro 40% peso corporeo

Organizzazione del Muscolo Scheletrico (Bicipite)

ORGANIZZAZIONE MUSCOLO SCHELETRICO (bicipite): Ad esempio, osservando il bicipite troviamo lo strato connettivo (l'epimisio) che circonda tutto il muscolo e finisce con il tendine che si innesta con le ossa.

Osso Tendine Corpo del muscolo

Organizzazione Interna del Muscolo Scheletrico

ORGANIZZAZIONE MUSCOLO SCHELETRICO: Il muscolo scheletrico è organizzato come una matrioska in quanto se tagliassimo il muscolo intero, che è circondato dall'epimisio, vedremmo un tessuto connettivo che raccoglie un fascio muscolare chiamato "perimisio". Tagliando il fascio muscolare troviamo un altro tessuto che si chiama endomisio che circonda le singole fibre muscolari; a questo livello i vasi e le fibre nervose si ramificano fino a raggiungere ogni fibra muscolare. La fibra muscolare è costituita da elementi pseudo circolari. Le cellule o fibre muscolari scheletriche decorrono per tutta la lunghezza del muscolo; infatti, sono molto grandi e sono cellule multinucleate. Queste, inoltre, sono ricchissime di miofibrille, quest'ultime sono delle strutture proteiche contrattili, altamente organizzate. Tale struttura proteica dà la funzione alla cellula. Una miofibrilla è costituita da centinaia di sarcomeri distribuiti in sequenza.

Dettaglio Organizzazione Muscolo Scheletrico

Muscolo scheletrico: organizzazione Muscolo intero Fascicoli (o Fasci muscolari) Fibra muscolare (cellula muscolare) muscolo fascio muscolare fibra muscolare miofibrilla epimisio (circonda il muscolo) perimisio (circonda il fascio) endomisio (circonda la fibra) Fibre nervose e vasi sanguigni attraversano l'epimisio e il perimisio ramificandosi nell'endomisio e si distribuiscono attorno ad ogni fibra.

Banda I Banda A Linea Z Porzione di miofibrilla Linea M +Sarcomero+ Zona H Filamento spesso Banda A Banda I Filamento sottile 1 - - Ponti trasversali Linea M Zona H Linea Z (c) Miosina Actina Filamento spesso Filamento sottile Porzione di miofibrilla

Il Sarcomero: Unità Funzionale

Il sarcomero è l'unità funzionale del sistema muscolare scheletrico, capace di contrarsi (accorciarsi), costituendo le miofibrille per tutta la lunghezza. Di conseguenza, la miofibrilla presente in una cellula muscolare scheletrica quando si contrae accorcia l'intero muscolo.

Struttura del Sarcomero

SACROMERO Il sarcomero è delimitato da due linee Z alle quali sono ancorati i filamenti sottili ed una linea M a cui sono ancorati i filamenti spessi. È composto da: · Filamenti spessi che sono costituiti da miosina · Filamenti sottili che sono costituiti da actina

Disco Z La nebulina contribuisce a mantenere l'allineamento dell'actina Disco Z Linea M Actina La titina aggiunge elasticità e stabilizza la miosina Miosina

Filamento Spesso: Miosina

Il filamento spesso è un insieme di tante molecole che si chiamano miosine. La miosina è costituita da due catene polipeptidiche che si avvolgono su se stesse e e da due domini globulari che hanno un'attività molto importante, chiamata attività ATPasica, infatti a livello della testa globulare, sono capaci di idrolizzare ATP, ciò significa creare energia di cui necessitiamo per far avvenire la contrazione.

Catene leggere Teste Regione cefalica della miosina che lega ATP e actina della miosina 9 FI Tante molecole di miosina si organizzano nel filamento spesso facendo in modo che le teste globulari fuoriescano in modo regolare a giro d'elica. Ogni giro d'elica = 6 miosine.

Filamento Sottile: Actina, Tropomiosina e Troponina

Subunità di troponina Tnl -TnT TnC Tropomiosina Troponina + tropomiosina = complesso regolatore Actina Filamento funzionale di actina Il filamento sottile è costituito dalle proteine globulari che insieme formano l'actina F (filamentosa) e riescono ad organizzarsi in una struttura lineare e ad avvolgersi su se stesse creando anche in questo caso una doppia elica. In ogni solco creato da questa doppia elica troviamo posizionata una tropomiosina, ossia una proteina regolatoria; legata a quest'ultima vi è un'altra proteina regolatoria che prende il nome di troponina, la quale ha 3 siti di legame: uno per la tropomiosina, uno per l'actina e l'ultimo per il calcio. Nel filamento sottile la presenza della tropomiosina nei solchi non è casuale, infatti, quando il muscolo è rilassato quest'ultima si lega al filamento sottile e, nel legare l'actina, copre tutti i siti specifici che ogni actina globulare ha per la miosina.

Ruolo del Calcio nella Contrazione Muscolare

Quando il calcio arriva nella cellula, si lega alla troponina e il cambio conformazionale di questa proteina sposta il filamento e libera i siti di legame per la miosina, questo perché il calcio è fondamentale per avviare la contrazione in tutti i tipi di muscoli del nostro corpo, nello specifico nel sistema muscolare scheletrico è importante proprio per avere la funzione di sbloccare i siti di legame per la miosina sull'actina. Quando il muscolo è rilassato, la tropomiosina copre i punti neri e quando arriva il calcio i punti neri si liberano facendo in modo che le teste di miosina possano legarsi tra loro: questo è il meccanismo con cui il muscolo si contrae e viene chiamato CICLO DEI PONTI TRASVERSALI.

Ciclo dei Ponti Trasversali

Viene idrolizzato l'ATP ATP Pi ADP 4 Miosina ed actina non fissate 5 Sollevamento della testa di miosina (miosina nello stato ad alta energia) ATP Una nuova molecola di ATP si lega alla testa della miosina Pi ADP 1 Fissazione della miosina all'actina 3 Stato di rigor (miosina nello stato a bassa energia) Viene liberato l'ADP 2 Colpo di forza Viene liberato il fosfato inorganico ADP Pi ADP L'actina tirata verso il centro del sarcomero EdiSES Bruice Chimica Organica, II Ed. EdiSES FIGURA 12.7 Ciclo dei ponti trasversali. Le diverse fasi del ciclo sono illustrate nel testo. Affinché avvenga la contrazione muscolare abbiamo bisogno di due elementi, il calcio e l'ATP. La molecola di ATP si lega al sito miosinico ATPasico, viene idrolizzato e avviene il sollevamento della testa della miosina e la testa lega un sito miosinico dell'actina. Quando si libera il fosfato la miosina, attraverso un colpo di forza, tira il filamento sottile verso il centro del sarcomero. Dopo il colpo di forza della miosina c'è ancora calcio nella cellula e, a tal punto, se interviene un'altra molecola di ATP il ciclo riparte, se invece sopraggiunge la morte della cellula vi è un temporaneo blocco muscolare. NP ADP Sollevamento della testa di ATP: La molecola di ATP si lega al sito miosinico ATPasico, viene idrolizzato e avviene il sollevamento della testa della miosina e la testa lega un sito miosinico dell'actina.

Proteine di Stabilizzazione del Sarcomero

Ci sono altre proteine presenti nel sarcomero che tendono a stabilizzarne la struttura. Una delle proteine più grandi presente nel nostro corpo a livello di aminoacidi posseduti che viene chiamata titina ed è una molla che si restringe e torna alla sua dimensione originale e serve a stabilizzare la miosina. Esiste anche la nebulina che stabilizza i filamenti sottili.

Bande del Sarcomero al Microscopio

Se andiamo al microscopio, oltre alla linea Z, vedremo un susseguirsi di bande:

• Banda I che è comune a due sarcomeri, porzione solo del filamento sottile.

Titina Filamento spesso Filamento Ponte trasversale Linea Z (miosina) sottile (actina)

• Banda A in cui abbiamo una sovrapposizione della banda più scura di filamento sottile e filamento spesso, quest'ultimo un po' più chiaro al centro in cui abbiamo solo i filamenti spessi e una porzione scura in cui si sovrappongono i filamenti sottili e quelli spessi.

Fisiologia Muscolare: Esperimenti e Osservazioni

I fisiologi, hanno studiato ed acquisito la funzionedei muscoli, osservando una porzione di muscolorilassato e contratto. L'esperimento con cui è stata appresa di più la fisiologia muscolare è avvenuto osservando un muscolo rilassato; se riusciamo a mantenere invita un tessuto, riusciamo a mantenere integretutte le sue proprietà. Alcuni ricercatori sono riusciti a stimolare un tessuto mimando la stimolazione nervosa e ne consegue che la bande I e la banda A cambiano rispettivamente in questo modo: le bande I si riducono quasi a scomparire, mentre la banda A perde la zona centrale chiamata H (zona più chiara). In seguito alla stimolazione nervosa i filamenti sottili di actina scorrono sui filamenti spessi di miosina, cambiando la visione al microscopio in quanto, lì dove era presente solo il filamento spesso al centro, il materiale diventa tutto più scuro. In sostanza i ricercatori hanno capito che in seguito alla stimolazione nervosa, il muscolo per contrarsi fa scivolare i filamenti sottili sugli spessi fino ad un massimo della contrazione in cui, quando il muscolo è contratto, abbiamo le bande I che si riducono intensamente e la zona H scompare completamente.

Sarcomero Rilasciato e Contratto

Sarcomero (muscolo rilasciato) Banda:l . Zona, Banda I Banda A-+ Sarcomero (muscolo contratto) Banda l Zona H Linea Z La anda I La zona H si accorcia La banda 1 si accorcia si accorcia = L La banda A non cambia (a)