Muscolo scheletrico: fibre, contrazione e regolazione del calcio, Appunti di Fisiologia

Scarica Muscolo scheletrico: fibre, contrazione e regolazione del calcio e più Appunti in PDF di Fisiologia solo su Docsity! FISIOLOGIA DEL MUSCOLO Si possono fare due tipi di distinzioni tra una muscolatura liscia e una scheletrica per come sono costituite le cellule e una volontaria e una involontaria per come le cellule vengono attivate. Il muscolo scheletrico ha una capacità di contrazione minore del muscolo liscio perchè quest'ultimo non presenta la linea M del sarcomero e quindi c'è una sovrapposizione totale dei filamenti spessi e sottili. L'unità di base del muscolo scheletrico sono le fibre muscolari, cellule polinucleate di forma allungata e cilindrica che si formano per fusione di piccoli mioblasti. Le fibre muscolari devono il loro aspetto striato alla presenza al loro interno di miofibrille organizzate in sarcomeri. Questi ultimi si costituiscono di filamenti sottili e spessi legati da proteine. In una miofibrilla si distinguono un alternarsi di bande A e bande I, le prime risultano visibilmente più dense perchè hanno sia filamenti spessi che sottili eccetto nella zona H dove si individua la linea M che presenta soltanto filamenti spessi; le seconde sono le bande che risultano più chiare e si distingue al loro interno una linea Z. i sarcomeri sono l'unità funzionale perchè sono la struttura più piccola capace di contrarsi. I filamenti spessi sono costituiti da molecole di miosina le quali presentano una coda che si posiziona nella linea M e due teste, ciascuna delle quali hanno due siti di legame per l'actina e per l'ATP, e sono queste strutture che formano i ponti trasversali di legame con i filamenti sottili di actina. I filamenti sottili sono filamenti di molecole di actina, ciascuna con un sito di legame per il ponte trasversale della miosina, che vengono stabilizzati da tropomiosina, proteina filamentosa disposta nel solco del filamento di actina, e troponina, complesso proteico costituito da tre unità ciascuna delle quali hanno un sito di legame per il calcio, per l'actina e per la tropomiosina. Altre due proteine di rilevanza sono la titina, o connessina, che è una proteina stabilizzatrice della miosina, in particolare stabilizza la posizione tra i filamenti sottili e quelli spessi legandosi a livello della linea Z e della linea M, e aiuta la contrazione del sarcomero; e anche la nebulina che stabilizza i filamenti di actina. La sinapsi neuro motoria ha luogo quando il segnale arrivato alla fine di un neurone rilascia il neurotrasmettitore acetilcolina che si lega alla placca motrice di una fibra muscolare, si ha quindi una sinapsi chimica la cui conseguenza è una modificazione della permeabilità plasmatica cellulare. Il potenziale d'azione generato dalla connessione con il neurone si propaga nei tubuli T (invaginazioni della membrana plasmatica delle fibre muscolari che si trovano tra il passaggio dalla banda A alla banda I) inducendo variazioni di permeabilità in una rete membranosa plasmatica detta reticolo sarcoplasmatico che è suddiviso in segmenti, ciascuno dei quali termina con cisterne terminali contenenti calcio. Ogni cisterna è a contatto con un tubulo T mediante recettori RYR1 e DHPR che rilevano il potenziale che è stato trasmesso dal neurone al tubulo e vi è l'apertura di metà dei canali di rilascio del calcio. Solo metà dei canali di rilascio del calcio sono associati ai tubuli T mntre l'altra metà si apre di conseguenza. Lo ione viene rilasciato nel citosol e si lega alla troponina che cambia la conformazione della tropomiosina e vengono così liberati i siti di legame dell'actina ai quali si legano i ponti trasversali delle teste della miosina. In questo meccanismo mentre una testa della miosina lega l'actina l'altra lega l'ATP che viene scisso un Pi e il restante ADP viene rilasciato dopo che la contrazione è avvenuta. Il rilascio della miosina e dell'actina avviene invece quando una molecola di ATP si lega nuovamente al ponte trasverso. Il calcio rilasciato nel citosol viene riportato attivamente all'interno del reticolo sarcoplasmatico tramite delle pompe. Diminuendo la concentrazione di calcio all'interno del citosol la troponina e la tropomiosina possono tornare alla conformazione iniziale. La durata di un ciclo di contrazione si compone di un tempo di latenza, tempo che intercorre tra l'arrivo del potenziale d'azione, il rilascio dell'alcetilcolina e l'inizio della contrazione, il tempo di contrazione e il tempo di rilasciamento. La contrazione muscolare può essere modulata e i fattori che contribuiscono alla generazione di diverse tensioni sono: >le isoforme di miosina che si distinguono per la diversa rapidità di legare l'ATP >la lunghezza del sarcomero perchè dipende da quanti ponti trasversali si sono formati, la tensione massima si ha quando tutti i ponti trasversali sono formati. Se il sarcomero ha lunghezza minore di quella ottimale non possono formarsi tutti i ponti trasversali per sovrapposizione mentre se il sarcomero ha lunghezza maggiore slcuni ponti trasversali non possono formarsi perchè sono troppo distanti i filamenti spessi da quelli sottili da non potersi accoppiare >il diametro della fibra muscolare perchè maggiore è il diametro, maggiore è il numero di microfilamenti che si possono contrarre >la frequenza con cui il muscolo viene stimolato: un singolo potenziale d'azione produce una contrazione breve e debole detta scossa muscolare che non ha alcun effetto significativo in un organismo tanto che non è possibile generare un singolo potenziale d'azione ma le fibre muscolari si compongono in unità motrici che funzionano in modo cooperativo e quindi la tensione generata dipende dal numero di unità motorie reclutate e attivate. Una unità motoria può essere composta da un numero variabile di fibre biochimico tra due enzimi e questo è funzionale per la sua funzione perchè una contrazione sarà innescata più lentamente e durerà di più con minor dispendio energetico. Questo fenomeno è detto dil latch. Il grado di contrazione dipende dalla concentrazione di calcio all'interno della cellula, la ad esempio muscolatura liscia che deve mantenere un tono muscolare avrà una concentrazione costante di calcio nella cellula. L'innervazione si distingue se il muscolo è multiunitario o unitario perchè nel primo caso la stimolazione è mirata a delle unità similmente alla muscolatura scheletrica, mentre nel secondo caso il muscolo è detto anche viscerale e si ha la contrazione di diverse unità come fossero una unica perchè le fibre muscolari sono elettricamente connesse da giunzioni serrate e la struttura così formata è detto scincizio funzionale. Queste strutture possono contenere delle cellule con attvità elettrica spontanea e quindi lo sincizio verrà detto autoeccitabile. Queste cellule possono dar luogo a due tipi di attività elettrica, si distinguono i potenziali pacemaker e i potenziali a onde lente in cui non si raggiunge mai il potenziale di soglia ma ci sono solo fluttuazioni del potenziale di membrana. La muscolatura liscia ha una proprietà importante di adattamento alle condizioni di riempimento non reagendo con la contrazione nonostante l'aumento di pressione interna. Questo fenomeno, detto rilasciamento da stiramento, si ha per il fatto che la contrazione del muscolo liscio è gestita da un equilibrio biochimico e ci permette di gestire le esigenze fisiologiche come nel caso del riempimento dello stomaco o della vescica. Infatti all'inizio del riempimento si ha uno stimolo di andare al bagno che poi però grazie al rilasciamento da stiramento passa nonostante continui il riempimento. BILANCIO ENERGETICO E TERMOREGOLAZIONE Per bilancio energetico si intende la differenza tra i nutrienti introdotti nell'organismo e il loro consumo. La velocità del metabolismo basale regola l'equilibrio energetico ed è regolato da ormoni come il testosterone, le catecolammine, gli androgeni e gli ormoni tiroidei. La tiroide è una ghiandola acinosa con cellule follicolari disposte in modo da formare i follicoli, ovvero delle strutture sferiche all'interno delle quali viene raccolto il colloide. Tra le cellule follicolari c'è un altra linea cellulare, le cellule C che producono la calcitonina coinvolta nella regolazione del calcio. Gli ormoni tiroidei sono ormoni proteici prodotti sotto forma inattiva di tireoglobulina. Questa proteina di grandi dimensioni viene riversata nei follicoli dove le cellule follicolari trasportano attivamente lo ione iodio. Lo iodio viene portato all'interno della cellula da un cotrasportatore di sodio/iodio, poi lo ione viene portato nel colloide tramite un trasportatore antiporto. Il dispendio energetico viene messo a pari dalle pompe sodio-potassio. Lo iodio si lega alle tirosine della tireoglobulina a formare i MIT e i DIT che poi tramite un processo di accoppiamento formano la T3 e la T4 che restano attaccati alla tireoglobulina finchè non è necessario liberarla. La colloide quindi quando deve essere messa in circolo nel sangue viene presa per endocitosi e le vescicole così formate si fondono con i lisosomi contenenti enzimi che scindono i due ormoni tiroidei e le iodotrosine che non hanno alcuna funzone endocrina e quindi gli viene scisso lo iodio. Gli ormoni sono liberati nel circolo sanguigno dove si legano a proteine plasmatiche come la globulina legante tiroxina. La differenza tra T3 e T4 è che il primo è attivo ma viene secreto in m inor quantità mantre il secondo è la forma inattiva dell'ormone e dopo essere stato immesso nel circolo sanguigno subisce delle modificazioni per essere trasformato in T3 (gli viene levato uno iodio) a livello di organi quali il fegato e i reni. Gli ormoni tiroidei nonostante siano di natura proteica viengono agiscono direttamente nel nucleo, infatti hanno dei carreer che permettono il loro ingresso nella cellula e hanno dei recettori intranucleari, si comportano alla pari di ormoni steroidei. L'azione degli ormoni tiroidei è lenta ma duratura e questo è dovuto al fatto che la loro azione è ti carattere genomica e quindi agisce promuovendo la sintesi di altre proteine. Cambiare il loro metabolismo non è un processo immediato ma è ancor più lento tornare indietro. Gli ormoni tiroidei esplicano anche altre funzioni di più rapida risposta come sulla fosforilazione ossidativa. Gli ormoni tiroidei esplicano varie azioni, la principale è l'azione metabolica basale che viene velocizzata ma hanno anche un azione sulla crescita dell'organismo e un'azione permissiva sulle catecolammine. La prima azione è dovuta a una stimolazione della sintesi genomica di enzimi che stimolano la sintesi proteica delle cellule. Gli enzimi che vengono aumentati sono quelli respiratori, quelli dei metaboliti e gli enzimi relativi alla pompa sodio-potassio, conseguenza generale incremento del consumo di ossigeno perchè vengono aumentati tutti enzimi coinvolti in azioni di carattere ossidativo (pompa implica ATP che implica i respiratori che implicano glucosio che implicano enzimi metaboliti) e aumenta di conseguenza il numero necessario di globuli rossi, la respirazione e quindi il battito cardiaco. Azioni generali una maggior disponibilità di substrati energetici e modifiche sul sistema cardiovascolare e respiratorio. Gli ormoni tiroidei hanno un'azione termogenica diretta e indiretta perchè si genera calore sia con i processi di metabolismo basale che viene aumentato, sia perchè gli ormoni tiroidei hanno un'azione sul grasso bruno, si distinguono per una grande concentrazione di mitocondri, e la loro azione è quella di disaccoppiare il processo della fosforilazione ossidativa, ovvero gli ormoni agiscono a livello genico promuovendo la sintesi di una proteina UCP1 che disaccoppiano dalla strada metabolica la formazione dell'ATP con la formazione di calore, agendo sul perdere il gradiente protonico all'interno dei mitocondri. È a questo livello che si ha un effetto sinergico con le catecolammine perchè queste stimolano la conversione del T4 in T3 all'interno della cellula ed inoltre c'è anche un'azione permissiva, ovvero gli ormoni tiroidei promuovono l'esposizione in membrana dei recettori per le catecolammine e si ha in generale un'azione lipolitica (rilascio dei grassi). Questa azione permissiva causa anche uno stato di eccitazione del sistema nervoso centrale che causano anche relativi disturbi del sonno. In conclusione possiamo dire che c'è un potenziamento reciproco. L'azione sulla crescita e sullo sviluppo è legata al ritardo della formazione delle ossa lunghe e della mal formazione sistema nervoso, anche nel feto. Il controllo sulla secrezione degli ormoni tiroideo è a tre livelli: l'ipotalamo produce dei fattori di rilascio nel circolo portale che arrivano all'ipofisi che produce il TSH che arriva alla tiroide interagendo con recettori di membrana essendo un ormone proteico. La produzione dei fattori di rilascio che vengono secreti dall'ipotalamo sono influenzati da vari fattori tra cui il freddo o lo stress oppure dalla regolazione a feedback negativo da parte di T3 e T4 a tutti i livelli. L'uomo è un animale omeotermico cioè la perdita di calore e l'acquisizione deve essere bilanciata affinche i processi metabolici procedano in modo stabile. La temperatura corporea non è un valore stabile ma varia in ogni soggetto, varia nell'arco di una giornata, varia con ritmo mensile nelle donne e varia nei diversi organi. La temperatura che deve essere mantenuta stabile è quella del nucleo centrale. La perdita non può essere gestita mentre l'acquisizione in parte si. Questi due meccanismi opposti avvengono per irraggiamento (60%) ovvero con la dispersione del calore attraverso onde elettromagnetiche se l'ambiente circostante è più freddo, conduzione con oggetti (3%) sempre seguendo il gradiente di temperatura, convezione (15%), cioè attrverso correnti d'aria che muovendosi fanno in modo che una volta che il corpo non raggiunga mai la stessa temperatura di ciò che sta intorno così da promuovere costantemente l'irraggiamento e la conduzione, evaporazione (22%) per il raffeddamento del corpo perchè l'acqua deve essere trasformata da liquida a gassosa e in questo processo è