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  • 1. MUSCOLO
  • 2. Un muscolo è un organo effettore che, se opportunamentestimolato da una terminazione nervosa è in grado di contrarsi e quindi di compiere un lavoro Il neurotrasmettitore liberato dal motoneurone è l’acetilcolina. L’acetilcolina si lega ai recettori nicotinici (recettori-canale) presenti sulla membrana delle fibrocellule muscolari, la cui apertura provoca un potenziale post- sinaptico eccitatorio (potenziale di placca)
  • 3. Un muscolo scheletrico e’ costituito da tante fibre (o fibrocellule) muscolari disposte in parallelo. assone placca muscolo motriceFibrocellule muscolari Ciascuna fibra (o fibrocellula) Ciascuna fibra muscolare e’ innervata muscolare costituisce una unità da un motoneurone (placca cellulare neuromuscolare)
  • 4. Una fibra o fibrocellula muscolare e’ a sua volta costituita da tante miofibrille disposte in parallelo NucleoSarcolemmaSarcoplasma Filamenti Miofibrill Striature e Qui viene mostrata una fibrocellula muscolare scheletrica con esposte le miofibrille costituite da filamenti intracellulari di actina e miosina. (x 600)
  • 5. A loro volta le miofibrille sono organizzate in maniera modulare: i sarcomeri, costituiti da miofilamenti di actina e miosina linee Z sarcomero linea M banda I banda A banda I sarcomero filamento spesso (miosina) linea Z filamento sottile (actina)
  • 6. Ultrastruttura dei miofilamenti Filamenti sottili (actina) Complesso della Tropomiosina Troponina G-actina 2 filamenti ad elica (F-actina) costituiti da unita’ globulari in serie (G-actina) 2 filamenti di tropomiosina complessi globulari di troponina
  • 7. Ultrastruttura dei miofilamenti Filamenti spessi (miosina) Molecola di miosina testa coda Filamento di miosina Teste della miosinaCiascun filamento e’ costituito da 2 catene polipeptidiche ad -elicaCiascuna catena comprende:  una coda (meromiosina leggera)  una testa e un collo (meromiosina pesante)Piu’ filamenti di miosina si aggregano a formare un fascio bipolare in cuile teste sono sfasate tra di loro di alcuni nm
  • 8. Durante la contrazione muscolare la miosina si lega all’actina reversibilmente sarcomero miosina actina Disco Z Disco Z RILASSAMENTO CONTRAZIONEUn’estremita’ dei filamenti di actina e’ ancorata al disco Z. I fasci difilamenti di miosina sono bipolari.Durante la contrazione i filamenti di actina e miosina scorrono gli uni suglialtri senza accorciarsi.Il movimento di scorrimento e’ guidato dalle teste di miosina che si muovonoverso l’estremita’ ancorata al disco Z del filamento di actina adiacente.
  • 9. Ruolo del Ca2+ nella contrazione miosina testa tropomiosina troponina sito di legame actinaIn assenza di Ca2+ la tropomiosina blocca i siti attivi sull’actinaQuando il Ca2+ si lega alla troponina:• Il complesso della troponina cambia configurazione• La troponina sposta la tropomiosina, esponendo i siti dibinding dell’actina per la miosina• L’actina e la miosina possono interagire
  • 10. Ciclo della contrazione 1) Fibra a riposo: la testa della miosina non è attaccata all’actina5) La testa della miosina ritornaal suo orientamento originale Idrolisi dell’ATP Ca2+ 2) Legame della testa della miosina all’actina ATP 1) A riposo: miosina4) Rilascio della testadella miosina dall’actina distaccata dall’actina (ADP+ Pi) Rilascio di ADP e Pi Legame di ATP 2) Ca2+ → la miosina si lega all’actina 3) Scorrimento dei filamenti di miosina e actina 3) Rilascio di ADP+Pi → scorrimento dei filamenti 4) Legame di ATP → rilascio della miosiina 5) Idrolisi dell’ATP → la miosina ritorna al suo orientamento originale
  • 11. Ultrastruttura del muscolo scheletrico Miosina spessa Actina sottile Nucleo TT Miofibrilla RS RS Triade Banda I Banda A Banda I Nucleo Sarcomero
  • 12. Da dove arriva il Ca2+? Il reticolo sarcoplasmatico Filamento sottile SarcolemmaTubulo a T Filamento spesso Reticolo CisternaTriade sarcoplasmatico terminale
  • 13. Ruolo dei Tubuli Trasversi (Tubuli a T)• Invaginazioni del sarcolemma• Il lume è ripieno di liquido extracellulare Tubuli a T• La membrana dei tubuli a T contiene canali del Na+ e K+ necessari per propagare i PA in profondità nella fibra• La membrana dei tubuli a T contiene inoltre proteine “sensori del voltaggio” che innescano il Fibra muscolare 2+ dal RS in rilascio del Ca risposta ad un PA
  • 14. Ruolo del Reticolo Sarcoplasmatico • Rete di cisterne intracellulari che immagazzinano e rilasciano Ca2+ Tubulo a T RS Longitudinale Ca2+ Ca2+ RS Terminale (cisterna) Triade
  • 15. Ruolo del Reticolo Sarcoplasmatico • Rete di cisterne intracellulari che immagazzinano e rilasciano Ca2+ • Il RS longitudinale contiene Ca2+-ATPasi che pompano Ca2+ nel RS alla fine della contrazione Ca2+ Ca2+ Ca2+ ATPasi
  • 16. Ruolo del Reticolo Sarcoplasmatico • Rete di cisterne intracellulari che immagazzinano e rilasciano Ca2+ • Il RS longitudinale contiene Ca2+-ATPasi che pompano Ca2+ nel RS alla fine della contrazione Ca2+ Ca2+ • Il RS terminale contiene un grosso complesso proteico denominato canale di rilascio del Ca2+ o recettore per la ryanodina2+ 2+ ATPasi Ca Canale per il rilascio del Ca
  • 17. Modello per il rilasciovoltaggio-dipendente del Ca 2+ TT RS + - + - 2+ A riposo + Ca + - + - Sensore Canale del volt. di rilascio Vm - + - + 2+ 2+ Depolarizzata + Ca Ca - + - +
  • 18. Accoppiamento EC in Azione Sarcolemma Tubulo a TSR + + + +Ca2+ + + + + Ca2+ + + + + Pompa del Ca2+ DHPR RyR1
  • 19. Meccanismo di rilascio del Ca2+ dal reticolo sarcoplasmatico
  • 20. Schema riassuntivo
  • 21. Accoppiamento Eccitamento- Contrazione (EC) nel Muscolo Scheletrico Ritardo Vm TensioneC’è un significativo ritardo tral’eccitamento del muscolo (PA) e la
  • 22. Controllo della forza di contrazione• Scala dei tempi: – Un PdA muscolare tipico dura 3-5 ms – Una contrazione muscolare tipica dura 100 ms• Se il tempo tra i PdA viene ridotto: – La fibra muscolare non può essere completamente rilassata al momento del 2° stimolo – La 2a contrazione è più forte – SOMMAZIONE
  • 23. Il Tetano MuscolareA) Scosse muscolari sempliciTensione Tempo (ms) B) Sommazione Tensione Tempo (ms)
  • 24. Il Tetano MuscolareC) Sommazione che porta ad un tetano incompleto Tensione massimaTensione Tempo (ms)
  • 25. Il Tetano Muscolare D) Sommazione che porta ad un tetano completo Tensione massima Fatica Tensione Scossa muscolare semplice Tempo (ms)Il tetano muscolare consiste nella sommazione o fusione delle scosse muscolarisemplici nelle singole fibre muscolariLa sommazione e ’ resa possibile dalla breve durata del periodo direfrattarieta ’ rispetto alla durata della singola contazione della fibramuscoloare
  • 26. Relazione lunghezza-tensione nella contrazione di un muscolo scheletrico Viene mostrata la tensione generata da un muscolo in relazione alla sua lunghezza a riposo prima dell’inizio della contrazione. Alla lunghezza ottimale c’è un maggior numero di ponti trasversali tra filamenti spessi e sottili e la fibra può generare il suo massimo di forza (A)La tensione sviluppata durante una scossa muscolare semplice è determinata dallalunghezza del sarcomero
  • 27. Metabolismo muscolare Il sangue porta nutrienti al muscolo , che li usa per fare ATP (adenosina trifosfato)
  • 28. Carboidrati (CHO) glucosio Trasportato dal sangue Immagazzinato come glicogeno ATP è prodotto più velocemente dal glucosio che da altri substrati Le scorte di CHO possono esaurirsi
  • 29. trigliceridi H H H H H H H H H H H H H H H ~C—C—C—C—C —C —C —C —C —C —C —C —C —C —C —COOH H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H ~C—C—C—C—C —C —C —C —C —C —C —C —C —C —C —COOH H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H ~C—C—C==C—C —C —C —C —C —C —C —C —C —C —C —COOH H H H H H H H H H H H H H H Hglicerolo Acidi grassi
  • 30. Acidi grassi Immagazzinati nel tess. adiposo e muscolo producono ATP più lentamente di CHO Scorte di acidi grassi non esauribili
  • 31. Proteine 1º ruolo è fornire a. acidi per sintesi proteica Forniscono 5-15% di ATP
  • 32.  I muscoli hanno scarsa capacità di immagazzinare ATP 3 sistemi producono ATP – aerobico – usato per durata – anaerobico – usato per velocità – ―immediato‖ – usato per potenza Possono funzionare contemporaneamente – Dipende da durata e intensità dell’esercizio
  • 33. Potenza e capacitàSistema Max potenza Max Capacità -1 (kcal· min ) (kcal)Immediato 36 11Anaerobico 16 15Aerobico 10 illimitata
  • 34.  Aerobico. Beta ossidazione acidi grassi impiega 2-3 min per attivarsi Anaerobico. La glicolisi impiega ~5s per attivarsi Immediato. Produce ATP immediatamente
  • 35. 30-s Sprint
  • 36. Fonti di energia Immediate ATPase ATP ADP + Pi creatine kinasePCr + ADP ATP + Cr adenylate kinaseADP + ADP ATP + AMP
  • 37. Cambi in [ATP]e [PCr]durante sprint
  • 38. glicolisi sangue glucosiosarcolemma ATP glicolisi glicogenolisi ATP PFK 4 ATP piruvato mitochondria lattato acetyl CoA
  • 39. GlicogenoGlicogenolisi• Regolata da fosforilasiGluconeogenesi• Regolata da glicogeno sintasi
  • 40. Riposo sangue glucosio sarcolemma + insulin ATP + insulin glicolisi glycogen synthase glicogeno PFK - insulin mitochondria
  • 41. Esercizio fisico blood glucose sarcolemma ATP glicolisi phosphorylase glicogeno ATP PFK 4 ATP pyruvate FT ST mitochondria Lactate + acetyl CoA
  • 42. Metabolismo Aerobico O2 H2O Glicolisi NAD (carboidrati) H+ NADH Catena (proteine) acetyl Krebs CoA FADH2 respiratoria H+ Beta Ossidazione FAD (grassi) mitocondri ADP + Pi ATP1. 2. 3. Sintesi ATP
  • 43. Metabolismo lipidico1. lipolisi TG scissi ad acidi grassi (FFA)2. FFA trasportati almuscolo da albumina3. FFA entrano nel muscolo e traslocano nei mitocondri4. -ossidazione forma acetyl CoA5. acetyl CoA entra nel ciclo di Krebs
  • 44. Produzione di ATP Glucosio Ac. Palmitico (C6) (C16) Glicolisi/b 2 --ossidazione Krebs 2 8 Catena 32-34 121respiratoria Totale 36-38 129
  • 45. Misura dell’energia utilizzataCalorimetria indiretta cibo+ O2 CO2 + H2O + energia (ATP) Velocità di utilizzo di O2 = VO2 VO2 espresso in (ml•kg-1•min -1): mL of O2 consumato per kg peso per min
  • 46. Substrati utilizzati Dipende da intensità e durata dell’esercizio CHO per esercizi intensi Grassi per esercizi di durata
  • 47. Esercizio intenso: lattato blood glucosesarcolemma +Ca2+, insulin ATP +Ca2+, EPI, Pi, ADP glicolisi phosphorylase glicogeno ATP PFK +Pi, ADP, EPI 4 ATP pyruvate ST mitochondria lactate acetyl CoA
  • 48. Ciclo di CoriFegato convertelattato in glucosio
  • 49. Variazioni Metaboliche riposo Fatica [ATP] 25 17 [ADP] 3 4 [PCr] 85 5 [Pi] 5 90 + [H ] 0.1 mM 1.0 mMmmol•kg-1