Fiziologia Mușchiului Striat Scheletic - BFKT PDF

FIZIOLOGIA MUȘCHIULUI STRIAT SCHELETIC Departamentul Stiinte Functionale Disciplina Fiziologie BFKT  FIZIOLOGIA MUȘCHIULUI STRIAT SCHELETIC CUPRINSUL CURSULUI Organizarea morfo – funcţională a fibrei musculare striate. Placa motorie. Cuplarea excitaţie –...

FIZIOLOGIA MUȘCHIULUI STRIAT SCHELETIC Departamentul Stiinte Functionale Disciplina Fiziologie BFKT  FIZIOLOGIA MUȘCHIULUI STRIAT SCHELETIC CUPRINSUL CURSULUI Organizarea morfo – funcţională a fibrei musculare striate. Placa motorie. Cuplarea excitaţie – contracţie şi mecanismul contracţiei musculare. Unitatea motorie Oboseala musculară  CUPRINS Organizarea morfofuncţională a fibrei musculare scheletice Fiziologia plăcii motorii Cuplarea excitaţie-contracţie în fibra musculară scheletică Mecanismul contracţiei în fibra musculară scheletică Unitatea motorie Tipuri de contracţii ale fibrei musculare scheletice  ORGANIZAREA MORFOFUNCŢIONALĂ A FIBREI MUSCULARE SCHELETICE Formă cvasicilindrică − Diametrul = 25-100 m − Lungimea = 1- 300 mm Multinucleată Membrana celulară = sarcolema − Structură specifică – sistemul sarcotubular Citoplasma = sarcoplasma 1. Contractilă (inoplasma) → Aparatul contractil → Miofibrilele 2. Necontractilă → Organite celulare comune → Structuri specifice → Mioglobină → Sistemul sarcotubular  MIOFIBRILELE − Organite speciale contractile − Grosime: 0,2 - 2 m − Dispuse pe întreaga lungime a fibrei musculare − 80% din volumul fibrei Structura − Miofibrilele → miofilamente contractile → proteine musculare Organizarea – succesiune de benzi (discuri): − Clare, izotrope (Discurile I): − conţin actină − împărţite în 2 hemidiscuri de banda Z − Întunecate, anizotrope (Discurile A): − conţin miozină şi parţial actină − central banda H, bisectată de linia M  SARCOMERUL Unitatea morfofuncţională a miofibrilei Delimitat de două membrane Z succesive Format dintr-un disc întunecat şi 2 hemidiscuri clare Lungime de 2,5 m în repaus Se scurtează în timpul contracţiei prin glisarea filamentelor de actină printre cele de miozină  apropierea membranelor Z Sarcomer Banda Z Banda Z Miofilamente Miofilamente subțiri groase Banda H Disc I Disc A Disc I  SARCOMERUL Sarcomer Banda Z Banda Z Miofilamente Miofilamente groase subțiri Banda H Disc I Disc I Disc A  MIOFILAMENTELE CONTRACTILE Miofilamente groase − constituite din miozină − diametrul = 10 nm − lungimea = 2m Miofilamente subţiri − constituite din actină − diametrul = 5 nm − lungimea = 2m RAPORTURILE ÎNTRE MIOFILAMENTE − 1 miofilament de miozină/6 miofilamente de actină − 1 miofilament de actină/3 miofilamente de miozină STRUCTURA − Proteine contractile: actina şi miozina − Proteine reglatoare: troponina şi tropomiozina (numai în struct. miofilamentelor subţiri)  1. MIOZINA – proteina contractilă Fracţiunea proteică majoră, complexă, asimetrică Alcătuită din 2 lanţuri grele şi 4 lanţuri uşoare Prezintă o organizare în 2 părți: 1. Light meromiozina (LMM) 2. Heavy meromiozina (HMM) – − formează “COADA”(axul) cuprinde: miofilamentului − “CAPUL” alcătuit din − cuprinde cele 2 lanţuri extremitatea lanţurilor grele dispuse într-o grele şi lanțurile uşoare conformaţie de alfa-helix, − “GÂTUL” (braţul) leagă înfăşurate unul în jurul capul de coadă şi asigură celuilalt mobilitatea capului  CAPUL MIOZINIC Configuraţie plicaturată a lanţurilor grele la unul dintre capete Prezintă: − Situsul ATP-azic − Zona de interacţiune cu actina Orientare faţă de axul filamentului: − 90° în condiţii de repaus − 45°în timpul contracţiei Capul miozinic prezintă afinitate variabilă pentru actină − Prezența Ca++ determină ↑ activității ATP-azei miozinice − Afinitate REDUSĂ → Legături acto-miozinice slabe  Relaxare musculară − Afinitate MARE → Legături acto-miozinice puternice  Contracţie musculară Hidroliza ATP generează ADP + Pi + E Energia este utilizată pentru flexia capului pe braţ  2. ACTINA – proteina contractilă 2 forme de actină: − actina globulară (actina G): forma monomerică − actina fibrilară (actina F): forma polimerică (conţine 340-380 monomeri de actină G) Proprietăţile actinei: − Capacitate de polimerizare − Capacitatea de interacţiunea cu miozina  3. TROPOMIOZINA (Tmz) – proteina reglatoare dispusă sub formă de bastonaşe de-a lungul miofilamentului de actină − 1 moleculă de tropomiozină/7 monomeri de actină G ROL: − Se interpune între filamentul de actină şi cel de miozină − Împiedică interacţiunea actomiozinică în condiţii de repaus − Când Ca++ citosolic ↑ (10-5) → se deplasează lateral  formarea punţilor transversale actomiozinice  iniţierea CONTRACŢIEI − Când Ca++ citosolic ↓ (10-7) → revine în poziţia iniţială  RELAXAREA prin decuplarea contracţiei  4. TROPONINA (TnC) - proteina reglatoare Ataşată de un capat al moleculei de tropomiozină Complex de 3 molecule reglatorii : 1. Troponina C: − fixează Ca2+ când [Ca2+] citosolic ↑ la 10-5M şi declanşează deplasarea laterală a Tmz  se pot forma punţile transversale actino- miozinice 2. Troponina T (TnT): − leagă complexul troponinic de tropomizină 3. Troponina I (TnI) − leagă complexul troponinic de actină − menţine tropomiozina în poziţie de blocare a interacţiunii − inhibă activitatea ATP-azică a capului miozinic  SISTEMUL SARCOTUBULAR DEFINIŢIE = structură specializată a sarcolemei (tubuli T) şi a RS (tubuli L) care asigură cuplarea excitaţie/contracţie 1. TUBULII TRANSVERSALI (T): Invaginații transversale ale sarcolemei (continuare intracelulară a sarcolemei) la nivelul joncţiunii dintre discul clar şi întunecat Prezintă canale lente de Ca2+ − DHPR = receptorul pentru voltaj dependente (DHPR) dihidropiridină activate de potenţialul de − RYR = receptorul pentru rianodină acţiune membranar  SISTEMUL SARCOTUBULAR 2. TUBULII LONGITUDINALI (L): RS dispus sub formă de reţea în jurul miofibrilelor Rol: depozit intracelular (ic) de Ca2+ − Prezintă canale lente de Ca2+ voltaj dependente (RYR) cuplate cu canalele tubilor T → ↑ Ca++ citosolic  Contracţia musculară − Prezintă pompă de Ca++ → reintroduce 2 Ca++/1 ATP → ↓ Ca++ citosolic  Relaxarea musculară Conţine o proteină – calsechestrina → fixează Ca2+ în depozite 3. TRIADA SARCOPLASMATICĂ − 1 tubul T şi 2 cisterne terminale − Există 2 triade /sarcomer − Asigură cuplarea excitaţiei cu contracţia  MIOGLOBINA Caracteristici: − Heteroproteină care conţine Fe2+ − Structură asemănătoare unei unităţi de hemoglobină − Constituie un rezervor temporar de oxigen Fibre musculare roşii de tip I (oxidativ) − Bogate în mioglobină − Metabolism predominant aerob Fibre musculare albe de tip II (glicolitic) − Sărace în mioglobină − Metabolism predominant anaerob  2. PLACA MOTORIE DEFINIŢIE: joncţiunea dintre axonul neuronului motor cu originea în coarnele anterioare a măduvei spinării sau în nucleii motori somatici ai trunchiului cerebral şi fibra musculară striată scheletică PLACA MOTORIE = sinapsă chimică de tip excitator CARACTERISTICI STRUCTURALE 1. Componenta presinaptică - butonul terminal al moto-neuronului, cu vezicule cu Ach 2. Fanta sinaptică 3. Componenta postsinaptică - invaginaţie plicaturată a sarcolemei, cu Rec. Nicotinici  2. PLACA MOTORIE CARACTERISTICI FUNCŢIONALE mediator chimic: ACh depozitată în veziculele butonului receptori postsinaptici: Rec. Nicotinici întârziere sinaptică: 0,4 – 0,7 msec potenţial de placă: PPSE Receptorul nicotinic PR muscular = - 90 mV = canal de Na+ PA (spike) = + 30 mV 18  TRANSMITEREA EXCITAŢIEI ÎN PLACA MOTORIE 1. Invazia butonului sinaptic de către PA neuronal  influx de Ca2+ 2. Eliberarea şi difuziunea ACh în fanta sinaptică 3. Acțiunea Ach asupra Rec. Nicotinici Influx de Na+ prin canale operate de ligand Potenţial de placă  sumare temporo-spaţială până la valoarea prag a PA muscular (- 55 mV) Influx de Na+ prin canale rapide voltaj-dependente  depolarizare musculară (până la + 30 mV) PA muscular propagat lent (30 m/sec) la nivelul sarcolemei și apoi prin tubulii T 4. Inactivarea ACh sub acţiunea AChE  desfacerea complexul ACh-Receptor şi hidroliza ACh  3. CUPLAREA EXCITAŢIE-CONTRACŢIE DEFINIŢIE - succesiunea de fenomene care realizează legătura funcţională între sarcolemă şi structurile contractile care determină declanşarea contracţiei şi declanşarea relaxării musculare este o funcţie a SISTEMULUI SARCOTUBULAR Declanşarea contracţiei Declanşarea relaxării  I.DECLANŞAREA CONTRACŢIEI MUSCULARE PA muscular se propagă lent de-a lungul sarcolemei  activează canalele lente de Ca 2+ (DHPR) din membrana tubulilor T Activarea canalelor lente de Ca2+ (RYR) din membrana cisternelor tubulilor L determină ieşirea Ca2+ în citoplasmă  creşterea concentraţiei de la 10-7M până la 10-5 M 1. Fixarea Ca2+ pe troponina C 2. Deplasarea laterală a Tmz  eliberarea situsurilor de interacţiune actino-miozinică 3. Formarea punţilor actino-miozinice CONTRACŢIA MUSCULARĂ  II. DECLANŞAREA RELAXĂRII MUSCULARE Activarea pompelor de Ca2+ din segmentul longitudinal al tubulilor L determină recaptarea Ca2+ în depozite (stocare pe calsechestrină)  scăderea concentraţiei Ca2+ citosolic de la 10-5M până la 10-7M 1. Eliberarea Ca2+ de pe troponina C 2. Revenirea Tmz în poziţia iniţială  blocarea situsurilor de interacţiune actino - miozinică 3. Desfacerea punţilor actino-miozinice RELAXAREA MUSCULARĂ  4. MECANISMUL CONTRACŢIEI MUSCULARE Reprezintă alunecarea (glisarea) miofilamentelor de actină printre cele de miozină  apropierea discurilor Z şi scurtarea sarcomerului − hemidiscurile clare se micşorează − discul întunecat rămâne nemodificat “CICLUL PUNŢILOR” Reprezintă mecanismul molecular al contracţiei  formarea şi desfacerea ciclică a punţilor transversale actino-miozinice atât timp cât concentraţia Ca2+ este 10-5 M Nu se desfăşoară simultan la nivelul unui sarcomer  o parte din punţi menţin „ancorate” miofilamentele de actină deja glisate spre interiorul sarcomerului  (a) INIŢIEREA “CICLULUI PUNŢILOR” afinitatea capului miozinic pentru actină este scăzută legăturile actino-miozinice sunt slabe la nivelul capului miozinei este fixat ADP şi Pi între capul miozinic şi axul filamentului există un unghi de 90 energia este acumulată în “poziţionarea” situsului de interacţiune miozinic în dreptul situsului de interacţiune actinic  (b) FORMAREA PUNŢILOR TRANSVERSALE legăturile actino-miozinice devin puternice ADP şi Pi sunt eliberate de la nivelul capului miozinic eliberarea energiei acumulate (“working stroke”) determină: 1. flexia capului miozinic 2. micşorarea unghiului faţă de axul miofilamentului de la 90 la 45 3. alunecarea miofilamentului de actină spre centrul sarcomerului 26  (c) DESFACEREA PUNŢILOR TRANSVERSALE ▪ detaşarea capului miozinic de miofilamentul de actină are loc NUMAI după fixarea unei noi molecule de ATP pe capul miozinei ▪ capul rămâne flectat pe braţul miofilamentului de miozină ▪ în lipsa ATP-ului punţile acto-miozinice rămân ataşate şi ciclurile sunt blocate  rigiditatea cadaverică (“rigor mortis”) 27  (d) RELUAREA “CICLULUI PUNŢILOR” ▪ hidroliza ATP-ului sub acţiunea ATP-azei miozinice determină: 1. fixarea ADP şi Pi la nivelul situsului nucleotidic al capului miozinei 2. restabilirea unghiului de 90 între capul miozinic şi axul miofilamentului de miozină 3. orientarea capului miozinic spre următoarea actină G 4. restabilirea legăturilor inițiale actino-miozinice slabe 28  PLACA MOTORIE (JONCŢIUNEA NEURO-MUSCULARĂ) Structura: − Componenta presinaptică - terminaţia butonată a motoneuronului − Fanta sinaptică − Componenta postsinaptică - sarcolema fibrei musculare  SECVENŢA TRANSMITERII IMPULSULUI ÎN PLACA MOTORIE Eliberarea acetilcolinei în fanta sinaptică: − declanşată de propagarea potenţialului de acţiune în butonul terminal − prin exocitoză − mediată de Ca++ Difuziunea acetilcolinei în fanta sinaptică spre sarcolemă  SECVENŢA TRANSMITERII IMPULSULUI ÎN PLACA MOTORIE Acţiunea acetilcolinei asupra receptorului nicotinic postsinaptic: → Influx de Na+ → potenţial postsinaptic excitator = potenţial de placă → sumare  potenţial prag → deschide canale rapide de Na+ voltaj-dependendente  Potenţial de acţiune la nivelul sarcolemei → propagare prin curenţi locali  Potenţial de acţiune postsinaptic propagat Înlăturarea acetilcolinei din fanta sinaptică → hidroliză → acetilcolinesteraza → desface complexul postsinaptic receptor- acetilcolină  inactivează acetilcolina  UNITATEA MOTORIE STRUCTURA: − motoneuron − prelungirea axonică a motoneuronului (nervul motor periferic) − totalitatea fibrelor musculare striate care stabilesc sinapse cu nervul motor CARACTERISTICI: − Muşchiul scheletic + Nervul său = Ansamblu de unităţi motorii − Raportul dintre numărul de fibre musculare scheletice deservite de un singur axon depinde de poziția anatomică şi funcţională a muşchilor − Unitatea motorie → unitate contractilă → toate celulele musculare din unitatea motorie se contractă simultan − Tonusul muscular → o parte din unitatea motorie se activează alternativ în condiții de repaus muscular  UNITATEA MOTORIE Clasificare unităţilor motorii: 1. Unităţi motorii mici (de tip I) − în muşchii implicaţi în controlul unor mişcări fine − în muşchii extrinseci ai globilor oculari raportul este 3/1 - 6/1 2. Unităţi motorii mari (de tip II) − în muşchii implicați în executarea unor mişcări grosiere → forţă de contracție ↑ − în muşchii centurii pelvine şi ai coapsei raportul este 100/1  PRINCIPALELE CARACTERISTICI ALE UNITĂŢILOR MOTORII Caracteristici Tip I Tip II Proprietăţile fibrei nervoase: − Diametrul celular − Mic − Mare − Viteza de conducere − Rapidă − Foarte rapidă − Excitabilitatea − Mare − Scăzută Proprietăţile fibrelor musculare: − Numărul de fibre/ unitate − Mic − Mare − Diametrul fibrei − Mic − Mare − Forţa unităţii motorii − Mică − Mare − Profilul metabolic − Oxidativ − Glicolitic − Viteza de contracţie − Moderată − Rapidă − Rezistenţa la oboseală − Mare − Scăzută  TIPURI DE CONTRACŢII ALE FIBREI MUSCULARE SCHELETICE 1. SECUSA 2. TETANOSUL  SECUSA DEFINIŢII: Secusa = contracţia musculară obţinută sub acţ. unui singur stimul Miograma = înregistrarea grafică a secusei PERIOADE: − de latenţă = 0,01 sec − de contracţie = 0,04 sec − de relaxare = 0,05 sec Exemple − secuse care însoţesc frisonul − secuse care însoţesc unele reflexe proprioceptive (miotatic)  CLASIFICAREA MUŞCHILOR (în funcție de durata secusei) MUŞCHI RAPIZI: conţin predominant fibre rapide (albe) − au metabolism predominant glicolitic MUŞCHI LENŢI: conţin predominant fibre lente (roşii) − au metabolism predominant oxidativ Muşchii → amestec de fibre musculare rapide şi lente, în proporţii variabile Caracteristici ale mușchilor Caracteristici ale mușchilor lenți: rapizi: - Sunt de tip aerob - Sunt de tip anaerob - Dezvoltă forță constantă - Dezvoltă forță maximă - Prezintă anduranță - Obosesc repede  TIPURI DE CONTRACŢII MUSCULARE CONTRACŢIA IZOMETRICĂ − muşchiul se contractă − dezvoltă forţa maximă − nu se scurtează − întreaga cantitate de energie se transformă în căldură − ROL: participă la menţinerea posturii  TRAVALIU STATIC CONTRACŢIA IZOTONICĂ − muşchiul se contractă − dezvoltă o forţă constantă − se scurtează − efectuează un lucru mecanic − ROL: deplasează segmente ale corpului  asigură diferite forme de mişcare  TRAVALIU DINAMIC Contracția izometrică VS contracția izotonică  SUMAŢIA SECUSELOR SUMAŢIA SPAŢIALĂ: creşterea în intensitate a excitantului  recrutarea de noi unităţi motorii  creşte forţa de contracţie Unităţile motorii mici − primele recrutate − rezistenţă mare la oboseală − rămân active pe tot parcursul contracţiei Unităţile motorii mari − recrutate când intensitatea excitaţiei creşte SUMAŢIA TEMPORALĂ: creşterea frecvenței de stimulare  creşte Ca++ citosolic  creşte forţa de contracţie − scurtarea perioadei de relaxare  scăderea restocării Ca++ în RS − se manifestă sub forma tetanosului  TETANOSUL CAUZA − impulsuri nervoase rapide, repetate, succesive şi de durată, care cad în perioada excitabilă a muşchiului DEFINIŢIE = contracţie musculară prelungită CLASIFICARE Tetanos incomplet − cu platou striat − frecvenţa de stimulare permite relaxarea parţială a muşchiului Tetanos complet − cu platou neted − frecvenţa de stimulare nu permite relaxarea muşchiului  OBOSEALA MUSCULARĂ DEFINIŢIE = scăderea temporară a forţei de contracţie şi creşterea duratei necesare relaxării, ca urmare a unei activităţi contractile prelungite Mecanismul − epuizarea rezervelor musculare de ATP, creatin-fosfat şi glucoză − acumulare de acid lactic