La contrazione muscolare

La contrazione muscolare.

L’accorciamento dei sarcomeri risulta dallo scorrimento dei filamenti di actina su quelli di miosina e si traduce in CONTRAZIONE MUSCOLARE.

 

contrazione muscolare Per comprendere bene i meccanismi della contrazione muscolare dobbiamo fare un ripasso sull’organizzazione morfo-funzionale della muscolatura scheletrica e la relativa trasmissione neuromuscolare.

 

Il muscolo scheletrico.

Il muscolo scheletrico, contenuto nell’epimisio (guaina connettivale), è composto da fasci di fibre delimitati a loro volta dal perimisio. Le singolo fibrocellule, le cui membrane vengono denominate sarcolemma, invece sono separate tra loro dall’endomisio e contengono all’interno le miofibrille. Queste a loro volta sono costituita dai sarcomeri (unità elementari), che sono disposti in serie per la lunghezza della mio-fibrilla e contengono al proprio interno filamenti sottili e spessi.  I filamenti sottili contengono actina e proteine regolatrici, tropomiosina e troponina, e sono ancorati alle linee Z. Le linee Z sono disposte perpendicolarmente all’asse maggiore della miofibrilla delimitando il sarcomero. Queste ultime sono costituite da actinina. Le proteine strutturali come la titina e la nebulina hanno il compito di mantenere l’allineamento dei filamenti e la struttura del sarcomero. I filamenti spessi si compongono di molecole di miosina e al centro del sarcomero sono collegati tra loro da proteine strutturali come la miomesina, che formano la linea M.

 

La disposizione dei filamenti sottili e spessi in parallelo e parzialmente sovrapposti da origine alle due bande.

  • Banda A, scura, dovuta ai filamenti spessi e comprende la zona H.
  • Banda I, chiara, dovuta ai filamenti sottili e comprende la linea Z.

La distrofina collega l’actina del citoscheletro delle cellule muscolari ad un sistema di glicoproteine in parte extracellulari. Sono localizzate sul versate intracellulare del sarcoplasma mentre l’altra parte attraversa il sarcolemma. L’assenza  di distrofina determina un patologia molto grave, la distrofia muscolare di Duchenne.

 

I tubuli trasversi.

Dal sarcolemma dipartono i tubuli trasversi T, che scorrono appunto trasversalmente al sarcoplasma ed hanno la funzione di permettere alla depolarizzazione del sarcolemma di giungere nella profondità della cellula muscolare, una volta arrivato il potenziale d’azione. La loro forma permette una contiguità tra l’ambiente extracellulare e l’interno dei tubuli. Le cellule muscolari contengono inoltre il reticolo sarcoplasmatico ( sistema di tubuli e cisterne ). Dove cisterne e tubuli entrano in contatto si verifica un accoppiamento tra sensori di voltaggio sulla membrana dei tubuli a T ed il piede dei canali di calcio sulla membrana del reticolo sarcoplasmatico. Tutto ciò permette l’apertura dei canali al calcio e la diffusione del calcio stesso nel sarcoplasma.

Le singole fibre sono innervate da giunzioni neuro-muscolari.

 

contrazione muscolareLa trasmissione neuro-muscolare per la contrazione muscolare.

 

Nelle fibre muscolari striate la trasmissione dell’impulso nervoso è assicurata dalla presenza della placca motrice. Il tutto avviene nel punto in cui la terminazione della fibra nervosa prende contatto con la fibra muscolare

 

Potenziale d’azione e depolarizzazione del terminale nervoso consentono l’apertura di canali di Ca++ esenti sulla membrana del neurilemma e l’ingresso di ioni Ca++. Gli ioni calcio sono più concentrati in ambiente extracellulare e trasportano cariche elettriche + all’interno della membrana, che è elettricamente negativo. Questo causa un aumento della concentrazione intracellulare di ioni Ca++ con conseguente distacco di vescicole contenenti ACh. La fusione della membrana delle vescicole con il neurilemma e la liberazione di ACh nello spazio post-sinaptico, che avviene per quanti.

A livello post-sinaptico l’ ACh si lega ai recettori nicotinici poiché fanno parte di un complesso recettore-canale che permette il passaggio di ioni Na+ e K+ verso i quali ha = permeabilità. Questo determina l’apertura dei canali ionici => F elettromotrice Na+ in ingresso > F elettromotrice K+ in uscita = flusso netto in ingresso di cariche + a livello post sinaptico => depolarizzazione del potenziale di membrana.

 

Il potenziale di placca.

E’ un fenomeno di tipo elettronico graduato ed è legato alla quantità di ACh liberata a livello pre-sinaptico e che si lega ai recettori post-sinaptici.

In fisiologia la quantità di ACh liberata dal terminale nervoso depolarizzato induce nella fibrocellula la formazione di un potenziale di placca sopra soglia, sufficiente a determinare l’apertura dei canali selettivi per Na+ e voltaggio dipendente, responsabili dell’inteso di un potenziale d’azione che diffonderà lungo il sarcolemma.

I complessi recettore-canale nicotinici, aperti dal legame con ACh, si chiudono poi per un meccanismo intrinseco tra 1 e 10s. Questo determina il distacco della molecola di ACh, che viene inattivata e rimossa ad opera dell’enzima acetilcolinesterasi. L’acetilcolinestrasi opera la scissione in acido acetico e colina, recuperati poi dal terminale nervoso e riutilizzati per la sintesi di nuova ACh.

 

I meccanismi molecolari della contrazione.

In condizioni di riposo la maggior parte di Ca++ intracellulari si trova all’interno del reticolo sarcoplasmatico, nelle cisterne. Le teste delle molecole di miosina sono articolate a 90° rispetto al resto della molecola e legano ADP e P, che derivano dall’idrolisi dell’ ATP ( ADP+P ). In questa situazione la miosina ha un’elevata affinità per l’adenosina ma non si può legare a causa del mascheramento dei siti di interazione sulle molecole di actina da parte della tropomiosina.

La contrazione muscolare è attivata principalmente dalla diffusione del potenziale d’azione, innescato a livello neuro-muscolare dal potenziale di placca. A sua volta diffonde lungo il sarcolemma e il sistema dei tubuli T, che permettono alla depolarizzazione di arrivare fino alla profondità della fibrocellula muscolare.

 

PA, tubuli T e cisterne del reticolo sarcoplasmatico.

Quando il PA arriva a livello dei punti di contatto tra membrana dei tubuli T e cisterne del reticolo sarcoplasmatico, la depolarizzazione della membrana dei tubuli T induce una modificazione del sensore di voltaggio. Questa probabilmente esercita un’azione meccanica sulla parte dei canali sulla membrana del reticolo sarcoplasmatico, che mette in contatto gli stessi canali con i sensori di voltaggio del tubulo T.

 

I canali del calcio.

Il meccanismo illustrato in precedenza determina l’apertura due canali e la fuoriuscita di Ca++ che diffondono nel citoplasma. Gli ioni fuoriusciti dal reticolo sarcoplasmatico si legano alla troponina, che in questa fase, sposta la tropomiosina, liberando sulle molecole di actina i siti di legame per la miosina. Il risultato è la formazione dei PONTI actina-miosina.

Dopo essersi legata all’attica, la miosina perde l’affinità per ADP+P, che si distaccano provocando una modificazione alla forma della miosina, la cui testa passa da un angolo di 90° ad uno di 45°. Questa flessione della testa della miosina determina lo scorrimento dei filamenti di actina su quelli della miosina, con l’avvicinamento delle linee Z il seguente accorciamento del sarcomero.

 

L’accorciamento di tutti i sarcomeri si traduce nella CONTRAZIONE MUSCOLARE macroscopica.

Il complesso actina-miosina possiede un’elevata affinità per l’ATP. Questo legame però riduce l’affinità della miosina per l’actina inducendo il distacco delle due molecole. Nel caso l’ATP non fosse disponibile non si potrebbe verificare la scissione del legame actina-miosina.

 

Il ciclo di interazione tra actina e miosina non si verifica in contemporanea per tutti i possibili siti.