2015 - Curs 5 Fibra musculara.pdf
-
Upload
alex-motofelea -
Category
Documents
-
view
71 -
download
1
Transcript of 2015 - Curs 5 Fibra musculara.pdf
-
1
2015
CURSUL 5
Fiziologia fibrei musculare
FIZIOLOGIE GENERAL
UNIVERSITATEA DE MEDICIN I FARMACIE V.BABE TIMIOARA
DISCIPLINA DE FIZIOLOGIE
DEPARTAMENTUL DE TIINE FUNCIONALE
-
2
CUPRINS
1. Organizarea morfo-funcional a fibrei musculare scheletice
2. Placa motorie
3. Cuplarea excitaie contracie n fibra muscular scheletic4. Mecanismul contraciei musculare n fibra muscular scheletic 5. Particulariti fiziologice ale fibrei musculare netede
5.1. Tipuri de fibre musculare netede 5.2. Cuplarea excitaie contracie n fibra muscular
neted5.3. Contractilitatea fibrei musculare netede
-
3
OBIECTIVE
Studentul trebuie s: Descrie componentele structurale implicate n cuplarea excitaie
contracie i n contracia fibrei musculare striate Descrie etapele transmiterii excitaiei prin placa motorie i s discute
importana practic a blocantelor plcii motorii Descrie etapele cuplrii excitaie contracie i s discute rolul Ca2+ n
cuplarea excitaie contracie din fibra muscular striat Descrie mecanismul contraciei musculare i s discute rolul ATP-ului Descrie particularitile componentelor structurale implicate n cuplarea
excitaie contracie i n contracia fibrei musculare netede Explice particularitile morfologice, electrofiziologice i funcionale ale
fibrelor musculare netede de tip multiunitar i unitar Discute particularitile privind etapele cuplrii excitaie contracie i
parametrii contractilitii fibrei musculare netede n comparaie cu fibra muscular striat
-
4
1. ORGANIZAREA MORFO-FUNCIONAL A FIBREI MUSCULARE SCHELETICE
Celul cilindric, multinucleat cu nuclei dispui periferic lungime = 1 300 mm diametru = 10 150 m
Membrana celular = SARCOLEM
Citoplasma = SARCOPLASMA
(a) Poriune contractil cu MIOFIBRILE
(b) Poriune necontractil
Nr. de mitocondrii
RS bine dezvoltat
Mioglobin
Incluziuni de glicogen i lipide (trigliceride)
sub sarcolem n jurul miofibrilelor la nivelul plcii motorii
FIBR
-
5
1.1. SISTEMUL SARCOTUBULAR
DEFINIIE - structur specializat a
sarcolemei (tubuli T) i a RS (tubuli L)
care asigur cuplarea excitaie/contracie
(a) TUBULII TRANSVERSALI (T)
invaginaii transversale ale sarcolemei la
nivelul jonciunii dintre discul clar i
ntunecat al miofibrilelor
prezint canale lente de Ca2+ voltaj-
dependente (DHPR) activate n timpul
depolarizrii sarcolemei
Rol: conduc impulsurile de pe suprafaa
sarcolemei n interiorul celulei, ctre RS
DHPR = receptorul de dihidropiridin
RYR = receptorul de rianodin
-
6
[Ca2+ ]ic CONTRACIA
un segment longitudinal cu pompe de Ca2+ n repaus asigurrecaptarea Ca2+ n RS
[Ca2+]ic RELAXAREA
TRIADA SARCOPLASMATIC
ansamblul format din 1 tubul T + 2 cisterne
adiacente exist 2 triade/sarcomer
(b) TUBULII LONGITUDINALI (L) RS dispus sub form de reea n jurul
miofibrilelor Rol: depozit intracelular (ic) de Ca2+
Alctuit din: dou dilataii laterale = cisterne cu
canale lente de Ca2+ voltaj-dependente(RYR) la stimulare determin ieirea Ca2+ din RS n citoplasm
-
7
Sunt organite specifice cu funcie contractil reprezint aparatul contractil al celulei
Sunt dispuse de-a lungul axului longitudinal, pe ntreaga lungime a fibrei musculare reprezint 80% din volumul fibrei musculare
Sunt alctuite din miofilamente contractile de miozin i actin organizate n sarcomere
Cuprinde o succesiune ordonat de benzi sau discuri aspectul striat al fibrei musculare
1.2. MIOFIBRILELE
Sarcomer
Miofilamente
subiriMiofilamente
groase
Banda Z Banda Z
Disc I Disc IDisc A
Banda H
-
8
DISCURILE CLARE, IZOTROPE (discurile I)
conin actin
sunt mprite n 2 hemidiscuri de ctre banda Z
DISCURILE NTUNECATE, ANIZOTROPE (discurile A)
conin miozin i parial actin
prezint central banda H, bisectat de ctre linia M
Sarcomer
Miofilamente
subiriMiofilamente
groase
Banda Z Banda Z
Disc I Disc IDisc A
Banda H
-
9
MIOFILAMENTELE CONTRACTILE
1. Miofilamente groase
constituite din miozin
diametrul = 10 nm
lungimea = 1,5 m
2. Miofilamente subiri
constituite din actin
diametrul = 5 nm
lungimea = 2 m
RAPORTURI: la nivelul discului A (ntunecat)
1 miofilament de miozin / 6 miofilamente de actin
1 miofilament de actin / 3 miofilamente de miozin
Sarcomer
Miofilamente
subiriMiofilamente
groase
Banda Z Banda Z
Disc I Disc IDisc A
Banda H
-
10
se scurteaz n timpul contraciei prin glisarea filamentelor de
actin printre cele de miozin i apropierea membranelor Z
SARCOMERUL
unitatea morfo-funcional a miofibrilei
format din - 1 disc ntunecat (A)
- 2 hemidiscuri clare (I)
delimitat de dou membrane Z
lungime de 22,25 m n repaus
PROTEINELE MUSCULARE
1. Proteine contractile actina i miozina
2. Proteine reglatoare troponinele i tropomiozina, care intr n
structura miofilamentului subire, alturi de actin
-
11
1.3. MIOGLOBINA
FIBRE MUSCULARE ROII bogate n mioglobin metabolism predominent aerob (+ O2) rezistente la oboseal for i vitez redus de contracie
FIBRE MUSCULARE ALBE srace n mioglobin metabolism predominant anaerob (- O2) puin rezistente la oboseal for i viteza crescut de contracie
protein care conine Fe2+
constituie un rezervor temporar de O2 favorizeaz disocierea HbO2 la nivel muscular
Fe2+
-
12
1.4. PROTEINELE MUSCULARE CONTRACTILE
(a) MIOZINA fraciunea proteic major, complex, asimetric
alctuit din 2 lanuri grele i 4 lanuri uoare
organizare n 2 pri:
1. Light meromiozina (LMM)
formeaz coada(axul) miofilamentului
cuprinde cele 2 lanuri grele dispuse
ntr-o conformaie de alfa-helix,
nfurate unul n jurul celuilalt
2. Heavy meromiozina (HMM) cuprinde:
capul alctuit din extremitatea lanurilor grele i lanurile uoare
gtul (braul) leag capul de coad i asigur mobilitatea capului
-
13
CAPUL MIOZINIC
Format din extremitatea plicaturat alanului greu + lanurile uoare
Prezint: un situs de interaciune cu actina
un situs nucleotidic ATP-azic (Mg2+- dependent) care leag ATP i l scindeaz pentru a genera energia necesar contraciei
Orientarea capului fa de axul filamentului 90n condiii de repaus 45n timpul contraciei
Rol: capul + gtul (are mobilitate) formeaz puntea de legare cu actina (crossbridge)care iniiaz contracia
-
14
(b) ACTINA se gsete sub 2 forme:
actina globular (actina G) = forma monomeric actina fibrilar (actina F) = forma polimeric (340-380 monomeri)
are 2 proprieti: capacitate de polimerizare capacitate de interaciune cu miozina
Miofilamentul de ACTIN
Troponinele (C,T,I) Tropomiozina (TMZ) Actina G
-
15
(a) TROPOMIOZINA (Tmz)
este dispus sub form de bastonae de-a lungul miofilamentului
de actin - 1 molecul de Tmz/ 7 monomeri de actin G- 50 molecule de Tmz/ 1 filament de actin
cnd [Ca2+] citosolic scade la 10-7M (repaus) Tmz se interpune
ntre actin i miozin mpiedic interaciunea actino-miozinic
1.5. PROTEINELE MUSCULARE REGLATORII
cnd [Ca2+] citosolic crete la
10-5M (stimulare) Tmz se
deplaseaz lateral i permite
formarea punilor transversale
actino-miozinice iniierea
contraciei musculare
-
16
2. Troponina T (TnT) leag complexul de troponine de Tmz
3. Troponina I (TnI) leag complexul de troponine de actin menine Tmz n poziia de blocare a
interaciunii actino-miozinice inhib ATP-aza capului miozinic
(b) TROPONINELE complex de 3 molecule reglatorii
1.Troponina C (TnC)
fixeaz Ca2+ cnd [Ca2+] citosolic crete la 10-5M i declaneaz deplasarea lateral a Tmz se pot forma punile transversale actino-miozinice
-
17
2. PLACA MOTORIE
DEFINIIE: jonciunea dintre axonul neuronului motor cu originea n
coarnele anterioare a mduvei spinrii sau n nucleii motori somatici
ai trunchiului cerebral i fibra muscular striat scheletic
CARACTERISTICI STRUCTURALE
1.Componenta presinaptic - butonul
terminal al moto-neuronului, cu
vezicule cu Ach
2.Fanta sinaptic
3.Componenta postsinaptic - invaginaie
plicaturat a sarcolemei, cu Rec.
Nicotinici
PLACA MOTORIE = sinaps chimic de tip excitator
-
18
mediator chimic: ACh depozitat n veziculele butonului
receptori postsinaptici: Rec. Nicotinic
ntrziere sinaptic: 0,5 1 msec
potenial de plac: PPSE
CARACTERISTICI FUNCIONALE
Receptorul nicotinic = canal de Na+ i K+ gNa+ >> gK+
PR muscular = - 90 mV
PA (spike) = + 30 mV
-
19
TRANSMITEREA EXCITAIEI N PLACA MOTORIE
1.Invazia butonului sinaptic de ctre PA neuronal influx de Ca2+
2.Eliberarea i difuziunea ACh n fanta sinaptic3.Aciunea Ach asupra Rec. Nicotinici
4. Inactivarea ACh sub aciunea AChE desfacerea complexul ACh-Receptor i hidroliza ACh
Influx de Na+ prin canale rapide voltaj-dependente depolarizare muscular (pn la + 30 mV)
Influx de Na+ prin canale operate de ligand
Potenial de plac sumare temporo-spaial pn la valoarea prag a PA muscular (- 55 mV)
PA muscular propagat lent (30 m/sec) la nivelul sarcolemei i apoi prin tubulii T
-
20
BLOCANTELE PLCII MOTORII
1. MEDICAIA ADJUVANT n timpul anesteziei permite obinerea relaxrii musculare (paralizie muscular flacid) combate spasmele i convulsiile
(a) Blocante ale receptorului nicotinic de tip CURARA
determin scderea progresiv a
amplitudinii i duratei PPSE pe
msura creterii dozei de curara
blocajul este complet (curarizare
total) cnd amplitudinea PPSE
scade la 1/3 din amplitudinea
normal
mpiedic fixarea ACh pe Rec. nicotinic
-
21
n faza I - produc depolarizarea
postisnaptic contracie tranzitorie
n faza II - rmn fixate de Rec. nicotinic
desensibilizeaz Rec.nicotinic la ACh
menin sarcolema n stare repolarizat
2. TOXINA BOTULINIC
este produs de bacilul
botulinic (anaerob)
blocheaz exocitoza ACh
de la nivel presinaptic
poate produce paralizie
(b) Blocante ale Rec. nicotinic de tip SUCCINILCOLIN
-
22
3. CUPLAREA EXCITAIE-CONTRACIE
DEFINIIE - succesiunea de fenomene care realizeaz legtura funcional ntre sarcolem i structurile contractile care determindeclanarea contraciei i declanarea relaxrii musculare
este o funcie a SISTEMULUI SARCOTUBULAR
Declanarea contraciei Declanarea relaxrii
-
23
Activarea canalelor lente de Ca2+ (RYR) din membrana cisternelor tubulilor L determin ieirea Ca2+ n citoplasm creterea concentraiei de la 10-7M pn la 10-5 M
1.Fixarea Ca2+ pe troponina C 2.Deplasarea lateral a Tmz eliberarea
situsurilor de interaciune actino-miozinic 3.Formarea punilor actino-miozinice
I.DECLANAREA CONTRACIEI MUSCULARE
CONTRACIA MUSCULAR
PA muscular se propag lent de-a lungul sarcolemei activeaz canalele lente de Ca 2+ (DHPR) din membrana tubulilor T
-
25
Activarea pompelor de Ca2+ din segmentul longitudinal al tubulilor L determin recaptarea Ca2+ n depozite (stocare pe calsechestrin) scderea concentraiei Ca2+ citosolic de la 10-5M pn la 10-7M
II. DECLANAREA RELAXRII MUSCULARE
1.Eliberarea Ca2+ de pe troponina C
2.Revenirea Tmz n poziia iniial blocarea situsurilor de interaciune actino - miozinic
3.Desfacerea punilor actino-miozinice
RELAXAREA MUSCULAR
-
26
4. MECANISMUL CONTRACIEI MUSCULARE
Reprezint alunecarea (glisarea) miofilamentelor de actin printre cele de miozin apropierea discurilor Zi scurtarea sarcomerului
hemidiscurile clare se micoreaz
discul ntunecat rmne nemodificat
CICLUL PUNILOR
Reprezint mecanismul molecular al contraciei formarea i desfacerea ciclic a punilor transversale actino-miozinice att timp ct concentraia Ca2+ este 10-5 M
Nu se desfoar simultan la nivelul unui sarcomer o parte din puni menin ancorate miofilamentele de actin deja glisate spre interiorul sarcomerului
-
27
afinitatea capului miozinic pentru actin este sczut
legturile actino-miozinice sunt slabe
la nivelul capului miozinei este fixat ADP i Pi
ntre capul miozinic i axul filamentului exist un unghi de 90
energia este acumulat n poziionarea situsul de interaciune miozinic n dreptul situsului de interaciune actinic
(a) INIIEREA CICLULUI PUNILOR
-
28
legturile actino-miozinice devin puternice
ADP i Pi sunt eliberate de la nivelul capului miozinic
eliberarea energiei acumulate (working stroke) determin:
1. flexia capului miozinic
2.micorarea unghiului fa de axul miofilamentului de la 90 la 45
3.alunecarea miofilamentului de actin spre centrul sarcomerului
(b) FORMAREA PUNILOR TRANSVERSALE
-
29
(c) DESFACEREA PUNILOR TRANSVERSALE
detaarea capului miozinic de miofilamentul de actin are loc
NUMAI dup fixarea unei noi molecule de ATP pe capul miozinei
capul rmne flectat pe braul miofilamentului de miozin
n lipsa ATP-ului punile acto-miozinice rmn ataate i ciclurile
sunt blocate rigiditatea cadaveric (rigor mortis)
-
30
(d) RELUAREA CICLULUI PUNILOR
hidroliza ATP-ului sub aciunea ATP-azei miozinice determin:
1. fixarea ADP i Pi la nivelul situsului nucleotidic al capului miozinei
2. restabilirea unghiului de 90 ntre capul miozinic i axul
miofilamentului de miozin
3. orientarea capului miozinic spre urmtoarea actin G
4. restabilirea legturilor iniiale actino-miozinice slabe
-
31
FORMA - fusiform lungime: 20 500 m diametru: 2 10 m
STRUCTUR Nucleu: unic, central
5. PARTICULARITI FIZIOLOGICE ALE FIBREI MUSCULARE NETEDE
Sarcolema pompe ionice: pompe de Ca2+
canale lente de Ca2+ - voltaj-dependente - operate de ligand - operate mecanic
Zone specializate caveole - nlocuiesc tubii T corpi deni - nlocuiesc discurile Z conexoni - sinapse electrice ntre celule
-
32
formeaz miofilamente groase de miozini subiri de actin care nu sunt organizate n sarcomere
corpii deni nlocuiesc discurile Z (aspectul neted al fibrei musculare)
activitatea ATP- azei miozinice este sczut interaciunea actino-miozinic depinde de
gradul de fosforilare a lanurilor uoare miozinice
UNITATEA CONTRACTIL cuprinde 15 miofilamente de actin fixate pe doi corpi deni, situate n jurul unui singur filament de miozin
PROTEINELE CONTRACTILE
PROTEINE REGLATORII tropomiozina (Tmz) calmodulina (CaM) nlocuiete Tn-C
-
33
Caracteristicimorfologice
Fibra muscular multiunitar
Distribuie Muchii intrinseci ai globilor oculari
Vasele mari
Organizare Dispuse separat
Fr conexoni
Inervaie Individual
Jonciune neuro-muscular
Jonciuni de contact 1 varicozitate cu NT pentru fiecare fibr muscular
5.1. TIPURI DE FIBRE MUSCULARE
NETEDE
-
34
Particularitimorfologice
Fibra muscularunitar
Distribuie Pereii viscerelor cavitare Vasele mici
Organizare Grupate n tunici musculare
Nr. de conexoni
Inervaie Stratul superficial al tunicii musculare
Jonciune neuro-muscular
Jonciuni difuze 1 varicozitate cu NT pentru mai multe fibre musculare
-
35
Particulariti electrofiziologice
Fibra muscular multiunitar
Fibra muscularunitar
Potenialul de repaus = - 60 mV
Constant Oscilaii lente n jur de 50 mV frecvena 3 12 / min amplitudine de civa mV automatism ntreinut de o celul pacemaker
CONTRACIE = depolarizare prin influx de Ca2+ declanat de:
stimularea parasimpatic (ACh) ntinderea fibrei musculare RELAXARE = hiperpolarizare prin
eflux de K+ declanat de: stimularea simpatic (NAdr)
-
36
Particulariti electrofiziologice
Fibra muscular multiunitar
Fibra muscularunitar
Potenialul de aciune Vrfuri (spike) cu
durata de 50 msecprag = - 40 mV
depolarizare pn la 0 mV prin influx de Ca2+
Numai prin stimulare nervoas
Apar pe platoul undei lente Nr. de vrfuri este direct proporional cu intensitatea depolarizrii Dispar cnd depolarizarea este total
-
37
Caracteristici Funcionale
Muchi neted multiunitar
Muchi neted unitar
Tonus bazal Mecanism neurogenic(stimulare nervoas)
Mecanism miogenic (automatism)
Contracie (alunecarea filamentelor de actin printre cele de miozin)
Fiecare fibr se contract individual permite gradarea contraciei
Excitaia este condus rapid de la o celul la alta prin conexoni fibrele se contract ca un tot unitar (sinciiu funcional)
Controlul contraciei
Nervos Nervos i Hormonal
-
38
(a) CUPLARE ELECTRO - MECANIC
Influxul nervos determin activarea canalelor de Ca2+ voltaj dependente (L) din sarcolem
(b) CUPLARE FARMACO- MECANIC
(c ) CUPLARE MECANO - MECANIC
Factorii CONSTRICTORI determin: 1. Activarea canalelor de Ca2+
operate de ligand din sarcolem 2. Activarea proteinei Gq cuplat cu
fosfolipaza C IP3 (mesager secundar) care activeaz canalele de Ca2+ din membrana RS
ntinderea fibrei musculare determin activarea canalelor de Ca2+ operate mecanic din sarcolem
5.2. CUPLAREA EXCITAIE CONTRACIE
I. DECLANAREA CONTRACIEI [Ca2+] din citoplasm
-
39
4 Ca2+ + Calmodulina
Activarea MLCK (myosin light chain kinase)
Fosforilarea lanurilor uoare miozinice
(n prezena ATP i a Mg2+)
Formarea punilor actino-miozinice
CONTRACIE MUSCULAR
-
40
II. DECLANAREA RELAXRII [Ca2+] din citoplasm
Activarea pompelor de Ca2+ din sarcolem i membrana RS
Activarea MLCP (myosin light chain phosphatase)
Defosforilarea lanurilor uoare miozinice
Desfacerea punilor actino-miozinice
RELAXARE MUSCULAR
Desfacerea complexului 4Ca2+ - Calmodulin
Factorii RELAXANI care AMPc sau GMPc
(+)
(+)
-
41
5.3. CONTRACTILITATEA FIBREI MUSCULARE
NETEDE1. Activitatea ATP-azic sczut - determin o vitez redus de
desfurare a ciclului punilor transversale:
2. Absena benzilor Z - determin: o capacitate mare de scurtare (pn la 2/3 din lungimea iniial
fa de 1/3 la fibra striat) o for de contracie/suprafaa de seciune mai mare (4 - 6 kg/cm2
fa de 3 - 4 kg/cm2 la fibra striat)
durata mai mare a contraciei (1 3 sec, de 30 de ori mai mare dect n fibra striat)
energie necesar pentru a susine a contracie mai redus (1/10 1/300 fa de fibra striat)
meninerea prelungit a contraciei musculare la un nivel minim de stimulare, cu durata de ore sau zile, i cu un consum minim de energie = mecanism de blocare (latch)
-
* Tubulii transversali din fibra muscular scheletic:A. Reprezint un depozit de Ca2+ la nivelul cisternelor
terminale B. Prezint canale rapide de Na+ voltaj-dependente
cuplate cu membrana cisternelor terminale C. Prezint pompe de Ca2+ D. Sunt componente ale triadei sarcoplasmaticeE. Prezint canale de Ca2+ voltaj dependente n
structura receptorului pentru rianodin
TEST (complement simplu)
-
Curara este un blocant al plcii motorii: A. Utilizat ca medicaie adjuvant n timpul anesteziei
generale B. mpiedic exocitoza veziculelor presinaptice cu
acetilcolin C. Determin scderea progresiv a amplitudinii i duratei
potentialului postsinaptic excitator pe msura creterii dozei
D. Combate spasmele i convulsiile E. Produce o depolarizare postsinaptic tranzitorie
TEST (complement multiplu)
-
Muchiul neted multiunitar: A. Are un tonus bazal meninut prin mecanism miogenicB. Cuprinde fibre musculare care se contract individualC. Permite gradarea contractieiD. Cuprinde fibre musculare care constituie un sinciiuE. Este controlat exclusiv prin mecanism nervos
TEST (complement multiplu)