FIZIOLOGIE GENERALACURS 4

SUMAR

FIZIOLOGIA FIBREI MUSCULARE1. FIZIOLOGIA FIBREI MUSCULARE STRIATE DE TIP SCHELETIC

1.1. Organizarea morfofuncţională a fibrei musculare scheletice1.2. Fiziologia plăcii motorii 1.3. Cuplarea excitaţie-contracţie în fibra musculară scheletică1.4. Mecanismul contracţiei musculare în fibra musculară scheletică1.5. Unitatea motorie1.6. Tipuri de contracţii ale fibrei musculare scheletice

2. FIZIOLOGIA FIBREI MUSCULARE NETEDE2.1. Particularităţi structurale ale fibrei musculare netede2.2. Cuplarea excitaţie-contracţie în fibra musculară netedă2.3. Mecanismul contracţiei în fibra musculară netedă2.4. Mecanisme de reglarea a contracţiei fibrei musculare netede2.5. Clasificarea funcţională a fibrelor musculare netede

FIZIOLOGIA FIBREI MUSCULARE

Dacă în cazul neuronilor excitabilitatea este implicată în producerea şi propagarea impulsurilor nervoase cu rol în coordonarea activităţii efectorilor în funcţie de aferenţele senzitive, în cazul muşchilor excitabilitatea este legată de generarea unor potenţiale de acţiune ce determină o activitate mecanică specifică - contracţia musculară.

Formând aproximativ 50% din greutatea corpului, ţesutul muscular este reprezentat în proporţie de 4/5 de muşchiul striat scheletic, restul fiind muşchiul neted şi muşchiul striat cardiac.

1. FIZIOLOGIA FIBREI MUSCULARE STRIATE DE TIP SCHELETIC

1.1. Organizarea morfofuncţională a fibrei musculare scheletice

Fibra musculară striată are o formă cvasicilindrică, cu un diametru ce variază între 25 şi 100 m şi o lungime de 1-300 mm. Citoplasma fibrei musculare este organizată în:

citoplasmă contractilă (inoplasmă) - cuprinde aparatul contractil (miofibrilele); citoplasmă necontractilă - cuprinde numeroşi nuclei, organite celulare comune şi structuri specifice

fibrei musculare - sistemul sarcotubular şi mioglobina.

a. MIOFIBRILELE sunt organite speciale contractile cu o grosime de 0,2-2 m, dispuse pe întreaga lungime a fibrei musculare, ocupând aproximativ 80% din volumul acesteia. Sunt alcătuite dintr-o succesiune de benzi sau discuri, care sunt de două tipuri:

discuri clare, izotrope (discurile I) - conţin actină; discuri întunecate, anizotrope (discurile A) - conţin miozină şi parţial actină.

Discul clar este, la rândul său, împărţit în două hemidiscuri de către banda Z, iar discul întunecat are în partea centrală banda H, bisectată de linia M. Între două membrane Z succesive este delimitat sarcomerul - unitatea morfofuncţională a miofibrilei, cu o lungime de 2,5 m şi format dintr-un disc întunecat flancat de două hemidiscuri clare.

1

Fig. 1. Organizarea morfofuncţională a fibrei musculare scheletice.

Fig. 2. Structura sarcomerului.

Miofibrilele sunt alcătuite din miofilamente contractile: de miozină - groase (diametrul de 10 nm şi lungimea de 1,5 m); de actină - subţiri (diametrul de 5 nm şi lungime de 2 m).

Fiecare miofilament de miozină este înconjurat de 6 miofilamente de actină şi fiecare miofilament de actină este mărginit de 3 miofilamente de miozină. Miofilamentele sunt alcătuite din proteine:

contractile - miozina şi actina; reglatorii - tropomiozina şi troponina (intră în structura miofilamentelor subţiri).

Miozina reprezintă fracţiunea proteică majoră, fiind o proteină complexă, asimetrică, formată din 6 lanţuri polipeptidice: 2 lanţuri grele şi 4 lanţuri uşoare. Cele două lanţuri grele sunt identice, prezintă o conformaţie de -helix, fiind înfăşurate unul în jurul celuilalt şi alcătuiesc axul filamentului de miozină - light meromiozina (LMM). La unul din capete, cele două lanţuri grele pierd conformaţia de -helix în favoarea celei de pliere, rezultând „capul” miofilamentului de miozină, alcătuit din două părţi simetrice. Orientarea capetelor miozinice este transversală faţă de axul filamentului, stabilind un unghi de 90 în condiţii de repaus muscular.

Capul miozinic (subfragmentul S1 de 70 kDa) prezintă două zone:

2

situsul nucleotidic ATP-azic (ATP-aza miozinică Mg2+ dependentă), de fixare şi hidroliză a ATP-ului, activat de creşterea concentraţiei Ca2+ în citosol;

zona de interacţiune cu actina în care se fixează o moleculă de actină. Între capul miozinic şi axul filamentului de miozină se interpune „gâtul” sau „braţul”

punţii transversale (subfragmentul S2 de 20 kDa). Acesta, împreună cu capul miozinic şi lanţurile uşoare formează heavy meromiozina (HMM).

Fig. 3. Structura miozinei.

Actina- Actina există sub două forme - actina globulară (actina-G) monomerică şi actina fibrilară (actina-

F) polimerică. - Un filament actinic conţine 340-380 monomeri de actină-G. - Cele mai importante proprietăţi ale actinei sunt: - capacitatea de polimerizare; - interacţiunea cu miozina (prezintă situsuri de legare).

Tropomiozina este dispusă sub formă de bastonaşe de-a lungul axului de actină-F, revenind aproximativ 50 de molecule tropomiozinice pentru un filament de actină (o moleculă de tropomiozină pentru 7 monomeri de actină-G). Tropomiozina blochează situsurile de legare ale actinei deoarece se interpune între filamentul de actină şi cel de miozină, împiedicând interacţiunea acestora în condiţii de repaus.

Troponina este ataşată de unul din capetele moleculei de tropomiozină şi este alcătuită dintr-un complex de molecule reglatorii:

troponina C - fixează ionii de Ca2+ din citosol, fenomen urmat de modificarea conformaţiei spaţiale a troponinei şi deplasarea tropomiozinei, astfel încât actina se cuplează cu miozina;

troponina T - leagă complexul troponinic de tropomiozină; troponina I - leagă complexul troponinic de actină, menţine tropomiozina în poziţie de blocare a

interacţiunii miozină-actină şi inhibă activitatea ATP-azică a capului miozinic.

3

Fig. 4. Structura filamentului usor.

b. SISTEMUL SARCOTUBULAR este format din tubulii T (transversali) şi o reţea de tubuli L (longitudinali) dispusă în jurul miofibrilelor. Tubulii T sunt o continuare intracelulară a sarcolemei, iar spaţiul intratubular este o extensie a spaţiului extracelular. Tubulii L sunt reprezentaţi de reticulul sarcoplasmatic care prezintă dilataţii laterale bogate în Ca2+, numite cisterne terminale. Tubulii T sunt dispuşi adiacent joncţiunii dintre discul clar şi discul întunecat. La acest nivel, un tubul T vine în contact cu două cisterne terminale ale reticulului sarcoplasmatic, juxtapoziţia sistemului T şi L reprezentând triada sarcoplasmatică. Fiecărui sarcomer îi revin două triade sarcoplasmatice.

Sistemul sarcotubular are rol în cuplarea excitaţie-contracţie.

Fig. 5. Sistemul sarcotubular. – 2 triade pt. 1 sarcomer

c. MIOGLOBINA este o heteroproteină care conţine Fe2+, are o structură asemănătoare unei unităţi de hemoglobină şi constituie un rezervor temporar de oxigen. În funcţie de cantitatea de mioglobină se descriu:

- fibre musculare roşii de tip I (oxidativ) - bogate în mioglobină şi cu metabolism predominent aerob; - fibre musculare albe de tip II (glicolitic) - sărace în mioglobină şi cu metabolism predominent

anaerob.

4

1.2. Fiziologia plăcii motorii

Joncţiunea neuro-musculară sau placa motorie este alcătuită din: componenta presinaptică - terminaţia butonată a motoneuronului; fanta sinaptică; componenta postsinaptică - sarcolema fibrei musculare.

Secvenţa transmiterii informaţiei prin placa motorie este similară sinapsei interneuronale şi cuprinde următoarele etapele:

1. eliberarea acetilcolinei în fanta sinaptică printr-un proces de exocitoză, mediat de Ca 2+ şi declanşat de propagarea potenţialului de acţiune în butonul terminal;

2. difuziunea acetilcolinei prin fanta sinaptică spre sarcolemă; 3. acţiunea acetilcolinei asupra receptorului nicotinic postsinaptic alcătuit din 5 subunităţi care

delimitează central un canal de Na+. Influxul de Na+ determină un potenţial postsinaptic de tip excitator (PPSE) numit potenţial de placă. Prin însumarea potenţialelor de placă se atinge potenţialul prag sau detonant care deschide canale rapide de Na+ voltaj-dependente şi generează la nivelul sarcolemei un potenţial de acţiune. Acesta se propagă de-a lungul sarcolemei prin curenţi locali, din aproape în aproape - potenţialul de acţiune postsinaptic propagat, similar cu cel din fibrele nervoase;

4. înlăturarea acetilcolinei prin hidroliză, sub acţiunea acetilcolinesterazei care desface complexul postsinaptic receptor-acetilcolină şi inactivează acetilcolina.

Fig. 6. Placa motorie.

Transmiterea sinaptică prin placa motorie are un timp de întârziere de 0,5-1 msec. Această transmitere poate fi blocată selectiv, fără ca excitabilitatea directă a muşchiului sau conducerea excitaţiei nervoase la nivelul sarcolemei să fie afectate. Transmiterea excitaţiei prin placa motorie poate fi blocată prin:

5

blocante ale receptorului acetilcolinic - substanţele de tip curara reduc amplitudinea şi durata potenţialului postsinaptic, direct proporţional cu doza administrată. În momentul în care amplitudinea potenţialului a scăzut la 1/3 din valoarea iniţială, blocajul este considerat complet, iar curarizarea este totală.

blocante ce produc o inexcitabilitate neuro-musculară prin menţinerea depolarizată a plăcii motorii (ex. decametoniu, succinil-colina).

Substanţele blocante ale plăcii motorii se utilizează ca medicaţie adjuvantă în anestezie, pentru obţinerea relaxării musculare în timpul intervenţiilor chirurgicale şi pentru combaterea spasmelor şi a convulsiilor.

Anticurarizantele (ezerina, prostigmina) inhibă acetilcolinesteraza şi determină acumularea acetilcolinei la nivelul plăcii motorii până la atingerea pragului de declanşare a unui potenţial de acţiune propagat.

1.3. Cuplarea excitaţie-contracţie în fibra musculară scheletică

Cuplarea excitaţie-contracţie sau cuplarea electro-mecanică reprezintă succesiunea de fenomene care realizează legătura funcţională între sarcolemă şi structurile contractile, determinând declanşarea, întreţinerea şi întreruperea contracţiei.

Declanşarea contracţiei musculare se desfăşoară în următoarea succesiune: 1. potenţialul de acţiune se propagă de-a lungul sarcolemei cu o viteză de 5 m/sec, pătrunde în

interiorul fibrei musculare prin tubulii T şi determină prin intermediul unor senzori de voltaj deschiderea canalelor de Ca2+ din membrana cisternelor terminale ale reticulului sarcoplasmatic;

2. Ca2+ din cisternele terminale va trece în sarcoplasmă ca urmare a deschiderii canalelor de Ca2+ ,determinând o creştere a concentraţiei Ca2+ citosolic de la 10-7 M la 10-5 M;

3. Ca2+ eliberat se fixează pe troponina C, iar complexul troponină-tropomiozină îşi schimbă poziţia. Tropomiozina este deplasată lateral, permiţând formarea punţilor transversale actomiozinice şi iniţierea contracţiei. În acelaşi timp, este activată ATP-aza miozinică care determină hidroliza ATP-ului şi eliberarea energiei necesare contracţiei.

Fig. 7. Cuplarea excitaţie-contracţie în fibra musculară scheletică6

Relaxarea musculară. Sub acţiunea Ca2+-ATP-azei, Ca2+ este pompat activ în reticulul sarcoplasmatic unde este stocat pe o proteină numită calsechestrină. Astfel, scăderea Ca2+ citosolic de la 10-5 M la 10-7 M stopează contracţia şi induce relaxarea prin revenirea complexului troponină-tropomiozină în poziţia iniţială şi blocarea interacţiunii dintre miozină şi actină.

1.4. Mecanismul contracţiei musculare în fibra musculară scheletică

Mecanismul contracţiei musculare are la bază alunecarea (glisarea) miofilamentelor de actină printre cele de miozină. Pătrunzând mai adânc spre centrul sarcomerului, alunecarea filamentelor de actină determină apropierea membranelor Z şi scurtarea sarcomerului - hemidiscurile clare se micşorează, iar discul întunecat rămâne nemodificat.

Punţile actomiozinice se formează şi se desfac ciclic în cadrul unui proces numit “ciclul punţilor” care se repetă atâta timp cât concentraţia Ca2+ citosolic este 10-5 M şi încetează când concentraţia acestuia scade la 10-7 M. Nu toate ciclurile punţilor se desfăşoară simultan deoarece o parte dintre ele trebuie să menţină „ancorate” filamentele de actină deja glisate spre interiorul sarcomerului.

În timpul desfăşurării unui ciclu, capul miozinic îşi schimbă afinitatea faţă de filamentul de actină, realizând substratul molecular al contracţiei musculare.

Acesta cuprinde următoarele aspecte: afinitatea capului miozinic este scăzută şi legăturile actomiozinice sunt slabe dacă la nivelul situsului

nucleotidic se află fixat ATP şi odată cu activarea ATP-azei miozinice apar produşii de hidroliză - ADP şi Pi . În acest moment între capul miozinic şi axul filamentului de miozină există un unghi de 90.

afinitatea capului miozinic creşte şi legăturile actomiozinice devin puternice când produşii finali de hidroliză ai ATP-ului, îndeosebi Pi, sunt eliminaţi complet de la nivelul situsului nucleotidic. Energia rezultată în urma hidrolizei ATP-ului este utilizată pentru micşorarea unghiul dintre capul miozinic şi axul filamentului, de la 90 la 45. Aceasta determină “flexia” capului pe braţul miozinic şi glisarea filamentului de actină spre centrul sarcomerului, pe o distanţă egală cu mărimea unei molecule de actină-G (5-10 nm).

Pentru desfacerea legăturii transversale şi reluarea unui nou ciclu contractil este necesară fixarea unei noi molecule de ATP pe situsul nucleotidic. Astfel, se restabilesc legăturile slabe şi capul revine la poziţia iniţială (90). La reluarea ciclului punţii, capul miozinei se leagă de următoarea actină-G. În lipsa ATP-ului punţile actomiozinice rămân ataşate şi ciclurile sunt blocate. Aceasta este explicaţia rigidităţii cadaverice (‘rigor mortis’) manifestată la câteva ore de la deces.

7

1.5. Unitatea motorie

Unitatea motorie este formată din motoneuron, prelungirea axonică a acestuia (nervul motor periferic) şi totalitatea fibrelor musculare striate care stabilesc sinapse cu nervul motor. Muşchiul scheletic împreună cu nervul său constituie un ansamblu de unităţi motorii cu anumite caracteristici morfologice şi funcţionale.

Raportul dintre numărul de fibre musculare scheletice deservite de un singur axon depinde de poziţia anatomică şi funcţională a muşchilor, determinând mărimea unităţii motorii. Astfel, se descriu:

unităţi motorii mici (de tip I) - în muşchii implicaţi în controlul unor mişcări fine; de exemplu, în muşchii extrinseci ai globilor oculari raportul este 3/1 - 6/1;

unităţi motorii mari (de tip II) - în muşchii sunt implicaţi în executarea unor mişcări grosiere ce necesită o forţă de contracţia mare; de exemplu, în muşchii centurii pelvine şi ai coapsei raportul este 100/1.

Caracteristici TIP I TIP IIProprietăţile fibrei nervoase

diametrul celularmic 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

Tabelul 1. Principalele caracteristici ale unităţilor motorii

Fig. 8. Unitatea motorie.Unitatea motorie funcţionează ca o unitate contractilă deoarece toate celulele musculare din

unitatea motorie se contractă simultan în momentul în care motoneuronul transmite impulsuri. O parte din unităţile motorii se activează alternativ şi în condiţii de repaus muscular pentru a asigura tonusul muscular.

8

1.6. Tipuri de contracţii ale fibrei musculare scheletice

a. Secusa. Contracţia musculară obţinută sub acţiunea unui singur stimul se numeşte secusă, iar înregistrarea grafică a acesteia se numeşte miogramă. În organism, contracţii unice de tipul secusei sunt rare, însoţind frisonul şi unele reflexe proprioceptive (miotatic).

Secusa durează câteva fracţiuni de secundă şi prezintă 3 perioade: - de latenţă (0,01sec); - de contracţie propriu-zisă (0,04sec); - de relaxare (0,05 sec).

În funcţie de durata secusei, se descriu:- muşchi rapizi - conţin predominent fibre rapide (albe) şi cu metabolism predominent glicolitic- muşchi lenţi - conţin predominent fibre lente (roşii) şi au un metabolism predominent oxidativ.

Între aceste 2 extreme, se situează muşchii ce conţin un amestec de fibre musculare rapide şi lente, în proporţii variabile.

O fibră musculară poate realiza două tipuri de contracţii: contracţie izometrică - muşchiul se contractă dezvoltând forţă maximă, dar nu se scurtează (nu-şi

modifică dimensiunile), întreaga cantitate de energie fiind transformată în căldură. În organism, contracţiile izometrice participă la menţinerea unei anumite poziţii (muşchii posturali) cu învingerea forţei gravitaţionale, ceea ce echivalează cu un travaliu static;

contracţie izotonă - muşchiul se scurtează cu o forţă constantă şi efectuează un lucru mecanic. În organism, contracţiile izotone deplasează segmente şi asigură diferite forme de mişcare, realizând un travaliu dinamic.

Contracţia musculară este rezultatul unei sumaţii de secuse individuale, având ca rezultat o contracţie de tip tetaniform. Sumaţia secuselor poate fi de două tipuri:

sumaţie spaţială – creşterea în intensitate a excitantului determină creşterea forţei de contracţie prin „recrutarea” de noi unităţi motorii. Forţa de contracţie creşte direct proporţional cu numărul şi mărimea unităţilor motorii “recrutate “. Primele recrutate sunt unităţile motorii mici, cu rezistenţă mare la oboseală, care rămân active atâta timp cât oricare parte a muşchiului se contractă. Când excitaţia creşte în intensitate sunt recrutate şi unităţile motorii mari.

sumaţie temporală – creşterea frecvenţei de stimulare (scurtarea intervalului de stimulare) determină creşterea forţei de contracţie prin creşterea Ca2+ citosolic. Scurtarea perioadei de relaxare determină scăderea restocării Ca2+ în reticulul sarcoplasmatic. Expresia majoră a fenomenului de sumaţie temporală este tetanosul.

b. Tetanosul. Impulsurile nervoase rapide, repetate, succesive şi de durată, care cad în perioada excitabilă a muşchiului, determină contracţia tetanică. Tetanosul este o contracţie musculară prelungită care, în funcţie de frecvenţa de stimulare, poate fi:

incomplet – cu platou striat dacă frecvenţa de stimulare permite relaxarea parţială a muşchiului; complet – cu platou neted dacă frecvenţa de stimulare nu permite relaxarea musculară;

Fig. 9. Tetanosul incomplet. Tetanosul complet.Oboseala musculară reprezintă scăderea temporară a forţei de contracţie şi creşterea

duratei necesare relaxării, ca urmare a unei activităţi contractile prelungite. Mecanismul oboselii musculare este reprezentat de epuizarea rezervelor musculare de ATP, creatin-fosfat şi glucoză, cu acumulare de acid lactic.

9

4.2. Parametri excitabilităţii neuro-musculare

Pentru a deveni excitabilă, variaţia energetică specifică trebuie să îndeplinească trei condiţii: de intensitate (valoare prag), timp (durată minimă de acţiune) şi de bruscheţe (viteza de variaţie să depăşească acomodarea).

Astfel, excitabilitatea neuro-musculară este explorată cu ajutorul următorilor parametri: Reobaza - intensitatea minimă necesară unui stimul care aplicat un timp îndelungat (200 ms),

determină starea de excitaţie. Valoarea normală este 1-8 mA. Timpul util - durata minimă necesară unui stimul cu intensitate reobazei pentru a declanşa starea de

excitaţie. Valoarea normală este 2 - 20 ms. Cronaxia - durata minimă necesară unui excitant cu intensitatea dublă reobazei, pentru a induce

starea de excitaţie. Cronaxia are o valoare cuprinsă între 0,1 ms şi 0,6 ms, fiind de 10-30 de ori mai mică decât timpul util. Este cel mai important parametru care indică starea de excitabilitate;

Bruscheţea - viteza de instalare a excitaţiei, determină relaţia dintre starea de excitaţie şi cea de acomodare. Excitabilitatea neuro-musculară variază invers proporţional cu parametri excitabilităţii.În condiţii patologice se descriu două situaţii:

- hiperexcitabilitate (scăderea valorilor cronaxiei) apare în hipocalcemie, hipertiroidie, hipoglicemie şi alcaloză;

- hipoexcitabilitate (creşterea valorilor cronaxiei) apare în hipotiroidism şi acidoză.Muşchiul denervat prezintă iniţial hiperexcitabilitate, dar la câteva zile interval (până la câteva săptămâni) din momentul leziunii, se instalează o hipoexcitabilitate progresivă până la inexcitabilitate.

2. FIZIOLOGIA FIBREI MUSCULARE NETEDE

2.1. Particularităţi structurale ale fibrei musculare netedeFibrele musculare netede au mărimi şi densităţi diferite, iar forma poate fi fusiformă - în viscerele cavitare sau ramificată - în media arterelor mari. Au o lungime cuprinsă între 10 şi 100 m, un diametru de 2-4 m şi un singur nucleu, plasat central. Sarcolema nu prezintă tubi T, dar la nivelul ei se pot deosebi 3 zone de specializare morfofuncţională care nu sunt prezente la fibrele musculare scheletice, şi anume:

caveolele - microinvaginaţii ale sarcolemei care comunică liber cu spaţiul extracelular; ariile dense sau corpii denşi care se găsesc fixaţi pe faţa internă a plasmalemei sau sunt

dispuşi liberi în citoplasmă, reprezentând locul de ataşare al miofilamentele subţiri de actină; joncţiunile intercelulare cu rol în cuplarea electrică şi metabolică.

Proteine contractile - miozina şi actina au o organizare ultrastructurală diferită faţă de cea a muşchiului scheletic. Astfel, miofilamentele de actină se află ataşate de corpii denşi, iar printre acestea se află dispersate miofilamentele de miozină. Nu există benzi Z şi, deci, nici organizarea sub formă de sarcomere. Raportul cantitativ miozină - actină este 1/8 -1/15, faţă de 1/2 la fibra striată.

Miofilamentul de miozină are organizare structurală comună tuturor fibrelor musculare, dar prezintă o activitatea ATP-azică mai redusă, iar interacţiunea cu actina este condiţionată de acţiunea kinazei lanţului uşor al miozinei (MLCK (miozin-light-chain-kinaza).

Miofilamentele de actină au ataşate mai multe tipuri de proteine reglatorii: tropomiozina - identică ca structură şi funcţie cu cea din musculatura striată; caldesmona - combină proprietăţile troponinei I şi T din muşchiul striat, stabilind un raport de 1 moleculă de caldesmonă la 4 molecule tropomiozină şi 28 de molecule de actină; calmodulina - preia rolul troponinei C fiind capabilă fiind să fixeze 4Ca 2+ într-un complex Ca2+- calmodulină care face parte din sistemul mesagerilor secundari ce cresc activitatea proteinelor contractile.

10

Fig. 10. Particularităţi morfofuncţionale ale fibrei musculare netede.

2.2. Cuplarea excitaţie-contracţie în fibra musculară netedă

- Cuplarea excitaţiei cu contracţia este realizată tot prin intermediul ionului de Ca2+, dar provenienţa acestuia este total diferită în comparaţie cu muşchiul scheletic. Deoarece fibra musculară netedă nu are tubuli T şi nici un reticul sarcoplasmatic bine dezvoltat, Ca2+

necesar cuplării excitaţiei cu contracţia provine din mediul extracelular. - Intrarea Ca2+ în celulă se face prin canale ionice lente voltaj-dependente, deschise în

momentul depolarizării fibrei. În plus, cisternele reticulului sarcoplasmatic vin în contact direct cu sarcolema astfel, că potenţialul de acţiune membranar determină direct ieşirea Ca2+

din cisterne. - Durata necesară creşterii concentraţiei Ca2+ până la valoarea de cuplare a excitaţiei cu

contracţia este însă mult mai mare, perioada de latenţă determinată de acest proces fiind de 50 de ori mai mare decât în cazul muşchiului striat.

Datorită absenţei complexului de troponine, Ca2+ iniţiază contracţia printr-un mecanisme diferit de cel descris în cazul muşchiului scheletal:

Creşterea Ca2+ şi fixarea sa pe calmodulină (complex Ca2+-calmodulină) activează kinaza lanţului uşor miozinic (MLCK)

MLCK fosforilează lanţul uşor al miozinei, creşte afinitatea miozinei faţă de actină şi activează ATP-aza miozinică.

Ieşirea Ca2+ din sarcoplasmă, în vederea relaxării, se realizează prin Ca 2+-APT-aza sarcolemală care are o eficacitate mult redusă în comparaţie cu cea din membrana reticulului sarcoplasmatic. MLCK este rapid inactivată de disocierea complexului Ca2+-calmodulină, iar miozina este defosforilată de către MLCP (myosin light chain phosphatase). Din acest motiv, concentraţia Ca2+ citosolic scade la fel de lent cum a crescut, ceea ce determină ca durata contracţiei să fie de ordinul secundelor (în muşchiul striat este de ordinul zecilor de milisecunde).

11

Fig. Cuplarea excitaţie-contracţie în fibra musculară netedă.

2.3. Mecanismul contracţiei în fibra musculară netedă

- Mecanismul de scurtare constă, ca şi la muşchiul striat, în interacţiunea filamentelor de actină şi miozină prin intermediul punţilor transversale.

- Ciclurile de formare a punţilor transversale sunt identice cu cele din muşchiul striat, doar că fenomenele se desfăşoară cu viteză mult mai redusă. Fibra musculară netedă are o forţa de contracţie mai mică, datorită unui număr mai mic de punţi transversale. De asemenea, viteza de contracţie este mai mică, datorită unei activităţi ATP-azice mai scăzute.

- În schimb, capacitatea de scurtare este mult mai mare (sub 50% din lungimea iniţială) datorită absenţei benzilor Z.

2.4. Mecanisme de reglare a contracţiei fibrei musculare netede

Contracţia fibrelor musculare netede poate fi declanşată sau inhibată prin două mecanisme: mecanisme membranare depolarizante sau hiperpolarizante - includ potenţiale de membrană specifice tipului de fibră musculară netedă: mecanisme umoral-hormonale - implică acţiunea directă a unor:

- factori metabolici locali (CO2, O2, acid lactic, K+) - hormoni circulanţi sau locali (noradrenalină, adrenalină, histamină, ocitocină, etc) asupra

receptorilor membranari specifici.

Contracţia fibrei musculare netede - este indusă de creşterea Ca2+ citosolic prin activarea canalelor de Ca2+ voltaj-dependente, a

canalelor operate de ligand sau activate intermediul proteinei Gq. - Creşterea Ca2+ citosolic determină activarea fosfolipazei C cu generarea de IP3 şi DAG.- IP3 induce eliberarea de Ca2+ din reticulul sarcoplasmatic şi formarea complexului Ca2+-

calmodulină care iniţiază contracţia, iar aceasta va fi susţinută prin activarea proteinkinazei C membranare de către DAG.

Relaxarea fibrei musculare netede se realizează prin creşterea fie a AMPc (căi respiratorii), fie a GMPc (vase), care scad nivelul Ca2+ prin stimularea recaptării acestuia în reticulul sarcoplasmatic.

12

2.5. Clasificarea funcţională a fibrelor musculare netede

Deşi muşchii netezi au particularităţi morfofuncţionale ce diferă de la un organ la altul, ei pot fi clasificaţi în două categorii principale: muşchi netezi unitari şi muşchi netezi multiunitari. Totuşi, trebuie menţionat că musculatura netedă nu se pretează la o clasificare rigidă deoarece există muşchi netezi, cum sunt cei ai veziculelor seminale, cu caracteristici intermediare, între muşchii unitari şi multiunitari. De asemenea, musculatura unor vase sangvine este sub control strict nervos, în timp ce alte vase prezintă o musculatură cu caracteristici intermediare, care funcţionează dependent de inervaţia extrinsecă, dar şi pe fondul unui automatism funcţional discret.

2.5.1. Muşchii netezi de tip unitar

Muşchii netezi unitari, numiţi şi viscerali, intră în structura tubului digestiv, a ureterelor, uterului, a viscerelor în general, unde funcţionează ca sinciţii (masă citoplasmatică cu mai mulţi nuclei, rezultată prin fuziunea mai multor celule, dar între care mai rămân punţi intercelulare).

Fibrele musculare de tip unitar: sunt unite în fascicule sau tunici prin joncţiuni intercelulare de tip gap junction, prin care se pot

produce fluxuri ionice intercelulare care asigură propagarea potenţialelor de acţiune. stimulii se propagă de la o celulă la alta, cuprinzând porţiuni largi sau chiar muşchiul în întregime,

care se contractă ca un tot unitar determinând apariţia undelor contractile peristaltice. nu au inervaţie motorie proprie. Fibrele nervoase vegetative prezintă pe traseu numeroase varicozităţi

cu mediator chimic, care formează reţele la suprafaţa muşchiului fără a intra în contact direct cu acesta. La nivelul acestor joncţiuni difuze, mediatorul chimic eliberat la distanţe relativ mari (nanometri sau chiar micrometri) difuzează spre fibrele musculare.

În condiţii de repaus, potenţialul de membrană al fibrei musculare netede este de -50 mV, -60 mV (cu 30 mV mai redus decât cel al fibrelor striate scheletice). Muşchiul neted visceral este mai puţin excitabil decât cel striat. Potenţialele de acţiune au amplitudinea mai mică (60 mV), iar viteza transmiterii impulsului variază de la câţiva mm până la 5-10 cm/sec.

Potenţialele de acţiune pot fi de două tipuri: potenţiale de acţiune tipice - vârf (spike), asemănătoare celor din fibra musculară scheletică, dar cu o durată mai mare, de 10-50 msec; potenţiale de acţiune cu platou, asemănătoare potenţialului fibrei musculare cardiace de lucru, dar mai puţin ample şi cu o durată de la câteva sute până la câteva mii de milisecunde.

Durata mare a potenţialelor de acţiune din fibrele musculare netede se explică prin faptul că depolarizarea se realizează în mare măsură cu participarea influxului lent de Ca2+, densitatea canalelor de Ca2+ voltaj-dependente de la nivelul sarcolemei fiind mult mai mare comparativ cu muşchiul striat. Canalele de Ca2+ având o constantă de deschidere mult mai mare decât cele de Na+

determină prelungirea potenţialului de acţiune. În unele tipuri de muşchi netezi viscerali apare o activitate electrică spontană, reprezentată

de unde lente de depolarizare, capabile să genereze potenţiale de acţiune propagate, atunci când ating pragul detonant de 35 mV. Aceste unde, prezente mai ales la nivelul fibrelor musculare unitare din tubul digestiv, exprimă automatismul funcţional al unor fibre sau grupuri de fibre cu rol de pacemaker. Undele lente de depolarizare reprezintă de fapt o oscilaţiei continuă, de fond, a potenţialului de repaus în jurul valorii de -50 mV. Oscilaţiile se succed spontan cu o frecvenţă de 3-12 /min, au amplitudine de câţiva mV şi asigură tonusul muscular bazal. Cauza acestor oscilaţii o reprezintă creşterea şi scăderea ritmică a activităţii pompei Na+/K+ şi a conductanţei ionice membranare.

Pe fondul undelor lente apar modificări ale potenţialului transmembranar, induse de inervaţia extrinsecă sau de hormoni, după cum urmează: - sub acţiunea acetilcolinei sau prin excitaţie parasimpatică membrana se depolarizează de la -

50 mV la -40 mV şi determină creşterea tonusului muscular;

13

- dacă depolarizarea este şi mai pronunţată, undele lente ating pragul detonant (35 mV), iar la vârful undei lente apar potenţiale de acţiune propagate de tip spike, cu amplitudinea de 20-25 mV şi cu durata medie de 50 msec. Frecvenţa spike-urilor creşte pe măsură ce potenţialul de membrană se depărtează de valoarea de repaus. După aproximativ 200 msec de la debutul spike-urilor se produce contracţia lentă a fibrei musculare, care atinge amplitudinea maximă la 500 msec de la debutul spike-urilor şi durează încă 150 msec după încetarea spike-urilor;

- la stimulări foarte puternice, când potenţialul de membrană atinge -15 mV, -20 mV, are loc o depolarizare totală, spike-urile dispar, iar tonusul muscular atinge o valoare maximă;

- sub acţiunea noradrenalinei sau prin excitaţie simpatică membrana se hiperpolarizează de la - 50 mV la -70 mV, determinând scăderea tonusului muscular şi relaxarea muşchiului.

O particularitate a excitabilităţii în cazul muşchilor netezi viscerali este stimularea prin întindere. Numeroşi muşchi viscerali răspund la întindere prin generarea unor potenţiale de acţiune spontane care se propagă determinând contracţia. Această particularitate asigură rezistenţa pereţilor şi evacuarea organelor cavitare la distensia prin conţinut excesiv.

O altă particularitate a muşchiului neted visceral este plasticitatea sau capacitatea de a-şi menţine constantă tensiunea la diverse lungimi. Plasticitatea explică capacitatea viscerelor cavitare de a-şi modifica volumul fără creşteri semnificative ale presiunii intracavitare (umplerea stomacului, acumularea bilei în colecist sau a urinii în vezica urinară, etc)

Fig. Potenţialul de acţiune în muşchii netezi unitari.

2.5.2. Muşchii netezi de tip multiunitar

Musculatura netedă de tip multinunitar se întâlneşte în structura irisului, a muşchilor ciliari, muşchilor horipilatori şi în unele vase sangvine.

Fibrele musculare netede de tip multiunitar: nu prezintă automatism funcţional şi nu conduc stimuli de la o fibră la alta. Aceste fibre se

contractă numai în prezenţa excitaţiei nervoase extrinseci, fiecare dintre ele având o terminaţie nervoasă motorie proprie.

Eliberarea mediatorului se face la nivelul varicozităţilor care se succed de-a lungul traiectului nervos şi formează joncţiuni de contact strânse cu fibra musculară, fără spaţiu sinaptic.

În cazul muşchilor netezi multiunitari nu se produc decât rareori potenţiale de acţiune. Impulsul nervos determină descărcarea de mediatori care depolarizează membrana muşchiului neted până la pragul detonant (35 mV), declanşând contracţia fără apariţia unor potenţiale de acţiune propriu-zise. Potenţialele de acţiune individuale nu se pot produce deoarece fibrele musculare sunt prea mici.

Organele care au acest tip de musculatură au posibilitatea de a se contracta fin şi gradat, proporţional cu intensitatea excitaţiei. Deşi muşchiul neted multiunitar nu este sub control voluntar, activitatea sa contractilă are asemănări cu muşchiul striat scheletic.

14

Subiecte1. Organizarea fibrei musculare striate2. Proteine contractile şi reglatoare din muşchiul striat3. Fiziologia plăcii motorii4. Cuplarea excitaţie-contracţie în musculatura striată5. Mecanismul contracţiei musculaturii striate6. Particularităţi morfo-funcţionale ale fibrei musculare netede7. Muşchii netezi de tip unitar şi multiunitar

15