Curs Contractie Musculara

UMF Carol DavilaCatedra de Biofizica

Contractia musculara (AP)2009-2010

Contractia muscularaContractia musculara



SumarSumar

❒ Aspecte structuraleAspecte structurale❒ Mecanismul contractiei musculareMecanismul contractiei musculare❒ Manifestari mecanice ale contractiei Manifestari mecanice ale contractiei

muscularemusculare



Aspecte structuraleAspecte structurale



Wikimedia commons

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Skeletal_muscle.jpg



MuschiulMuschiul

❒ Tesut contractil miscare, forta→Tesut contractil miscare, forta→

❒ Tipuri:Tipuri: Scheletal (striat) Scheletal (striat) locomotie, postura→ locomotie, postura→ Cardiac Cardiac contractia cordului→ contractia cordului→ Neted Neted organe interne (tract digestiv, artere etc)→ organe interne (tract digestiv, artere etc)→

Muschi scheletic Muschi neted Muschi cardiac



Fibra muscularaFibra musculara

❒ O singura celulaO singura celula❒ Mai multi nucleiMai multi nuclei❒ Reticul sarcoplasmic (RS) bine dezvoltat, cu functie Reticul sarcoplasmic (RS) bine dezvoltat, cu functie

de depozit de Cade depozit de Ca2+2+

❒ Continuitate intre membrana plasmatica si Continuitate intre membrana plasmatica si membrana RS (prin membrana RS (prin tubulii transversitubulii transversi))

❒ Contine miofibrileContine miofibrile❒ Aspect striat in lumina polarizataAspect striat in lumina polarizata



MiofibrileleMiofibrilele

❒ Alcatuite din Alcatuite din filamente de:filamente de: ActinaActina (filamente subtiri, (filamente subtiri,

50 50 ÅÅ))

MiozinaMiozina (filamente groase, (filamente groase, 100 100 ÅÅ))

(Titina)(Titina)

❒ Unitati repetitive = Unitati repetitive = sarcomeresarcomere



SarcomerulSarcomerul

❒ Banda I:Banda I: Filamente de actina Filamente de actina

(ancorate la discul Z)(ancorate la discul Z)

Titina Titina – leaga fibrele de – leaga fibrele de miozina de discul Zmiozina de discul Z

❒ Banda ABanda A Filamente de actina Filamente de actina

+ miozina+ miozina

❒ Zona HZona H Filamente de miozinaFilamente de miozina

Modified after Wikimedia Commons

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Sarcomere.svg




❒ Filamentele Filamentele subtirisubtiri:: Actina Actina (actina G 42 kDa 2 →(actina G 42 kDa 2 → αα--helixuri de 150-200 helixuri de 150-200

molecule => F actin = molecule => F actin = actina fibrilaraactina fibrilara)) TropomiozinaTropomiozina 70 kDa (2 filamente)– acopera 70 kDa (2 filamente)– acopera situsurile situsurile

de legare ale miozineide legare ale miozinei TroponineTroponine 50 kDa (T, C, I) 50 kDa (T, C, I)




❒ Filamentele Filamentele groasegroase Miozina (500 kDa);Miozina (500 kDa); 300 – 400 molecule/filament 300 – 400 molecule/filament

➔ Regiunea Regiunea fibrilarafibrilara – meromiozina usoara (LMM) – meromiozina usoara (LMM)➔ Regiunea Regiunea globularaglobulara – meromiozina grea (HMM) – meromiozina grea (HMM)

Domeniul S1Domeniul S1 – activitatea ATP-azica (in prezenta Mg – activitatea ATP-azica (in prezenta Mg2+2+)) Domeniul S2Domeniul S2 – legat de LMM – legat de LMM

Wikimedia Commons

http://pharyngula.org/

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Miosin_conformational_change.gif

http://pharyngula.org/index/weblog/comments/evolving_motors/P25/



Unitatea motorieUnitatea motorie

❒ 1 terminatie 1 terminatie nervoasa + 1/mai nervoasa + 1/mai multe fibre multe fibre muscularemusculare 1 fibra musculara1 fibra musculara → →

regiuni implicate in regiuni implicate in miscari fine (mana, miscari fine (mana, musculatura mimicii)musculatura mimicii)

Mai multe fibre Mai multe fibre → →zone implicate in zone implicate in miscari grosiere, miscari miscari grosiere, miscari de fortade forta

www.abcbodybuilding.com

http://www.abcbodybuilding.com/anatomy/musclefiberratio.jpg



Jonctiunea neuromuscularaJonctiunea neuromusculara

❒ Sinapsa dintre Sinapsa dintre terminatia terminatia nervoasa si nervoasa si muschimuschi

❒ Neurotransmisie Neurotransmisie nicotinicanicotinica (ACh) (ACh)

http://www.colorado.edu

http://www.colorado.edu/intphys/Class/IPHY3430-200/image/figure7m.jpg



Mecanismul contractiei Mecanismul contractiei muscularemusculare



EtapeEtape

❒ ExcitatiaExcitatia fibre musculare fibre musculare

❒ Cuplarea excitatiei cu contractiaCuplarea excitatiei cu contractia

❒ ContractiaContractia

❒ Relaxarea Relaxarea



Excitatia fibrei musculareExcitatia fibrei musculare

❒ Apare la nivelul jonctiunii neuro-musculareApare la nivelul jonctiunii neuro-musculare

1.1. Sosirea unui potential de actiuneSosirea unui potential de actiune

2.2. Eliberarea AChEliberarea ACh

3.3. Legarea ACh la receptorii fibrei musculareLegarea ACh la receptorii fibrei musculare

4.4. Deschiderea canalelor ionice ale receptorilor nicotiniciDeschiderea canalelor ionice ale receptorilor nicotinici

5.5. Influx pasiv de NaInflux pasiv de Na++

6.6.Depolarizarea fibrei musculareDepolarizarea fibrei musculare (potential de actiune - PA) (potential de actiune - PA)



Gary Matthews, Blackwell Publishing

http://www.blackwellpublishing.com/matthews/nmj.swf



Cuplarea excitatiei cu contractiaCuplarea excitatiei cu contractia

❒ Propagarea PA muscular tubuli transversi → →Propagarea PA muscular tubuli transversi → →RSRS

❒ Activarea canalelor de Ca2+ voltaj-dependenteActivarea canalelor de Ca2+ voltaj-dependente❒ Eliberarea CaEliberarea Ca2+2+ in citoplasma in citoplasma

[Ca[Ca2+2+]]repausrepaus

= 0.1 mM = 0.1 mM

[Ca[Ca2+2+]]contractiecontractie

= 10 mM = 10 mM



ContractiaContractia

❒ CaCa2+2+ se leaga de troponina se leaga de troponina modificare → modificare →conformationala transmisa tropomiozinei →conformationala transmisa tropomiozinei →descoperirea situsului de legare a miozineidescoperirea situsului de legare a miozinei de de actinaactina




❒ Capetele miozinei se leaga de actinaCapetele miozinei se leaga de actina → →activitatea ATP-azica a segmentelor S1 creste de activitatea ATP-azica a segmentelor S1 creste de 250 x250 x

Wikimedia Commons Wikimedia Commons

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Tropomyosin_bound_to_actin.png

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Tropomyosin_unbound_to_actin.png




❒ Teoria puntilor Teoria puntilor (Crossbridge Theory)(Crossbridge Theory)

http://www.mfi.ku.dk/ppaulev

http://www.mfi.ku.dk/ppaulev/chapter2/images/n2-6.jpg




❒ Succesiunea evenimentelor:Succesiunea evenimentelor:

Legarea Ca2+ la troponina →Legarea Ca2+ la troponina →descoperirea situsului de legarea a descoperirea situsului de legarea a miozinei la actinamiozinei la actina

Miozina (+ADP + Pi) se leaga la Miozina (+ADP + Pi) se leaga la actina; capetele miozinice se inclina actina; capetele miozinice se inclina la 90la 90°°

Se elibereaza ADP si Pi capatul →Se elibereaza ADP si Pi capatul →miozinic se inclina la 45miozinic se inclina la 45°°

ATP se leaga la miozina ADP + Pi; →ATP se leaga la miozina ADP + Pi; →capatul se indreapta iar la 90°capatul se indreapta iar la 90°

Miozina se dezleaga de actina si ciclul Miozina se dezleaga de actina si ciclul reincepereincepe

Wikimedia Commons

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Muscle_Contraction.svg



Gary Matthews, Blackwell Publishing

http://www.blackwellpublishing.com/matthews/myosin2.swf



Contractia Contractia

❒ Filamentele de actina Filamentele de actina alunecaaluneca inspre banda H si inspre banda H si lungimea fibrei musculare scade (lungimea fibrei musculare scade (fibra se fibra se contractacontracta))

http://3dotstudio.com

http://3dotstudio.com/zz.html




❒ ATP este necesar atat pentru contractia cat si ATP este necesar atat pentru contractia cat si pentru relaxarea muschiului!!!pentru relaxarea muschiului!!!

❒ In absenta ATPIn absenta ATP:: Capetele miozinice raman inclinate la 45Capetele miozinice raman inclinate la 45°°, legate , legate

de actinade actina Muschiul ramane intr-o stare de contractura Muschiul ramane intr-o stare de contractura

permanenta – permanenta – rigor mortisrigor mortis



RelaxareaRelaxarea

❒ Canalele de CaCanalele de Ca2+2+ din RS se inchid din RS se inchid

❒ CaCa2+2+ se desprinde de troponin tropomiozina → se desprinde de troponin tropomiozina →blocheaza la loc situsul de legare al miozinei blocheaza la loc situsul de legare al miozinei de actinade actina

❒ Concentratia citoplasmatica de CaConcentratia citoplasmatica de Ca2+2+ revine la revine la nivelul de repaus prin actiunea unei pompe de nivelul de repaus prin actiunea unei pompe de Ca Ca2+2+



Cai de sinteza a ATP Cai de sinteza a ATP Sursa de energie pentru contractia muscularaSursa de energie pentru contractia musculara

❒ Glicoliza anaerobaGlicoliza anaeroba❒ Fosforilarea oxidativaFosforilarea oxidativa❒ Reactia creatin-kinazeiReactia creatin-kinazei (Lohmann) (Lohmann)

ADP + CP = ATP + CADP + CP = ATP + C

❒ Reactia miokinazeiReactia miokinazei

ADP + ADP = ATP + AMPADP + ADP = ATP + AMP



Contractia muschiului cardiacContractia muschiului cardiac

❒ Particularitati structurale:Particularitati structurale: Fibre mononucleareFibre mononucleare

Mai putini tubi TMai putini tubi T

Discuri intercalare – jonctiuni Discuri intercalare – jonctiuni stranse intre celulele musculare stranse intre celulele musculare cardiacecardiace

Wikimedia Commons

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Glanzstreifen.jpg



Contractia muschiului cardiacContractia muschiului cardiac

❒ Particularitati functionale:Particularitati functionale: Contractia necesita atat NaContractia necesita atat Na++ cat si Ca cat si Ca2+2+

Forma de unda diferita a PA: depolarizare sustinuta, datorita influxului de Forma de unda diferita a PA: depolarizare sustinuta, datorita influxului de CaCa2+2+ prin canale de Ca prin canale de Ca2+2+ de tip L de tip L

Eliberare de CaEliberare de Ca2+2+ indusa de Ca indusa de Ca2+2+ (!!!) din RS (mediata prin receptorului (!!!) din RS (mediata prin receptorului rianodinic)rianodinic)

http://www.ccbm.jhu.edu

http://www.ccbm.jhu.edu/doc/courses/BME_580_682/Computational%20Models%20of%20the%20Cardiac%20Myocyte/Lectures/Lecture%201B%20Structure%20of%20the%20Myocyte/Lecture/Lecture%201B%20Structure%20of%20the%20Myocyte_files/image003.jpg



Contractia muschiului netedContractia muschiului neted

❒ Particularitati:Particularitati:

Celula mononucleateCelula mononucleate

Aspect non-striatAspect non-striat

RS si tuburi T RS si tuburi T nesistematizatenesistematizate

Absenta troponineiAbsenta troponinei

Contractia este initiata de Contractia este initiata de fosforilarea miozinei fosforilarea miozinei declansata de Cadeclansata de Ca2+2+

http://www.mfi.ku.dk

http://www.mfi.ku.dk/ppaulev/chapter2/images/n2-10.jpg



Manifestari mecanice ale Manifestari mecanice ale contractiei muscularecontractiei musculare



Sumar:Sumar:

❒ Tipuri de contractieTipuri de contractie❒ Relatia tensiune-lungime pentru un muschiRelatia tensiune-lungime pentru un muschi❒ Relatia tensiune – viteza de contractieRelatia tensiune – viteza de contractie❒ Puterea dezvoltata de muschiPuterea dezvoltata de muschi❒ Caldura de contractieCaldura de contractie



Tipuri de contractieTipuri de contractie

❒ Contractie izotonicaContractie izotonica: tonusul muscular : tonusul muscular ramane constant, lungimea variazaramane constant, lungimea variaza Ex: ridicarea unei greutati constanteEx: ridicarea unei greutati constante Contractie neizotonicaContractie neizotonica: intinderea unui arc: intinderea unui arc

❒ Contractie izometricaContractie izometrica: lungimea unui muschi : lungimea unui muschi ramane constantaramane constanta

http://medical-dictionary.thefreedictionary.com

izotonica izometrica

http://medical-dictionary.thefreedictionary.com/_/viewer.aspx?path=dorland&name=contraction_isometric.jpg




❒ Contractie tetanicaContractie tetanica Cand muschiul este stimulat Cand muschiul este stimulat

cu o frecventa foarte mare, cu o frecventa foarte mare, relaxarea nu mai are timp sa relaxarea nu mai are timp sa apara stare de contractie →apara stare de contractie →permanentapermanenta

http://www.profelis.org

http://www.profelis.org/neu/ap1/testfragen/images/f1q8g1.jpg




❒ ±± Aspecte patologice Aspecte patologice:: Forta care actioneaza Forta care actioneaza

asupra muschiului este asupra muschiului este mai mare decat rezistenta mai mare decat rezistenta sa alungire pasiva →sa alungire pasiva →((intindere muscularaintindere musculara))

Cazuri extreme →Cazuri extreme → rupturi rupturi muscularemusculare



Relatia dintre tensiune si Relatia dintre tensiune si lungimea muschiuluilungimea muschiului

❒ Tensiunea musculara Tensiunea musculara este maxima pentru este maxima pentru o o pozitie intermediara a pozitie intermediara a filamentelorfilamentelor ( (lungime lungime intermediaraintermediara a a muschiului)muschiului)



Relatia dintre tensiune si viteza Relatia dintre tensiune si viteza de contractiede contractie

❒ Relatia A. V. Hill:Relatia A. V. Hill:

Favb=F maxab

FF = tensiunea muscuara (forta de contractie) = tensiunea muscuara (forta de contractie) vv = viteza de contractie = viteza de contractie FFmaxmax = forta maxima de contractie, pentru o anumita = forta maxima de contractie, pentru o anumita

lungime initiala a muschiuluilungime initiala a muschiului a, ba, b – constante care depind de muschi – constante care depind de muschi



Relatia dintre tensiune si viteza Relatia dintre tensiune si viteza de contractiede contractie

❒ Viteza maxima pentru F = 0 Viteza maxima pentru F = 0 (contractie impotriva unei (contractie impotriva unei opozitii nule)opozitii nule)

v=F max−F bFa



Puterea dezvoltata de muschi Puterea dezvoltata de muschi in timpul contractieiin timpul contractiei

❒ Puterea este nula Puterea este nula pentru:pentru: v = 0, F = maxv = 0, F = max v = max, F = 0v = max, F = 0

P=Fv=FFmax−F b

Fa



Caldura de contractieCaldura de contractie

❒ Muschiul Muschiul disipa caldura:disipa caldura:

In In repausrepaus::➔ Caldura de repaus (generata de mentinerea tonusului Caldura de repaus (generata de mentinerea tonusului

muscular) (Q1)muscular) (Q1) In timpul In timpul contractieicontractiei::

➔ Caldura datorata mentinerii fortei de contractie (Q2)Caldura datorata mentinerii fortei de contractie (Q2)➔ Caldura de scurtare (Q3)Caldura de scurtare (Q3)

Caldura de Caldura de relaxarerelaxare (Q4)(Q4)

Caldura generata de Caldura generata de sinteza ATPsinteza ATP (regenerarea ATP dupa (regenerarea ATP dupa contractie) (Q5)contractie) (Q5)



Supplementary reading:Supplementary reading:

❒ http://www.mfi.ku.dk/ppaulev/chapter2/Chapter%202.htmhttp://www.mfi.ku.dk/ppaulev/chapter2/Chapter%202.htm

❒ http://www.mona.uwi.edu/fpas/courses/physiology/muscles/index.htmhttp://www.mona.uwi.edu/fpas/courses/physiology/muscles/index.htm

❒ http://www.brookscole.com/chemistry_d/templates/student_resources/shared_resources/animations/muscles/muscles.htmlhttp://www.brookscole.com/chemistry_d/templates/student_resources/shared_resources/animations/muscles/muscles.html

❒ http://people.eku.edu/ritchisong/301notes3.htmhttp://people.eku.edu/ritchisong/301notes3.htm

http://www.mfi.ku.dk/ppaulev/chapter2/Chapter%202.htm

http://www.mona.uwi.edu/fpas/courses/physiology/muscles/index.htm

http://www.brookscole.com/chemistry_d/templates/student_resources/shared_resources/animations/muscles/muscles.html

http://people.eku.edu/ritchisong/301notes3.htm

Curs Contractie Musculara

Documents

Transcript of Curs Contractie Musculara