Dr. Denise Zahiu, Dr. Mihai Ghita

Fiziologia sistemuluimuscular

Tipuri de muschi

• Scheletic (striat)

• Neted (visceral)

• Cardiac

Muschiul scheletic/ striat

Structura muschiului scheletic

Fascicule = mai multe fibre musculare invelite de perimysium

Epimisium, perimisium si endomisium –tesut conjunctiv cu rol in • mentinerea unitatilor fibrelor musculare, • asigurarea aportului nutritivTendoanele – tesut conjunctiv cu rol in transmiterea fortelor generate catre sistemul osos

Structura fibrei musculare striate

Membrana celulara (sarcolema) – jonctiunea neuromusculara; receptori membranari

adrenergici si pentru insulina, pompe ionice, schimbatorul Na/Ca, tubii T

Citoplasma (sarcoplasma) – proteine contractile organizate in sarcomere;

mioglobina;glicogen; fosfocreatina; enzime; ATP

Organite – mitocondrii; reticul sarcoplasmic,etc

Structura fibrei musculare striateReticulul sarcoplasmic (RS)

-sursa intracelulara de calciu, important in cuplarea excitatie-contractie

-cisternele terminale ale RS sunt localizate in apropierea tubilor T (triada: 2 cisterne

terminale + un tub T)

-Calreticulina si calsechestrina tamponeaza calciul in RS (scad concentratia de calciu

liber) si permit stocarea unor cantitati mari de Ca ([Ca2+]RS aprox 105)

-canale de calciu (RyR1), STIM1 (molecula de reglare), SERCA.

Fig. a Ang, angiopoietin; CSQ, calsequestrin;

DHPR, dihydropyridine receptors; EC, excitation–

contraction; ECCE, excitation-coupled Ca2+ entry;

JP, junctophilin; MG, mitsugumin; RyR1, ryanodine

receptor 1; SERCA1a, sarcoplasmic/endoplasmic

reticulum Ca2+-ATPase 1a; SOCE, storeoperated

Ca2+ entry; SR, sarcoplasmic reticulum; STIM1,

stromal interaction molecule 1; STIM1L, long form

of STIM1; Tie2 R, Tie2 receptor; TRPC, canonical-

type transient receptor potential cation channels; t-

tubule, transverse-tubule.

(C.H. Cho, A focus on extracellular Ca2+ entry into

skeletal muscle, 2017)

STIM1

• senzor pentru [Ca2+]RS

• promotor al reumplerii

depozitelor de Ca2+

• atenueaza activitatea

Ca2+tip L

Structura fibrei musculare striate -sarcomerul

Structura fibrei musculare striate -miofilamentele

Miozina : 2 lanturi grele, 2 lanturi usoare si 2

lanțuri reglatoare

Actina filamentoasa F. -polimerizarea a 13

molecule de actina globulara G

Tropomodulina se inseră la capetele

filamentelor de Actină. Au rol in blocarea

polimerizării care permite menținerea constantă

a lungimii actinei.

Tropomiozina (Tm) este o moleculă fibrilara,

alfa helicoidala , fiind așezată in șanțurile situate

de o parte si alta a spiralei duble de actina F.

Troponina (Tn) este o proteină globulară

dispusă între moleculele de tropomiozină, fiind

alcătuită din 3 subunități (trimer):

•troponina T (TnT), se cuplează la tropomiozină,

•troponina C (TnnC2) cuplează Calciu, prin 4

sinusuri doua situsuri cu afinitate mare si doua cu

afinitate mica

•troponina I (TnI)care se leagă de actina si inhiba

interacțiunea Actină- Miozină.

Nebulina este o alta proteina a mușchiului care

pornește de la discurile Z de-a lungul

filamentelor subțiri

– butonul terminal al terminației nervoase al neuronilor alfa motorisituați in coarnele anterioare ale măduvei spinări si in nucleii motori de origine care conține veziculele cu mediator (acetilcolina-Ach)

– sarcolema fibrei musculare care formează falduri joncționale cu receptori pentru Ach. În jurul joncțiunii cu rol de izolare se afla o celulaSchwann.

Joncțiunea neuro-musculara (placa motorie)

Joncțiunea neuro-musculara (placa motorie)Transmiterea semnalului la

nivelul placii motorii

1. PA transmis prin axon

(conducere saltatorie)

ajunge la butonii terminali

2. Activarea canalelor de

Ca2+ V dep –contracția

citoscheletului și fixarea

veziculelor cu Ach la

membrană (docarea) în

vederea exocitozei.

3. Exocitoza veziculelor cu

Ach

4. Ach difuzeaza în fanta

sinaptica și se fixeaza de

receptorii postsinaptici

nicotinici. Depolarizare

locala.

! Ach este rapid inactivată de acetil colinesteraza, clivand-o în colina si

acetil. Colina este recuperata prin receptori de suprafața a membranei

butonului terminal.

Joncțiunea neuro-musculara (placa motorie)

1 cuantă = potentialul postsinaptic

generat de eliberarea unei singure

vezicule cu neurotransmițător

200 vezicule sinaptice, fiecare

conținînd 6000-10000 molecule

Ach cresc potentialul

transmembranar cu cca 40 mV

Sumarea potentialelor de placa

motorie aduce potentialul

transmembranar la pragul de

activare al canalelor de Na-Vdep

R –nicotinic

*este receptor ionotropic; canalul ionic este neselectiv (Na, Ca, K)

*2 molecule de Ach sunt necesare pentru activare

*agonist – nicotina (afinitate mai mica decat r-nicotinici din SNC)

Joncțiunea neuro-musculara (placa motorie)Modularea transmiterii – agonisti si antagonisti

*

*toxina tetanică (produsă de Clostridium tetani) actioneaza preponderent la nivelul neuronilor inhibitori ai motoneuronior α (inhibă exocitoza GABA și glicină), crește astfel paradoxal funcția musculară. Tetanos (spasme musculare severe)

Succinilcolina-agonist-paralizie flască depolarizantă –prelungește timpul de deschidere al R-Ach și astfel la inactivarea canalelor Na-Vdep

D-tubocurarina (curara) – antagonist reversibil,competitiv –paralizie flasca nondepolarizantaBungarotoxina –antag ireversibil

Joncțiunea neuro-musculara (placa motorie)

Inhibitori ai acetil-colinesterazei –prelungesc și amplifică potențialul de placă motorie: reversibili – neostigmina, fizostigmină ireversibili – organofosforice –exemple: insecticide/ gazul sarin (armă

biologică letală) – amplificarea excesivă a transmiterii colinergice urmată de paralizia flască depolarizantă a mușchilor respiratori

Boli ale transmiterii neuro-musculare = miastenii

Miastenia gravis – boală autoimună dobăndită - anticorpi anti- R-Ach - neostigmina/ piridostigmina cresc disponibilitatea Ach în fanta sinapticăMiastenii congenitale – mutatii la nivelul R-Ach, deficit de Ach sau eliberare deficitară de AchSindromul miastenic Eaton-Lambert – anticorpi anti-canale Ca-Vdep buton terminal – scade eliberarea de Ach

• PA se raspandeste pe intreaga suprafata(activarea canalelor de Na-Vdep), apoipatrunde in tubi T.

• Tubii T prezinta numeroase canale Ca tip L-Vdep (canale DHP) care se deschid si permit pătrunderea calciului in celula conform gradientului de concentrație

*Cantitatea de Ca este mica si incapabila sadeclanșeze contracția fibrei musculare

Cuplarea excitație- contracție

• Activarea canalelor de Ca tip L -Vdepantrenează doua mecanisme care se adiționează:

– activează canalele rianodinice din membrana RS: cuplare mecanică întrecele două canale de calciu

– pătrunderea Ca in celula princanalele de Ca DHP determina activareacanalelor de Ca din RS. Prinpătrunderea unei cantități din ce in cemai mare un număr in creștereexponențiala de canale de Ca din RS vorfi activate. Acest fenomen estecunoscut de activare se numește si"Calciu cheamă Calciu".

Cuplarea excitație- contracție

NB. Fibra musculara scheletica ≠cardiaca in cantitatea deCa care pătrunde prin tubi T. – in fibra muscularascheletica întreaga cantitate de Ca din timpul contracției incitosol poate fi asigurata numai din RS – in fibra muscularacardiaca o parte importanta este furnizata prin canaleletubului T pentru atingerea unei contracții eficiente.

• concentrația citoplasmatică a Ca2+ crește de la 10-7 molar la 2*10-5M.

• Troponina C prezinta –situsuri de legare a Ca. Doua situsuri cu afinitate crescuta suntocupate permanent in condiții fiziologice de Ca si Mg. Alte doua situsuri de joasaafinitate vor lega Ca in funcție de nivelulconcentrației intracitoplasmatice. →modificari conformationale complexului troponinic → tropomiozina și troponina I elibereaza situsurile actinei → cuplareactino-miozinica

Cuplarea excitație- contracție

Cuplarea actino-miozinica este urmata de inantarea miozineiprintre filamentele de actina cu scurtarea sarcomerului prinevenimente care se repeta si care cuprind mai multe etape:

• - etapa 1 - ATP se leagă de capătul globular al filamentuluide miozina cu scăderea afinității pentru actina

• -etapa 2- lanțul ușor enzimatic al capului miozinei permitescindarea ATP in ADP si Pi. Ca rezultat al desfacerii legăturiimacroergice se eliberează energia necesara flectarii capuluimiozinei de la un unghi de 45 gr la un unghi de 90 grade siînaintarea printre filamentele de actina cu 11 nm.

• -etapa 3 - o data desfăcut ATP-ul in ADP si Pi afinitateamiozinei se modifica in sensul formarii unei noi punți actino-miozinice

• -etapa 4 -capătul miozinei cuplat in noua poziție pe actinaeliberează Pi si miozina suferă o noua modificareconformaționala cu angularea capului la 45 gr fata de tija sitractionarea filamentului de actina cu 11 nm in direcțiabenzilor H (coada miozinei) si scrutarea sarcomerului.

• -etapa 5 -eliberarea ADP de la nivelul capului miozinei cu menținerea conformației miozinei si afinității acesteia la situsul actinei.

Cuplarea excitație- contracție

Contracție Încetarea contracției-prin eliminarea Ca din citoplasmă

Încetarea contracției musculare

*musculatura striata –tremor in conditii de stres; muschi cardiac –creste frecventa cardiaca

Funcțiile mușchiului

1. Contracția musculară izometrică -contracția in care mușchiul nu-si modifica lungimea dar tensiuneacreste. In pofida creșterii tensiunii in mușchi acestanu poate depășii rezistenta opusa de sarcina siastfel mușchiul nu se poate scurta.

2. Contracție musculară izotonică-scurtareamușchiului cu menținerea unei tensiuni musculareconstante. Contracția izotonica este implicata in majoritatea activităților fizice zilnice: mers, alergat, scris, deplasarea de obiecte.

3.Secusa –contracție ca urmare a stimulării unice a fibrelor musculare

4.Contracția tetanică-incompleta - creșterea frecventei de stimulare generează o contracție continua si mai puternica decât secusa. Contracțiile alternează cu perioade de relaxare incompletă.-completă - frecventa de stimulare nu permiteperioade de relaxare pe durata contracției muscularecu obținerea unui platou al tensiunii muscularedezvoltate. Forța dezvoltata este maxima si net superioara atât secusei cat si contracției tetaniceincomplete.

5. Termoreglare – contracția musculară produce căldură

Funcțiile mușchiului

Reglarea contracției musculare

• Relatia lungime sarcomer-tensiune musculara

Sumarea de frecventa

Mecanism – acumularea de calciu intracelular; frecventa crescuta de stimulare nu mai permite revenirea la concentratia intracelulara de repaos a calciului.

Recrutarea musculară (sumare spațială)

Reglarea contracției musculare

EMG – cresterea amplitudinii activitatii electrice musculare, expresie a activarii mai multor unitati motorii in vederea cresterii fortei de contractie

10kg 20kg 40kg 50kg (forta)

Reglarea contracției musculare• ROT – previn alungirea exagerată a fibrelor musculare• Reflexul de tendon– previne dezinserția musculară secundară unei contracții exagerate• Bucla reflexa de relaxare a musculaturii antagoniste in timpul contractiei unui muschi (*)

*

Distonia– co-contractia

musculaturii agoniste si antagoniste

Performanțe sportive în funcție de tipul de fibre musculare care predomină în structura muschiului

Fibre roșii I, oxidativ lente Fibre albe, glicolitice rapide IIb

Muschiul neted

• Celule fusiforme, uninucleate, mai mici decât fb musculare striate

• Fără striații• Inervație vegetativă, control involuntar• Contracție lenta sau peristaltica

• Realizează sinciții princomunicarea prin joncțiunile gap dintre cellule• Musculatura peretelui tubului

digestiv, peretelui vascular, al altor organe cavitare; iris, muschiul erector al firului de păr

Muschiul neted

Tipuri de mușchi neted

Mușchiul neted unitar (visceral)• Terminația nervoasa vegetativa efectuare are numeroase dilatații numite varicozități• Aceasta terminație face sinapsă cu câteva celulemusculare• Celulele prezinta numeroase joncțiuni GAP • Impulsul electric este transmis in toate celuleinterconectate- sincițiu; peretele se comporta ca o unitate

Mușchiul neted multiunitar (m irian, m ciliar, mm erector al firului de par)• Se comporta ca unități separate • Fiecare unitate primește o terminație nervoasavegetativa• Celulele musculare au puține joncțiuni GAP

Generarea potențialului de acțiune în mușchiul neted unitar

*Generarea spontană a potențialului de acțiune

Pe fondul contracțiilor tonice musculare repetate (undele lente nu atingvaloarea prag), intervenția unui stimul vegetativ sau mecanic generează potențial de acțiune prin activarea canalelor de Ca V dep

activate de repolarizare

Cuplarea excitație- contracție

Cuplarea excitație- contracție

Tip muschi Scheletic Neted

Striatii in ME polarizata + -

Organizarea miofibrilelor sarcomere Corpii densi

Control contractie voluntar involuntar

Mecanismul excitatiei Placa motorie, Ach Transmisie sinaptica; cuplare electrica (sincitiu);potentiale de pacemaker

Senzorul de Ca2+ Troponina C Calmodulina

Sursa de Ca2+ Reticul sarcoplasmic Spatiul extracellular: canalede Ca Vdep tip L, SOCE (store –operated calcium entry)si reticul sarcoplasmic

Reglarea fortei Sumatie temporala sau/sirecrutare musculara

Echilibrul dintrefosforilarea/defosforilareaMLC

Durata secusei 20-200 ms 200 ms sustinuta

Metabolism Oxidativ, glicolitic oxidativ

Terminarea contractiei Clivarea Ach sub actiunea acetil-colinesterazei si recaptarea Ca de catre RS

Defosforilarea MLC (prin activitatea MLCP) si scoaterea Ca din citoplasma