Download - Curs 5 Fibra Musculara_2012
-
8/11/2019 Curs 5 Fibra Musculara_2012
1/40
1
ef lucr.dr. Lavinia Noveanu
2012
CURSUL 5
Fiziologia fibrei musculare
FIZIOLOGIE GENERAL
UNIVERSITATEA DE MEDICIN I FARMACIE V.BABE TIMIOARADISCIPLINA DE FIZIOLOGIE
DEPARTAMENTUL DETIINE FUNCIONALE
-
8/11/2019 Curs 5 Fibra Musculara_2012
2/40
2
CUPRINS
1.
Organizarea morfo-funcional
a fibrei musculare scheletice2. Placa motorie
3. Cuplarea excitaie
contracie n fibra muscular scheletic
4. Mecanismul contraciei musculare n fibra muscular scheletic
5. Particulariti fiziologice ale fibrei musculare netede5.1. Tipuri de fibre musculare netede5.2. Cuplarea excitaie
contracie n fibra muscular
neted
5.3. Contractilitatea fibrei musculare netede
-
8/11/2019 Curs 5 Fibra Musculara_2012
3/40
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 motoriei s discuteimportana practic a blocantelor plcii motorii
Descrie etapele cuplrii excitaie
contracie i s discute rolul Ca2+
ncuplarea 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, electrofiziologicei funcionale alefibrelor musculare netede de tip multiunitar
i unitar
Discute particularitile privind etapele cuplrii excitaie
contracie i
parametrii contractilitii fibrei musculare netede n comparaie cu fibramuscular striat
-
8/11/2019 Curs 5 Fibra Musculara_2012
4/40
4
1.
ORGANIZAREA
MORFO-FUNCIONAL A FIBREIMUSCULARE SCHELETICE
Celul cilindric, multinucleat
cu nuclei
dispui periferic
lungime
= 1-300 mm
diametru = 10
150 m
Membrana celular = SARCOLEM
Citoplasma = SARCOPLASMA
(a) Por iune
contractil
cu MIOFIBRILE(b) Por iune necontractil
Nr. de mitocondrii
RS bine dezvoltat
Mioglobin
Incluziuni de glicogeni lipide (trigliceride)
sub sarcolem
n jurul miofibrilelor
la nivelul plcii motorii
FIBR
-
8/11/2019 Curs 5 Fibra Musculara_2012
5/40
5
1.1. SISTEMUL SARCOTUBULAR
DEFINIIE -
structur specializat asarcolemei (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 clari ntunecat al miofibrilelor
prezint canale lente de Ca 2+
voltaj- dependente (DHPR)
activate
n
timpul
depolarizrii
sarcolemei
Rol: conduc
impulsurilede pe
suprafaa
sarcolemei n interiorul celulei, ctre RS
DHPR = receptorulpentru dihidropiridin
RYR = receptorulpentru rianodin
-
8/11/2019 Curs 5 Fibra Musculara_2012
6/40
6
[Ca2+
]ic
CONTRACIA
un segment longitudinal
cu pompe
de Ca2+
n repaus asigur recaptarea Ca 2+
n RS
[Ca2+ ]ic RELAXAREA
TRIADA SARCOPLASMATIC
ansamblul format din 1 tubulT + 2 cisterne adiacente
exist 2 triade/sarcomer
(b) TUBULII LONGITUDINALI (L)
RS dispus sub form de reea n jurulmiofibrilelor
Rol:
depozit intracelular (ic) de Ca2+
Alctuit din:
dou dilataii laterale =cisterne cu
canale lente de Ca 2+
voltaj-dependente (RYR) la stimulare determin ieirea Ca2+
din RS n citoplasm
-
8/11/2019 Curs 5 Fibra Musculara_2012
7/40
7
Sunt organite specifice
cu funcie contractil reprezint aparatulcontractil 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 aspectulstriat al fibrei musculare
1.2. MIOFIBRILELE
Sarcomer
Miofilamentesub iri
Miofilamentegroase
Banda Z Banda Z
Disc I Disc IDisc A
Banda H
M
-
8/11/2019 Curs 5 Fibra Musculara_2012
8/40
8
DISCURILE CLARE, IZOTROPE (discurile I)
conin actin
sunt mpr ite n 2 hemidiscuri de ctre banda Z
DISCURILE NTUNECATE, ANIZOTROPE (discurile A)
conin miozin i par ial actin
prezint central banda H, bisectat de ctre linia M
8
Sarcomer
Miofilamentesub iri
Miofilamentegroase
Banda Z Banda Z
Disc I Disc IDisc A
Banda H
M
-
8/11/2019 Curs 5 Fibra Musculara_2012
9/40
9
MIOFILAMENTELE CONTRACTILE1. Miofilamente groase
constituite din miozin
diametrul = 10 nm
lungimea = 1,5 m
2. Miofilamente subiri
constituite din actin
diametrul = 5 nm
lungimea = 2 mRAPORTURI: la nivelul discului A (ntunecat)
1 miofilament de miozin / 6 miofilamente de actin
1 miofilament de actin / 3 miofilamente de miozin
Sarcomer
Miofilamentesub iri
Miofilamentegroase
Banda Z Banda Z
Disc I Disc IDisc A
Banda H
-
8/11/2019 Curs 5 Fibra Musculara_2012
10/40
10
se scurteaz
n timpul contraciei pringlisarea
filamentelor de
actin printre cele de miozin i
apropierea
membranelor Z
SARCOMERULunitatea morfo-funcional
a miofibrilei
format din -
1 disc ntunecat (A)
-
2 hemidiscuri
clare (I)delimitat dedou
membrane Z
lungime de 22,25 m
n repaus
PROTEINELE MUSCULARE1.Proteine contractile
actina i miozina
2.Proteine reglatoare troponinele
i tropomiozina, care intr
n
structura miofilamentului subire, alturi de actin
-
8/11/2019 Curs 5 Fibra Musculara_2012
11/40
11
1.3. MIOGLOBINA
FIBRE MUSCULARE ROII
bogate n mioglobin
metabolism predominent aerob (+ O2
)
for i vitez redus de contracie
rezistente la oboseal
FIBRE MUSCULARE ALBE
srace n mioglobin
metabolism predominant anaerob (-
O2
)
for i viteza crescut de contracie
puin rezistente la oboseal
protein care con ine Fe2+
constituie un rezervor temporar de O 2
favorizeaz disocierea HbO 2
la nivel muscular
Fe2+
-
8/11/2019 Curs 5 Fibra Musculara_2012
12/40
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 pr i:
1. Light meromiozina (LMM) formeaz
coada
(axul) miofilamentului
cuprinde cele 2 lanuri grele
dispuse ntr-o conformaie de alfa-helix,
nf urate unul n jurul celuilalt2. Heavy meromiozina (HMM)
cuprinde:
capul
alctuit din extremitatea
lanurilor grele
i lanurile uoaregtul
(braul) leag capul de coad i asigur mobilitatea capului
-
8/11/2019 Curs 5 Fibra Musculara_2012
13/40
13
CAPUL MIOZINIC
Format din extremitatea plicaturat
a lanului
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 generaenergia necesar contraciei
Orientarea capului fa de axul filamentului:
90 n condiii de repaus
45
n timpulcontraciei
Rol: capul + gtul (are mobilitate) formeaz
puntea de legare cu actina (crossbridge) care iniiaz contracia muscular
-
8/11/2019 Curs 5 Fibra Musculara_2012
14/40
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 interac iune cu miozina
Miofilamentul de ACTIN
Troponinele (C,T,I) Tropomiozina (TMZ) Actina G
-
8/11/2019 Curs 5 Fibra Musculara_2012
15/40
15
(a) TROPOMIOZINA (Tmz)
este dispus sub form de
bastona e
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
estedeplasat
lateral
i permite
formarea punilor transversaleactino-miozinice
iniierea
contraciei
musculare
-
8/11/2019 Curs 5 Fibra Musculara_2012
16/40
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-mioziniceinhib ATP-aza capului miozinic
(b) TROPONINELE
complex de
3 molecule reglatorii
1.Troponina C (TnC)
fixeaz Ca2+
cnd [Ca2+]
citosolic crete la
10-5Mi declaneaz deplasarea lateral aTmz
se pot forma punile transversale
actino-miozinice
-
8/11/2019 Curs 5 Fibra Musculara_2012
17/40
17
2. PLACA MOTORIE
DEFINIIE:
jonciunea dintre
axonul neuronului motor
cu originea ncoarnele anterioare a m duvei spinrii sau n nucleii motori somaticiai trunchiului cerebrali
fibra muscular striat scheletic
CARACTERISTICI STRUCTURALE
1.Componenta presinaptic - butonul
terminal al moto-neuronului, cuvezicule cu Ach
2.Fanta sinaptic3.Componenta postsinaptic -
invaginaie
plicaturat a sarcolemei, cu Rec.Nicotinici
PLACA MOTORIE= sinaps chimic de tip excitator
-
8/11/2019 Curs 5 Fibra Musculara_2012
18/40
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 = canalde Na+ i K+ gNa+ >> gK+
PR muscular = -
90 mVPA (spike) = + 30 mV
-
8/11/2019 Curs 5 Fibra Musculara_2012
19/40
19
TRANSMITEREA EXCITAIEI N PLACA MOTORIE
1.Invazia butonului sinaptic de ctre PA nervos influx de Ca2+
2.Eliberarea i difuziunea ACh
n fanta sinaptic3. Aciunea
Ach
asupra Rec. Nicotinici
4. Inactivarea
ACh sub ac iunea AChEdesfacerea complexul Receptor-ACh 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-spa ial pn la valoarea prag a PA muscular (-
55 mV)
PA muscular propagat lent (30 m/sec) la nivelulsarcolemei i apoi prin tubulii T
-
8/11/2019 Curs 5 Fibra Musculara_2012
20/40
20
BLOCANTELE PL CII 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 aamplitudiniii duratei PPSE pemsura creterii dozei de curara
blocajul este complet (curarizaretotal) cnd amplitudinea PPSEscade la 1/3 din amplitudinea
normal
mpiedic fixarea ACh
pe Rec. nicotinic
-
8/11/2019 Curs 5 Fibra Musculara_2012
21/40
21
n faza I
-
produc
depolarizarea
postisnaptic
contracie tranzitorie
n faza II - r mn fixate de Rec. nicotinic
desensibilizeaz Rec.nicotinic
la ACh
menin sarcolema n stare repolarizat2. TOXINA BOTULINIC
este produs
de bacilul
botulinic (anaerob)
blocheaz exocitoza
ACh
de la nivel presinaptic paralizie muscular
(b) Blocante ale Rec. nicotinic de tip SUCCINILCOLIN
-
8/11/2019 Curs 5 Fibra Musculara_2012
22/40
22
3. CUPLAREA EXCITAIE-CONTRACIE
DEFINIIE -
succesiunea de fenomene care realizeaz legturafuncional
ntre sarcolem
i structurile contractile
care
determindeclanarea contrac iei i declanarea relaxrii musculare
este o funcie a
SISTEMULUI SARCOTUBULAR
Declanarea contrac iei Declanarea relaxrii
-
8/11/2019 Curs 5 Fibra Musculara_2012
23/40
23
Activarea canalelor lente de Ca2+
(RYR) dinmembrana cisternelor tubulilor L determin
ieirea Ca2+
n citoplasm cretereaconcentraiei de la 10-7M pn la 10-5 M
1.Fixarea Ca2+ pe troponina C2.Deplasarea lateral a Tmz
eliberarea
situsurilor de interaciune actino-miozinic 3.Formarea punilor actino-miozinice
I.DECLAN AREA CONTRACIEI MUSCULARE
CONTRACIA MUSCULAR
PA muscular se propag lent de-a lungulsarcolemei
activeaz canalele lente deCa 2+
(DHPR) din membrana tubulilor T
-
8/11/2019 Curs 5 Fibra Musculara_2012
24/40
24
Activarea pompelor de Ca2+ din segmentullongitudinal al tubulilor L determin recaptarea Ca 2+ n depozite (stocare pecalsechestrin)
scderea concentra iei
Ca2+
citosolic de la10-5M pn la 10-7M
II.DECLAN AREA RELAX RII MUSCULARE
1.Eliberarea Ca2+ de
pe troponina C2.Revenirea Tmz n poziia iniial
blocarea situsurilor de interaciuneactino - miozinic
3.Desfacerea pun ilor
actino-miozinice
RELAXAREA MUSCULAR
-
8/11/2019 Curs 5 Fibra Musculara_2012
25/40
25
4. MECANISMUL CONTRACIEIMUSCULARE
DEFINIIE:
alunecarea (glisarea)
miofilamentelor deactin
printre celede miozin
apropierea discurilor Z
i scurtarea sarcomerului
hemidiscurile
clare se micoreaz
discul ntunecat r mne nemodificat
CICLUL PUNILOR
Reprezint mecanismul molecular
al contraciei
formarea i
desfacerea ciclic a punilor transversale actino-miozinice atttimp ct concentraia Ca2+ic
este 10 -5
M
Nu se
desf oar
simultan
la nivelul unui sarcomer
o parte din
puni menin ancorate miofilamentele de actin deja glisate spreinteriorul sarcomerului
-
8/11/2019 Curs 5 Fibra Musculara_2012
26/40
26
afinitatea capului miozinic
pentru actin
este
sczut
legturile actino-miozinice
sunt
slabe
la nivelul
capului miozineieste 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
-
8/11/2019 Curs 5 Fibra Musculara_2012
27/40
27
legturile actino-miozinice
devin
puternice
ADP i Pi sunt eliberate
de la nivelul capului miozinic
eliberarea energiei acumulate (working
stroke) determin:
1.flexia
capului miozinic2.micorarea unghiului fa de
axul miofilamentului
de la 90
la 45
3.alunecarea miofilamentului
de actin spre centrul sarcomerului
(b) FORMAREA PUNILOR TRANSVERSALE
-
8/11/2019 Curs 5 Fibra Musculara_2012
28/40
28
(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
r
mne
flectat
pe braul miofilamentului de miozin
n lipsa ATP-ului
punile acto-miozinice r mn ataate i ciclurile
sunt blocate
rigiditatea cadaveric
(rigor
mortis)
-
8/11/2019 Curs 5 Fibra Musculara_2012
29/40
29
(d) RELUAREA CICLULUI PUNILOR
hidroliza ATP-ului
sub ac iunea ATP-azei
miozinice determin:
1. fixarea ADPi Pi la nivelul situsului
nucleotidic
al capului miozinei2. restabilirea unghiului de 90
ntre capul miozinic
i axul
miofilamentului de miozin3. repoziionarea capului miozinic spre urmtoarea actin G4. restabilirea legturilor iniiale
actino-miozinice
slabe
-
8/11/2019 Curs 5 Fibra Musculara_2012
30/40
30
FORMA -
fusiform
lungime: 20
500 m
diametru: 2
10 m
STRUCTUR
Nucleu: unic, central
5. PARTICULARIT I FIZIOLOGICE ALEFIBREI MUSCULARE NETEDE
Sarcolemacanale lente de Ca 2+
-
voltaj-dependente-
operate de ligand
- operate mecanicpompe ionice: pompe de Ca2+Zone specializate
caveole
-
nlocuiesc tubii
Tcorpi deni -
nlocuiesc discurile Z
conexoni - sinapse electrice ntre celule
-
8/11/2019 Curs 5 Fibra Musculara_2012
31/40
31
formeaz miofilamente groase de miozin
i
subiri deactin
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 deactin
fixate pe doi corpi deni,
situate n jurul unui singurfilament de miozin
PROTEINELE CONTRACTILE
PROTEINE REGLATORIItropomiozina
(Tmz)
calmodulina
(CaM) nlocuiete Tn-C
-
8/11/2019 Curs 5 Fibra Musculara_2012
32/40
32
Particularitimorfologice
Fibra muscular multiunitar
Distribuie Muchii intrinseci aiglobilor oculariVasele mari
Organizare Dispuse separatFr conexoni
Inervaie Individual Jonciuneneuro-
muscular
Jonciuni de contact1 varicozitate cu NTpentru fiecare fibr muscular
5.1. TIPURI DE FIBRE MUSCULARENETEDE
-
8/11/2019 Curs 5 Fibra Musculara_2012
33/40
33
Particularitimorfologice
Fibra muscular unitar
Distribuie Pere ii viscerelorcavitareVasele mici
Organizare Grupate n tunici
musculareNr.
de conexoni
Inervaie Stratul superficial altunicii musculare
Jonciuneneuro-
muscular
Jonciuni difuze1 varicozitate
cu NT
pentru mai multe fibremusculare
-
8/11/2019 Curs 5 Fibra Musculara_2012
34/40
34
Particularitielectrofiziologice Fibra muscular multiunitar Fibra muscular unitar Potenialul de
repaus = - 60 mV
Constant Oscilaii lente jurul
50 mV
frecvena 3 12 / minamplitudine de civa mVautomatism ntreinut de ocelul pacemaker
CONTRACIE = depolarizare prininflux de Ca2+
declanat de:
stimularea parasimpatic (ACh)
ntinderea fibrei musculare
RELAXARE =hiperpolarizare
prin
eflux de K+
declanat de:stimularea simpatic (NAdr)
-
8/11/2019 Curs 5 Fibra Musculara_2012
35/40
35
Particularitielectrofiziologice Fibra muscular multiunitar Fibra muscular unitar Potenialul de aciune
Vrfuri (spike) cudurata de 50 msecprag = - 40 mVdepolarizare pn la 0mV prin influx de Ca2+
Numai prin
stimularenervoas
Apar pe platoul undei
lente Nr. de vrfuri estedirect propor ional cuintensitatea depolarizrii Dispar cnd
depolarizarea este total
-
8/11/2019 Curs 5 Fibra Musculara_2012
36/40
36
Particularitifuncionale Fibra muscular multiunitar Fibra muscular unitar Tonus bazal Mecanism neurogenic
(stimulare nervoas)Mecanism miogenic
(automatism)
Contracie(alunecareafilamentelor
de actin printre cele demiozin)
Fiecare fibr secontract individual
permite gradarea
contraciei
Excitaia este condus rapid de la o celul la altaprin conexoni
fibrele secontract ca un tot unitar(sinciiu funcional)
Controlulcontraciei
Nervos Nervos i Hormonal
-
8/11/2019 Curs 5 Fibra Musculara_2012
37/40
37
(a) CUPLARE ELECTRO -MECANIC
Influxul nervos determin activareacanalelor 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 cufosfolipaza
C
IP3
(mesagersecundar) care activeaz canalelede Ca2+
din membrana RS
ntinderea fibrei muscularedetermin activarea canalelor deCa2+ operate mecanic din sarcolem
5.2. CUPLAREA EXCITAIE
CONTRACIE
I. DECLAN AREA CONTRACIEI [Ca2+
] din citoplasm
-
8/11/2019 Curs 5 Fibra Musculara_2012
38/40
38
4Ca2+
+ Calmodulina
Activarea MLCK
(myosin light chain kinase)
Fosforilarea
lanurilor uoare
miozinice(n prezena ATP i a Mg2+)
Formarea punilor actino- miozinice
CONTRACIE MUSCULAR
-
8/11/2019 Curs 5 Fibra Musculara_2012
39/40
39
II. DECLAN AREA RELAX RII [Ca2+
] din citoplasm Activarea pompelor de Ca2+ din
sarcolem i membrana RS
Activarea MLCP(myosin
light
chain
phosphatase)
Defosforilarea lanurilor uoaremiozinice
Desfacerea pun ilor actino-miozinice
RELAXARE MUSCULAR
Desfacerea complexului4Ca2+ -
Calmodulin
Factorii RELAXANI care
AMPc
(Adr
2
) sau
GMPc
(ANP, NO)
(+)
(+)
-
8/11/2019 Curs 5 Fibra Musculara_2012
40/40
40
5.3. CONTRACTILITATEA FIBREI MUSCULARENETEDE
1.Activitatea ATP-azic sczut
-
determin o vitez redus dedesf urare a ciclului punilor transversale:
2. Absena benzilor Z - determin:
o capacitate crescut de scurtare (pn la 2/3 din lungimea iniial fa de 1/3 la fibra muscular striat)
o for de contracie/suprafaa de sec iune mai mare (4 - 6 kg/cm2
fa de 3 - 4 kg/cm2 la fibra muscular striat)
durata mai mare
a contraciei este de 1
3 sec
(de 30 de ori
mai mare dect n fibra muscular striat)energia necesar pentru a sus ine a contracie mai redus (1/10
1/300 fa de fibra striat)
meninerea prelungit a contraciei musculare la un nivel minimde stimulare, cu durata de ore sau zile, i cu un consum minim deenergie =
mecanism de blocare
(latch
mecanism)