Dunque, con questa lezione iniziamo a parlare del tessuto muscolare. Il tessuto muscolare è un tessuto che possiede la capacità di accorciarsi. È un tessuto che esiste in tre varianti. La prima variante è quella del muscolo striato scheletrico, poi c'è il muscolo striato cardiaco ed infine il muscolo liscio.
Qual è la differenza fra questi muscoli? Innanzitutto la localizzazione. Lo striato scheletrico va a formare tutti i muscoli volontari del nostro corpo. Lo striato cardiaco forma il muscolo del cuore, quindi il cosiddetto miocardio.
Il muscolo liscio invece va a formare le pareti, quindi il muscolo del trono delle pareti, dei visceri e dei vasi. La differenza sta anche nel tipo. di controllo che abbiamo su questi tipi di muscolo. Sullo striato scheletrico abbiamo un controllo volontario, cioè siamo noi a decidere quando contrarlo, mentre lo striato cardiaco e il liscio sono entrambi involontari. Partiamo esaminando lo striato scheletrico.
L'unità base del muscolo striato scheletrico è la fibra muscolare. Che cos'è la fibra muscolare? non è altro che un sincizio cellulare, cioè si tratta di più cellule che si mettono assieme e formano appunto nel complesso la fibra vera e propria. Una fibra muscolare è spessa circa 50 micron ed ha una lunghezza molto variabile che può arrivare addirittura ai 4 cm, quindi può avere delle dimensioni notevoli. Se tagliamo trasversalmente una fibra muscolare, quindi, Vediamo che all'interno questa è fittamente sipata dalle miofibrille.
Si tratta di strutture cilindriche che riempiono in maniera molto fitta tutto il citoplasma della fibra muscolare. Tuttavia le miofibrille non sono l'unica componente che troviamo all'interno delle fibre muscolari. anche nel citoplasma, oltre alla membrana ovviamente che segna il confine con l'esterno, troviamo anche un apparato di Golgi abbastanza sviluppato, con conseguenti vescicole presenti all'interno del citoplasma, un alto numero di mitocondri, questo lo capiamo bene, le fibre muscolari hanno bisogno di molta energia per contrarsi e quindi hanno bisogno di mitocondri. E poi una proteina molto importante che è la mioglobina. La mioglobina è simile all'emoglobina, infatti svolge comunque la funzione di trattenere l'ossigeno.
L'ossigeno vedremo sarà importante per le fibre muscolari, soprattutto per quelle fibre che useranno molto i mitocondri e che quindi produrranno ATP con il classico metabolismo ossidativo. Vediamo appunto in questa immagine come è fatta la fibra muscolare. Abbiamo quindi la fibra con all'interno i nuclei delle cellule in periferia e poi fittamente sipata di queste miofibrille.
Inoltre è possibile individuare fra una miofibrilla e l'altra proprio dei mitocondri. Un altro particolare che salta l'occhio da questa immagine è il classico bandeggio delle fibre muscolari striate scheletriche. Questo bandeggio, vedremo, sarà dovuto alla struttura delle miofibrille che conferiscono alla fibra muscolare nel complesso questo aspetto appunto a bande.
Tuttavia la fibra muscolare non è il grado finale di organizzazione del muscolo. Più fibre muscolari si mettono assieme e formano il fascio muscolare. Più fasci muscolari si uniscono fra di loro e vanno a formare il muscolo completo.
E' inoltre importante notare che esistono dei sistemi di lamelle, di lamine connettivali che servono proprio a tenere uniti i vari livelli di organizzazione del muscolo e quindi attorno ai singoli fasci troviamo l'endomisio, o meglio, attorno alle singole fibre troviamo l'endomisio. Intorno ai fasci troviamo il... perimisio e poi il tutto, tutto il muscolo è chiuso all'esterno da un altro strato che è appunto l'epimisio, quindi sono questi tre strati che si succedono. Scendiamo adesso nel dettaglio e vediamo come è fatta la miofibrilla, quali sono i componenti della miofibrilla.
Sicuramente il primo componente importante è quello dei filamenti sottili. Cosa sono i filamenti sottili? Si tratta di filamenti di natura proteica formati principalmente da lactina.
Lactina è una proteina globulare, quindi una proteina che generalmente nelle cellule si assembla e... si disassemble in maniera veloce, in maniera rapida. In realtà nel tessuto muscolare questo non avviene. Perché?
Perché l'actina è stabilizzata da altre due proteine, che sono la tropomiosina, che gira proprio ad elica attorno all'actina e la imposta in modo tale che questa rimanga ferma e non si possa disassemblare. Quindi fa più giri attorno all'actina e poi sulla tropomiosina e sull'actina... e sull'actina si lega un'altra molecola che è la troponina. La troponina è formata da tre subunità.
Una subunità TNT che serve appunto a legare la tropomiosina. Un'altra TNI che va invece a legare il filamento di actina e poi c'è TNC che invece lega lo ione calcio e vedremo che questo legame con lo ione calcio sarà poi indispensabile nelle fasi iniziali della contrazione muscolare. Accanto ai filamenti sottili ci sono poi i filamenti spessi. I filamenti spessi sono formati da un'altra molecola che prende il nome di miosina.
La miosina è formata da due catene pesanti che si attorcigliano fra di loro, quindi come se fossero due corde che si rincorrono, e che terminano poi alla fine con due estremità slargate, chiamate appunto teste delle miosine. Accanto alle catene pesanti ci sono poi le catene leggere, che si trovano a livello delle teste delle catene pesanti e che si chiamano leggere proprio perché hanno un peso atomico minore rispetto a quello delle catene pesanti. Nel complesso quindi avremo una coda e una testa.
Questo è importante perché coda e testa si dispongono in maniera diversa all'interno della miofibrilla. Infatti le code tendono a unirsi assieme, tutte su uno stesso livello, in modo da essere parallele l'una all'altra. Le teste invece tendono a portarsi in fuori e quindi poi vedremo che questo portarsi in fuori sarà indispensabile per la funzionalità dei filamenti spessi.
Adesso, dopo aver visto quali sono i costituenti di una miofibrilla, vediamo adesso come questi costituenti si dispongono in modo da formare l'unità base della miofibrilla che è per appunto il sarcomero. Vediamo, partiamo dai filamenti spessi. Abbiamo detto che i filamenti spessi si dispongono con le code parallele fra di loro e le teste che sporgono all'esterno. In realtà esiste un punto che corrisponde alla linea M, linea media, in cui l'assetto dei filamenti spessi diventa esattamente speculare, cioè le code si affrontano fra di loro e le teste si allontanano via via, è come se una metà si guardasse allo specchio.
A livello degli spazi lasciati liberi dai raggruppamenti di filamenti spessi si vanno ad incastrare i filamenti sottili, quindi immaginate come le dita di due mani che si incrociano e parzialmente appunto si vanno a sovrapporre filamenti sottili e filamenti spessi. I filamenti sottili di un sarcomero, quindi di un'unità formata proprio in questo modo, va a unirsi, quindi i filamenti sottili vanno ad unirsi con quelli di un altro sarcomero, quindi di un'altra unità situata immediatamente dopo o immediatamente prima. Il punto di passaggio fra i filamenti sottili di un sarcomero e i filamenti sottili di un altro prende il nome di linea Z, che in realtà non dovrebbe essere chiamata linea Z, ma disco Z. Perché?
Perché... Il sarcomero è la miofibrilla, voi la dovete immaginare, in tridimensionale. Quindi, se siamo in un cilindro e lo tagliamo trasversalmente al livello della linea Z, non vedremo una singola linea zig-zag, ma vedremo un disco a zig-zag che corrisponde a tutti i passaggi di tutti i sarcomeri di quel livello.
La linea Z o disco Z è sempre formata da filamenti di actina. C'è poi un'altra molecola che è la titina che ha il ruolo di partire dalla linea Z e quindi dei filamenti sottili e andarsi ad incastrare all'interno dei filamenti spessi. Linea Z, titina, linea M sono tutte strutture che formano una vera e propria impalcatura a di sopra della quale i filamenti spessi e i filamenti sottili si possono instaurare, quindi si possono posizionare. Questo caratteristico assetto del sarcomero permette di evidenziare al suo interno diverse zone, che chiameremo bande.
La banda principale, quella centrale, è la banda H, dove H sta per heavy, che in inglese significa pesante. Questo perché questa banda è formata soltanto da filamenti spessi ed ha al centro la linea M. Poi abbiamo la banda I. che invece comprende i filamenti sottili di un sarcomero e di quello immediatamente successivo. La banda I ha al centro la linea Z, che la divide quindi in due emibande.
L'ultima banda è poi la banda A, che comprende la banda H, quindi quella formata soltanto da filamenti spessi, ma si allarga anche a quella porzione in cui C'è la sovrapposizione fra filamenti spessi e filamenti sottili. Adesso, perché banda A e perché banda I? A sta per anisotropa, I sta per isotropa. Che significa anisotropa? Guardate un attimo la banda A.
Se io parto dalla parte più sinistra della banda A e mi sposto verso destra, non incontro sempre gli stessi elementi, ma andrò a incontrare... Prima i filamenti spessi con i suoi sottili e poi i filamenti soltanto spessi. Quindi non è uguale la banda A se io mi sposto da una direzione all'altra.
Questa caratteristica è detta anisotropia, cioè il non essere uguale a seconda del luogo che andiamo a considerare. La banda I invece è isotropa, perché? Perché lasciando stare la linea Z, se io mi sposto in tutta la banda, incontrerò comunque filamenti di actina anzi la linea z stessa è formata da filamenti di actina quindi in tutti i luoghi spostandosi da una direzione all'altra troveremo sempre gli stessi elementi da qui banda anisotropa e banda isotropa a questo punto ci è più chiara quella che la definizione di sarcomero il sarcomero è una parte di miofibrilla compresa fra due linee z e ha una lunghezza molto importante di 2 micron. Perché definiamo il sarcomero?
Definiamo il sarcomero perché il sarcomero è l'unità contrattile del tessuto muscolare striato scheletrico. Cioè che significa? Che dall'avvicinamento dei due dischi z e quindi dall'accorciamento del sarcomero si ha l'inizio della contrazione.
Tutti i sarcomeri che si accorciano fra di loro sono responsabili della contrazione. Quindi un sarcomero in definitiva comprende un'emibanda I, una banda A e un'altra emibanda I. Adesso c'è però un problema.
Il sarcomero sta all'interno delle miofibrille che a loro volta stanno all'interno della fibra muscolare. Abbiamo capito, anche se non abbiamo ancora visto il come, che il sarcomero è l'unità che si contrae e quindi contraendo si determina la contrazione della fibra muscolare. Tuttavia la fibra muscolare è una cellula, quindi avrà una membrana plasmatica, che prende il nome in questo caso di sarcolemma.
Come fa il sarcomero a trasmettere la sua contrazione alla membrana? O meglio, se il sarcomero si accorcia, c'è bisogno di un sistema che ancori il sarcomero alla membrana, in modo tale che all'accorciamento del sarcomero corrisponde anche un accorciamento della membrana, e quindi è il complesso. un accorciamento di tutta la fibra muscolare.
Il sistema che accoppia il sarcomero con la membrana cellulare è detto costamero. Da cosa è formato il costamero? È formato principalmente da due molecole, o meglio, da due tipi di molecole molto importanti, che sono la distrofina e i distroglicani.
La distrofina parte dalle linee Z dei sarcomeri e si porta verso la membrana cellulare, dove si va a ganciare su un gruppo. di proteine transmembrana che prende il nome di distroglicani. In questo modo si ha l'ancoraggio indispensabile per l'accorciamento della fibra. La distrofina è indispensabile per i muscoli. Se non c'è, ci sono dei danni davvero gravi.
È il caso di una malattia genetica, la distrofia di Duchenne, in cui c'è un difetto in un gene che codifica per la distrofina. La distrofina non viene prodotta come dovrebbe essere prodotta, non c'è un corretto aggancio con il sarcolemma e quindi in effetti i sarcomeri si contraggono, è vero, ma non si ha un accorciamento della fibra. Quindi non si ha una contrazione muscolare e quindi si ha la paralisi. Paralisi che interessi tutti i muscoli, anche quelli della respirazione perché in parte sono muscoli volontari e quindi questo vi fa capire come alla fine questa patologia possa determinare dei risvolti anche molto gravi. Bene, esaminiamo adesso...
gli ultimi due elementi di una fibra muscolare striata scheletrica che ci servono ancora di più per capire come avviene il meccanismo della contrazione e sono i tubuli T e il reticolo sarcoplasmatico. I tubuli T sono delle invaginazioni del sarcolemma che entrano all'interno della fibra e si vanno a disporre tra una miofibrilla e l'altra, assumendo un aspetto appunto tubulare, da cui il nome di tubuli. Sono chiamati T perché sono tubuli trasversi, perché il loro orientamento è trasversale rispetto all'asse maggiore della fibra muscolare. Questi tubuli T quindi formano un vero e proprio reticolo all'interno della cellula e vanno ad addossarsi alle miofibrille in corrispondenza del punto in cui è presente la linea Z. Quindi proprio lì si vanno ad accollare alle miofibrille.
Accanto ai tubuli T c'è poi il reticolo sarcoplasmatico, che è il corrispettivo del reticolo endoplasmatico liscio di una comune cellula per una cellula muscolare. Il reticolo endoplasmatico liscio si avvolge anch'esso attorno alle miofibrille, ma particolarmente lo troviamo a ridosso dei tubuli T, dove si vengono a formare due rigonfiamenti del reticolo sarcoplasmatico, che vanno a formare quindi altri due tubuli attorno al tubulo T. Tubulo T più i due rigonfiamenti dei reticoli sarcoplasmatici, prendono il nome, più le sacche laterali insomma, prendono il nome di triade nel complesso. Perché gli esaminiamo insieme tubuli T e reticolo sarcoplasmatico?
Perché la loro funzionalità è integrata. Quando arriva un impulso elettrico sulla membrana, sul sarcolemma, questo grazie ai tubuli T viene trasmesso all'interno della fibra, quindi i tubuli T subiscono anch'essi questo impulso. I tubuli T presentano dei recettori che sono i recettori diidropiridinici. Si tratta di recettori capaci di attivare il reticolo sarcoplasmatico. Il reticolo sarcoplasmatico, in seguito alla onda di depolarizzazione che riceve, attiva altri recettori che sono i recettori rianodinici.
attraverso i quali lui libera all'esterno grandi quantità di ioni calcio che in condizioni di riposo lui immagazzina al suo interno. E' qui che inizia la contrazione, grazie a tutto questo sistema. Quindi impulso elettrico arriva, grazie a tubuletti arriva all'interno, recettori di idropiridinici trasmettono il segnale al reticolo sarcoplasmatico e il reticolo sarcoplasmatico apre i recettori rianodinici e si liberano gli ioni calcio.
Abbiamo visto quindi che l'impulso, arrivato a livello dei tubuli T, entra all'interno della miofibrilla. Ma da dove viene questo impulso? Arrivo ovviamente a un neurone e viene trasmesso alla fibra muscolare in una zona che prende il nome di placca motrice. La placca motrice quindi è formata dalla terminazione del neurone e da una zona della fibra muscolare invaginata, che accoglie appunto diverse invaginazioni. All'interno di queste invaginazioni sono presenti dei recettori per alcune sostanze che verranno rilasciate dal neurone.
Infatti il neurone presenta nella sua parte terminale delle vescicole, vescicole che contengono dei neurotrasmettitori, cioè delle sostanze che sono capaci di trasformare un impulso, che vengono liberate in seguito ad un impulso elettrico, e che una volta che vanno a legarsi sui recettori corrispondenti sono capaci di scatenare un altro impulso elettrico. Nel caso della placca motrice cosa succede? Che arriva l'impulso. Questo impulso determina il rilascio delle vescicole di neurotrasmettitore determinano poi il legame del neurotrasmettitore con i corrispettivi recettori e a seguito di questo legame si ha l'inizio dell'onda di depolarizzazione. Quindi la fibra muscolare si depolarizza e poi da qui passerà l'onda di depolarizzazione di tubulitide, tubulitide reticolosarcoplasmatico e tutta la strada di cui abbiamo già parlato.
Ecco come appare una placca motrice, quindi abbiamo la fibra muscolare, e la placca motrice che va a instaurarsi su di essa. Qui vediamo più placche motrici, quindi che agiscono su diverse fibre muscolari, e qui ancora un'immagine interdimensionale con le fibre muscolari e le corrispettive placche motrici. Bene, a questo punto abbiamo tutti gli elementi per poter capire come avviene la contrazione muscolare, che non è altro...
che è l'avvicinamento dei dischi Z, quindi lo scorrimento dei filamenti sottili sui filamenti spessi. Allora, in condizioni di riposo cosa succede? La testa della miosina è capace di legare l'ATP.
ATP, quindi ha un dominio in cui riesce a legare questa molecola di ATP. L'ATP però viene subito trasformato alle teste dell'amiosina in ADP più il fosfato, quindi la testa dell'amiosina possiede in realtà un dominio ATP-asico, cioè capace di scindere la molecola di ATP. A seguito di questa scissione, che cosa avviene?
Un cambiamento di forma a livello delle teste dell'amiosina. Le teste quindi si avvicinano ai filamenti sottili. Arriva l'impulso nervoso, quindi questo è quello che succede nelle condizioni di riposo.
Arriva l'impulso nervoso. Impulso nervoso, attraverso il sistema dei tubuli T e del reticolo sarcoplasmatico, induce la liberazione degli ioni calcio. Gli ioni calcio si vanno a legare sul frammento TN-C della troponina. A causa di questo legame, la troponina induce il cambiamento di forma della tropomiosina, smascherando i siti legame per le teste della miosina con i filamenti. Quindi la tropomiosina cambia e le teste della miosina riescono a legarsi all'actina.
A seguito di questo legame viene lasciato l'ADP delle teste della miosina e le teste della miosina si piegano. E nel piegarsi, quindi nel cambiare conformazione, inducono lo slittamento, quindi lo spostamento, e quindi la... l'accorciamento in generale dei filamenti sottili, quindi del sarcomero in tutto il loro insieme.
Il segnale cessa, la tropomiosina ritorna alla sua conformazione originale, l'ATP si lega nuovamente alle teste della miosina e arriva il distacco, e quindi il filamento sottile ritorna alla sua posizione originaria. Bene! Le varie fibre muscolari hanno tutte quante le caratteristiche di cui abbiamo visto e si contraggono tutte allo stesso modo. Tuttavia esistono diversi tipi di fibre a seconda della quantità che queste fibre hanno di miofibrille o di altre caratteristiche.
In generale parliamo di fibre bianche e di fibre rosse anche se è una classificazione molto grossolana. Perché tra fibre bianche e fibre rosse esistono una serie di intermedi. Le fibre bianche hanno molte miofibrille, quindi sono fittamente estipate di miofibrille, mentre le fibre rosse hanno poche miofibrille.
Le fibre bianche sono più spesse di quelle rosse, che quindi sono più sottili. Le fibre bianche sono poi ricche di glicogeno, mentre le fibre rosse sono povere di glicogeno, hanno scarse quantità di glicogeno. Al contrario però, le fibre bianche sono povere di mioglobina, mentre le fibre rosse sono ricche di mioglobina.
Inoltre, le fibre bianche hanno pochi mitocondri, mentre le fibre rosse hanno molti mitocondri. Proviamo un attimo a mettere insieme tutte queste caratteristiche. Se le fibre bianche hanno poca mioglobina e hanno pochi mitocondri, significa che queste fibre non faranno la respirazione aerobia. perché hanno pochi mitocondri, poca emioglobina che fornisce ossigeno, quindi la loro energia non la ricaveranno da...
un metabolismo di tipo ossidativo ma essendo ricche di glicogeno è più verosimile che loro l'energia la ricavino da un metabolismo di tipo glicolitico, cioè in seguito alla glicolisi. Le fibre rosse invece sono povere di glicogeno ma hanno molta mioglobina e molti mitocondri quindi loro faranno presumibilmente un metabolismo ossidativo mentre la glicolisi sarà molto bassa ed infatti è questa la grande differenza tra metab... fra le fibre bianche e le fibre rosse.
Però, come si lega adesso questa differenza alla funzione che hanno queste fibre? Se le fibre bianche fanno un metabolismo glicolitico, significa che fanno una tappa più breve che la glicolisi e da questa ricavano energia. Questa energia è una quantità molto alta di energia, perché abbiamo detto essere ricche di glicogeno.
Si tratterà quindi di fibre che riescono a ricavare molta energia in poco tempo. Le fibre rosse invece fanno un metabolismo ossidativo, che è un metabolismo più lento rispetto a quello glicolitico. Quindi riusciranno a ricavare meno energia, però l'avranno in un arco di tempo maggiore.
Di qui la differenza. Le fibre bianche sono quelle delle contrazioni fasiche, cioè quelle contrazioni che avvengono con maggiore intensità, ma in un breve periodo di tempo. Pensiamo...
a quando solleviamo dei pesi, oppure a quando facciamo uno scatto in una corsa. In quell'ambito sono coinvolte le fibre bianche. Le fibre roste invece fanno delle contrazioni toniche, cioè delle contrazioni meno intense di quelle bianche, ma che avvengono con più lentezza nel tempo. Esempio i muscoli posturali. Sono dei muscoli a contrazione tonica, in cui appunto la contrazione avviene in maniera spezzettata nel tempo.
Bene, concludiamo adesso con alcune immagini, sia di microscopia elettronica che microscopia ottica. Partiamo con la microscopia elettronica. Qui possiamo vedere proprio tre miofibrille parallele fra di loro con il sarcoma e il ribadino in evidenza.
Quindi all'esterno vediamo la linea Z, poi le mie banda I e poi la banda A, con i punti di sovrapposizione. E poi al centro, con un occhio attento, è possibile anche riconoscere la banda H e al centro della banda H la linea M. Da notare poi i mitocondri fra le diverse miofibrille. Qui ancora scendiamo solo su un sarcomero e vediamo proprio come è composto, linee Z più scure, emibande I e banda A, che comprende la banda H più centrale, che è meno elettrondensa.
Arriviamo invece alla microscopia ottica, quindi vediamo adesso come appare il tessuto muscolare estratoscaletrico alla microscopia ottica. Vediamo più fibre qui tagliate. longitudinalmente e vediamo proprio i nuclei delle cellule disposte in periferia da notare anche il connettivo lasso che separa una fibra da un'altra ecco ancora qui altre fibre con i nuclei in periferia e il classico assetto a bande dovuto alle miofibrille e qui ancora diverse fibre da notare proprio come i nuclei si dispongono proprio alla periferia e con una forma molto schiacciata Qui invece vediamo un taglio trasversale e questo complica un po' le cose perché qui non riusciamo a vedere bene l'assetto striato, però ci sono degli elementi che ci possono aiutare.
Il primo elemento è la localizzazione dei nuclei. I nuclei sono disposti in periferia, infatti qui li troviamo sempre in periferia. L'altra caratteristica è il fatto che all'interno troviamo questo aspetto tutto a puntini, dovuto al fatto che ci sono molte miofibrille che però sono state tagliate trasversalmente. Ancora un taglio trasversale, da notare le varie fibre muscolari, inoltre qui vediamo anche il connettivo tra una fibra e l'altra, quindi il cosiddetto endomisio.
Qui addirittura riusciamo a vedere, quindi siamo in ingrandimento minore, riusciamo a vedere i fasci di fibre, quindi vediamo queste fibre che si organizzano in fasci e tra un fascio e l'altro è presente poi il perinisio, quindi sembra un connettivo di natura lassa.