Parte legata ai muscoli Flashcards
(41 cards)
Qual è l’unità funzionale del muscolo?
E’ l’emisarcomero, ovvero l’unità contrattile formata da due linee Z successive. Il sarcomero è formato da filamenti spessi, che formano la banda A, banda H e linea M, e da filamenti sottili, che formano la banda I. I filamenti spessi sono formati da miosina e quelli sottili da actina. Oltre a queste due proteine è presente anche la titina, che è una proteina responsabile della forza passiva del muscolo, quando esso viene allungato. Essa è presente nei filamenti sottili, dove è costituita da immunoglobuline, e nei filamenti spessi, dove costituisce una proteina di ancoraggio per altre proteine.
Il filamento spesso è formato da corone, in cui ogni corona è data da 3 test di miosina, che si intercorrono ogni 120°. Le corone tra loro sono separate da 14 nm.
Descrivere la struttura molecolare del motore miosinico.
Il motore miosinico è formato da un sito di legame per l’actina e da un sito di legame per l’ATP, che viene poi idrolizzato in ADP+P, che da l’energia necessaria al movimento del braccio di leva. Nella conformazione iniziale si ha quindi la miosina legata all’ATP, che viene poi idrolizzato a ADP+P. Il P esce poi dal sito di legame e in questo modo si ha il movimento del braccio di leva, che porta allo scorrimento dell’actina e quindi all’accorciamento del sarcomero. L’idrolisi dell’ATP può avvenire anche in assenza di actina, ma in maniera molto più lenta. Quando si ha la contrazione isometrica, dopo l’idrolisi dell’ATP ad ADP+P non si ha il movimento del braccio ma si ha subito un nuovo legame con l’ATP: in questo modo non si ha accorciamento. Quando invece si ha la contrazione isotonica, si ha l’accorciamento della molla e quindi del sarcomero.
I motori molecolari e i sarcomeri sono in parallelo o in serie?
I motori molecolari sono in parallelo: la forza che si sviluppa agli estremi della fibra muscolare è la stessa che si sviluppa nel sarcomero. Questo non incide quindi sull’accorciamento che ne può generare. I sarcomeri sono invece in serie: l’accorciamento che ne deriva dipende quindi dal numero di sarcomeri presenti nella fibra.
Com’è regolata la contrazione muscolare?
I complessi della troponina e la tropomiosina sono proteine legate all’actina, che ne impediscono il legame con la miosina. Del complesso della troponina troviamo:
-Troponina C: lega il calcio.
-Troponina I: lega la troponina all’actina.
-Troponina T: lega la troponina alla tropomiosina.
Quando il calcio viene liberato, esso si lega alla troponina C e, tramite un cambiamento conformazionale, le troponine e la tropomiosina lasciano scoperti i siti di legame per la miosina.
La miosina però non è sempre attiva e pronta a creare legami con l’actina, ma ha una conformazione off in cui si ripiega lungo l’asse del filamento spesso, assumendo la conformazione definita “J motif” (IHM -> interactive heads motif). Solo alcune miosine restano sempre nello stato on ed esse sono le teste sentinella: quando arriva il calcio, si ha il legame tra queste test e l’actina e lo sviluppo di forza viene propagato alle altre teste di miosina. Questa conformazione IHM è presente in nematodi, invertebrati etc, per cui ha un’importanza fondamentale nei processi che coinvolgono il muscolo. Infatti la miosina può idrolizzare ATP anche in assenza del legame con l’actina: il fatto di avere però le teste di miosina in conformazione OFF, fa risparmiare molto ATP.
Come viene rimosso il calcio dopo la contrazione?
Attraverso la pompa SERCA o lo scambiatore sodio/calcio.
Quando si utilizzano catecolammine, viene prodotta PKA, la quale produce fosfolambano. Esso ha la funzionalità di inibire la SERCA. Con una fosforilazione però si ha l’inibizione del fosfolambano e quindi l’aumento della funzionalità della SERCA, che rimuove tanto calcio dallo spazio intracellulare: si ha minor forza di contrazione e maggior rilassamento muscolare. Stessa cosa si ottiene fosforilando la troponina I: in questo caso si ha minor affinità della troponina C per il calcio e quindi minor sviluppo di forza.
Come viene scoperta la legge di Starling?
Nel 1900 furono fatti degli esperimenti su un preparato cuore-polmoni, in cui un cuore e due polmoni vennero inseriti in un sistema con arterie, vene, un condotto elastico, un manometro per la misurazione della pressione e una resistenza. Attraverso l’uso di un cardiometro fu possibile misurare la variazione di volume all’interno del preparato e gli sperimentatori si accorsero che, alzando il serbatoio venoso, si creava una pressione maggiore, che provocava un aumento del volume in uscita dai ventricoli. Questa è infatti la legge di Starling, che afferma che un volume maggiore di sangue viene liberato dai ventricoli in presenza di un aumento di pressione.
Se più sangue viene pompato nel piccolo circolo, più sangue verrà pompato nel grande circolo.
La legge di Starling si può applicare anche al tessuto muscolare?
Si può applicare anche al tessuto muscolare, con una reinterpretazione di forza-lunghezza. Ovvero il sarcomero, all’aumentare della lunghezza, aumenta la forza che può sviluppare. Questa funzionalità si chiama LDA, attivazione dipendente dalla lunghezza. Questo avviene perchè?
1-Con una maggior lunghezza del sarcomero si ha lo scoperchiamento di più siti di legame con la miosina.
2-Si ha l’avvicinamento dei filamenti e quindi si ha un aumento della forza di contrazione.
3-Si ha la fosforilazione della troponina I, della proteina C e della catena leggera della miosina.
4-Si ha il cambiamento della posizione dei motori miosinici a riposo.
Descrivere il grafico volume-pressione.
Il questo grafico vediamo la diretta proporzionalità tra aumento del volume e aumento della pressione in fase diastolica e sistolica, seconda la legge di Starling.
A che lunghezze di sarcomero lavora il cuore?
Tra 1.8 e 2.8 um (il muscolo scheletrico tra 1.8 e 3.6).
Come viene allestito un esperimento con muscolo papillare?
Il muscolo papillare è quello che controlla la chiusura delle valvole. Esso è inserito in una soluzione fisiologica e, le sue parti tendinee, sono aggacciate a due leve. Nella leva inferiore è collegato un trasduttore di forza, che traduce l’accorciamento in mV di sviluppo di forza; mentre in quella superiore si può avere uno stop per lo sviluppo di forza isometrica oppure si può agganciare un peso per lo sviluppo di froza isotonica.
Che relazione c’è tra carico, sviluppo di forza e velocità di accorciamento?
Nella contrazione isotonica si ha uno sviluppo di forza pari al carico inserito. Quando si ha un carico piccolo si ha una forza sviluppata bassa e la massima velocità di accorciamento. Quando si ha un carico grande, si ha sviluppo di grande forza e una velocità di accorciamento bassa. Queste proporzionalità possono essere espresse in un grafico di forza-velocità, in cui inseriamo la forza T/TP (T è una porzione della forza TP di massimo accorciamento, di picco) e la velocità di accorciamento. Vediamo che esse sono inversamente proporzionali, ovvero al diminuire della forza sviluppata, si ha la massima velocità di accorciamento e viceversa.
Per calcolare questa retta bisogna considerare che, quando viene apposto un peso, si ha l’accorciamento che inizialmente è lineare ma che piano piano diminuisce poichè si ha lo sviluppo della forza di picco, poi il calcio diminuisce e il muscolo smette di accorciarsi. Bisogna quindi considerare la parte lineare e calcolare la massima velocità di accorciamento.
Il prodotto tra forza e velocità mi da la potenza sviluppata in funzione del carico.
Come si può misurare l’accorciamento in fase di diastole e in fase di sistole?
In fase di diastole si può misurare tramite l’uso di un diffrattometro, quindi tramite l’uso di una luce laser. In fase di sistole invece è più difficile misurare l’accorciamento, perchè non sappiamo di quanto esso può essere. Visto che la trabecola isolata è trasparente possiamo misurarne la lunghezza tramite microscopio. Possiamo montarre la trabecola tra un trasduttore di forza e uno di lunghezza: si può usare un raggio laser con lunghezza d’onda comparabile a quella del sarcomero, che incide sul reticolo di zone chiare e scure presenti nel sarcomero.
Lo sviluppo di forza dipende sia dalla lunghezza del sarcomero che dalla concentrazione extracellulare di calcio?
Creiamo un grafico con la lunghezza del sarcomero sulle x e lo sviluppo di forza sulle Y, con due diverse concentrazioni di calcio extracellulare: all’aumentare del calcio extracellulare aumenta il calcio liberato dal reticolo e lo sviluppo di forza. Nei tondi è rappresentata la condizione con 2.5 mM di calcio extracellulare e nei triangoli è rappresentata la condizioni con 0.5 mM di calcio. Nei punti vuoti è rappresentata la condizione isometrica, con accorciamento dell’8-14%, mentre nei punti pieni è rappresentata la condizione di controllo di lunghezza del sarcomero. Vediamo quindi dal grafico che lo sviluppo di forza dipende solo dalla lunghezza del sarcomero ed è quindi indipendente dalla concentrazione di calcio intracellulare. Vediamo infatti che la relazione forza-lunghezza in condizione di mino concentrazione di calcio extracellulare non differisce dalla relazione forza-lunghezza in condizioni di maggior concentrazione di calcio: i punti che rappresentano la contrazione isometrica e in controllo di lunghezza, è presente in entrambe le concentrazioni di calcio.
Nella contrazione isometrica si ha l’accorciamento della parte connettivale della trabecola. In condizioni di controllo di lunghezza si ha un motore che allunga di una quantità pari all’accorciamento che si avrebbe nel muscolo: in questo modo si mantiene la lunghezza costante e si può avere un maggior sviluppo di forza (secondo l’andamento lunghezza-velocità). Vediamo infatti in un altro grafico la lunghezza del muscolo, la lunghezza del sarcomero e lo sviluppo di forza: con una lunghezza del sarcomero costante, si ha uno sviluppo maggiore di forza.
Descrivere il grafico che rappresenta la variazione della velocità di accorciamento in funzione della forza?
Vediamo come cambia la velocità di accorciamento in funzione della forza, in presenza di diverse concentrazioni di calcio extracellulare o in presenza di diverse lunghezza del sarcomero. Vediamo che con concentrazione di calcio fissata e diversa lunghezza del sarcomero, la velocità massima di accorciamento non cambia, ma cambio la massima potenza. In presenza di lunghezza di sarcomero fissata e con diverse concentrazioni di calcio extracellulare, la velocità massima di accorciamento non cambia, ma cambia la potenza. Perchè non cambia la velocità massima di accorciamento? Questo dipende da un solo motore o da più motori?
Il fatto che la velocità di accorciamento non vari, dipende dal singolo motore molecolare o dall’insieme dei motori molecolari?
Per rispondere a questa domanda occorre usare un sistema chiamato “inseguitore di striature”, che permette di misurare la variazione della lunghezza a livello dell’emisarcomero, in pochi ms. Utilizzo lo stesso preparato e ottengo la variazione di froza, di lunghezza dell’emisarcomero e del motore. Vedo ma quando ho generazione di forza ho l’accorciamento del sarcomero e l’allungamento invece oeprato dal motore per riportare il sarcomero alla lunghezza iniziale. Nella traccia dell’accorciamento dell’emisarcomero, possiamo identificare 3 fasi: 1, 2 e 4 (la 3 è presente solo nel muscolo scheletrico). La fase 2 è dovuta al singolo motore molecolare e la fase 4 all’insieme dei motori molecolari. Possiamo in questo modo capire chi, se il singolo motore o l’insieme dei motori, è responsabile della generazione di forza. Vediamo quindi che cambiando la lunghezza del sarcomero o la concentrazione di calcio, la cinetica del singolo motore non cambia, mentre cambia la cinetica dell’insieme dei motori. In presenza di una lunghezza minore del sarcomero si ha una cinetica minore, mentre in presenza di una concentrazione maggiore di calcio si ha una cinetica maggiore. E’ quindi l’insieme dei motori che genera quella cinetica di quell’emisarcomero: quindi la potenza sviluppata dal cuore non dipende dalle proprietà del singolo motore ma dal numero di motori attaccati. Più motori attaccati ci sono e più alta sarà la sensibilità agli ioni calcio.
Descrivere la relazione forza-concentrazione di calcio
Se rappresentiamo in un grafico la relazione forza-concentrazione di calcio vediamo che questi due parametri sono direttamente proporzionali e che quindi all’aumentare della concentrazione di calcio aumenta anche la forza sviluppata. Se però la relazione viene applicata a lunghezze diverse dei sarcomeri, vediamo che una lunghezza grande del sarcomero equivale uno sviluppo maggiore di forza. Oltre una certa concentrazione di calcio si arriva poi a saturazione. Possiamo però normalizzare i valori di T, ovvero di sviluppo di forza, per un valore di T0=valore massimo che posso raggiungere nella curva.
T/T0=1(110^(n(pCa-pK))
In cui n riguarda la pendenza della curva, la pCa=-log (Ca) e pk è il valore di pCa in cui T=0.5T0.
In questo modo le curve vengono normalizzate per T0 ed è possibile stabilire che a una lunghezza maggiore di sarcomero corriponde una sensibilità maggiore al calcio (per i motivi già citati quali minor distanza tra i filamenti, più motori attaccati etc). Questa è l’attivazione che dipende dalla lunghezza.
Descrivere la relazione tra gittata sistolica, pressione dell’atrio e pressione dell’aorta (post-carico).
Nel grafico vediamo che la gittata sistolica e la pressione dell’atrio sono direttamente proporzionali per la legge di starling: all’aumentare della pressione, e quindi della pressione ventricolare, aumenta il volume di sangue in uscita dai ventricoli. Questi due parametri però sono inversamente proporzionali alla pressione dell’arteria aorta (se ci riferiamo a atri e ventricolo sx). Ovvero con pressione dell’aorta minore di 100 mmHg, si ha un output ventricolare maggiore, rispetto a quello che si avrebbe con una pressione aortica di 200 mmHg. Quindi quanto sangue c’è in uscita dal ventricolo dipende dalla gittata cardiaca e dalla pressione aortica, ovvero dipende dal post-carico.
La pressione nel ventricolo dx e sx è uguale?
No, la pressione del ventricolo sx è maggiore poichè si ha maggior resistenza e maggior gittata.
Ciclo cardiaco
Il ciclo cardiaco può essere rappresentato da varie fasi:
1-Riempimento ventricolare: siamo nella fase in cui il flusso di sangue passa da atrio a ventricolo. Si ha quindi, all’inizio, il sangue nel ventricolo. La pressione nel ventricolo sale fino a che non super quella dell’atrio e si ha l’apertura della valvola mitralica o tricuspide. Si ha quindi il passaggio del sangue al ventricolo con la relativa depolarizzazione dell’atrio e quindi l’onda P dell’ECG.
2-Contrazione ventricolare isovolumetrica: si ha l’aumento della pressione a livello ventricolare, senza aumento di volume. La pressione del ventricolo sale fino a superare quella dell’arteria aorta. Si ha la fase Q-R del complesso QRS.
3-Eiezione: quando la pressione ventricolare supera quella dell’aorta si ha la fine del complesso QRS e l’eiezione di sangue nell’arteria aorta per apertura della valvola aortica. Il flusso di sangue continua finchè la pressione nel ventricolo diminuisce.
4-Rilasciamento isovolumetrico: si ha la chiusura di tutte le valvole e quindi la diminuzione della pressione senza diminuzione del volume.
5-Da capo.
-Queste fasi possono essere riportare in un grafico con volume sulle X e pressione sulle Y. Si ha quindi la prima fase con variazione di volume da 80 a 160 mmHg, la seconda fase con volume costante e variazione di pressione fino a 80 mmHg, la terza fase di eiezione con salita della pressione fino a 120 mmHg e diminuzione del volume fino a 80 mmHg e infine la quarta fase con crollo della pressione a volume costante.
Quanti e da cosa sono scatenati i toni cardiaci?
I toni cardiaci sono 4 e sono dovuti alle aperture e chiusure delle valvole atrio-ventricolari e tra ventricoli e aorta. Negli adulti si sentono solo due toni cardicai ovvero il primo, corrispondente alal chiusura della valvola mitralica/tricuspide, e il secondo, corrispondente alla chiusura della valvola aortica/polmonare. Questi toni vengono ascoltati per indagare sulla presenza di eventuali soffi cardiaci.
Cosa succede se aumenta il pre-carico o il post-carico?
Se aumenta il pre-carico aumenta il volume di riempimento del ventricolo e quindi il grafico del ciclo cardiaco si sposta a dx. Non si ha la modificazione della linea di contrattilità. Con l’aumento della pressione si ha aumento della gittata cardiaca in maniera inversamente proporzionale rispetto alla cedevolezza.
C=AV/AP
GC=AS*V=AP/R=AV/AT
Se aumente il post-carico aumenta invece la pressione aortica e quindi il grafico si sposta in alto. Se la contrattilità non si modifica, allora il volume di riempiemnto del ventricolo deve diminuire, e quindi diminuisce anche la gittata cardiaca. Se invece la gittata cardiaca rimane invariata allora si deve modificare la contrattilità.
Che cos’è la curva ESPVR?
La curva ESPVR, end sistolic pression and volume relation, rappresenta la curva che si ottiene prendendo tutti i punti della fase finale dalla sistole, ottenuti dalla relazione pressione-volume con post-carico diverso. Il ventricolo non può svuotare di un volume di sangue maggiore della relazione ESPVR. Se c’è un aumento del post-carico, il volume di sangue che il ventricolo può liberare è minore poichè la linea ESPVR viene incontrata prima.
Cos’è la contrattilità?
La contrattilità è una caratteristica delle cellule del miocardio e ha a che fare con la pressione che può sviluppare il ventricolo. La contrattilità si può misurare in due modi:
1-Attraverso la pressione in funzione del tempo: vediamo come cambia la pendenza della contrattilità in funzione della pressione e del tempo. Contrattilità con pendenza maggiore equivale a maggior contrattilità. E’ importante anche in quanto tempo si ha il raggiungimento di quel valore di pressione dell’aorta, poichè appena esso viene raggiunto di ha la fuoriuscita di sangue dal ventricolo. Se quel valore viene raggiunto prima, diminuendo la pendenza della curva di contrattilità, si ha una fuoriuscita di sangue che è minore. Quindi la contrattilità è legata anche al tempo con cui il ventricolo raggiunge il valore di pressione dell’arteria aorta.
2-Attraverso la curva ESPVR: ovvero una linea che ripercorra tutti i punti telesistolici della relazione pressione-volume a post-carico diversi. Pendenza maggiore indica una contrattilità maggiore.
Come si può misurare l’attività di chiusura delle valvole?
L’attività di chiusura delle valvole può essere registrata tramite eco-cardiografia ovvero mandando un raggio laser contro una delle due valvole atrio-ventricolari, che poi viene riflessa e ci da informazioni sull’apertura o chiusura delle valvole. Quest’eco-cardiografia viene associata ad un’ECG. La valvola mitralica è formata da due lembi, uno anteriore che va verso il setto interventricolare quando si apre, e una posteriore che va verso il lato postero-laterale del ventricolo quando si apre. Mandando il laser e associando la registrazione a un ECG, è possibile capire se l’apertura di tale valvola avviene in maniera corretta oppure no.
