Transcript 4 - Muscoloscheletrico - Simone Damiano Ph.D.

Il sistema scheletrico e il sistema muscolare –
Vertebrati senza arti
Alcuni gruppi di vertebrati,
tra cui i serpenti, hanno
perduto gli arti durante
l’evoluzione
Come è accaduto?
1
16.1 Negli animali si sono evolute diverse modalità di
movimento
▪ Gli animali si muovono in modo estremamente vario
▪ Locomozione
– È lo spostamento attivo da un luogo all’altro
– Comporta un dispendio di energia per vincere attrito e
gravità
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16.1 Negli animali si sono evolute diverse modalità di
movimento
▪ La locomozione in acqua
– L’acqua sostiene gran parte del peso
– L’attrito con un fluido denso come l’acqua è molto alto
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16.1 Negli animali si sono evolute diverse modalità di
movimento
▪ La locomozione su terraferma
– Attrito molto ridotto
– Bisogna contrastare la forza di gravità
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16.1 Negli animali si sono evolute diverse modalità di
movimento
▪ Animali striscianti
– Gli animali che non utilizzano arti per la locomozione
devono superare un attrito elevato con il terreno
– Le tecniche possibili sono varie
– Movimento ondulatorio
– Movimento in linea retta sfruttando le scaglie come appigli
– Movimento peristaltico
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Muscolo
longitudinale
rilassato
(disteso)
Muscolo
circolare
contratto
Muscolo
circolare
rilassato
Muscolo
longitudinale
contratto
Capo
1
Setole
2
3
6
16.1 Negli animali si sono evolute diverse modalità di
movimento
▪ Il volo
– Tutti i tipi di ali hanno forma aerodinamica che modifica le
correnti d’aria per generare una spinta dal basso verso l’alto
– Gli unici animali in grado di volare attivamente sono insetti,
uccelli e pipistrelli
Fo
ae rma
de rodin
ll’a am
la
ica
7
16.2 Lo scheletro ha funzioni di sostegno, ma anche di movimento e protezione
▪ Lo scheletro svolge molte funzioni
– Insieme ai muscoli permette il movimento
– Dà forma e sostegno al corpo
– Protegge gli organi molli
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16.2 Lo scheletro ha funzioni di sostegno, ma anche di movimento e protezione
▪ Scheletro idrostatico
– È costituito da un liquido mantenuto sotto pressione in un
compartimento chiuso del corpo
– Si osserva in molti animali acquatici e negli animali terrestri
che strisciano sul terreno o scavano gallerie con movimenti
peristaltici
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16.2 Lo scheletro ha funzioni di sostegno, ma anche di movimento e protezione
▪ Esoscheletro
– È uno scheletro esterno rigido
– Negli artropodi è un rivestimento resistente composto da strati
di proteine e di chitina
– Molluschi come bivalvi, lumache e cipree hanno un esoscheletro
costituito da una o più conchiglie di carbonato di calcio
Conchiglia
(esoscheletro)
Mantello
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16.2 Lo scheletro ha funzioni di sostegno, ma anche di movimento e protezione
▪ Endoscheletro
– È formato da elementi di sostegno duri o coriacei situati
all’interno del corpo dell’animale
– Può essere costituito da strutture e materiali molto diversi
– Spugne: spicole costituite da sali di calcio o silice
– Echinodermi: dermascheletro, piastre dure sottocutanee calcaree
– Vertebrati: cartilagine oppure ossa e cartilagine
11
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16.3 Lo scheletro dei vertebrati è una variazione su
un tema antico
▪ Lo scheletro dei vertebrati
alla luce dell’evoluzione
– Scheletro assile
– Cranio
– Colonna vertebrale
– Cassa toracica (nella maggior parte dei vertebrati)
– Scheletro appendicolare
– Formato dalle ossa degli arti e da quelle che uniscono gli
arti allo scheletro assile
– In un vertebrato di terraferma gli arti superiori si
inseriscono nel cinto scapolare e quelli inferiori nel
cinto pelvico
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Cinto
scapolare
Clavicola
Cranio
Scapola
Sterno
Costola
Omero
Vertebra
Radio
Ulna
Cinto pelvico
Carpo
Falangi
Metacarpo
Femore
Rotula
Tibia
Perone
Tarso
Metatarso
Falangi
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Cranio
Cinto
scapolare
Clavicola
Scapola
Sterno
Costola
Omero
Vertebra
Radio
Ulna
Cinto pelvico
Carpo
Falangi
Metacarpo
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Femore
Rotula
Tibia
Perone
Tarso
Metatarso
Falangi
16
Dischi
intervertebrali
7 vertebre
cervicali
12 vertebre
toraciche
Osso
iliaco
5 vertebre
lombari
Osso sacro
Coccige
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16.4 Le ossa sono organi complessi costituiti da tessuti vivi e metabolicamente attivi
▪ Le ossa sono formate da componenti minerali e da diversi tipi di
tessuti vivi metabolicamente attivi
– Periostio: rivestimento di tessuto connettivo fibroso
– Cartillagine: forma cuscinetti che ammortizzano gli impatti e
diminuiscono l’attrito nelle giunzioni
– Tessuto osseo: è formato da una matrice di fibre di collagene
immerse in un’impalcatura di sali minerali
– Gli osteoblasti secernono la matrice ossea e vivono al suo interno
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16.4 Le ossa sono organi complessi costituiti da tessuti vivi e metabolicamente attivi
▪ Struttura delle ossa lunghe
– Diafisi: è la parte centrale, cilindrica, allungata
– Costituita da osso compatto
– Contiene una cavità costituita da midollo osseo giallo
– Epifisi: sono le estremità
– All’esterno, osso compatto
– All’interno, osso spugnoso
– Le piccole cavità dell’osso spugnoso contengono midollo
osseo rosso
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16.4 Le ossa sono organi complessi costituiti da tessuti vivi e metabolicamente attivi
▪ Metabolismo
– All’interno dei canali ossei
– Vasi sanguigni
– Nervi
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Cartilagine
Osso spugnoso
(contiene il midollo
osseo rosso)
Osso
spugnoso
Osso compatto
Cavità centrale
della diafisi
Midollo
osseo giallo
Cartilagine
Vasi
sanguigni
Tessuto
connettivo
fibroso
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Quando l’osso si spezza
COLLEGAMENTO
salute
▪ Le cellule del tessuto osseo
– Rimuovono in continuazione la vecchia matrice ossea
e la sostituiscono con nuovi materiali
– Riparano le ossa in caso di frattura
▪ Curare le fratture ossee
– L’osso viene riportato alla sua forma e immobilizzato
– Le cellule producono nuovo tessuto e riparano la
frattura
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Quando l’osso si spezza
COLLEGAMENTO
salute
▪ Osteoporosi
– È una malattia caratterizzata da una diminuzione della
massa ossea e dal deterioramento strutturale del
tessuto osseo
– Fattori di rischio
– Scarso livelli di calcio nella dieta
– Mancanza di esercizio fisico
– Fumo
– Menopausa
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16.5 Le articolazioni permettono diversi tipi di movimento
▪ Gran parte della versatilità dello scheletro dei
vertebrati è dovuta alla presenza di articolazioni
che consentono diversi tipi di movimento
− Enartrosi
− Articolazioni a cerniera
− Articolazioni a perno
Testa
dell’omero
Omero
Scapola
Ulna
Ulna
Radio
Enartrosi
Articolazione a cerniera
Articolazione a perno
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Testa
dell’omero
Scapola
Enartrosi
27
Omero
Ulna
Articolazione a cerniera
28
Ulna
Radio
Articolazione a perno
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16.6 Scheletro e muscoli interagiscono per produrre il movimento
▪ Per produrre il movimento, i muscoli interagiscono con le
ossa, che funzionano come leve
▪ I muscoli sono collegati alle ossa mediante i tendini,
formati da tessuto connettivo fibroso
▪ Un muscolo può soltanto contrarsi attivamente
− Il rilassamento successivo alla contrazione è un processo passivo
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16.6 Scheletro e muscoli interagiscono per produrre il movimento
▪ Coppie di muscoli antagonisti
– Applicano forze opposte alle stesse parti dello scheletro
– Permettono di muovere le parti del corpo e di riportarle
attivamente alla posizione di partenza
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Braccio flesso
Braccio teso
Bicipite
contratto
Tricipite rilassato
Tendine
Bicipite
rilassato
Tricipite
contratto
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Lezione 3
LA CONTRAZIONE MUSCOLARE E IL MOVIMENTO
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16.7 Ogni cellula muscolare ha il
proprio apparato contrattile
Muscolo
Fibre muscolari
– Sono cellule allungate dotate di molti
nuclei
– Contengono ognuna un fascio di
miofibrille
Miofibrille:
– Formate da proteine, tra cui le
proteine contrattili
– Actina
– Miosina
Fascio di fibre
muscolari
Singola fibra
muscolare
Nuclei
Membrana plasmatica
Miofibrilla
Banda Banda Banda
chiara scura chiara
Sarcomero
Linea Z
16.7 Ogni cellula muscolare ha il
proprio apparato contrattile
Sarcomeri
Banda
chiara
– Sono le unità contrattili delle
miofibrille
– Filamenti sottili: actina
– Filamenti spessi: miosina
Banda
scura
Miofibrilla
Sarcomero
Un sarcomero si contrae (accorciandosi)
quando i suoi filamenti sottili scorrono
lungo quelli spessi
miosina
actina
Sarcomero
Banda
chiara
Linea Z
Z
Muscolo
a riposo
Sarcomero
Banda
scura
Z
Muscolo
in contrazione
Muscolo
completamente
contratto
Sarcomero
contratto
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16.8 La contrazione muscolare avviene grazie allo
scorrimento dei filamenti nei sarcomeri
1. Legame tra ATP e teste della miosina, scissione
dell’ATP in ADP e fosfato
2. Le teste si piegano nella configurazione ad alta energia
3. Legame tra le teste di miosina e i siti di legame sui
filamenti di miosina
4. ADP e fosfato vengono liberati, la testa della miosina
torna alla configurazione a bassa energia e spinge la
miosina verso il centro del sarcomero: power stroke
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16.8 La contrazione muscolare avviene grazie allo
scorrimento dei filamenti nei sarcomeri
Le quattro fasi dello scorrimento dei filamenti
Una molecola di ATP si lega alla testa della miosina, che si trova
inizialmente in una configurazione a bassa energia
1
Filamento
sottile (actina)
ATP
Testa della miosina
(configurazione a bassa
energia)
Filamento
spesso (miosina)
L’ATP viene scisso in ADP e fosfato, liberando così energia che viene
usata per muovere la testa della miosina verso l’actina
Actina
2
ADP
P
16.8 La contrazione muscolare avviene grazie allo
scorrimento dei filamenti nei sarcomeri
Le quattro fasi dello scorrimento dei filamenti
La testa della miosina si protende verso il filamento sottile per legarsi
al sito specifico, in una configurazione indicata come ponte crociato
3
ADP
P
Ponte crociato
Una volta formato il legame, l’ADP e il fosfato vengono liberati e la testa della
miosina torna alla configurazione iniziale, con un movimento che spinge il
filamento sottile verso il centro del sarcomero
ADP + P
4
Nuova posizione
della linea Z
Testa della miosina
(configurazione a bassa
energia)
16.9 I neuroni motori stimolano la contrazione
del muscolo
▪ Motoneuroni
– Trasportano i segnali emessi dal sistema nervoso per
attivare la contrazione muscolare
▪ Giunzioni neuromuscolari
– Sono le sinapsi tra neuroni motori e fibre muscolari
– Per trasmettere il segnale attraverso la sinapsi il
motoneurone libera un neurotrasmettitore (acetilcolina)
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Assone del
motoneurone
Potenziale d’azione
Mitocondrio
Terminale
sinaptico
Tubulo T
Reticolo
endoplasmatico
(RE)
Miofibrilla
Membrana
plasmatica
Sarcomero
Ioni Ca2+
liberati
dal reticolo
endoplasmatico
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16.9 I neuroni motori stimolano la contrazione
del muscolo
▪ Anche la membrana plasmatica delle fibre muscolari
può propagare i potenziali d’azione
– Attraverso i tubuli T il segnale raggiunge anche l’interno
della cellula
– Il reticolo endoplasmatico rilascia nel citoplasma ioni
Ca2+
– Gli ioni Ca2+ legano la troponina e fanno spostare la
tropomiosina liberando i siti di legame per la miosina
sulle fibre di actina
– Le teste della miosina possono legare l’actina e la
contrazione muscolare ha inizio
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16.9 I neuroni motori stimolano la contrazione
del muscolo
▪ Unità motoria
– Un motoneurone
– Il gruppo di fibre muscolari controllate dal motoneurone
▪ Nei muscoli più grandi un singolo motoneurone può
controllare migliaia di fibre
▪ Dove è necessaria maggior precisione ogni motoneurone
controlla poche (o una sola) fibre
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Midollo spinale Unità
Unità
motoria 1 motoria 2
Nervo
Corpo cellulare
del motoneurone
Assone del
motoneurone
Terminali
sinaptici
Nuclei
Fibre muscolari (cellule)
Muscolo
Tendine
Osso
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Di che fibra sei fatto?
COLLEGAMENTO
salute
▪ Ogni muscolo è costituito da fibre veloci, lente e intermedie,
in proporzioni che dipendono dal tipo di lavoro che svolge
▪ Molte delle differenze tra i diversi tipi di fibre muscolari
dipendono dalla via biochimica impiegata per generare ATP
− Fibre lente: respirazione aerobica
− Fibre veloci: respirazione anaerobica
− Fibre medie: in prevalenza respirazione aerobica
45
46
47
Percentuale del muscolo totale
100
Lente
Intermedie
Veloci
80
60
40
20
0
Velocista
Individuo
mediamente
sedentario
Individuo
mediamente
attivo
Corridore
sulla
media
distanza
Maratoneta
48
Atleta
specialista
in
discipline
di resistenza