PARTE GENERALE: AREA BIOLOGICA

• Struttura e funzioni organiche

• Bioenergetica

CORSO PER TECNICO DI BASE 2006 – 2007

Provincia di Rimini

Tecnico Formatore: Davide Sartinidavide.sartini@alice.it

www.webalice.it/davide.sartini

Presentazioni di: Simona Contisoftsimi@alice.it

Struttura e Funzioni organiche

ATOMI

MOLECOLE

CELLULE

TESSUTI

ORGANI

APPARATI e SISTEMI

ORGANISMI

Gli organismi viventi sono formati da circa 50 elementi più o meno presenti; al 98% da O, C, H, N, Ca e P

Numerose molecole compongono il corpo umano, ma principalmente 5: lipidi, acqua, proteine, carboidrati e minerali

ESSERE UMANO

Struttura base dell’organismo vivente differenziata a seconda del tessuto che andrà a costituire: adipociti(t.adiposo), MIOCITI (t.muscolare), osteociti (t.osseo), condrociti (t.cartilagineo), fibrociti (t.connettivo) ecc.

Insieme di cellule simili per forma, funzione e derivazione.

Insieme di tessuti che svolgono funzioni tra loro integrate.

Apparato: Insieme di organi, anche molto diversi tra loro, che lavorano insieme per raggiungere uno stesso fine.Sistema: strutture di natura, costituzione e funzione simili tra loro.

LA CELLULAe organuli citoplasmatici

Informazioni e DNA

Respirazione cellulare

Sintesi proteica

Isolante da ambiente esterno e scambi

Digestione

Mezzo acquoso

TESSUTI

•GHIANDOLARI•DI RIVESTIMENTO•SENSORIALI

•OSSEO•CARTILAGINEO•ADIPOSO•SANGUE E LINFA

•LISCIO•STRIATO CARDIACO•STRIATO SCHELETRICO

•NEURONI•GLIA

• EPITELIALI

• CONNETTIVI

• MUSCOLARI

• NERVOSO

Raggruppamento di cellule adibite alla stessa funzione. Le cellule di uno stesso tessuto hanno subito lo stesso processo differenziativo e hanno struttura e funzioni che permettono loro di cooperare per svolgere varie mansioni.

TESSUTO MUSCOLARE

TESSUTO MUSCOLARE LISCIOFa parte della parete di visceri e vasi. E’ formato da cellule allungate ed affusolate, provviste di miofilamenti, ma non organizzati in modo da formare striature. E’ innervato dal sistema nervoso autonomo e la sua contrazione è involontaria e lenta.

TESSUTO MUSCOLARE STRIATO CARDIACO O MIOCARDIO.Il tessuto muscolare striato cardiaco ha struttura e funzionalitàsimili al muscolo scheletrico. Differenza fondamentale è che la sua contrazione è involontaria e determinata da cellule muscolari specializzate, le cellule del miocardio specifico, in grado di autogenerare gli impulsi che permettono la contrazione cardiaca. Il sistema nervoso ne regola solo il ritmo.

E’ il tessuto specializzato a compiere un lavoro, trasformando l'energia chimica in energia meccanica. Esistono tre tipi di muscolo: scheletrico, cardiaco e liscio.

TESSUTO MUSCOLARE striato scheletrico

LA “CELLULA” MUSCOLARE, MIOCITO o fibra muscolare

La fibra muscolare è formata dall’unione di numerose miofibrille.

La principale caratteristica di queste cellule è la capacità di cambiare la propria forma, e cioè di accorciarsi ed allungarsi.

Nel caso della cellula muscolare la membrana plasmatica prende il nome di sarcolemma, e il citoplasma di sarcoplasma. Questa cellula è inoltre caratterizzata da un elevato numero di mitocondri, adibiti alla funzione di respirazione, fondamentale per il suo compito.

Le miofibrilleLe miofibrille costituenti la fibra muscolare, a loro volta sono caratteristiche poiché il loro citoplasma è riempito di actina e miosina, due proteine, dette miofilamenti, orientati in un’unica direzione, parallela a quella dell’asse maggiore della cellula. Nella cellula muscolare scheletrica questi miofilamenti seguono una caratteristica disposizione spaziale che da alla cellula il caratteristico aspetto striato.Unità fondamentale della fibra muscolare è il sarcomero.

sarcomero

ORGANIInsieme di tessuti diversi tra loro che collaborano a svolgere un’unica funzione.

• OSSA • MUSCOLO• CUORE• POLMONE• MILZA• RENE• CERVELLO• OCCHIO

•ORECCHIO•INTESTINO•GENITALI•PANCREAS•STOMACO•FEGATO•VESCICA•Ecc.

ORGANI: MUSCOLO

Più fibre muscolari si uniscono, associate da tessuto connettivo, a formare il muscolo.

Proprietà delle cellule muscolari: Ipertrofia: aumento del volume delle celluleIperplasia: aumento del numero delle celluleIpotrofia: diminuzione del volume delle celluleAtrofia: diminuzione della funzione (contrazione) muscolare

ORGANI: OSSA

APPARATI E SISTEMIApparato: Insieme di organi, anche molto diversi tra loro, che lavorano insieme per raggiungere uno stesso fine.Sistema: strutture di natura, costituzione e funzione simili tra loro.

• APPARATO TEGUMENTARIO• APPARATO LOCOMOTORE o

SISTEMA MUSCOLO-SCHELETRICO

• APPARATO CIRCOLATORIO• APPARATO RESPIRATORIO• APPARATO o SISTEMA

DIGERENTE• SISTEMA ENDOCRINO• APPARATO URINARIO• APPARATO GENITALE o

SISTEMA RIPRODUTTIVO• SISTEMA NERVOSO

APPARATO LOCOMOTOREE’ l’insieme di ossa, articolazioni e muscoli scheletrici, che si uniscono a svolgere principalmente la funzione locomotoria, ma anche secondariamente di sostegno e protezione per organi interni.

Ventre muscolaretendine tendineCapo osseo I Capo osseo II

Contrazione muscolare

Avvicinamento dei capi ossei grazie alla presenza dell’articolazione

Il muscolo è costituito dal ventre, che termina alle due estremità con i tendini, i quali inseriscono sui rispettivi capi ossei. Ogni muscolo passa “a ponte”su una o più articolazione, grazie alla quale la sua contrazione determina l’avvicinamento dei capi ossei. L’articolazione fornisce al sistema mobilità.

La contrazione muscolare I

La contrazione muscolare, tranne che in particolari situazioni (riflessi spinali), è un fenomeno volontario.

Il muscolo scheletrico è innervato dalle fibre nervose che hanno origine dai neuroni motori (motoneuroni) e che passando attraverso il midollo spinale arrivano al cervello deputato ad originare l’impulso motorio.

La fibra nervosa entra in rapporto con la fibra muscolare attraverso la placca motrice.

L’unità base della contrazione muscolare è l’unità motoria, cioè la fibra nervosa e le, una o più, fibre muscolari che innerva.

cervello

fibranervosa

Midollo spinale

motoneurone

placca motrice

muscolo

fibranervosa

La contrazione muscolare II

La contrazione inizia quando l’impulso nervoso arriva alla fibra muscolare e causa lo scorrimento dei filamenti spessi (miosina) su quelli sottili (actina).Questo comporta una riduzione della lunghezza dei singoli sarcomeri, che si traduce in una riduzione della lunghezza del ventre muscolare, con conseguente avvicinamento dei capi articolari da cui questo origina e su cui questo si inserisce.

Tipi di contrazione• Isometrica: lunghezza costante, massima forza. Ottenuta mantenendo una posizione.

• Isotonica: lunghezza variabile, forza costante. E’ la classica contrazione. Si divide in:- concentrica: fase di accorciamento, forza attiva- eccentrica: fase di allungamento, forza resistiva

• Isocinetica: velocità costante, forza variabile. E’ ottenibile solo con speciali macchine.

ORGANI: IL CUORE

Atrio sinistro

Ventricolo sinistro

Arterie: vasi che portano sangue dal cuore alla periferiaVene: vasi che portano il sangue dalla periferia al cuoreSangue Arterioso: è sangue ossigenatoSangue venoso: è sangue ricco di anidride carbonica

Diastole: fase si riempimentoSistole: fase di svuotamento

Vena cava superiore

Vena cava inferiore

Arteria polmonareVene polmonari (4, 2 x polmone)Arteria Aorta

Valvola mitralica

Valvola tricuspide

Atrio destro

Ventricolo destro

Meccanica Cardiaca

Fase I: vena cava superiore ed inferiore portano il sangue dalla periferia al cuore. Si riempie l’atrio destro.

Fase II: dall’atrio destro il sangue attraverso la valvola tricuspide passa al ventricolo sinistro

Fase III: dal ventricolo sinistro il sangue viene spinto attraverso l’arteria polmonare ( che dopo poco si divide in due, una per ogni polmone) ai polmoni per ossigenarsi

Fase IV: il sangue ossigenatosi nei polmoni torna al cuore (atrio sinistro) attraverso le 4 vene polmonari

Fase V: dall’atrio sinistro il sangue viene spinto al ventricolo sinistro attraverso la valvola mitralica

Fase VI: il sangue viene espulso dal cuore ed inviato attraverso l’arteria aorta a tutti gli organi periferici

APPARATO CIRCOLATORIOPICCOLO CIRCOLO o CIRCOLAZIONE POLMONARE:

Sangue che dal cuore viene trasferito ai polmoni per scambiare anidride carbonica con ossigeno e di conseguenza ossigenarsi.

GRANDE CIRCOLO o CIRCOLAZIONE SISTEMICA:

Sangue che dal cuore viene trasferito a tutto l’organismo ed in particolare ai suoi organi periferici, per cedere ossigeno da utilizzare per i processi cellulari, ed in cambio acquista anidride carbonica da smaltire a livello polmonare.

Bioenergetica

Le contrazioni muscolari per essere compiute hanno bisogno di energia, energia che viene fornita dagli alimenti. Gli alimenti, per essere utilizzati, devono essere demoliti da:

Macromolecole o polimeri:ProteineLipidicarboidrati

a

Micromolecole o monomeri:Amino acidiAcidi grassimonosaccaridi

attraverso complesse reazioni.

Proteine → aminoacidi

Lipidi → acidi grassi

Carboidrati → monosaccardi

Metabolismo: complesso di reazioni chimiche mediante cui vengono trasformate continuamente le svariate molecole dell’organismo.

Anabolismo: fase di costruzione. Molecole complesse sono formate a partire dalle più semplici. E’ un processo che richiede consumo di energia sotto forma di ATP che viene trasformata in ADP, molecola meno energetica, con liberazione appunto di energia.

Amino acidi, monosaccaridi e acidi grassi → proteine, carboidrati e lipidi

Catabolismo: fase di degradazione. Molecole complesse (polimeri) sono degradate a semplici, con liberazione di energia che viene immagazzinata nell’organismo sotto forma di ATP, riformando questo a partire da ADP e fosfato inorganico.

Carboidrati, grassi e proteine → CO2 + H2O + altri

ADP + Pi → ATP

ATP → ADP + Pi

MOLECOLE COMPLESSE

CATABOLISMO ATP ANABOLISMO

MOLECOLE SEMPLICI

CARBOIDRATI• danno energia di pronto impiego• rappresentano la principale fonte di energia• possono essere immagazzinati come glicogeno o convertiti in grassi• VALORE ENERGETICO: 4 KCal/grammo

GRASSI• il loro impiego a fini energetici non è immediato, ma richiede una elaborazione chimica complessa• possono essere immagazzinati come tessuto adiposo sottocutaneo o periviscerale• vengono intaccati dopo circa 45’ di esercizio• VALORE ENERGETICO: 9 Kcal/grammo

PROTEINE• sono il materiale di costruzione dei tessuti, ma formano anche enzimi, catalizzatori ed altre molecole fondamentali nella vita dell’organismo umano• Vengono utilizzati a fini energetici in casi estremi, quando c’è un eccesso di apporto proteico con la dieta, o quando l’apporto glucidico e lipidico non sono sufficienti alla sopravvivenza• VALORE ENERGETICO: 4 Kcal/grammo

L’ATP ottenuta dall’ossidazione degli alimenti può essere usata dall’organismo in tre modi e seconda delle esigenze:

Per processi anabolici

• rigenerazione tessuti

• accrescimento

• ecc

Stoccata come riserva energetica, in

• tessuto adiposo

• glicogeno

Per produrre lavoro meccanico sotto forma di lavoro muscolare

Utilizzo dell’ATP

In ogni caso l’ATP una volta ceduta energia, per uno qualsiasi di questi processi, torna ad essere ADP, molecola meno energetica, che deve essere nuovamente “caricata”

Meccanismo energetico

Utilizzo dell’ATP - muscoloNel caso della contrazione muscolare, quando giunge lo stimolo alla contrazione stessa, innesca la reazione di scissione della molecola di ATP e l’energia liberata consente la contrazione dell’unità motoria.

carica

scarica

Tempo e modo per la ricarica

Resintesi dell’ATP

Se paragoniamo l’ATP ad una batteria ricaricabile deve

quindi a questo punto essere ricaricata.

ANAEROBICO ALATTACIDO

ADP Pc ATP Cr

3 meccanismi di resintesi dell’ATP

ANAEROBICO LATTACIDO

ADP Pi Glic ATP La

AEROBICO

ADP Pi Alimenti O2 ATP H2O+CO2Una in presenza di

ossigeno

Due avvengono in assenza di ossigeno

3 meccanismi di resintesi dell’ATP

ANAEROBICO ALATTACIDO

ANAEROBICO LATTACIDO

AEROBICO

Meccanismi di resintesi dell’ATP:

Substrati energetici utilizzati

ANAEROBICO ALATTACIDO ATP ADP + P

ANAEROBICO LATTACIDO

AEROBICO

C H O6 12 6

ACIDI GRASSI

Meccanismi di resintesi dell’ATP:

Fattori limitanti

ANAEROBICO ALATTACIDOPresenza di fosfocreatina che ha un’autonomia estremamente breve.

ANAEROBICO LATTACIDOTollerabilità al lattato, che in quanto residuo di scarto tossico, deve essere smaltito dall’organismo. Il lattato si accumula prima nella cellula, poi nel sangue ed infine arriva al muscolo, abbassando la qualità della resa, fino a che giunto ad un “livello di soglia” inibisce la contrazione.

AEROBICODisponibilità dei substrati energetici ed elevato tempo di intervento dell’ossigeno, pertanto per movimenti esplosivi non ha utilità. E’ influenzato inoltre dall’efficienza cardio-respiratoria del soggetto, in quanto richiede un costante e sufficiente apporto di ossigeno.

Meccanismi di resintesi dell’ATP:

Tempi di utilizzo e interazione

La Pcr dà al muscolo un’autonomia di 6-8’’, se se ne utilizzano tutte le riserve si può arrivare a 30’’ max.

La glicolisi fornisce una prestazione ottimale fino 45’’, dopodichè il rendimento decresce e dai 2’ si raggiugono concentrazioni di lattatotalmente elevate che non permettono il protrarsi dell’es.

L’ossidazione aerobica permette sforzi pressochè infiniti, fino a che si hanno riserve energetiche.

I tre sistemi sono in continua interazione, solo raramente e per brevissimi tempi uno solo è“acceso” e gli altri “spenti”.

Meccanismi di resintesi dell’ATP:

Potenza delle 3 vieLa potenza sviluppata dalle 3 vie di rigenerazione dell’ATP è inversamente proporzionale alla capacità delle stesse, per cui avremo:

Capacità Potenza

Anaerobico alattacido limitata Elevata

Anaerobico lattacido media Media

Aerobico elevata limitata

L’organismo è in grado di regolare l’intervento muscolare ed energetico in modo da rispondere nella giusta misura e nella maniera più economica alle necessità.

Tipi di fibre - tipi di metabolismo

Tre tipi differenti di fibre nel tessuto muscolare scheletrico:

• FIBRE I → lente (muscolo rosso)

• FIBRE II → rapide (muscolo bianco)- IIA- IIB

Fibre di tipo I

Sono rosse, perché essendo aerobiche richiedono elevate quantità di O2, portato dal sangue, e legato all’emoglobina (rossa).

• Metabolismo aerobico-ossidativo• Ottima vascolarizzazione → apporto di O2 e nutrienti• Numerosi mitocondri → alta capacità ossidativa• Elevato contenuto di trigliceridi → substrato• Poco consumo di ATP• Innervate da motoneuroni di piccolo calibro → lenta conduzione del segnale• Ottima resistenza all’affaticamento e modesta velocità• Contrazioni lente ed intensità sottomassimale, ma durature, es aerobici• Maggior parte ATP da a.g. e glucosio plasmatico

Fibre di tipo IIa• Metabolismo aerobico-ossidativo• Scarsamente irrorate dal sangue → non hanno bisogno di molto ossigeno• Numero limitato di mitocondri → bassa capacità ossidativa• Elevato contenuto di glicogeno e fosfocreatina → substrati• Elevato consumo di ATP• Innervate da motoneuroni di grande calibro → veloce conduzione del segnale• Bassissima resistenza all’affaticamento e elevata velocità• Contrazioni veloci e potenti sostenute da disponibilità immediata di ATP• es anaerobici: isometrici e massimali• Maggior parte ATP dalle riserve di fosfocreatina, successivamente glicolisi anaerobica• Prodotto finale: acido lattico

Hanno caratteristiche intermedie:• buoni valori di forza e velocità di contrazione • rendimento superiore al 75% anche dopo 2 minuti di sforzo massimale• buona resistenza.

Fibre di tipo IIb

Le fibre nei muscoli

Nell’uomo tutti i muscoli contengono i diversi tipi di fibre

MUSCOLO % FI % FIIa

% FIIb

Grande adduttoreGrande gluteoGran dorsaleBicipite brachialeBicipite femoraleRetto femorale Q.F.Retto addomeGran Pettorale Tricipite brachiale

555050506545464233

1520----212010----

303050502540545867

La tipologia dell’allenamento è in grado di aumentare specificatamente l’abbondanza di un tipo di fibra muscolare rispetto all’altra.

Il tipo di fibre utilizzate e quindi il tipo di metabolismo dipende dall’intensità e dalla durata dello sforzo.

Consumo di ossigeno• quando si inizia un es. fisico la frequenza respiratoria (n° di atti respiratori al minuto) aumenta, e così anche il consumo di ossigeno, stabilizzandosi gradualmente”

• la richiesta energetica aumenta invece istantaneamente

• si forma così un “deficit di ossigeno”

Consumo di ossigeno• quando l’esercizio termina la richiesta energetica cala bruscamente

•Il consumo di ossigeno diminuisce invece gradualmente

• si paga così il “debito di ossigeno” ricostituendo le riserva energetiche