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UNIVERSITA DEGLI STUDI DI ROMA LA SAPIENZA Facoltà di Ingegneria Laurea Specialistica in Ingegneria Meccanica Corso di: MISURE INDUSTRIALI II Prof. Zaccaria.

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1 UNIVERSITA DEGLI STUDI DI ROMA LA SAPIENZA Facoltà di Ingegneria Laurea Specialistica in Ingegneria Meccanica Corso di: MISURE INDUSTRIALI II Prof. Zaccaria Del Prete Dispense a cura dell Ing. Emanuele Rizzuto anno accademico 2005/06 Misure in vitro delle proprietà biomeccaniche di tessuto muscolare scheletrico

2 Introduzione Tessuto muscolare tessuto muscolare striato tessuto muscolare liscio unita motorie controllate dai motoneuroni del sistema nervoso volontario controllato dal sistema nervoso autonomo scheletricocardiaco Tessuto muscolare scheletrico responsabile assieme allo scheletro della locomozione e del movimento delle singole parti del corpo

3 epimisio: fascia connettivale che avvolge il muscolo perimisio: tessuto connettivale interstiziale avvolge gruppi di fibre endomisio: setti di connettivo che avvolgono le singole fibre elemento base del muscolo una singola cellula polinucleata diametri m; lunghezze fino qualche cm Fibre muscolari: Tessuto muscolare scheletrico

4 fibre striatura trasversale marcata striatura longitudinale leggera formate da miofibrille miofibrille parallele fra loro 2 tipi di miofilamenti: (spessi-miosina/sottili-actina) striatura trasversale longitudinalmente si susseguono bande scure A e bande chiare I la banda A è attraversata da una linea chiara H contenente una linea scura M Sarcomero: parte compresa fra due linee Z. Unità delle fibre la banda I è attraversata da una linea scura Z Tessuto muscolare scheletrico

5 la striatura è data dai miofilamenti: i filamenti spessi delimitano la banda A parte scura della banda A: actina+miosina banda H solo miosina disco M dato dai ponti fra la miosina nella banda I solo actina disco Z dato dai ponti fra lactina durante la contrazione: sarcomero si riduce, banda I si riduce, banda H scompare, banda A rimane invariata Tessuto muscolare scheletrico

6 Una molecola di ATP si lega alla miosina Immagazzina lenergia sotto forma di tensione nella testa della miosina Allarrivo dellimpulso nervoso si ha rilascio di ioni calcio La miosina si lega allactina: rilascio dellenergia. La testa si flette trascinando il filamento di actina nuova molecola ATP lega la miosina determinando il distacco dellactina Gli ioni calcio vengono riassorbiti Teoria dello scorrimento dei filamenti si attaccano sui siti recettori dellactina ruotano trascinando lactina rilasciano lactina e si attaccano ad un nuovo sito Lenergia è fornita dallidrolisi dellATP: la forza per lo scorrimento si genera nelle teste della miosina:

7 Tipologia fibre muscolari Fibre lente risposta lenta alla stimolazione resistenti alla fatica fibre di tipo I - rosse - mioglobina metabolismo ossidativo soleo (muscoli posturali) Fibre veloci contrazione rapida facilmente affaticabili fibre di tipo II - bianche metabolismo glicolitico EDL, Gastro

8 Krebs-Ringer Bicarbonate Buffer + 95%O 2 5%CO 2 T=30° Catena di misura: misure in vitro Muscolo immerso in una soluzione isotonica Impulso nervoso sostituito da stimoli elettrici Acquisizione F, l, v

9 l: tempo di risposta : 1 ms sensibilità : 1 μm F: range : 0 - 0,5 N tempo di risposta : 1,3 ms sensibilità : 0.3 mN Attuatore/trasduttore ASI 300B Controllo posizione / forza V : V A : 1mA – 1A Larghezza dellimpulso: manuale : 100μs, 500μs, 1ms trigger est. :10μs a c.c. Frequenza impulso: manuale: single pulse - 200Hz follow: single pulse - 200kHz Elettrostimolatore 701B Manuale / Follow Catena di misura

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11 Protocolli sperimentali 2 variabili caratterizzanti i muscoli: lunghezza forza 2 tipologie di protocolli sperimentali: isometrico isotonico

12 Protocollo isometrico

13 Singolo impulso: Twitch Si ha una L 0 ottimale Aumento frequenza: Sommazione Tetanizzazione: forza max Ioni calcio non si riassorbono. Il muscolo rimane in tensione Fatica: treni di impulsi ravvicinati Protocollo isometrico

14 Twitch Sommazione Protocollo isometrico Tetanizzazione Fatica isometrica

15 Protocollo isometrico: twitch TTP Forza twitch Tempo risposta

16 Protocollo isometrico: sommazione Forza sommazione

17 Protocollo isometrico: tetanizzazione Forza tetanica Forza specifica = F tetanica / peso

18 Protocollo isometrico: fatica Tempo affaticamento Indice di Fatica: I.F.

19 Protocollo isometrico: programma comando

20 Protocollo isotonico

21 Contrazione isotonica: muscolo può accorciarsi sollevando un carico esterno prefissato Contrazione isotonica Attività normale del muscolo è di tipo dinamico

22 Twitch Sommazione Tetanizzazione Curva di Hill Fatica isotonica Protocolli sperimentali: protocollo isotonico Forza twitch Tempo risposta: Forza sommazione Forza tetanica - Forza specifica F-v – Potenza Tempo di affaticamento 32 min

23 8 valori Forza: 0-Fmax 8 coppie F-v Protocollo isotonico: tecnica after-load Curva Hill: F-v 20, 65, 30, 80, 35, 10, 50, 15% Fmax Sincronizzare spike con carichi esterni

24 Muscolo tetanizzato Relazione forza – velocità : iperbolica Protocollo isotonico: curva di Hill V max W max vFW*

25 Protocollo isotonico: fatica Tempo affaticamento Decadimento Potenza - Lavoro F*vF*l

26 Protocollo isotonico: programma comando

27 Modello transgenico MLC/mIgf-1: myosin light chain/muscle insuline growth factor-1 Modello persistente di ipertrofia muscolare dal DNA di un WT viene isolato il gene Igf-1 reinserito in un vettore del DNA di un altro WT, sotto il promotore mgf che fa capo alla miosina quando il promotore mgf entra in attività, a livello embrionale, il gene Igf-1 risulta stimolato Northen Blot gli embrioni TG sviluppano normalmente dopo la nascita, lincremento in massa muscolare e forza non è accompagnato da altre patologie (ipertrofia cardiaca)

28 Soleo Non sono state rilevate differenze significative in tutti i parametri misurati TGWT MediaSEMMediaSEM TTP (ms) Ftwitch (mN) Ftet Fspec (N/g) W (mW) Tfat (s) Protocollo isotonico: analisi funzionale mIgf-1 / WT

29 F twitch : no diff F som : +16% F max : +21% Composizione fibre invariata EDL F twitch F somm F tet Ipertrofia funzionale Protocollo isotonico: analisi funzionale mIgf-1 / WT

30 Stessa concavità V max : no differenze Composizione in fibre invariata Protocollo isotonico: analisi funzionale mIgf-1 / WT EDL

31 W max : +32% La capacità di generare una potenza significativamente maggiore non inficia la resistenza a fatica isotonica del muscolo Protocollo isotonico: analisi funzionale mIgf-1 / WT EDL


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