Area Biologica

CORSO PER TECNICO DI BASE
2006 – 2007
Provincia di Rimini
Tecnico Formatore: Davide Sartini
[email protected]
www.webalice.it/davide.sartini
Presentazioni di: Simona Conti
[email protected]
PARTE GENERALE: AREA BIOLOGICA
• Struttura e funzioni organiche
• Bioenergetica
Struttura e Funzioni
organiche
ATOMI
Gli organismi viventi sono formati da circa 50 elementi
più o meno presenti; al 98% da O, C, H, N, Ca e P
MOLECOLE
Numerose molecole compongono il corpo umano, ma
principalmente 5: lipidi, acqua, proteine, carboidrati e
minerali
CELLULE
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.
TESSUTI
Insieme di cellule simili per forma, funzione e
derivazione.
ORGANI
Insieme di tessuti che svolgono funzioni tra loro
integrate.
APPARATI e SISTEMI
ORGANISMI
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.
ESSERE UMANO
LA CELLULA
e organuli citoplasmatici
Informazioni e DNA
Sintesi proteica
Digestione
Mezzo acquoso
Respirazione cellulare
Isolante da ambiente
esterno e scambi
TESSUTI
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.
• EPITELIALI
•GHIANDOLARI
•DI RIVESTIMENTO
•SENSORIALI
• CONNETTIVI
•OSSEO
•CARTILAGINEO
•ADIPOSO
•SANGUE E LINFA
• MUSCOLARI
•LISCIO
•STRIATO CARDIACO
•STRIATO SCHELETRICO
• NERVOSO
•NEURONI
•GLIA
TESSUTO MUSCOLARE
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 LISCIO
Fa 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 funzionalità
simili 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.
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 miofibrille
Le 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
ORGANI
Insieme 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 cellule
Iperplasia: aumento del numero
delle cellule
Ipotrofia: diminuzione del volume
delle cellule
Atrofia: diminuzione della
funzione (contrazione) muscolare
ORGANI: OSSA
APPARATI E SISTEMI
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.
• APPARATO TEGUMENTARIO
• APPARATO LOCOMOTORE o
SISTEMA MUSCOLOSCHELETRICO
• APPARATO CIRCOLATORIO
• APPARATO RESPIRATORIO
• APPARATO o SISTEMA
DIGERENTE
• SISTEMA ENDOCRINO
• APPARATO URINARIO
• APPARATO GENITALE o
SISTEMA RIPRODUTTIVO
• SISTEMA NERVOSO
APPARATO LOCOMOTORE
E’ 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.
Capo osseo I
tendine
Ventre muscolare
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.
tendine
Capo osseo II
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
fibra
nervosa
Midollo spinale
motoneurone
placca motrice
fibra
nervosa
muscolo
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
Arterie: vasi che portano sangue dal cuore alla periferia
Vene: vasi che portano il sangue dalla periferia al cuore
Sangue Arterioso: è sangue ossigenato
Sangue venoso: è sangue ricco di anidride carbonica
Arteria polmonare
Diastole: fase si riempimento
Arteria Aorta
Vene polmonari (4, 2 x polmone)
Sistole: fase di svuotamento
Atrio sinistro
Vena cava superiore
Valvola mitralica
Atrio destro
Valvola tricuspide
Ventricolo sinistro
Vena cava inferiore
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 CIRCOLATORIO
PICCOLO CIRCOLO o
CIRCOLAZIONE
POLMONARE:
GRANDE CIRCOLO o
CIRCOLAZIONE
SISTEMICA:
Sangue che dal cuore
viene trasferito ai
polmoni per scambiare
anidride carbonica con
ossigeno e di
conseguenza
ossigenarsi.
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:
Proteine
Lipidi
carboidrati
a
Micromolecole o monomeri:
Amino acidi
Acidi grassi
monosaccaridi
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.
ATP → ADP + Pi
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.
ADP + Pi → ATP
Carboidrati, grassi e proteine → CO2 + H2O + altri
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
Utilizzo dell’ATP
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
Per produrre lavoro
meccanico sotto forma di
lavoro muscolare
• glicogeno
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 - muscolo
Nel 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.
Resintesi dell’ATP
Se paragoniamo l’ATP
ad una batteria
ricaricabile deve
quindi a questo punto
essere ricaricata.
carica
scarica
Tempo e
modo per
la ricarica
3 meccanismi di resintesi dell’ATP
ANAEROBICO ALATTACIDO
ADP
Due avvengono in
assenza di ossigeno
Pc
ATP
Cr
ANAEROBICO LATTACIDO
ADP
Pi
Glic
ATP
La
AEROBICO
Una in presenza di
ossigeno
ADP
Pi
Alimenti O2
ATP H2O+CO2
3 meccanismi di resintesi dell’ATP
AEROBICO
ANAEROBICO ALATTACIDO
ANAEROBICO LATTACIDO
Meccanismi di resintesi dell’ATP:
Substrati energetici utilizzati
ANAEROBICO ALATTACIDO
ANAEROBICO LATTACIDO
AEROBICO
ATP
ADP + P
C 6 H12O6
ACIDI GRASSI
Meccanismi di resintesi dell’ATP:
Fattori limitanti
ANAEROBICO ALATTACIDO
Presenza di fosfocreatina che ha un’autonomia estremamente breve.
ANAEROBICO LATTACIDO
Tollerabilità 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.
AEROBICO
Disponibilità 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 lattato
talmente 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 vie
La 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
•
•
•
•
•
•
•
•
•
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
Sono rosse, perché essendo aerobiche richiedono
elevate quantità di O2, portato dal sangue, e
legato all’emoglobina (rossa).
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
Fibre di tipo IIb
Hanno caratteristiche intermedie:
• buoni valori di forza e velocità di contrazione
• rendimento superiore al 75% anche dopo 2 minuti di sforzo
massimale
• buona resistenza.
Le fibre nei muscoli
Nell’uomo tutti i muscoli contengono i diversi tipi di fibre
MUSCOLO
Grande adduttore
Grande gluteo
Gran dorsale
Bicipite brachiale
Bicipite femorale
Retto femorale Q.F.
Retto addome
Gran Pettorale
Tricipite brachiale
% FI
%
FIIa
%
FIIb
55
50
50
50
65
45
46
42
33
15
20
--21
20
10
---
30
30
50
50
25
40
54
58
67
La tipologia dell’allenamento è in grado di aumentare
l’abbondanza di un tipo di fibra muscolare rispetto all’altra.
specificatamente
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