Sistema muscolare

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Anatomia del sistema muscolare

Tipi di muscoli

Ci sono tre tipi di tessuto muscolare: Viscerale, cardiaco e scheletrico.

Muscolo viscerale

Il muscolo viscerale si trova all’interno di organi come lo stomaco, l’intestino e i vasi sanguigni. Il più debole di tutti i tessuti muscolari, il muscolo viscerale fa contrarre gli organi per muovere le sostanze attraverso l’organo. Poiché il muscolo viscerale è controllato dalla parte inconscia del cervello, è noto come muscolo involontario – non può essere controllato direttamente dalla mente cosciente. Il termine “muscolo liscio” è spesso usato per descrivere il muscolo viscerale perché ha un aspetto molto liscio e uniforme se visto al microscopio. Questo aspetto liscio contrasta nettamente con l’aspetto a bande dei muscoli cardiaci e scheletrici.

Muscolo cardiaco

Solo nel cuore, il muscolo cardiaco è responsabile del pompaggio del sangue in tutto il corpo. Il tessuto muscolare cardiaco non può essere controllato coscientemente, quindi è un muscolo involontario. Mentre gli ormoni e i segnali dal cervello regolano il tasso di contrazione, il muscolo cardiaco stimola se stesso a contrarsi. Il pacemaker naturale del cuore è fatto di tessuto muscolare cardiaco che stimola altre cellule muscolari cardiache a contrarsi. A causa della sua autostimolazione, il muscolo cardiaco è considerato autoritmico o intrinsecamente controllato.

Le cellule del tessuto muscolare cardiaco sono striate – cioè, sembrano avere strisce chiare e scure quando vengono viste al microscopio ottico. La disposizione delle fibre proteiche all’interno delle cellule causa queste bande chiare e scure. Le strisce indicano che una cellula muscolare è molto forte, a differenza dei muscoli viscerali.

Le cellule del muscolo cardiaco sono cellule ramificate a forma di X o Y strettamente collegate tra loro da giunzioni speciali chiamate dischi intercalati. I dischi intercalati sono costituiti da proiezioni simili a dita da due cellule vicine che si incastrano e forniscono un forte legame tra le cellule. La struttura ramificata e i dischi intercalati permettono alle cellule muscolari di resistere alle alte pressioni sanguigne e allo sforzo di pompare il sangue per tutta la vita. Queste caratteristiche aiutano anche a diffondere rapidamente i segnali elettrochimici da cellula a cellula in modo che il cuore possa battere come un’unità.

Muscolo scheletrico

Il muscolo scheletrico è l’unico tessuto muscolare volontario nel corpo umano – è controllato coscientemente. Ogni azione fisica che una persona esegue coscientemente (ad esempio parlare, camminare o scrivere) richiede il muscolo scheletrico. La funzione del muscolo scheletrico è quella di contrarsi per spostare parti del corpo più vicine all’osso a cui il muscolo è attaccato. La maggior parte dei muscoli scheletrici sono attaccati a due ossa attraverso un’articolazione, quindi il muscolo serve a spostare parti di quelle ossa più vicine l’una all’altra.

Le cellule muscolari scheletriche si formano quando molte piccole cellule progenitrici si uniscono per formare fibre lunghe, diritte e multinucleate. Striate proprio come il muscolo cardiaco, queste fibre muscolari scheletriche sono molto forti. Il muscolo scheletrico deriva il suo nome dal fatto che questi muscoli si collegano sempre allo scheletro in almeno un punto.

Antonomia generale di un muscolo scheletrico

La maggior parte dei muscoli scheletrici sono collegati a due ossa attraverso i tendini. I tendini sono bande dure di tessuto connettivo denso e regolare le cui forti fibre di collagene attaccano saldamente i muscoli alle ossa. I tendini sono sottoposti a uno stress estremo quando i muscoli li tirano, quindi sono molto forti e sono intessuti nei rivestimenti sia dei muscoli che delle ossa.

I muscoli si muovono accorciando la loro lunghezza, tirando i tendini, e spostando le ossa più vicine tra loro. Una delle ossa viene tirata verso l’altra, che rimane ferma. Il posto sull’osso fermo che è collegato tramite i tendini al muscolo è chiamato origine. Il punto dell’osso in movimento che è collegato al muscolo tramite i tendini è chiamato inserzione. Il ventre del muscolo è la parte carnosa del muscolo tra i tendini che fa la contrazione effettiva.

Nomi dei muscoli scheletrici

I muscoli scheletrici sono nominati in base a molti fattori diversi, tra cui la loro posizione, origine e inserzione, numero di origini, forma, dimensione, direzione e funzione.

• Posizione. Molti muscoli derivano i loro nomi dalla loro regione anatomica. Il retto addominale e il trasverso addominale, per esempio, si trovano nella regione addominale. Alcuni muscoli, come il tibiale anteriore, prendono il nome dalla parte dell’osso (la parte anteriore della tibia) a cui sono attaccati. Altri muscoli usano un ibrido di questi due, come il brachioradialis, che prende il nome da una regione (brachiale) e un osso (raggio).
• Origine e inserzione. Alcuni muscoli sono nominati in base alla loro connessione con un osso fermo (origine) e un osso in movimento (inserzione). Questi muscoli diventano molto facili da identificare una volta che si conoscono i nomi delle ossa a cui sono collegati. Esempi di questo tipo di muscoli sono lo sternocleidomastoideo (che collega lo sterno e la clavicola al processo mastoideo del cranio) e l’occipitofrontale (che collega l’osso occipitale all’osso frontale).
• Numero di origini. Alcuni muscoli si collegano a più di un osso o a più di un posto su un osso, e quindi hanno più di un’origine. Un muscolo con due origini è chiamato bicipite. Un muscolo con tre origini è un muscolo tricipite. Infine, un muscolo con quattro origini è un muscolo quadricipite.
• Forma, dimensione e direzione. Classifichiamo anche i muscoli in base alla loro forma. Per esempio, i deltoidi hanno una forma a delta o triangolare. I muscoli serrati hanno una forma seghettata o a sega. Il romboide maggiore ha una forma a rombo o a diamante. La dimensione del muscolo può essere usata per distinguere tra due muscoli che si trovano nella stessa regione. La regione dei glutei contiene tre muscoli differenziati per dimensioni: il gluteo massimo (grande), il gluteo medio (medio) e il gluteo minimo (più piccolo). Infine, la direzione in cui corrono le fibre muscolari può essere usata per identificare un muscolo. Nella regione addominale, ci sono diverse serie di muscoli larghi e piatti. I muscoli le cui fibre corrono dritte in alto e in basso sono i retti addominali, quelli che corrono trasversalmente (da sinistra a destra) sono gli addominali trasversali, e quelli che corrono ad angolo sono gli obliqui.
• Funzione. I muscoli sono talvolta classificati in base al tipo di funzione che svolgono. La maggior parte dei muscoli degli avambracci sono nominati in base alla loro funzione perché sono situati nella stessa regione e hanno forme e dimensioni simili. Per esempio, il gruppo dei flessori dell’avambraccio flette il polso e le dita. Il supinatore è un muscolo che supina il polso facendolo ruotare a palmo in su. Nella gamba, ci sono muscoli chiamati adduttori il cui ruolo è quello di addurre (tirare insieme) le gambe.

Azione dei gruppi nei muscoli scheletrici

I muscoli scheletrici raramente lavorano da soli per ottenere movimenti nel corpo. Più spesso lavorano in gruppi per produrre movimenti precisi. Il muscolo che produce un particolare movimento del corpo è noto come agonista o prime mover. L’agonista fa sempre coppia con un muscolo antagonista che produce l’effetto opposto sulle stesse ossa. Per esempio, il muscolo bicipite brachiale flette il braccio al gomito. Come antagonista di questo movimento, il muscolo tricipite brachiale estende il braccio al gomito. Quando il tricipite estende il braccio, il bicipite sarebbe considerato l’antagonista.

Oltre alla coppia agonista/antagonista, altri muscoli lavorano per sostenere i movimenti dell’agonista. I sinergisti sono muscoli che aiutano a stabilizzare un movimento e a ridurre i movimenti estranei. Di solito si trovano in regioni vicine all’agonista e spesso si collegano alle stesse ossa. Poiché i muscoli scheletrici spostano l’inserzione più vicino all’origine immobile, i muscoli fissatori aiutano il movimento mantenendo stabile l’origine. Se si solleva qualcosa di pesante con le braccia, i fissatori nella regione del tronco mantengono il corpo eretto e immobile in modo da mantenere l’equilibrio durante il sollevamento.

Istologia dei muscoli scheletrici

Le fibre dei muscoli scheletrici differiscono notevolmente dagli altri tessuti del corpo a causa delle loro funzioni altamente specializzate. Molti degli organelli che compongono le fibre muscolari sono unici per questo tipo di cellule.

Il sarcolemma è la membrana cellulare delle fibre muscolari. Il sarcolemma funge da conduttore per i segnali elettrochimici che stimolano le cellule muscolari. Collegati al sarcolemma ci sono tubuli trasversali (tubuli T) che aiutano a trasportare questi segnali elettrochimici al centro della fibra muscolare. Il reticolo sarcoplasmatico serve come deposito per gli ioni di calcio (Ca2+) che sono vitali per la contrazione muscolare. I mitocondri, le “centrali elettriche” della cellula, abbondano nelle cellule muscolari per scomporre gli zuccheri e fornire energia sotto forma di ATP ai muscoli attivi. La maggior parte della struttura della fibra muscolare è costituita da miofibrille, che sono le strutture contrattili della cellula. Le miofibrille sono costituite da molte fibre proteiche disposte in subunità ripetute chiamate sarcomeri. Il sarcomero è l’unità funzionale delle fibre muscolari. (Vedi Macronutrienti per maggiori informazioni sui ruoli degli zuccheri e delle proteine.)

Struttura dei sarcomeri

I sarcomeri sono fatti di due tipi di fibre proteiche: filamenti spessi e filamenti sottili.

• Filamenti spessi. I filamenti spessi sono fatti di molte unità legate della proteina miosina. La miosina è la proteina che fa contrarre i muscoli.

• Filamenti sottili. I filamenti sottili sono fatti di tre proteine:

  1. Actina. L’actina forma una struttura elicoidale che costituisce la maggior parte della massa dei filamenti sottili. L’actina contiene siti di legame alla miosina che permettono alla miosina di collegarsi all’actina e di spostarla durante la contrazione muscolare.
  2. Tropomiosina. La tropomiosina è una lunga fibra proteica che avvolge l’actina e copre i siti di legame della miosina sull’actina.
  3. Troponina. Legata molto strettamente alla tropomiosina, la troponina sposta la tropomiosina dai siti di legame della miosina durante la contrazione muscolare.

Fisiologia del sistema muscolare

Funzione del tessuto muscolare

La funzione principale del sistema muscolare è il movimento. I muscoli sono l’unico tessuto del corpo che ha la capacità di contrarsi e quindi di muovere le altre parti del corpo.

Relativa alla funzione del movimento è la seconda funzione del sistema muscolare: il mantenimento della postura e della posizione del corpo. I muscoli spesso si contraggono per mantenere il corpo fermo o in una particolare posizione piuttosto che per causare il movimento. I muscoli responsabili della postura del corpo hanno la più grande resistenza di tutti i muscoli del corpo: sostengono il corpo per tutto il giorno senza stancarsi.

Un’altra funzione legata al movimento è il movimento delle sostanze all’interno del corpo. I muscoli cardiaci e viscerali sono principalmente responsabili del trasporto di sostanze come il sangue o il cibo da una parte all’altra del corpo.

L’ultima funzione del tessuto muscolare è la generazione di calore corporeo. Come risultato dell’alto tasso metabolico dei muscoli in contrazione, il nostro sistema muscolare produce una grande quantità di calore di scarto. Molte piccole contrazioni muscolari all’interno del corpo producono il nostro calore naturale. Quando ci sforziamo più del normale, le contrazioni muscolari extra portano ad un aumento della temperatura corporea e alla fine alla sudorazione.

I muscoli scheletrici come leve

I muscoli scheletrici lavorano insieme alle ossa e alle articolazioni per formare sistemi di leva. Il muscolo agisce come forza di sforzo; l’articolazione agisce come fulcro; l’osso che il muscolo muove agisce come leva; e l’oggetto spostato agisce come carico.

Ci sono tre classi di leve, ma la grande maggioranza delle leve nel corpo sono leve di terza classe. Una leva di terza classe è un sistema in cui il fulcro è all’estremità della leva e lo sforzo è tra il fulcro e il carico all’altra estremità della leva. Le leve di terza classe nel corpo servono ad aumentare la distanza spostata dal carico rispetto alla distanza in cui il muscolo si contrae.

Il compromesso per questo aumento di distanza è che la forza richiesta per spostare il carico deve essere maggiore della massa del carico. Per esempio, il bicipite brachiale del braccio tira sul radio dell’avambraccio, causando la flessione dell’articolazione del gomito in un sistema di leva di terza classe. Un leggerissimo cambiamento nella lunghezza del bicipite causa un movimento molto più grande dell’avambraccio e della mano, ma la forza applicata dal bicipite deve essere superiore al carico spostato dal muscolo.

Unità motorie

Le cellule nervose chiamate motoneuroni controllano i muscoli scheletrici. Ogni motoneurone controlla diverse cellule muscolari in un gruppo conosciuto come unità motoria. Quando un motoneurone riceve un segnale dal cervello, stimola tutte le cellule muscolari della sua unità motoria allo stesso tempo.

La dimensione delle unità motorie varia in tutto il corpo, a seconda della funzione di un muscolo. I muscoli che eseguono movimenti fini, come quelli degli occhi o delle dita, hanno poche fibre muscolari in ogni unità motoria per migliorare la precisione del controllo del cervello su queste strutture. I muscoli che hanno bisogno di molta forza per svolgere la loro funzione, come i muscoli delle gambe o delle braccia, hanno molte cellule muscolari in ogni unità motoria. Uno dei modi in cui il corpo può controllare la forza di ogni muscolo è determinare quante unità motorie attivare per una data funzione. Questo spiega perché gli stessi muscoli che sono usati per prendere una matita sono anche usati per prendere una palla da bowling.

Ciclo di contrazione

I muscoli si contraggono quando sono stimolati da segnali dai loro motoneuroni. I motoneuroni contattano le cellule muscolari in un punto chiamato Giunzione Neuromuscolare (NMJ). I neuroni motori rilasciano sostanze chimiche neurotrasmettitoriali alla NMJ che si legano a una parte speciale del sarcolemma nota come piastra terminale del motore. La piastra terminale del motore contiene molti canali ionici che si aprono in risposta ai neurotrasmettitori e permettono agli ioni positivi di entrare nella fibra muscolare. Gli ioni positivi formano un gradiente elettrochimico all’interno della cellula, che si diffonde in tutto il sarcolemma e nei tubuli T aprendo ancora più canali ionici.

Quando gli ioni positivi raggiungono il reticolo sarcoplasmatico, gli ioni Ca2+ vengono rilasciati e possono fluire nelle miofibrille. Gli ioni Ca2+ si legano alla troponina, che fa sì che la molecola di troponina cambi forma e sposti le molecole vicine di tropomiosina. La tropomiosina si allontana dai siti di legame della miosina sulle molecole di actina, permettendo all’actina e alla miosina di legarsi insieme.

Le molecole di ATP alimentano le proteine della miosina nei filamenti spessi per piegarsi e tirare le molecole di actina nei filamenti sottili. Le proteine della miosina agiscono come remi su una barca, tirando i filamenti sottili più vicini al centro di un sarcomero. Quando i filamenti sottili vengono tirati insieme, il sarcomero si accorcia e si contrae. Le miofibrille delle fibre muscolari sono fatte di molti sarcomeri in fila, così che quando tutti i sarcomeri si contraggono, le cellule muscolari si accorciano con una grande forza rispetto alle loro dimensioni.

I muscoli continuano la contrazione finché sono stimolati da un neurotrasmettitore. Quando un motoneurone interrompe il rilascio del neurotrasmettitore, il processo di contrazione si inverte. Il calcio ritorna al reticolo sarcoplasmatico; la troponina e la tropomiosina ritornano alle loro posizioni di riposo e l’actina e la miosina non si legano più. I sarcomeri ritornano al loro stato di riposo allungato una volta che la forza della miosina che tira sull’actina si è fermata.

Alcune condizioni o disturbi, come il mioclono, possono influenzare la normale contrazione dei muscoli. Puoi conoscere i problemi di salute muscolo-scheletrica nella nostra sezione dedicata alle malattie e condizioni. Inoltre, scopri di più sui progressi nei test sanitari del DNA che ci aiutano a capire il rischio genetico di sviluppare una distonia primaria ad insorgenza precoce.

Tipi di contrazione muscolare

La forza della contrazione di un muscolo può essere controllata da due fattori: il numero di unità motorie coinvolte nella contrazione e la quantità di stimolo dal sistema nervoso. Un singolo impulso nervoso di un motoneurone farà contrarre brevemente un’unità motoria prima di rilassarsi. Questa piccola contrazione è conosciuta come contrazione twitch. Se il motoneurone fornisce diversi segnali in un breve periodo di tempo, la forza e la durata della contrazione muscolare aumenta. Questo fenomeno è noto come sommatoria temporale. Se il motoneurone fornisce molti impulsi nervosi in rapida successione, il muscolo può entrare nello stato di tetano, o contrazione completa e duratura. Un muscolo rimarrà in tetano fino a quando la velocità del segnale nervoso rallenta o fino a quando il muscolo diventa troppo affaticato per mantenere il tetano.

Non tutte le contrazioni muscolari producono movimento. Le contrazioni isometriche sono contrazioni leggere che aumentano la tensione nel muscolo senza esercitare abbastanza forza per muovere una parte del corpo. Quando le persone tendono il loro corpo a causa dello stress, stanno eseguendo una contrazione isometrica. Anche tenere fermo un oggetto e mantenere la postura sono il risultato di contrazioni isometriche. Una contrazione che produce movimento è una contrazione isotonica. Le contrazioni isotoniche sono necessarie per sviluppare la massa muscolare attraverso il sollevamento pesi.

Il tono muscolare è una condizione naturale in cui un muscolo scheletrico rimane sempre parzialmente contratto. Il tono muscolare fornisce una leggera tensione sul muscolo per prevenire danni al muscolo e alle articolazioni da movimenti improvvisi, e aiuta anche a mantenere la postura del corpo. Tutti i muscoli mantengono sempre una certa quantità di tono muscolare, a meno che il muscolo non sia stato disconnesso dal sistema nervoso centrale a causa di un danno nervoso.

Tipi funzionali delle fibre muscolari scheletriche

Le fibre muscolari scheletriche possono essere divise in due tipi in base a come producono e usano energia: Tipo I e Tipo II.

1. Le fibre di tipo I sono molto lente e deliberate nelle loro contrazioni. Sono molto resistenti alla fatica perché usano la respirazione aerobica per produrre energia dallo zucchero. Troviamo fibre di tipo I nei muscoli di tutto il corpo per la resistenza e la postura. Vicino alla colonna vertebrale e alle regioni del collo, concentrazioni molto alte di fibre di tipo I sostengono il corpo per tutto il giorno.

2. Le fibre di tipo II sono suddivise in due sottogruppi: Tipo II A e Tipo II B.

   • Le fibre di tipo II A sono più veloci e più forti delle fibre di tipo I, ma non hanno la stessa resistenza. Le fibre di tipo II A si trovano in tutto il corpo, ma soprattutto nelle gambe dove lavorano per sostenere il corpo durante una lunga giornata di cammino e in piedi.
   • Le fibre di tipo II B sono ancora più veloci e forti del tipo II A, ma hanno ancora meno resistenza. Le fibre di tipo II B hanno anche un colore molto più chiaro di quelle di tipo I e II A a causa della mancanza di mioglobina, un pigmento che immagazzina ossigeno. Troviamo fibre di tipo II B in tutto il corpo, ma in particolare nella parte superiore del corpo dove danno velocità e forza alle braccia e al petto a scapito della resistenza.

Metabolismo muscolare e fatica

I muscoli ottengono la loro energia da fonti diverse a seconda della situazione in cui il muscolo sta lavorando. I muscoli usano la respirazione aerobica quando li chiamiamo a produrre un livello di forza da basso a moderato. La respirazione aerobica richiede ossigeno per produrre circa 36-38 molecole di ATP da una molecola di glucosio. La respirazione aerobica è molto efficiente e può continuare finché un muscolo riceve quantità adeguate di ossigeno e glucosio per continuare a contrarsi. Quando usiamo i muscoli per produrre un alto livello di forza, diventano così strettamente contratti che il sangue che trasporta ossigeno non può entrare nel muscolo. Questa condizione fa sì che il muscolo crei energia usando la fermentazione dell’acido lattico, una forma di respirazione anaerobica. La respirazione anaerobica è molto meno efficiente di quella aerobica: vengono prodotti solo 2 ATP per ogni molecola di glucosio. I muscoli si stancano rapidamente perché bruciano le loro riserve di energia nella respirazione anaerobica.

Per mantenere i muscoli in funzione per un periodo di tempo più lungo, le fibre muscolari contengono diverse importanti molecole di energia. La mioglobina, un pigmento rosso che si trova nei muscoli, contiene ferro e immagazzina ossigeno in modo simile all’emoglobina nel sangue. L’ossigeno della mioglobina permette ai muscoli di continuare la respirazione aerobica in assenza di ossigeno. Un’altra sostanza chimica che aiuta a far funzionare i muscoli è la creatina fosfato. I muscoli usano energia sotto forma di ATP, convertendo l’ATP in ADP per rilasciare la sua energia. La creatina fosfato dona il suo gruppo fosfato all’ADP per ritrasformarlo in ATP al fine di fornire energia extra al muscolo. Infine, le fibre muscolari contengono glicogeno per immagazzinare energia, una grande macromolecola fatta di molti glucosi collegati. I muscoli attivi rompono i glucosi dalle molecole di glicogeno per fornire un rifornimento interno di carburante.

Quando i muscoli esauriscono l’energia durante la respirazione aerobica o anaerobica, il muscolo si stanca rapidamente e perde la sua capacità di contrarsi. Questa condizione è nota come affaticamento muscolare. Un muscolo affaticato contiene poco o niente ossigeno, glucosio o ATP, ma ha invece molti prodotti di scarto della respirazione, come acido lattico e ADP. Il corpo deve assumere ossigeno extra dopo lo sforzo per sostituire l’ossigeno che è stato immagazzinato nella mioglobina nella fibra muscolare e per alimentare la respirazione aerobica che ricostruirà le riserve di energia all’interno della cellula. Il debito di ossigeno (o assorbimento di ossigeno per il recupero) è il nome dell’ossigeno extra che il corpo deve assumere per riportare le cellule muscolari al loro stato di riposo. Questo spiega perché ci si sente a corto di fiato per alcuni minuti dopo un’attività intensa – il corpo sta cercando di ripristinare se stesso al suo stato normale.