Fisiologia Muscolare e Contrazione

Anatomia e fisiologia del sistema muscolare

• Il sistema muscolare è composto da quasi 700 muscoli.
• I muscoli scheletrici sono composti da diversi tessuti, tra cui muscolare scheletrico, nervoso e connettivo.
• I muscoli lunghi hanno una forma fusata con una parte centrale rigonfia (ventre) e estremità con tendini che li collegano alle ossa (origine e inserzione).
• Ogni muscolo scheletrico è costituito da migliaia di fibrocellule o fibre muscolari.
• Le fibre muscolari sono cellule cilindriche con un diametro di 50-100 micrometri e contengono i nuclei in periferia.
• Ogni fibra muscolare è rivestita da endomisio, i fascicoli da perimisio e l'intero muscolo da epimisio.
• I tendini collegano i muscoli alle ossa. Sono composti da fasci paralleli di fibre collagene.
• I muscoli scheletrici sono provvisti di nervi e vasi sanguigni che forniscono ossigeno e nutrienti, e rimuovono i prodotti metabolici.
• Le fibre muscolari scheletriche si dividono in tre tipi (classificati per colore, velocità di contrazione e metabolismo): rosse o ossidative lente, bianche o glicolitiche rapide e intermedie o ossidative-glicolitiche rapide.
• Le fibre rosse contengono mioglobina in quantità elevata, una fitta rete di capillari e numerosi mitocondri, e sono specializzate per la contrazione lenta e prolungata.

Funzioni del tessuto muscolare

• Produzione di movimenti del corpo
• Mantenimento della postura
• Regolazione del volume degli organi
• Movimento di liquidi e sostanze all'interno del corpo
• Produzione di calore

I tre tipi di tessuto muscolare

• Tessuto muscolare liscio (involontario): presente nelle pareti degli organi interni (es. intestino, utero), dei vasi sanguigni.
• Tessuto muscolare cardiaco (striato involontario): compone il cuore.
• Tessuto muscolare scheletrico (striato volontario): responsabile dei movimenti volontari, collegati alle ossa mediante tendini.
• Al microscopio, il tessuto muscolare scheletrico presenta cellule con una tipica striatura trasversale.
• Il tessuto muscolare scheletrico è responsabile dei movimenti volontari.
• I muscoli scheletrici sono collegati alle ossa tramite tendini.
• Nei muscoli pellicciai, si collega alla cute.

Istogenesi del tessuto muscolare striato

• Il tessuto muscolare striato scheletrico deriva dal mesenchima.
• Le cellule mesenchimali si differenziano in mioblasti.
• I mioblasti si fondono per formare i miotubi multinucleati.
• I miotubi si sviluppano in fibre muscolari.
• Alcuni mioblasti rimangono come cellule staminali unipotenti quiescenti (cellule satelliti) per riparare le fibre muscolari danneggiate.

Struttura del sarcomero

• I filamenti spessi consistono di actina e miosina.
• I filamenti sottili si compongono di actina, tropomiosina e troponina.
• I sarcomeri sono le unità contrattili del muscolo.

La contrazione del muscolo scheletrico

• Durante la contrazione, le teste di miosina dei filamenti spessi spingono i filamenti sottili in direzione del centro del sarcomero.
• L'accorciamento dei sarcomeri determina l'accorciamento della fibra muscolare.
• La forza di contrazione dipende dal numero di fibre muscolari che si contraggono.

La giunzione neuro-muscolare

• Il sarcomero è l'unità funzionale del muscolo.
• Per contrarsi, la fibra muscolare scheletrica deve essere stimolata da un impulso nervoso (potenziale d'azione).
• Il motoneurone e le fibre da esso stimolate costituiscono un'unità motoria.
• La stimolazione del motoneurone fa contrarre simultaneamente tutte le fibre dell'unità motoria.
• Nella giunzione neuro-muscolare, i terminali assonici del motoneurone si avvicinano alla fibra muscolare, formando la placca motrice e lo spazio fra gli assoni che è la fessura sinaptica..

Il ciclo di contrazione muscolare

• L'arrivo dell'impulso nervoso rilascia l'acetilcolina nella giunzione neuro-muscolare.
• L'acetilcolina attiva i recettori, aumentando la permeabilità del sarcolemma agli ioni sodio.
• Il potenziale d'azione si propaga ai tubuli T e rilascia gli ioni calcio nel citoplasma.
• Gli ioni calcio legano la troponina, esponendo i siti di legame sui filamenti di actina.
• Le teste di miosina si legano all'actina e generano la forza di contrazione.
• L'ATP si lega alla miosina, causando il distacco dall'actina.
• L'idrolisi dell'ATP ripristina la testa di miosina nella posizione iniziale, permettendo un nuovo ciclo di contrazione.
• Gli ioni calcio vengono riassorbiti nel reticolo sarcoplasmatico per terminare la contrazione.

Il ruolo dell'ATP

• L'ATP è fondamentaleper la contrazione dei sarcomeri.
• L'idrolisi dell'ATP fornisce energia per l'interazione actina-miosina e il distacco dei filamenti.
• La carenza di ATP porta al rigor mortis.

Il metabolismo del muscolo

• L'ATP è necessario per le contrazioni muscolari.
• Le fibre muscolari dispongono di tre fonti per la produzione di ATP: creatinfosfato, glicolisi anaerobica e respirazione cellulare aerobica.
• Il creatinfosfato fornisce una rapida fonte di ATP per i primi secondi di attività muscolare.
• La glicolisi anaerobica fornisce ATP per 30-40 secondi di attività.
• La respirazione aerobica produce la maggior parte dell'ATP e serve per l'attività prolungata.

Il rilassamento della fibra

• Quando i potenziali d'azione cessano, gli ioni calcio vengono riassorbiti nel reticolo sarcoplasmatico.
• La rimozione degli ioni calcio causa il rilasciamento della fibra muscolare.
• Il neurotrasmettitore viene metabolizzato dall'acetilcolinesterasi nella fessura sinaptica.

Il tessuto muscolare cardiaco

• Il miocardio è un tessuto muscolare striato involontario composto da cellule di forma simile ai muscoli scheletrici, ma con un solo nucleo centrale, ramificate e interconnesse.
• La contrazione è potente e rapida, assicurando l'apporto di sangue ai tessuti e agli organi.
• Il ritmo automatico delle contrazioni è generato da cellule specializzate (nodo senoatriale e nodo atrioventricolare).
• Le fibre sono interconnesse dai dischi intercalari che permettono la trasmissione del segnale rapidamente.

I tipi di fibre muscolari scheletriche

• Tre tipi di fibre muscolari scheletriche: rosse (lente), bianche (veloci) e intermedie (ossidative-glicolitiche rapide).
• Ogni tipo ha caratteristiche metaboliche e meccaniche diverse.

Tipi di contrazioni muscolari

• Contrazione isotonica: la tensione muscolare rimane costante mentre la lunghezza del muscolo cambia.
• Contrazione isometrica: la lunghezza del muscolo rimane costante mentre la tensione muscolare aumenta.

Il sistema muscolare scheletrico

• Il sistema muscolare scheletrico è formato da quasi 700 muscoli.
• I muscoli sono composti da tessuto muscolare, nervoso e connettivo.
• I muscoli sono attaccati alle ossa tramite tendini.
• I diversi muscoli lavorano in sinergia o come antagonisti per produrre movimenti complessi.

Il ruolo dei muscoli scheletrici nel movimento

• Muscoli sinergici: lavorano insieme per lo stesso movimento.
• Muscoli antagonisti: hanno azioni opposte per guidare e controllare il movimento.

Il tessuto muscolare liscio

• Le cellule sono piccole, fusiformi e mononucleate.
• Il tessuto muscolare liscio presenta filamenti intermedi oltre a filamenti spessi e sottili non organizzati in sarcomeri formando una struttura omogenea.
• Il tessuto muscolare liscio produce azioni lente ma prolungate. Le cellule sono situate nelle pareti degli organi interni (es. intestino, utero).
• Regola la contrazione degli organi interni.
• Ha un metabolismo diverso rispetto al tessuto muscolare striato.