Struttura e funzione del sistema muscolare e scheletrico umano

• Il tessuto muscolare

Il tessuto muscolare è formato da cellule che hanno la particolarità di riuscire a contrarsi in modo coordinato.

Tipi di tessuto muscolare

Esistono tre tipi di tessuto muscolare:

1)muscolo liscio: circondano le pareti degli organi interni.

2)muscolo cardiaco: il muscolo del cuore, è striato, ma anche esso involontario

3)muscolo scheletrico/striato: sotto il controllo della nostra volontà. Le striature sono dovute alla disposizione delle proteine di actina e miosina in raggruppamenti regolari ripetuti.

• Muscolo scheletrico

Caratteristiche del muscolo scheletrico

Costituisce il 40% del peso corporeo di un uomo e il 20% di quello di una femmina. È attaccato ad una o più ossa, o direttamente, oppure tramite i tendini, cioè robuste striscie di tessuto connettivo. Alla contrazione del muscolo, le ossa si muovo intorno ad un’articolazione, tenuta unita da legamenti (che contengono liquido lubrificante). I muscoli scheletrici solitamente lavorano in coppie antagoniste: alla contrazione di uno coincide il rilassamento dell’altro. Se uno di questi due muscoli contrae/flette un’articolazione, l’altro la estende/raddrizza. Coppie antagoniste con entrambi i muscoli contratti permettono la posizione eretta.

Struttura della cellula muscolare

Ogni muscolo scheletrico è un distinto organo composto da numerose cellule di forma allungata disposte in parallelo, che prendono il nome di fibre muscolari. È dotato di un rivestimento costituito da più strati di tessuto connettivo, inoltre è irrorato da vasi sanguigni e provvisto di innervazioni.

1. La cellula muscolare è polinucleata (ha infatti origine dalla fusione di più cellule durante la formazione del muscolo  sincizio), può essere lunga diversi centimetri e ha un diametro compreso tra 10-100 micrometri. È dotata di:

-membrana (sarcolemma): come la membrana assonica, è in grado di propagare un potenziale di azione. Ogni fibra è innervata da un motoneurone, che entra in contatto con essa in una zona detta placca neuromuscolare.

-citoplasma (sarcoplasma): è ricchissimo di mitocondri. Qui sono presenti circa 1000-2000 unità più piccole di fibra muscolare, disposte in parallelo, che sono le miofibrille. Corrono parallelamente alla lunghezza della cellula, quindi confinano i nuclei nella zona periferica.

-reticolo endoplasmatico (reticolo sarcoplasmatico): circonda le miofibrille ed è attraversato, perpendicolarmente ad esse, da un sistema di tubi trasversali, il sistema T. La membrana di questo sistema è continua con quella del reticolo, in modo che si diffonda il potenziale d’azione. I vacuoli del reticolo contengono ioni calcio che hanno un ruolo fondamentale nella contrazione muscolare.

2.

Dettagli delle miofibrille e sarcomeri

Le miofibrille a loro volta sono composte in maniera modulare da più piccole unità dette sarcomeri (2-3 nanometri). L’aspetto striato del muscolo è dovuto alla ripetizione di queste unità lungo la miofibrilla.

3. I sarcomeri sono formati da due diversi tipi di filmenti che corrono paralleli. La parte centrale è composta da filamenti più spessi (miosina), mentre le parti estremanti sono costituite da filamenti più sottili (actina). I filamenti sottili tra loro adiacenti si ancorano ad una zona proteica detta linea Z. Il sarcomero è compreso da due linee Z. Ad ogni filamento spesso corrispondono sei filamenti sottili.

4. –I filamenti spessi sono composti da fasci di molecole di miosina che si aggregano in strutture bipolari. Una molecola di miosina è costituita da due lunghe catene proteiche ad elica, ognuna formata da 1800 amminoacidi. Ad una estremità c’è una testa globulare (meromiosina pesante) e all’altra una coda fibrosa (meromiosina leggera). La testa possiede due diversi siti: ad uno si lega l’ATP quando è necessario liberare l’energia per la contrazione muscolare, quindi collegarsi all’actina, che si attacca al secondo sito.

-I filamenti sottili sono composti da actina, troponina e tropomiosina. Le unità di molecole glubulari di actina si uniscono in due filamenti ad elica. La tropomiosina invece consiste in un doppio filamento che si avvolge intorno al filamento di actina, comprendo i siti di legame con la miosina. La troponina invece si lega in complessi globulari al filamento di tropomiosina. Durante la contrazione muscolare, la troponina ha il compito di legarsi con gli ioni calcio.

• Contrazione muscolare

Contrazione muscolare: il processo

Il motoneurone possiede un lungo assone le cui ramificazioni terminali vanno ad inserirsi in solchi della superficie della fibra muscolare. La stuttura che ne consegue prende il nome di giunzione neuromuscolare. L’assone di un singolo neurone motorio e tutte le fibre muscolari da esso innervate sono dette unità motoria. Si ha una sinapsi chimica, quindi venogno rilasciati dei neurotrasmettitori (acetilcolina) che si combinano con dei recettori (recettori nicotinici) presenti sul sarcolemma. La membrana si depolarizza e lungo tutto il sarcolemma viene generato un potenziale di azione post-sinaptico (potenziale di placca). I tuboli a T (invaginazioni del sacrolemma) sono direttamente collegati alla membrana, quindi anche qui si propaga il potenziale, grazie alla presenza di canali di K e Na, fino ad entrare in contatto con le miofibrille. Sulla membrana di questi tuboli sono presenti proteine sensori del voltaggio che, in presenza del potenziale di azione danno il via al rilascio di ioni Ca2+ da parte del reticolo sarcoplasmatico per tutto il periodo di durata di stimolazione della fibra (vengono rilasciati grazie all’azione di proteine di membrana dette Ca2+-ATPasi). In seguito essi verranno ripompati nei loro vacuoli di origine grazie ad un meccanismo di trasporto attivo.

Li ioni vanno a combinarsi con le molecole di troponina. Esse subiscono un cambiamento della loro conformazione e fanno scivolare le catene di tropomiosina a cui sono attaccate. A questo punto sono liberi i siti di legame dell’actina, che può legarsi alle teste di miosina.

Le teste di miosina spostano i filamenti di actina verso il centro del sarcomero, quindi le due linee Z sono tra loro più vicine. Esso di conseguenza si accorcia, quindi si ha la contrazione muscolare. Tale processo si suddivide in diversi momenti:

1)Molecole di ATP (adenosina trifosfato) si collegano ad un sito della testa di miosina e vengono scisse. Un gruppo fosfato si stacca, e la rottura del suo legame genera molta energia. Rimane quindi soltanto ADP (adenosina difosfato):

ATP  ADP + P + E

2)Si formano i ponti trasversali: l’actina si lega al secondo sito delle teste di miosina

3)L’energia rilasciata dalla scissione dell’ATP fa si che la miosina abbia sufficiente forza da far scorrere i filamenti sottili di actina verso il centro del sarcomero. Il muscolo si contrae.

4)Le teste della miosina si legano a nuove molecole di ATP e si staccano dalla actina. In modo ciclico, può avvenire nuovamente la contrazione muscolare.

Sistema scheletrico

Sistema scheletrico: funzioni e struttura

Il tessuto scheletrico è un tessuto connettivo. I tessuti connettivi tengono uniti, sostengono e proteggono gli altri tipi di tessuti. Le cellule del tessuto connettivo sono separate tra loro da grandi quantità di materiale extracellulare, che è costituito da sostanza fondamentale e anche da fibre. La sostanza fondamentale dell’osso e impregnata di duri cristalli e di composti contenenti calcio.

Il tessuto osseo ha funzione di sostengo, protezione, contributo al movimento, omeostasi minerale, produzione delle cellule sanguigne (midollo osseo rosso) e riserva di trigliceridi (midollo osseo giallo).

Classificazione delle ossa

Le 206 ossa che compongono il nostro scheletro si classificano in base alla loro forma. Si può quindi distinguere tra:

-lunghe (lunghe e sottili, composte da un’asta e due estremità)

-brevi (dalla forma cubica)

-piatte (sottili, con il compito di fornire protezione)

-irregolari (forme complesse e quindi difficilmente classificabili).

Macroscopicamente un osso si divide in più parti:

-diafisi (la parte centrale delle ossa lunghe, composta da osso compatto è da una cavità midollare che contiene il midollo)

-epifisi (le due estremità, rotonde, delle ossa lunghe. Compongono le articolazioni mobili. Sono composte da osso spugnoso ricoperto da cartilagine di rivestimento. In prossimità dell’articolazione essa è detta cartilagine articolare)

-metafisi (area cartilaginea di diversi tipi intermedia tra diafisi e epifisi)

-periostio ed endostio (membrane di tessuto connettivo che rivestono l’osso rispettivamente esternamente e internamente).

-tessuto osseo compatto (è disposto in unità ripetute, dette osteoni oppure canali di Havers, attraverso i quali passano vasi sanguigni, vasi linfatici e nervi)

-tessuto osseo spugnoso (constituito da unità fondamentali dette trabecole, cioè un reticolo irregolare di sottili colonne ossee)

Struttura microscopica dell'osso

Microscopicamente, ogni osso è costituito da quattro tipi di cellule:

-cellule osteoprogenitrici (staminali non specializzate che generano osteoblasti)

-osteoblasti (sintetizzano e secernono collagene, cioò la principale proteina dei tessuti connettivi)

-osteociti (componenti principali del tessuto osseo, lo generano in continuazione e lo mantengono)

-osteoclasti (secernono enzimi e acidi lisosomiali che distruggono il tessuto in eccedenza creato dagli osteociti)

Osteociti e osteoclasti insieme portano avanti un’azione di rimodellamento osseo, cioè la continua produzione di tessuto osseo nuovo che va a sostituire quello vecchio, che viene riassorbito.

La crescita ossea è influenzata da fattori quali l’apporto di minerali e di vitamine A, C e D con l’alimentazione, lo stimolo ormonale e l’esercizio fisico di carico.

Divisioni dello scheletro umano

Le ossa che compongono lo scheletro umano si raggruppano in due principali divisioni:

-scheletro assile: le ossa che si trovano lungo l’asse longitudinale del corpo

-scheletro appendicolare: le ossa degli arti inferiori e superiori, ossa scapolari e ossa pelviche.

Le principali ossa del corpo:

1.

Principali ossa del corpo umano

Cranio: poggia sulla colonna vertebrale e comprende: ossa craniche (formano la cavità cranica che contiene e protegge il cervello. Prendono il nome in base al lobo a cui sono vicine, quindi sono parietali, laterali, occipitali e frontale, più sfenoide ed etmoide), ossa facciali (formano il volto).

2. Colonna vertebrale: composta da 33 vertebre, che si dividono in: 7 cervicali, 12 toraciche, 5 lombari e 5 sacrali/coccigee. Ogni vertebra è costituit da tre distinte regioni: corpo (porzione frontale che sostiene il peso), arco ventrale (due parti corte e spesse, i peduncoli) e processi (punto di attacco di muscoli ed articolazioni).

3. Regione toracica: è composta da sterno (stretto e piatto in zona anteriore) e da 12 coppie di costole collegate o direttamente allo sterno con cartilagine (vere, 7), o indirettamente (false, 3), o non collegate (fluttuanti, 2).

4. Cintura scapolare/cingolo toracico: formata da clavicola e scapola, collega le ossa degli arti superiori allo scheletro assile

5. Arti superiori: un osso lungo e sottile, l’omero, che si articola: con la scapola alla spalla; con ulna e radio al gomito. L’ulna (più lungo e mediale) e radio (laterale) compongono l’avambraccio. La mano, infine, si suddivide in: carpo (polso), metacarpo e falangi.

6. Cintura pelvica: connette arti inferiori allo scheletro assile, inoltre sostiene la colonna vertebrale. È fomata da due ossa iliache.

7. Arti inferiori: un osso lungo, pesante e robusto, il femore, si articola con la cintura pelvica; con perone e tibia al ginocchio. Quest’ultima articolazione è coperta da un osso triangolare, la patella (rotula). La tibia è l’osso più grande della gamba e sostiene il carico maggiore; il perone (fibula) è parallelo e laterale alla tibia. Il piede, infine, è composto da: tarso (caviglia), metatarso e falangi.