Sistema muscolare - Spiegazione semplice

Tipi di muscoli

Uno dei quattro principali tessuti dell’organismo è il tessuto muscolare. Nel corpo umano vi sono tre tipi di muscoli:

• i muscoli scheletrici, detti anche volontari o striati: volontari perché, innervati dal sistema nervoso periferico, agiscono sotto il controllo della volontà; striati perché a livello microscopico presentano una striatura con zone chiare e scure alternate;

• il muscolo cardiaco, anch’esso striato ma involontario: è infatti innervato dal sistema nervoso autonomo;

• i muscoli lisci, propri dei vasi sanguigni e degli organi interni, anch’essi controllati dal sistema nervoso autonomo e quindi involontari

Struttura e proprietà muscolari

Abbiamo parlato delle differenze che sussistono tra i tre tipi di muscoli, ma vi sono anche delle analogie tra questi.

Tutti quanti sono costituiti da cellule allungate, chiamate fibre muscolari o, nel tessuto muscolare liscio, fibrocellule muscolari lisce.

Le proprietà specifiche del muscolo sono:

• la contrattilità: la capacità di accorciamento;

• l’estensibilità: la capacità di allungamento, quando viene sottoposto a una forza di trazione esterna;

• l’elasticità: la capacità di ritornare alla lunghezza originale quando cessa l’azione di trazione;

• l’eccitabilità: la capacità di reagire ad uno stimolo nervoso.

Grazie a tutte queste capacità, i muscoli permettono tutti i movimenti del corpo.

Funzioni dei muscoli scheletrici

Quelli scheletrici, per esempio, mantenendo uno stato di costante contrazione controllata dal sistema nervoso autonomo, ci consentono di mantenere una certa postura. Gli scheletrici permettono anche la comunicazione non verbale tra gli esseri umani: i muscoli facciali ci permettono infatti di sorridere.

Oltre a ciò, i muscoli consentono di regolare la temperatura corporea. Infatti, con la contrazione dei muscoli si genera calore e in condizioni ambientali fredde, con i conseguenti “brividi”, l’organismo cerca di riportare la temperatura corporea valori normali. Circa il 40% del peso corporeo di un uomo è costituito da un tessuto muscolare di tipo scheletrico striato, mentre le donne ne hanno in genere una percentuale minore (circa il 20%), ecco perché sono spesso più freddolose.

Muscoli lisci e cardiaci

I muscoli lisci e il muscolo cardiaco permettono il flusso di liquidi e solidi lungo le cavità corporee. Mediante la sua contrazione il cuore permette il flusso del sangue all’interno dell’organismo; la muscolatura liscia dei vasi ne continua l’attività a livello periferico. I muscoli lisci di vescica e intestino permettono il flusso di urina e materiale ingerito via via verso l’esterno del corpo.

Contrazione muscolare

L’azione caratteristica del muscolo è la contrazione. Il risultato più evidente della contrazione muscolare è il movimento.

Un muscolo scheletrico è attaccato a due o più ossa mediante robuste strisce di tessuto connettivo dette tendini; alcuni tendini, come quelli che collegano le ossa delle dita delle mani ai rispettivi muscoli dell’avambraccio, possono essere molto lunghi.

Il movimento è reso possibile dalla contrazione di uno o più muscoli, detti agonisti, che realizzano l’azione di spostamento di un segmento scheletrico. All’inizio di questa azione è necessario che i muscoli deputati all’azione contraria, cioè gli antagonisti, siano rilasciati per non risultare di freno al movimento. I ruoli s’invertono nello svolgimento dell’azione opposta.

Ogni fibra muscolare o è rilassata o è contratta, non può esserlo solo parzialmente. Eppure i muscoli possono contrarsi con minore o maggiore forza, a seconda della frequenza con cui vengono eccitate le unità motorie o a seconda del numero di fibre muscolari coinvolte. Normalmente una fibra muscolare ha una fase di eccitazione o contrazione e una di rilassamento; se però aumenta molto la frequenza tra uno stimolo nervoso e l’altro non si ha un completo rilassamento.

Si parla di tetano completo quando si sviluppa la maggior forza e la contrazione resta costante.

Nel tetano incompleto si ha sempre lo sviluppo della maggior forza, ma la contrazione non è costane in quanto il muscolo tende a rilassarsi, anche se di poco, tra una contrazione e l’altra.

Nel nostro corpo i muscoli che servono a mantenere la postura sono sempre in uno stato di contrazione parziale, con un alternarsi di fibre contratte e rilassate che determina quello che è chiamato tono muscolare.

Fibre muscolari e sarcomeri

Tutti i muscoli stirati sono costituiti da cellule allungate che vengono chiamate fibre muscolari, tenute unite dal tessuto connettivo.

Esse sono dotate di molti nuclei, disposti subito sotto la membrana cellulare, il sarcolemma, poiché il citoplasma è quasi totalmente occupato dalle miofibrille, ossia strutture proteiche.

Ruolo del calcio e ATP

Ogni miofibrilla è circondata da una struttura chiamata reticolo sarcoplasmatico che, con la sua rete di tubuli appiattiti e cisterne, avvolge le miofibrille e i cui vacuoli contengono ioni calcio che rivestono un ruolo fondamentale nella contrazione muscolare.

Le miofibrille sono a loro volta composte da unità chiamate sarcomeri, costituiti da vari tipi di elementi, a bande chiare e scure, cioè da due filamenti proteici differenti: i filamenti più sottili della parte centrale sono costituiti da una proteina globulare chiamata actina e sono legati tra loro da un setto trasversale detto linea Z; i filamenti più spessi sono costituiti da un’altra proteina, la miosina, e rimangono interconnessi tra loro mantenendo una posizione fissa.

Questi filamenti proteici, durante la contrazione muscolare, scorrono gli uni sugli altri e, sovrapponendosi, determinano l'accorciamento delle miofibrille e di conseguenza della fibra muscolare.

L’intero processo ha luogo solo quando da un nervo giunge il segnale che ordina al muscolo di contrarsi. Il segnale è di tipo chimico: una sostanza liberata dalle terminazioni nervose, l’acetilcolina provoca una serie di eventi a cascata, che determinano la liberazione da parte del reticolo endoplasmatico di numerosissimi ioni calcio. Sono questi ultimi a causare l’agganciamento di actina e miosina che scorrono nel modo che ho descritto prima.

Più specificatamente, se esaminiamo una molecola di miosina, essa è costituita da lunghe catene proteiche e possiede una testa globulare che svolge 2 importanti funzioni:

1. la prima è essere il sito di legame in cui, durante la contrazione, si esercita una forza sui filamenti sottili;

2. agisce come enzima che scinde ATP in ADP fornendo in questo modo energia per la contrazione muscolare.

Quando una fibra è stimolata, le teste delle molecole di miosina si spostano verso i filamenti sottili, ai quali si attaccano formando ponti trasversali temporanei. Le teste si muovono come un remo, tirando il filamento spesso e spingendo quello sottile.

L’ATP è essenziale per la contrazione dei sarcomeri sia perché la sua idrolisi da parte della molecola di miosina fornisce l’energia per il ciclo sia perché l’arrivo di una nuova molecola di ATP libera la testa della miosina dai siti di legame presenti sulla molecola di actina, consentendo l’inizio di un nuovo ciclo.

Nella muscolatura scheletrica la contrazione viene resa possibile, oltre che dagli ioni calcio, anche da altri due gruppi di molecole organiche ossia la troponina e la tropomiosina.

La disponibilità di calcio e il conseguente inizio della contrazione dipendono dalla stimolazione del muscolo da parte di un segnale proveniente da un neurone motorio: esso possiede di solito un lungo assone che si divide in numerose ramificazioni terminali e che, insieme a tutte le fibre muscolari che innerva, forma l’unità motoria del muscolo.

Energia per la contrazione

Per contrarsi il muscolo ha bisogno di energia, quindi ATP; purtroppo la quantità di ATP che può accumulare dura solo 5 secondi, poi deve essere nuovamente sintetizzata.

Il muscolo riesce a procurarsi ATP in tre modi:

1. Con la scissione di creatinfosfato e ADP in creatina e ATP; la molecola di creatinfosfato si trova all'interno delle fibre muscolari, ma produce energia per i primi 15 secondi;

2. Con la respirazione aerobia a livello dei mitocondri, reazione che utilizza ossigeno e glucosio producendo 36 molecole di ATP, diossido di carbonio e acqua; anche se efficiente, questo processo è lento e necessita di molto ossigeno;

3. Con la glicolisi anaerobia quando i muscoli necessitano ATP in breve tempo e non sono presenti quantità adeguate di ossigeno e glucosio; tale processo produce acido lattico. A causa dello squilibrio idrico che ne deriva, il muscolo fa sempre più fatica a contrarsi, fino ad arrivare a non rispondere più agli stimoli nervosi.

Esercizi e adattamenti muscolari

Continui e prolungati esercizi di tipo aerobico o di resistenza, come la corsa o il ciclismo, fanno aumentare sia i vasi sanguigni che portano ossigeno ai muscoli sia il numero di mitocondri in ogni fibra muscolare. Ne risulta un miglioramento delle prestazioni in tutto l’organismo, anche se i muscoli risultano ridefiniti, ma non di volume maggiore. Al contrario gli esercizi di potenza, come il sollevamento pesi, accrescono il volume del muscolo poiché aumenta il numero di miofibrille per fibra muscolare e la quantità di tessuto connettivo che avvolge le cellule.

Riflessi e muscoli cardiaci

In alcuni casi il muscolo scheletrico può contrarsi in maniera involontaria: è il caso dei riflessi spinali. Quando il medico colpisce con un martelletto il punto della gamba che si trova sopra la rotula, si allunga il tendine del quadricipite femorale. I neuroni sensoriali danno l’informazione dello stiramento al midollo spinale, che attiva il motoneurone effettore, senza aspettare la risposta del sistema nervoso centrale. Questo movimento di estensione è detto riflesso rotuleo o patellare.

Il muscolo cardiaco è striato perché anche le fibre cellulari in esso contenute sono costituite da miofibrille di actina e miosina. Tuttavia sono di diametro maggiore e molto più corte rispetto a quelle del muscolo scheletrico.

Le cellule cardiache hanno un unico nucleo e sono interconnesse tra di loro a livello dei dischi intercalari, porzioni di sarcolemma ispessito dove sono presenti giunzioni comunicanti. Le fibre cardiache non vengono attivate da uno stimolo nervoso esterno, ma sono dotate esse stesse di autocontrattilità.

Muscolo liscio e peristalsi

Nel muscolo liscio non sono presenti i sarcomeri o altre unità funzionali, per cui le sue cellule non hanno un aspetto striato. Sono presenti comunque miofibrille, connesse tra loro a formare una rete che è in grado di contrarsi. Le fibre dei muscoli lisci si contraggono più lentamente e più a lungo di quelle del muscolo scheletrico e hanno un solo nucleo centrale. Il movimento tipico della muscolatura liscia è quello che avviene nell’intestino: le contrazioni coordinate dei due strati di muscolatura liscia della tonaca muscolare producono un insieme di movimenti noto come peristalsi; questi movimenti mescolano il cibo e lo fanno avanzare lungo tutto il canale digerente fino all’ano.