Concetti Chiave
- I muscoli del corpo umano sono responsabili sia dei movimenti volontari che delle funzioni degli organi interni, grazie alla loro capacità di sviluppare energia.
- I muscoli si dividono in striati e lisci, con i primi sotto controllo volontario e caratterizzati da una struttura citoplasmatica striata, e i secondi involontari, con una struttura uniforme.
- La microstruttura muscolare è composta da fibre e miofibrille, con le proteine actina e miosina che si combinano per formare filamenti di actomiosina, essenziali per la contrazione muscolare.
- Il meccanismo di contrazione muscolare si basa sullo scivolamento dei filamenti di actina e miosina, attivato dall'ATP, con un'efficienza energetica di circa il 25%.
- La forza delle contrazioni muscolari dipende dal numero di unità motrici attive, con l'acetilcolina che gioca un ruolo chiave nella trasmissione dell'impulso nervoso alle fibre muscolari.
Indice
Il sistema muscolare umano
Perché il corpo umano possa compiere tutti i movimenti necessari alla vita, cioè non solo quelli di locomozione e legati alle esigenze quotidiane, ma anche quelli inerenti alle funzioni degli organi interni, occorre un mezzo che possa sviluppare energia.
Questo mezzo è costituito dal sistema muscolare, che provvede a concentrare l'energia occorrente ai movimenti nelle diverse parti del corpo in cui di volta in volta se ne presenta la necessità.
Struttura e funzione dei muscoli
I muscoli, formati da tessuto muscolare, sono di varie forme, come vario è il lavoro che compiono: alcuni somigliano a fasce brevi e larghe; altri ancora a nastri sottili e lunghi; altri sono grossi e a forma di fuso.
Tutti terminano in due cordoni fissati saldamente a due ossa: i tendini.
Le estremità dei muscoli scheletrici sono collegate a due o più ossa e uno solo di loro si muove durante la contrazione; in un punto chiamato inserzione, quando si piega il gomito, lavora il bicipite e il tricipite si rilascia, mentre per tendere il braccio si contrae il tricipite e il bicipite si distende.
Per questa loro attività in coppia, il bicipite e il tricipite vengono detti muscoli antagonisti, giacché ciascuno agisce in senso contrario all'altro.
Muscoli striati e lisci
Il corpo è dotato di due specie di muscoli.
Alcuni, come quelli dello scheletro agiscono sotto l'azione della volontà, cioè le loro contrazioni avvengono soltanto in seguito ad atti di volontà e l'uomo può regolare l'intensità e la durata delle contrazioni. La caratteristica strutturale delle cellule che costituiscono questi muscoli è che il loro citoplasma, osservato al microscopio, appare striato trasversalmente, in quanto è formato da tanti minutissimi dischetti sovrapposti in lunghe pile. Altri muscoli, per esempio quelli dello stomaco, dell'intestino, delle arterie, dei quali, invece, non si possono regolare volontariamente le contrazioni, non presentano questa struttura striata e sono dotati di un citoplasma simile a quello di tutte le altre cellule.
In relazione a queste loro caratteristiche strutturali e funzionali, i primi vengono definiti muscoli striati e volontari; i secondi, muscoli lisci e involontari. E interessante notare come il cuore, pur essendo un muscolo involontario, sia costituito da fibre striate, anche se con una striatura diversa rispetto a quella dei muscoli striati volontari. Alla differenza strutturale tra muscoli lisci e muscoli striati corrisponde una differenza funzionale. Infatti, le contrazioni dei muscoli lisci sono lente, di lunga durata e di debole intensità; quelle dei muscoli striati possono essere lente o rapide, brevi o prolungate e di intensità varia, secondo le necessità.
Microscopia e biochimica muscolare
Osservato al microscopio, un muscolo striato appare costituito da lunghe fibre riunite in fasci, ognuno dei quali inguainato in una lamina di tessuto connettivo. Ogni fibra consta di moltissime miofibrille, ciascuna lunga come la fibra, ma con diametro di soli 1-2 mm. Soltanto negli ultimi dieci anni la tecnologia del microscopio elettronico e
la biochimica delle cellule hanno consentito di approfondire le conoscenze riguardanti la struttura muscolare e il meccanismo della contrazione. I biochimici che hanno studiato la composizione delle miofibrille, hanno isolato due proteine: l'actina e la miosina. Mescolando questi composti in una provetta, hanno scoperto che si combinano tra loro formando filamenti, e a questa struttura composta hanno dato il nome di actomiosina.
Esperimento è proseguito con raggiunta di ATP, che costituisce una riserva di energia "istantanea", con il risultato che i cordoni di actomiosina si sono contratti. Ciò fece pensare che qualcosa nelle miofibrille fosse capace di influenzare la contrazione muscolare. Le ricerche condotte con il microscopio ottico avevano già rivelato che le miofibrille sono striate e, quando gli scienziati hanno scoperto che durante la contrazione di muscoli vivi, le striature diventano più strette e più opache, hanno spiegato il fenomeno con l'ipotesi che i filamenti di actina e di miosina fossero scivolati gli uni in mezzo agli altri. Più precisamente hanno potuto verificare che i sottili filamenti di actina, attivati dall'ATP, scivolano negli spazi esistenti fra i più spessi fìlamenti di miosina, che invece rimangono fermi.
Partendo da questa osservazione, è stato relativamente facile concludere che il meccanismo di scivolamento dei filamenti, ripetuto centinaia di volte per tutta la lunghezza di una singola miofibrilla, ha come risultato un significativo accorciamento della sua lunghezza originale e che ogni volta che si compie un movimento, migliaia di miofibrille parallele compiono questa operazione. Di conseguenza, l'ipotesi dello scorrimento dei filamenti spiega il fenomeno della contrazione.
Energia e contrazione muscolare
L'energia immediata necessaria alle contrazioni muscolari proviene dalla scomposizione dell'ATP. Un quarto circa dell'energia che risulta di norma racchiusa nell'ATP viene convertita in lavoro meccanico; i rimanenti tre
quarti vanno perduti, analogamente a quanto accade in qualunque tipo di lavoro che comporta, per effetto dell'attrito, produzione di calore, che si disperde nell'ambiente. I nostri muscoli hanno, dunque, un'efficienza che può essere valutabile attorno al 25% rispetto a quella di un qualsiasi sistema meccanico in grado di trasformare energia.
Debito di ossigeno e acido lattico
Come'è noto, la sintesi dell'ATP dipende dalla combustione del glucosio con l'ossigeno, ma durante sforzi violenti l'ossigeno può risultare insufficiente per il rapido ritmo di combustione, nonostante l'aumento del ritmo della respirazione e del flusso sanguigno. I muscoli, quindi, precipitano in uno stato definito "debito di ossigeno". Quando ciò accade, la scomposizione del glucosio non avviene più secondo le fasi abituali e nel muscolo si
produce acido lattico, che da luogo a quella dolorosa sensazione comunemente definita fatica. L'acido lattico passa poi dai muscoli nella corrente sanguigna (aumentandone l'acidità e contribuendo a stimolare i centri del la respirazione) e viene intercettato dal fegato. Qui, l'energia contenuta in un quinto di acido lattico viene utilizzata per la fabbricazione dell'ATP che, a sua volta, fornisce l'energia necessaria a trasformare i rimanenti quattro
quinti in glucosio, che può essere nuovamente impiegato.
Sinapsi e contrazione muscolare
Ogni fibra muscolare si contrae quando nel punto di collegamento (detto sinapsi) fra il nervo motore, che reca l'ordine del cervello, e la fibra stessa viene scaricata una speciale sostanza: l'acetilcolina.
Quando un nervo motore si unisce a un muscolo, ognuno dei filamenti che lo formano (i neuriti) si ramificano su parecchie fibre muscolari. In alcuni muscoli i neuriti si dividono in circa 10 ramificazioni, ciascuna delle quali termina su una singola fibra muscolare per formare una sinapsi, chiamata placca motrice. In altri muscoli, un singolo neurite si ramifica su centinaia di fibre muscolari; la combinazione di un neurite e delle fibre muscolari a cui è unito viene definita unità matrice; il numero di unità motrici attive in un muscolo determina la forza di contrazione: al variare del numero delle unità motrici in azione, il muscolo varia la sua forza di contrazione.
Domande da interrogazione
- Qual è il ruolo principale del sistema muscolare nel corpo umano?
- Qual è la differenza tra muscoli striati e muscoli lisci?
- Come avviene la contrazione muscolare a livello microscopico?
- Cosa succede durante uno sforzo fisico intenso in termini di ossigeno e acido lattico?
- Come si determina la forza di contrazione di un muscolo?
Il sistema muscolare è responsabile di sviluppare l'energia necessaria per compiere i movimenti del corpo, sia quelli di locomozione che quelli legati alle funzioni degli organi interni.
I muscoli striati sono volontari e presentano una struttura citoplasmatica striata, mentre i muscoli lisci sono involontari e non presentano striature.
La contrazione muscolare avviene attraverso lo scivolamento dei filamenti di actina tra quelli di miosina, attivati dall'ATP, che porta all'accorciamento delle miofibrille.
Durante uno sforzo intenso, l'ossigeno può risultare insufficiente, portando a un "debito di ossigeno" e alla produzione di acido lattico, che causa la sensazione di fatica.
La forza di contrazione di un muscolo è determinata dal numero di unità motrici attive, che varia in base al numero di neuriti che si ramificano sulle fibre muscolari.
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