Fondamenti di fisiologia - Appunti completi

ATP.

La contrazione muscolare, quindi, non solo consuma ma anche genera energia, attraverso

l'interazione di tre sistemi energetici principali: il sistema dei fosfageni (o fosfocreatina),

responsabile della produzione rapida di ATP per le attività brevi e intense; il sistema glicolitico, che

produce ATP in assenza di ossigeno con accumulo di acido lattico, utile per esercizi di media durata;

e il sistema aerobico, che utilizza ossigeno per produrre ATP in modo più efficiente per sostenere

attività di lunga durata.

La teoria dei filamenti scorrevoli

La teoria dei filamenti scorrevoli, formulata da Thomas H. Huxley nel 1954, offre un modello

esplicativo su come avviene la contrazione muscolare. Secondo questa teoria, per la contrazione di

un muscolo è indispensabile la presenza di ATP in vicinanza delle proteine actina e miosina, unita a

un comando dal sistema nervoso centrale. In presenza di questi due elementi, le teste della miosina

si ancorano all'actina formando un ponte incrociato tra actina e miosina.

Il movimento inizia quando l'energia fornita dall'ATP induce le teste della miosina a ruotare verso il

centro del sarcomero, trascinando con sé i filamenti di actina verso il centro stesso. Questo

movimento causa l'accorciamento dei singoli sarcomeri e, conseguentemente, dell'intera fibra

muscolare. Questo processo, che coinvolge tutti i sarcomeri simultaneamente, porta alla contrazione

dell'intero muscolo.

In condizioni di riposo, l'interazione tra miosina e actina è impedita a livello dei siti attivi. L'arrivo di

un potenziale d'azione fa rilasciare il Ca++ dal reticolo sarcoplasmatico. Lo ione calcio si lega alla

troponina, provocando un cambio conformazionale che espone i siti attivi sull'actina, permettendo il

legame con la miosina. La contrazione inizia quando l'ATP si lega alle teste della miosina,

permettendo loro di ruotare e trascinare il filamento di actina. Con il rilascio di ADP, un nuovo ATP si

lega, favorendo il distacco delle teste di miosina dall'actina e il ritorno allo stato di riposo.

La forza sviluppata durante una contrazione muscolare dipende dalla lunghezza iniziale del muscolo,

influenzando direttamente la tensione generata. Esistono due tipi principali di contrazioni:

isometrica, dove la lunghezza del muscolo rimane invariata, e isotonica, caratterizzata da un

cambiamento nella lunghezza del muscolo. La contrazione isotonica può essere ulteriormente divisa

in concentrica, dove il muscolo si accorcia, e eccentrica, dove il muscolo si allunga.

Le proprietà dei muscoli sono influenzate dalla disposizione dei sarcomeri, dal numero di ponti

actina-miosina formati, dalla quantità di Ca++ rilasciato, dall'attività dell'ATPasi e dal numero di fibre

coinvolte. L'ipertrofia muscolare aumenta il numero di sarcomeri in parallelo, influenzando la forza

ma non necessariamente la velocità di contrazione. Invece, l'allungamento delle fibre, ad esempio

attraverso lo stretching, posiziona più sarcomeri in serie, migliorando la velocità e la capacità di

contrazione.

In sintesi, la teoria dei filamenti scorrevoli spiega la contrazione muscolare come un'interazione

dinamica e coordinata tra actina e miosina, stimolata da impulsi nervosi e alimentata dall'energia

dell'ATP, che culmina nell'accorciamento delle fibre muscolari e nella generazione di forza.

I muscoli agonisti – antagonisti

I muscoli del nostro corpo operano in coppia per facilitare il movimento, agendo in maniera

complementare attraverso meccanismi di contrazione e rilassamento. I muscoli agonisti sono quelli

principali responsabili di eseguire un dato movimento attraverso la loro contrazione. Per esempio,

durante l’estensione del ginocchio, i quadricipiti fungono da agonisti contrattendosi per produrre il

movimento. In contrasto, i muscoli antagonisti hanno il compito di opporsi al movimento degli

agonisti, contribuendo a stabilizzare il movimento e permettendo il ritorno dell’arto alla posizione di

partenza. Nel caso dell’estensione del ginocchio, i bicipiti femorali agiscono come antagonisti

rilassandosi per consentire il movimento generato dai quadricipiti e contrattendosi per riportare il

ginocchio nella posizione iniziale.

Il muscolo cardiaco rappresenta una categoria unica di tessuto muscolare. Sebbene sia classificato

come muscolo striato, simile ai muscoli scheletrici per l’aspetto microscopico, possiede

caratteristiche distintive che ne determinano il funzionamento specifico. Una delle sue peculiarità è

la presenza di giunzioni intercellulari che facilitano la rapida trasmissione degli impulsi elettrici tra le

cellule, consentendo al cuore di battere in modo coordinato. Questo tessuto è altamente

vascolarizzato, con un capillare destinato a ciascuna cellula cardiaca, riflettendo l’elevato fabbisogno

di ossigeno del cuore e la sua incapacità di tollerare periodi prolungati senza apporto di ossigeno. Le

cellule cardiache presentano in genere uno o due nuclei posizionati centralmente e hanno un

diametro di circa 15 micron con una lunghezza media di 85 micron. Una caratteristica fondamentale

del muscolo cardiaco è la sua capacità di contrarsi spontaneamente e ritmicamente, un fenomeno

noto come autoritmicità. Tuttavia, a differenza dei muscoli scheletrici, il tessuto cardiaco ha capacità

rigenerative molto limitate; danni a questo tessuto solitamente portano alla formazione di tessuto

cicatriziale invece della rigenerazione delle cellule muscolari.

Il muscolo liscio (SMC)

Il muscolo liscio, caratteristico dei nostri organi interni come l'intestino e i vasi sanguigni, opera in

modo involontario sotto il controllo del sistema nervoso autonomo. La sua principale distinzione

risiede nella capacità di contrarsi lentamente e mantenere tale contrazione per lunghi periodi,

utilizzando meno ATP rispetto al muscolo scheletrico, grazie all'idrolisi più lenta dell'ATP. Esistono

due categorie principali di cellule muscolari lisce (SMC, dall'inglese Smooth Muscle Cells): quelle di

tipo unitario, che operano in modo sincronizzato grazie alla loro natura miogenica (cioè, generano

movimento spontaneamente) e sono regolate dal sistema nervoso autonomo; e quelle di tipo

multiunitario, che non hanno attività miogenica spontanea e sono attivate esclusivamente da segnali

nervosi autonomi. Questi muscoli possono variare la loro tensione in risposta a stimoli interni,

ormonali o nervosi, e sono in grado di estendersi e contrarsi in modo significativo rispetto ai muscoli

striati, come dimostrato dalla vescica che può variare notevolmente in dimensione.

Diversamente dai muscoli striati e cardiaci, le cellule del muscolo liscio sono molto più piccole,

misurate in micron, e contengono pochi mitocondri, indicativo del loro minore fabbisogno

energetico. A differenza dei muscoli striati e cardiaci, non possiedono tubuli per la rapida

trasmissione dei segnali di contrazione. Mentre l'azione dei muscoli scheletrici è sotto il controllo

volontario del sistema nervoso centrale, quella dei muscoli lisci e cardiaci è involontaria e regolata

dal sistema nervoso autonomo. Inoltre, il muscolo liscio è unico nel suo potenziale di rigenerazione,

a differenza del muscolo cardiaco che ha una capacità rigenerativa molto limitata, mentre il muscolo

scheletrico possiede una certa capacità di ripararsi, sebbene non sia illimitata.

Fisiologia dell’apparato respiratorio

La fisiologia respiratoria studia i meccanismi attraverso i quali l'ossigeno viene trasportato

dall'ambiente esterno alle cellule del corpo e, al contempo, come il biossido di carbonio, un prodotto

di scarto del metabolismo cellulare, viene eliminato. Questo processo si articola in varie fasi, ognuna

delle quali contribuisce alla funzione complessiva dell'apparato respiratorio:

Respirazione Esterna: Si riferisce allo scambio di gas tra l'aria nei polmoni e il sangue nei

 capillari polmonari, dove l'ossigeno viene assorbito e l'anidride carbonica rilasciata.

Respirazione Interna: Descrive lo scambio di gas tra il sangue nei capillari sistemici e le

 cellule del corpo, consentendo la consegna di ossigeno alle cellule e il ritiro di anidride

carbonica.

Respirazione Cellulare: È il processo biochimico attraverso il quale l'ossigeno è utilizzato per

 produrre energia dalle sostanze nutritive, con il rilascio di anidride carbonica e acqua come

sottoprodotti. Questo processo è riassunto nella reazione di ossidazione del glucosio, che

trasforma una molecola di glucosio e sei molecole di ossigeno in sei molecole di anidride

carbonica e sei molecole di acqua.

L'apparato respiratorio, responsabile di facilitare questi scambi gassosi, è composto da due principali

sezioni: Vie Aeree Extratoraciche: Comprendono le parti dell'apparato respiratorio situate fuori dalla

 cavità toracica, come la bocca, il naso, la laringe e la trachea, che fungono da passaggio

iniziale per l'aria che respiriamo.

Vie Aeree Intratoraciche: Sono quelle parti situate all'interno del torace, tra cui l'albero

 tracheobronchiale (bronchi, bronchioli e alveoli), dove avviene lo scambio gassoso effettivo.

A supporto di questi processi ci sono il diaframma e i muscoli intercostali, che consentono

l'espansione e la contrazione dei polmoni e della cassa toracica durante l'inspirazione e

l'espirazione.

Il diaframma e i muscoli intercostali giocano un ruolo cruciale nell'inspirazione, facilitando

l'espansione del torace e il conseguente ingresso di aria nei polmoni. Questi componenti, insieme

alle costole, cartilagini, vertebre toraciche e sterno, conferiscono struttura e supporto all'intero

sistema respiratorio, garantendo che l'ossigeno sia continuamente scambiato e che il biossido di

carbonio sia espulso efficacemente dal corpo.

La meccanica ventilatoria

La meccanica ventilatoria descrive il processo attraverso il quale si realizza lo scambio di gas nei

polmoni, essenziale per la respirazione. Tale meccanismo è reso possibile dall'azione combinata del

diaframma e di vari muscoli respiratori, che collaborano per facilitare l'inspirazione e l'espirazione.

Durante l'inspirazione, i muscoli inspiratori, tra cui lo sternocleidomastoideo, gli scaleni e gli

intercostali esterni, si contraggono per aumentare il volume della cavità toracica. In particolare, il

diaframma, contrattendosi, si abbassa e si appiattisce, mentre i muscoli intercostali esterni sollevano

le costole, ampliando ulteriormente lo spazio toracico. Questa espansione riduce la pressione

all'interno del torace rispetto all'aria esterna, inducendo l'aria a fluire nei polmoni.

L'espirazione, invece, è un processo prevalentemente passivo durante la respirazione a riposo, in cui

i muscoli inspiratori si rilassano, il diaframma risale e le costole ritornano alla