Fisiologia umana

MODELLO MECCANICO A TRE COMPONENTI

La componente contrattile (CC) e la componente elastica in serie (CES) sono necessarie per definire le proprietà del muscolo in contrazione, mentre la componente elastica in parallelo (CEP) è necessaria per definire la relazione tensione-lunghezza del muscolo rilasciato (a riposo).

METABOLISMO

L'ATP (5μg/g di muscolo) presente nelle fibre è sufficiente soltanto a rifornire energia per i primi secondi di attività muscolare. In seguito deve essere sintetizzato dell'altro da tre fonti: - Creatinfosfato (sintesi anaerobica e alattoacidica) (sport di breve durata, corsa 100 m); - Respirazione cellulare anaerobica (lattoacidica) (contrazioni isometriche prolungate); - Respirazione cellulare aerobica (alattoacidica) (attività fisica prolungata, maratona). A riposo le fibre muscolari scheletriche producono ATP in eccesso che viene usato, in parte, per produrre creatinfosfato, molecola a elevato potenziale.

energetico è costituita da creatina, simile a un amminoacido e da un gruppo fosfato. Al bisogno, tale fosfato viene trasferito nuovamente all'ADP per ricostituire il gruppo energetico.

Il glucosio, scisso in due molecole di acido piruvico, libera ATP. Quando i livelli di ossigeno sono bassi, quasi tutto l'acido piruvico si trasforma in acido lattico nella glicolisi anaerobica. Questa reazione può fornire energia sufficiente per circa 30-40 secondi di attività muscolare.

L'attività muscolare prolungata dipende dalla respirazione cellulare aerobica che utilizza ossigeno per produrre ATP nei mitocondri.

Il rapporto CrP/P esprime le condizioni metaboliche muscolari. Più è piccolo questo rapporto più sono ridotte le riserve di energia del muscolo.

Glicogeno muscolare - 1 ora di attività. Glicogeno epatico - 2 ore. Attività più lunghe - catabolismo dei lipidi e gluconeogenesi epatica del lattato.

Il ristoro dei muscoli

Può richiedere quantità di ossigeno fino a 6 volte maggiori di quelle necessarie a riposo. L'eccesso necessario al ristoro è definito debito di ossigeno. L'ossigeno in eccesso è necessario alla ri-sintesi dell'ATP e alla ri-costruzione delle riserve di CrP.

FATICA MUSCOLARE

Stimolazioni ripetute. Durante un tetano la forza è mantenuta per un certo tempo dopo di che la forza comincia a diminuire progressivamente – la fatica (confrontare scossa semplice in muscolo in condizioni normali e in fatica). Al ripetersi delle stimolazioni tetaniche il rilasciamento diviene incompleto e compare la contrattura (carenza di ATP) (blocco dei ponti).

Sensazione di fatica:

• Diminuzione di PO2;
• Aumento di PCO2 e acido lattico;
• Attivazione dei centri respiratori;
• Vasodilatazione muscolare, diminuzione della pressione arteriosa, aumento dell'attività cardiaca;
• Sensazione della fatica – stanchezza, debolezza fisica PRIMA che insorga la fatica.

il segnale proveniente da queste diverse fonti di input. Inoltre, i motoneuroni possono essere eccitati o inibiti da segnali provenienti da altre parti del sistema nervoso, come ad esempio i neuroni sensoriali o i neuroni intercalari. Questa integrazione e sommazione dei segnali permette ai motoneuroni di regolare con precisione l'attività muscolare in risposta a stimoli esterni o interni. I motoneuroni sono collegati alle fibre muscolari tramite la placca neuromuscolare, una sinapsi specializzata che permette la trasmissione dell'impulso nervoso dal motoneurone alla fibra muscolare. Quando un motoneurone viene attivato, rilascia un neurotrasmettitore chiamato acetilcolina che si lega ai recettori presenti sulla membrana della fibra muscolare. Questo legame provoca l'apertura dei canali ionici e il flusso di ioni che genera un potenziale d'azione nella fibra muscolare, che a sua volta porta alla contrazione del muscolo. La forza di contrazione di un muscolo dipende dalla frequenza di attivazione dei motoneuroni e dal numero di fibre muscolari coinvolte. Quando i motoneuroni vengono attivati ad alta frequenza, si ha una sommazione delle contrazioni e un aumento della forza muscolare. Al contrario, quando i motoneuroni vengono attivati a bassa frequenza, si ha una contrazione meno intensa. In conclusione, i motoneuroni svolgono un ruolo fondamentale nel controllo motorio, permettendo la comunicazione tra il sistema nervoso e i muscoli. La loro attività è regolata da segnali provenienti da diverse fonti e permette di regolare con precisione l'attività muscolare in risposta a stimoli esterni o interni.i che segnali che arrivano per produrre scariche di potenziale d'azione. Quando il sistema motorio è attivato, viaggiano una sequenza di potenziali che prendono il nome di treni di impulsi, caratterizzati per le diverse frequenze che assumono. Le fibre delle unità motorie ricevono, quindi, le scariche di potenziale e vanno in contrazioni nella forma dei tetani incompleti che sono tra di loro asincroni: se in un muscolo sono attivate 3 unità motorie, il motoneurone di queste unità producono dei treni in modo che le 3 unità non sono attivate insieme altrimenti avremmo dei movimenti a scatti. L'organizzazione del sistema motorio si basa su tre livelli di controllo: il midollo spinale, i sistemi a proiezione discendente del tronco dell'encefalo, e le aree motorie della corteccia. L'integrazione di queste informazioni con i comandi motori viene conseguita mediante meccanismi a FEED-BACK: correttivi, intervengono in seguito a deviazioni dal programma motorio,danneggiato, permettendo così il mantenimento di alcune funzioni motorie di base. Il sistema motorio è in grado di adattarsi e apprendere nuovi movimenti attraverso il feedback. Durante l'esecuzione del movimento, il sistema riceve informazioni sensoriali che vengono utilizzate per correggere e perfezionare il movimento stesso. Questo processo di correzione continua è chiamato feedback. Il sistema motorio è anche in grado di anticipare e prepararsi per il movimento attraverso il feedforward. Prima dell'esecuzione del movimento, il sistema acquisisce informazioni sensoriali e utilizza previsioni interne per prevedere le conseguenze del movimento. Questo permette al sistema di prepararsi adeguatamente e di eseguire il movimento in modo efficiente. L'organizzazione del sistema motorio è gerarchica e parallela. I livelli inferiori del sistema sono in grado di generare movimenti riflessi senza l'intervento dei livelli superiori. I livelli superiori possono fornire comandi di carattere generale senza dover specificare i dettagli dell'azione. Questa organizzazione parallela permette il controllo relativamente indipendente di alcune funzioni. Il midollo spinale è il livello più basso dell'organizzazione gerarchica del sistema motorio. Esso media le attività motorie dei riflessi e i circuiti che mediano queste risposte possono funzionare anche quando il midollo spinale è danneggiato, permettendo il mantenimento di alcune funzioni motorie di base.

disconnesso dalle regioni del SNC. I motoneuroni costituiscono la via finale comune poiché tutti i segnali di controllo convergono su di loro che innervano i muscoli scheletrici. Il midollo spinale presenta una regione centrale di sostanza grigia, che contiene prevalentemente i corpi cellulari dei neuroni spinali ed una regione periferica bianca che contiene fibre nervose. I corpi cellulari dei motoneuroni sono disposti nella parte ventrale della sostanza grigia a livello della regione detta corno ventrale. I motoneuroni che innervano singoli muscoli sono disposti nei nuclei motori (detti pool motoneuronali) che formano colonne longitudinali di cellule. I motoneuroni che innervano i muscoli più prossimali (assiali) sono disposti in posizione mediale rispetto a quelli che innervano i muscoli più distali che occupano posizioni più laterali. I motoneuroni che innervano i muscoli estensori sono disposti centralmente ai motoneuroni che innervano i muscoli flessori. Queste

Le relazioni anatomiche stanno alla base di un'importante differenza funzionale: i muscoli assiali (o posturali) e quelli prossimali vengono usati prevalentemente per mantenere l'equilibrio e la postura, mentre i muscoli distali vengono usati nell'attività manipolatorie fini.

Il tronco dell'encefalo contiene due sistemi neuronali disposti in parallelo, il sistema mediale e quello laterale, i cui assoni proiettano alle reti degli interneuroni e dei motoneuroni del midollo spinale. I sistemi mediali del tronco dell'encefalo svolgono un ruolo importante nel controllo della postura, in quanto integrano informazioni visive e vestibolari con le informazioni somatosensitive. I sistemi laterali controllano i muscoli distali degli arti e sono perciò importanti per l'esecuzione dei movimenti fini diretti ad uno scopo. Inoltre, i nuclei del tronco dell'encefalo controllano i movimenti degli occhi e del capo.

Molti gruppi di neuroni del tronco dell'encefalo

Proiettano alla sostanza grigia del midollo spinale attraverso:

Il sistema discendente mediale ha tre principali componenti:

Le vie mediali sono importanti per il mantenimento dell'apostura e dell'equilibrio. I tratti vestibolospinali si originano dai nuclei vestibolari e ritrasmettono l'informazione proveniente dal labirinto vestibolare che prendono parte al controllo dell'equilibrio e della postura. I tratti reticolospinali si originano da diversi nuclei della formazione reticolare del ponte e del bulbo e sono importanti per il mantenimento della postura. Le fibre rubrospinali decorrono nella parte dorsale delle colonne laterali del midollo spinale e terminano a livello dei motoneuroni che innervano i muscoli distali degli arti. Questi muscoli sono utilizzati per i movimenti fini.

La corteccia motoria comprende: la corteccia motoria primaria, e la corteccia motoria secondaria. Quest'ultima è ulteriormente suddivisa nella corteccia premotoria e nell'area motoria supplementare.

Ciascuna di queste aree proietta al midollo spinale, direttamente, per il tratto corticospinale e indirettamente attraverso i sistemi motori del tronco dell'encefalo. L'area premotoria laterale e l'area supplementare, ricevono informazioni dalle cortecce associative parietali e prefrontale e proiettano alla corteccia motrice primaria. La capacità di organizzare atti motori complessi e di eseguire con precisione movimenti fini dipende dal controllo dei segnali trasmessi dalle aree motorie della corteccia cerebrale. I comandi motori corticali vengono convogliati attraverso due vie. Le fibre corticospinali controllano i motoneuroni spinali che innervano i muscoli del tronco e degli arti, mentre le fibre corticobulbari controllano i nuclei motori dei nervi cranici e quindi i muscoli della faccia. Sistema piramidale Il tratto corticospinale è un cospicuo fascio costituito da circa un milione di fibre. Circa la metà si origina nella corteccia motrice, la stimolazione

L'elettrica di quest'area evoca movimenti di diverse parti del corpo. Un altro terzo delle fibre ha origine nelle aree premotorie. Le altre fibre si originano dalla corteccia somatosensitiva. Le fibre corticospinali decorrono nella capsula interna, nella porzione ventrale del mesencefalo. A livello del ponte si suddividono in piccoli fasci. Nel bulbo esse si raggruppano a formare la piramide bulbare.

Ogni componente del sistema motorio contiene una mappa somatotopica del capo, del corpo e degli arti. La corteccia motoria primaria contiene una mappa motoria del corpo. Oltre a questi