Apparato muscolare

L’apparato muscolare è responsabile del movimento del corpo umano. Attaccati alle ossa del sistema scheletrico sono circa 700 muscoli che costituiscono circa la metà del peso corporeo di una persona. Ciascuno di questi muscoli è un organo costituito da tessuto muscolare scheletrico, vasi sanguigni, tendini e nervi. Il tessuto muscolare si trova anche all’interno del cuore, degli organi digestivi e dei vasi sanguigni. In questi organi, i muscoli servono a spostare le sostanze in tutto il corpo.

apparato muscolare

Anatomia del sistema muscolare

Tipi di muscoli

Esistono tre tipi di tessuto muscolare: viscerale, cardiaco e scheletrico.

Muscolo viscerale

Il muscolo viscerale si trova all’interno di organi come lo stomaco , l’intestino e i vasi sanguigni. Il muscolo più debole di tutti i muscoli viscerali fa contrarre gli organi per spostare le sostanze attraverso l’organo. Poiché il muscolo viscerale è controllato dalla parte inconscia del cervello, è noto come muscolo involontario – non può essere controllato direttamente dalla mente cosciente. Il termine “muscolo liscio” è spesso usato per descrivere il muscolo viscerale perché ha un aspetto molto liscio e uniforme se visto al microscopio. Questo aspetto liscio contrasta nettamente con l’aspetto fasciato dei muscoli cardiaci e scheletrici.

Muscolo cardiaco

Trovato solo nel cuore , il muscolo cardiaco è responsabile del pompaggio del sangue in tutto il corpo. Il tessuto muscolare cardiaco non può essere controllato coscientemente, quindi è un muscolo involontario. Mentre gli ormoni e i segnali del cervello regolano il tasso di contrazione, il muscolo cardiaco si stimola a contrarsi. Il pacemaker naturale del cuore è costituito da tessuto muscolare cardiaco che stimola le altre cellule del muscolo cardiaco a contrarsi. A causa della sua auto-stimolazione, il muscolo cardiaco è considerato autoritmico o intrinsecamente controllato.

Le cellule del tessuto muscolare cardiaco sono striate – cioè, sembrano avere strisce chiare e scure se osservate al microscopio ottico. La disposizione delle fibre proteiche all’interno delle cellule causa queste bande chiare e scure. Le striature indicano che una cellula muscolare è molto forte, a differenza dei muscoli viscerali.

Le cellule del muscolo cardiaco sono cellule a forma di X o Y ramificate strettamente collegate tra loro da apposite giunzioni chiamate dischi intercalati. I dischi intercalati sono costituiti da proiezioni simili a dita di due celle vicine che si incastrano e forniscono un forte legame tra le cellule. La struttura ramificata ei dischi intercalati consentono alle cellule muscolari di resistere alle alte pressioni sanguigne e allo sforzo di pompare il sangue per tutta la vita. Queste caratteristiche aiutano anche a diffondere rapidamente i segnali elettrochimici da una cellula all’altra in modo che il cuore possa battere come un’unità.

Muscolo scheletrico

Il muscolo scheletrico è l’unico tessuto muscolare volontario nel corpo umano – è controllato coscientemente. Ogni azione fisica che una persona esegue coscientemente (ad esempio parlando, camminando o scrivendo) richiede muscoli scheletrici. La funzione del muscolo scheletrico è quella di contrarsi per spostare parti del corpo più vicine all’osso a cui è attaccato il muscolo. La maggior parte dei muscoli scheletrici sono attaccati a due ossa attraverso un’articolazione, quindi il muscolo serve a spostare parti di quelle ossa più vicine l’una all’altra.

Le cellule muscolari scheletriche si formano quando molte cellule progenitrici più piccole si raggruppano per formare fibre lunghe, diritte e multinucleate. Striati proprio come il muscolo cardiaco, queste fibre muscolari scheletriche sono molto forti. Il muscolo scheletrico deriva il suo nome dal fatto che questi muscoli si connettono sempre allo scheletro in almeno un punto.

Anatomia lorda di un muscolo scheletrico

La maggior parte dei muscoli scheletrici sono attaccati a due ossa attraverso i tendini. I tendini sono fasce dure di tessuto connettivo regolare denso le cui forti fibre di collagene fissano saldamente i muscoli alle ossa. I tendini sono sottoposti a uno stress estremo quando i muscoli li tirano, quindi sono molto forti e sono intrecciati nei rivestimenti di entrambi i muscoli e le ossa.

I muscoli si muovono accorciandoli, tirando i tendini e avvicinando le ossa l’una all’altra. Una delle ossa viene tirata verso l’altro osso, che rimane fermo. Il posto sull’osso stazionario che è collegato tramite i tendini al muscolo è chiamato l’origine. Il posto sull’osso in movimento che è collegato al muscolo tramite i tendini è chiamato l’inserimento. La pancia del muscolo è la parte carnosa del muscolo tra i tendini che fa la contrazione effettiva.

Nomi dei muscoli scheletrici

I muscoli scheletrici sono denominati in base a molti fattori diversi, tra cui la loro posizione, origine e inserimento, numero di origini, forma, dimensione, direzione e funzione.

  • Posizione . Molti muscoli derivano i loro nomi dalla loro regione anatomica. Il retto dell’addome e l’ addome trasversale, ad esempio, si trovano nella regione addominale . Alcuni muscoli, come il tibiale anteriore , prendono il nome dalla parte dell’osso (la porzione anteriore della tibia ) a cui sono attaccati. Altri muscoli usano un ibrido di questi due, come il brachioradiale, che prende il nome da una regione (brachiale) e un osso ( radio ).
  • Origine e inserimento . Alcuni muscoli sono denominati in base alla loro connessione con un osso stazionario (origine) e un osso in movimento (inserimento). Questi muscoli diventano molto facili da identificare quando si conoscono i nomi delle ossa a cui sono attaccati. Esempi di questo tipo di muscolo sono lo sternocleidomastoideo (che collega lo sterno e clavicola al processo mastoideo del cranio) e la zona fronto-occipitale (che collega l’osso occipitale al dell’osso frontale ).
  • Numero di Origini . Alcuni muscoli si collegano a più di un osso oa più di un posto su un osso e quindi hanno più di un’origine. Un muscolo con due origini è chiamato bicipite. Un muscolo con tre origini è un muscolo tricipite. Infine, un muscolo con quattro origini è un muscolo quadricipite.
  • Forma, dimensione e direzione . Classifichiamo anche i muscoli secondo le loro forme. Ad esempio, i deltoidi hanno una forma delta o triangolare. I muscoli dentellati presentano una forma seghettata o seghettata. Il maggiore romboidale è una forma a rombo o diamante. La dimensione del muscolo può essere utilizzata per distinguere tra due muscoli trovati nella stessa regione. La regione glutea contiene tre muscoli differenziati per dimensione: il grande gluteo (grande), il gluteo medio (medio) e il gluteo minimus (il più piccolo). Infine, la direzione in cui si muovono le fibre muscolari può essere utilizzata per identificare un muscolo. Nella regione addominale, ci sono diversi gruppi di muscoli larghi e piatti. I muscoli le cui fibre corrono su e giù sono il retto dell’addome, quelli che corrono trasversalmente (da sinistra a destra) sono gli addominali trasversali, e quelli che corrono ad angolo sono gli obliqui.
  • Funzione . I muscoli sono a volte classificati in base al tipo di funzione che svolgono. La maggior parte dei muscoli degli avambracci sono denominati in base alla loro funzione poiché si trovano nella stessa regione e hanno forme e dimensioni simili. Ad esempio, il gruppo flessore dell’avambraccio flette il polso e le dita. Il supinatore è un muscolo che supina il polso facendolo rotolare verso il palmo rivolto verso l’alto. Nella gamba, ci sono muscoli chiamati adduttori il cui ruolo è quello di addurre (tirare insieme) le gambe.

Azione di gruppo nel muscolo scheletrico

I muscoli scheletrici lavorano raramente da soli per ottenere movimenti nel corpo. Più spesso lavorano in gruppo per produrre movimenti precisi. Il muscolo che produce un particolare movimento del corpo è conosciuto come un agonista o motore primo. L’agonista si accoppia sempre con un muscolo antagonista che produce l’effetto opposto sulle stesse ossa. Ad esempio, il muscolo bicipite brachiale flette il braccio al gomito . Come antagonista di questo movimento, il muscolo brachiale del tricipite estende il braccio al gomito. Quando il tricipite sta estendendo il braccio, il bicipite sarà considerato l’antagonista.

Oltre all’accoppiamento agonista / antagonista, altri muscoli lavorano per supportare i movimenti dell’agonista. I sinergici sono muscoli che aiutano a stabilizzare un movimento e ridurre i movimenti estranei. Di solito si trovano nelle regioni vicine all’agonista e spesso si collegano alle stesse ossa. Poiché i muscoli scheletrici spostano l’inserimento più vicino all’origine immobile, i muscoli fissatori aiutano il movimento mantenendo stabile l’origine. Se sollevate qualcosa di pesante con le vostre braccia, i fissatori nella regione del tronco tengono il vostro corpo dritto e immobile in modo da mantenere l’equilibrio durante il sollevamento.

Istologia del muscolo scheletrico

Le fibre muscolari scheletriche differiscono notevolmente da altri tessuti del corpo grazie alle loro funzioni altamente specializzate. Molti degli organelli che costituiscono le fibre muscolari sono unici per questo tipo di cellula.

Il sarcolemma è la membrana cellulare delle fibre muscolari. Il sarcolemma funge da conduttore per i segnali elettrochimici che stimolano le cellule muscolari. Collegati al sarcolemma vi sono tubuli trasversali (tubuli T) che aiutano a trasportare questi segnali elettrochimici nel centro della fibra muscolare. Il reticolo sarcoplasmatico funge da deposito per gli ioni di calcio (Ca2 +) che sono vitali per la contrazione muscolare. I mitocondri, le “case energetiche” della cellula, sono abbondanti nelle cellule muscolari per abbattere gli zuccheri e fornire energia sotto forma di ATP ai muscoli attivi. La maggior parte della struttura della fibra muscolare è costituita da miofibrille, che sono le strutture contrattili della cellula. Le miofibrille sono costituite da molte fibre proteiche disposte in subunità ripetute chiamate sarcomeri. Il sarcomero è l’unità funzionale delle fibre muscolari. (VedereMacronutrienti per ulteriori informazioni sui ruoli di zuccheri e proteine.)

Struttura Sarcomi

I sarcomeri sono fatti di due tipi di fibre proteiche: filamenti spessi e filamenti sottili.

  • Filamenti spessi . I filamenti spessi sono costituiti da molte unità legate della miosina proteica. La miosina è la proteina che fa contrarre i muscoli.
  • Filamenti sottili . I filamenti sottili sono fatti di tre proteine:
    1. Actin . L’actina forma una struttura elicoidale che costituisce la maggior parte della massa di filamenti sottili. L’actina contiene siti di legame alla miosina che consentono alla miosina di connettersi e muovere l’actina durante la contrazione muscolare.
    2. Tropomyosin . La tropomiosina è una fibra proteica lunga che si avvolge attorno all’actina e copre i siti di legame della miosina sull’attina.
    3. Troponina . Legato molto strettamente alla tropomiosina, la troponina allontana la tropomiosina dai siti di legame della miosina durante la contrazione muscolare.

Fisiologia dell’apparato muscolare

Funzione del tessuto muscolare

La funzione principale del sistema muscolare è il movimento. I muscoli sono l’unico tessuto nel corpo che ha la capacità di contrarsi e quindi spostare le altre parti del corpo.

Relativo alla funzione del movimento è la seconda funzione del sistema muscolare: il mantenimento della postura e della posizione del corpo. I muscoli si contraggono spesso per mantenere il corpo fermo o in una posizione particolare piuttosto che causare movimento. I muscoli responsabili della postura del corpo hanno la più grande resistenza di tutti i muscoli del corpo – sostengono il corpo per tutto il giorno senza stancarsi.

Un’altra funzione correlata al movimento è il movimento delle sostanze all’interno del corpo. I muscoli cardiaci e viscerali sono i principali responsabili del trasporto di sostanze come sangue o cibo da una parte all’altra del corpo.

La funzione finale del tessuto muscolare è la generazione di calore corporeo. A causa dell’alto tasso metabolico di contrazione muscolare, il nostro sistema muscolare produce una grande quantità di calore disperso. Molte piccole contrazioni muscolari all’interno del corpo producono il nostro calore naturale del corpo. Quando ci esercitiamo più del normale, le contrazioni muscolari extra portano ad un aumento della temperatura corporea e alla fine alla sudorazione.

Muscoli scheletrici come leve

I muscoli scheletrici lavorano insieme con le ossa e le articolazioni per formare sistemi a leva. Il muscolo agisce come forza di sforzo; l’articolazione funge da fulcro; l’osso che il muscolo si muove agisce come la leva; e l’oggetto che viene spostato funge da carico.

Ci sono tre classi di leve, ma la stragrande maggioranza delle leve nel corpo sono leve di terza classe. Una leva di terza classe è un sistema in cui il fulcro si trova all’estremità della leva e lo sforzo è tra il fulcro e il carico all’altra estremità della leva. Le leve di terza classe nel corpo servono ad aumentare la distanza spostata dal carico rispetto alla distanza che il muscolo contrae.

Il compromesso per questo aumento di distanza è che la forza richiesta per spostare il carico deve essere maggiore della massa del carico. Ad esempio, il bicipite brachiale del braccio tira sul raggio dell’avambraccio, causando una flessione all’articolazione del gomito in un sistema di leve di terza classe. Un leggero cambiamento nella lunghezza del bicipite provoca un movimento molto più ampio dell’avambraccio e della mano, ma la forza applicata dal bicipite deve essere superiore al carico mosso dal muscolo.

Unità motorie

Le cellule nervose chiamate motoneuroni controllano i muscoli scheletrici. Ogni motoneurone controlla diverse cellule muscolari in un gruppo noto come unità motoria. Quando un motoneurone riceve un segnale dal cervello, stimola allo stesso tempo tutte le cellule muscolari nella sua unità motoria.

La dimensione delle unità motorie varia in tutto il corpo, a seconda della funzione di un muscolo. I muscoli che eseguono movimenti fini – come quelli degli  occhi o delle dita – hanno pochissime fibre muscolari in ciascuna unità motoria per migliorare la precisione del controllo del cervello su queste strutture. I muscoli che hanno bisogno di molta forza per eseguire le loro funzioni come i muscoli delle gambe o delle braccia hanno molte cellule muscolari in ogni unità motoria. Uno dei modi in cui il corpo può controllare la forza di ciascun muscolo è determinare quante unità motorie attivare per una data funzione. Questo spiega perché gli stessi muscoli usati per raccogliere una matita vengono anche usati per raccogliere una palla da bowling.

Ciclo di contrazione

I muscoli si contraggono quando stimolati dai segnali dei loro motoneuroni. I motoneuroni contattano le cellule muscolari in un punto chiamato giunzione neuromuscolare (NMJ). I neuroni motori rilasciano sostanze chimiche del neurotrasmettitore sul NMJ che si legano a una parte speciale del sarcolemma noto come piastra terminale del motore. La piastra terminale del motore contiene molti canali ionici che si aprono in risposta ai neurotrasmettitori e consentono agli ioni positivi di entrare nella fibra muscolare. Gli ioni positivi formano un gradiente elettrochimico che si forma all’interno della cellula, che si diffonde attraverso il sarcolemma e i tubuli T aprendo ancora più canali ionici.

Quando gli ioni positivi raggiungono il reticolo sarcoplasmatico, gli ioni Ca2 + vengono rilasciati e lasciati scorrere nelle miofibrille. Gli ioni Ca2 + si legano alla troponina, il che fa cambiare la forma della troponina e muove le molecole vicine della tropomiosina. La tropomiosina viene allontanata dai siti di legame della miosina sulle molecole di actina, consentendo all’actina e alla miosina di legarsi insieme.

Le molecole di ATP alimentano le proteine ​​della miosina nei filamenti spessi per piegare e attirare le molecole di actina nei filamenti sottili. Le proteine ​​della miosina agiscono come remi su una barca, tirando i sottili filamenti più vicini al centro di un sarcomero. Mentre i filamenti sottili sono uniti, il sarcomero si accorcia e si contrae. Miofibrille delle fibre muscolari sono costituite da molti sarcomeri di fila, così che quando tutti i sarcomeri si contraggono, le cellule muscolari si accorciano con una grande forza rispetto alle sue dimensioni.

I muscoli continuano la contrazione finché sono stimolati da un neurotrasmettitore. Quando un motoneurone arresta il rilascio del neurotrasmettitore, il processo di contrazione si inverte. Il calcio ritorna al reticolo sarcoplasmatico; la troponina e la tropomiosina ritornano alle loro posizioni di riposo; e l’actina e la miosina sono impedite dal legame. I sarcomeri ritornano al loro stato di riposo allungato quando la forza della miosina che attacca l’actina si è interrotta.

Alcune condizioni o disturbi, come il mioclono, possono influire sulla normale contrazione dei muscoli. Puoi conoscere i problemi di salute muscolo-scheletrici nella nostra sezione dedicata a malattie e condizioni. Inoltre, scopri di più sui progressi dei test di salute del DNA che ci aiutano a capire il rischio genetico di sviluppare una distonia primaria ad esordio precoce.

Tipi di contrazione muscolare

La forza della contrazione di un muscolo può essere controllata da due fattori: il numero di unità motorie coinvolte nella contrazione e la quantità di stimoli dal sistema nervoso. Un singolo impulso nervoso di un motoneurone farà sì che un’unità motoria si contragga brevemente prima di rilassarsi. Questa piccola contrazione è nota come contrazione da contrazione. Se il motoneurone fornisce diversi segnali entro un breve periodo di tempo, la forza e la durata della contrazione muscolare aumenta. Questo fenomeno è noto come somma temporale. Se il motoneurone fornisce molti impulsi nervosi in rapida successione, il muscolo può entrare nello stato di tetano, o una contrazione completa e duratura. Un muscolo rimarrà nel tetano fino a quando la frequenza del segnale nervoso rallenta o fino a quando il muscolo diventa troppo affaticato per mantenere il tetano.

Non tutte le contrazioni muscolari producono movimento. Le contrazioni isometriche sono contrazioni leggere che aumentano la tensione del muscolo senza esercitare una forza sufficiente per spostare una parte del corpo. Quando le persone tendono i loro corpi a causa dello stress, stanno eseguendo una contrazione isometrica. Tenere fermo un oggetto e mantenere la postura sono anche il risultato delle contrazioni isometriche. Una contrazione che produce movimento è una contrazione isotonica. Sono necessarie contrazioni isotoniche per sviluppare la massa muscolare attraverso il sollevamento pesi.

Il tono muscolare è una condizione naturale in cui un muscolo scheletrico rimane parzialmente contratto in ogni momento. Il tono muscolare fornisce una leggera tensione sul muscolo per prevenire danni ai muscoli e alle articolazioni dai movimenti improvvisi e aiuta anche a mantenere la postura del corpo. Tutti i muscoli mantengono una certa quantità di tono muscolare in ogni momento, a meno che il muscolo non sia stato disconnesso dal sistema nervoso centrale a causa di danni ai nervi.

Tipi funzionali di fibre muscolari scheletriche

Le fibre muscolari scheletriche possono essere suddivise in due tipi in base a come producono e utilizzano l’energia: Tipo I e Tipo II.

  1. Le fibre di tipo I sono molto lente e deliberate nelle loro contrazioni. Sono molto resistenti alla fatica perché usano la respirazione aerobica per produrre energia dallo zucchero. Troviamo fibre di Tipo I nei muscoli di tutto il corpo per resistenza e postura. Vicino alle regioni della colonna vertebrale e del collo, concentrazioni molto elevate di fibre di tipo I trattengono il corpo durante tutto il giorno.
  2. Le fibre di tipo II sono suddivise in due sottogruppi: Tipo II A e Tipo II B.
    • Tipo II Le fibre sono più veloci e più resistenti delle fibre di tipo I, ma non hanno la stessa resistenza. Tipo II Le fibre si trovano in tutto il corpo, ma soprattutto nelle gambe dove lavorano per sostenere il corpo durante una lunga giornata di camminare e stare in piedi.
    • Le fibre di Tipo II B sono ancora più veloci e resistenti rispetto al Tipo II A, ma hanno anche una resistenza minore. Le fibre di Tipo II B sono anche molto più chiare di colore rispetto al Tipo I e al Tipo II A a causa della loro mancanza di mioglobina, un pigmento che immagazzina l’ossigeno. Troviamo fibre di Tipo II B in tutto il corpo, ma in particolare nella parte superiore del corpo dove danno velocità e forza alle braccia e al petto a scapito della resistenza.

Metabolismo e affaticamento muscolare

I muscoli traggono la loro energia da fonti diverse a seconda della situazione in cui il muscolo sta lavorando. I muscoli usano la respirazione aerobica quando li chiamiamo per produrre un livello di forza da basso a moderato. La respirazione aerobica richiede ossigeno per produrre circa 36-38 molecole di ATP da una molecola di glucosio. La respirazione aerobica è molto efficiente e può continuare finché un muscolo riceve un’adeguata quantità di ossigeno e glucosio per continuare a contrarsi. Quando usiamo i muscoli per produrre un alto livello di forza, essi diventano così strettamente contratti che l’ossigeno che trasporta il sangue non può entrare nel muscolo. Questa condizione fa sì che il muscolo crei energia usando la fermentazione dell’acido lattico, una forma di respirazione anaerobica. La respirazione anaerobica è molto meno efficiente della respirazione aerobica: solo 2 ATP sono prodotti per ciascuna molecola di glucosio.

Per mantenere i muscoli attivi per un periodo di tempo più lungo, le fibre muscolari contengono diverse importanti molecole di energia. La mioglobina, un pigmento rosso presente nei muscoli, contiene ferro e immagazzina ossigeno in modo simile all’emoglobina nel sangue. L’ossigeno della mioglobina consente ai muscoli di continuare la respirazione aerobica in assenza di ossigeno. Un’altra sostanza chimica che aiuta a mantenere i muscoli al lavoro è la creatina fosfato. I muscoli usano l’energia sotto forma di ATP, convertendo ATP in ADP per liberare la sua energia. La creatina fosfato dona il suo gruppo fosfato all’ADP per trasformarlo nuovamente in ATP per fornire energia supplementare al muscolo. Infine, le fibre muscolari contengono glicogeno che immagazzina energia, una grande macromolecola composta da molti glucosio collegati. I muscoli attivi rompono i glucosio dalle molecole di glicogeno per fornire un rifornimento di combustibile interno.

Quando i muscoli esauriscono l’energia durante la respirazione aerobica o anaerobica, il muscolo rapidamente si stanca e perde la capacità di contrarsi. Questa condizione è nota come affaticamento muscolare. Un muscolo affaticato contiene pochissimo o nessun ossigeno, glucosio o ATP, ma invece ha molti prodotti di scarto della respirazione, come l’acido lattico e l’ADP. Il corpo deve assorbire ossigeno extra dopo lo sforzo per sostituire l’ossigeno immagazzinato nella mioglobina nella fibra muscolare e per alimentare la respirazione aerobica che ricostruirà i rifornimenti energetici all’interno della cellula. Il debito di ossigeno (o assorbimento di ossigeno da recupero) è il nome dell’ossigeno extra che il corpo deve assorbire per ripristinare le cellule muscolari nel loro stato di riposo. Questo spiega perché ti senti senza fiato per alcuni minuti dopo una faticosa attività – il tuo corpo sta cercando di riportarsi al suo stato normale.