Fisiologia muscolare (meccanismi di contrazione).

Le miofibrille sono responsabili della contrazione muscolare e sono composte da proteine contrattili (actina e miosina), proteine regolatrici (troponina e tropomiosina) e proteine strutturali citoscheletriche (titina e nebulina).

La miosina è una proteina capace di utilizzare l'energia derivante dall'idrolisi di ATP (in ADP+Pi) per legarsi alle molecole di actina e generare forza e motilità. Le miosine sono coinvolte anche nei movimenti cellulari, nel trasporto vescicolare e in altri processi cellulari. Nel muscolo si trova la miosi II, formata da 2 catene pesanti, che si attorcigliano a elica, e 4 catene leggere. Ogni catena pesante presenta da un lato una testa (zona globulare) e dall'altro una coda (zona allungata). Le teste sono le regioni dove si trovano i siti di legame per ATP e actina e la coda guida l'assemblaggio della miosina a formare i filamenti spessi. L'unione di diverse molecole di miosina determina la formazione del filamento spesso, che presenta proiezioni delle teste di miosina, che sporgono in modo da formare ponti trasversali per permettere la connessione dei filamenti spessi a quelli sottili.

L'actina è una proteina di forma globulare (G-actina) che contiene un sito di legame per la testa della miosina. Diverse molecole di G-actina polimerizzano a formare un filamento (F-actina). Il filamento sottile è formato da due polimeri di F-actina, avvolti tra di loro a formare una doppia elica, e dalle proteine regolatrici tropomiosina e troponina. La tropomiosina è posta nel solco della doppia elica dei filamenti sottili di actina. La troponina è una proteina formata da 3 subunità globulari: troponina T, che si lega alla tropomiosina; troponina I, che si lega all'actina; troponina C, che possiede un sito di legame per lo ione Ca⁺⁺. L'aumento della concentrazione di Ca⁺⁺ determina il legame della subunità troponina C con lo ione Ca⁺⁺. Ciò induce modificazioni conformazionali nella troponina, che determinano lo spostamento della tropomiosina, liberando i siti di legame tra actina e miosina e permettendo l'innesco dei fenomeni che portano alla contrazione muscolare.

Associate alle proteine contrattili ci sono le proteine accessorie titina e nebulina. La titina è una proteina filamentosa, posta parallelamente ai filamenti contrattili con funzione stabilizzante che mantiene la miosina al centro del sarcomero durante la contrazione e per le sue proprietà elastiche permette al sarcomero di tornare nella posizione iniziale dopo la contrazione. La nebulina è una proteina gigante, presente esclusivamente nel muscolo striato scheletrico, che si estende lungo tutta la lunghezza dei filamenti sottili, guidandone la formazione e allineamento.

Teoria dello scorrimento dei filamenti: i filamenti di actina e miosina scorrono gli uni sugli altri senza modificare la loro lunghezza.

Teoria dei ponti trasversali: è il movimento delle teste della miosina (ponti trasversali) a generare il movimento. Ogni testa di miosina presenta un sito di legame per actina e uno per ATP. Le teste di miosina si legano alle molecole di actina e durante la contrazione il movimento veloce delle teste di miosina, detto colpo di forza, spinge il filamento di actina verso il centro del sarcomero. Al termine del processo, la testa di miosina si stacca dalla molecola di G-actina e, nel ciclo successivo, si legherà a un'altra molecola di G-actina. L'energia è fornita dall'attività ATPasica (idrolizza ATP in ADP e Pi) della miosina, che permette di produrre il colpo di forza.

Schema ciclico della contrazione:

• Legame di ATP a miosina (legame molecola di ATP e testa miosina, distacco testa dalla molecola di G-actina, inizio ciclo dei ponti trasversali).
• Idrolisi ATP (enzima ATPasi sulla testa della miosina scinde l'ATP in ADP e Pi, che rimangono attaccati alla testa della miosina).
• Legame actina-miosina (gli ioni Ca⁺⁺ si legano alle subunità TnC della troponina, cambiamento conformazionale, liberazione siti di legame dell'actina, la testa di miosina ruota e si lega all'actina).
• Colpo di forza (Pi rilasciato dalla testa della miosina, innescando colpo di forza, movimento delle teste lungo l'asse del filamento spesso e trascinamento filamenti di actina. Accorciamento del sarcomero).
• Stato di rigor (ADP rilasciato dalla testa della miosina, saldo legame tra actina e miosina e di durata molto breve, poi una nuova molecola di ATP si lega al sito attivo ATPasi sulla miosina, questo complesso non ha affinità per l'actina, che si stacca dalla testa e, se c'è calcio disponibile, ricomincia un altro ciclo dei ponti trasversali).

Fisiologia muscolare. (Introduzione).

I muscoli sono composti da tessuto contrattile, capace di generare forza, che può anche produrre un lavoro meccanico, trasmesso alle articolazioni mediante i tendini, formati da tessuto connettivo fibroso. L'attività muscolare è fondamentale per il mantenimento della postura, per la deambulazione e il movimento, ma anche per la fonazione, la respirazione, la circolazione sanguigna e la motilità dei visceri.

Su base morfologica i muscoli possono essere classificati in: striati (muscoli scheletrici e muscolo cardiaco), che al microscopio presentano striature trasversali, e lisci, di aspetto omogeneo.

Per quanto riguarda l'innervazione, invece, i muscoli scheletrici rispondono al controllo del sistema nervoso somatico, mentre quelli lisci e anche il muscolo cardiaco al sistema nervoso autonomo e pertanto sono detti involontari.

Muscolo striato.

Nell'individuo medio i muscoli scheletrici rappresentano circa il 40-50% della massa corporea, permettono il mantenimento della postura e il movimento dei segmenti corporei. Sono la componente attiva dell'apparato locomotore. La contrazione di un muscolo inserito tra due segmenti ossei, facenti parte di un'articolazione, ne determina l'avvicinamento (movimenti di flessione o adduzione) o l'allontanamento (movimenti di estensione e di abduzione). I muscoli possono essere classificati anche in base al loro ruolo nel movimento, sono dunque: agonisti (muscoli che iniziano l'azione) o antagonisti (producono il movimento opposto agli agonisti).

Il muscolo scheletrico è costituito da un insieme di cellule polinucleate chiamate fibrocellule o fibre muscolari, disposte longitudinalmente tra loro e tenute insieme da tessuto connettivo. Le singole fibre muscolari sono avvolte da una lamina connettivale detta endomisio e sono raccolte in fasci muscolari, rivestiti dal perimisio, mentre l'intero muscolo è rivestito da una lamina detta epimisio. Ogni fibra muscolare è circondata da una membrana plasmatica, o sarcolemma, separata dall'endomisio da una lamina basale. Fibre nervose e vasi sanguigni si diramano attraverso attraverso gli strati connettivali, distribuendosi intorno alle fibre muscolari.

Il citoplasma, detto sarcoplasma, contiene le miofibrille, lunghi filamenti disposti longitudinalmente e costituiti dalle proteine responsabili della contrazione muscolare. Il sarcoplasma contiene anche glicogeno (riserva energetica), mioglobina (che facilita diffusione O₂), mitocondri e reticolo endoplasmatico liscio modificato, detto reticolo sarcoplasmatico. Inoltre sono presenti i tubuli trasversi, o tubuli T, costituiti da invaginazioni del sarcolemma e permettono all'impulso nervoso proveniente dalla giunzione neuromuscolare di raggiungere la fibra muscolare e di innescare il rilascio di ioni Ca⁺⁺ da parte delle cisterne terminali per avviare la contrazione muscolare, al termine della quale gli ioni Ca⁺⁺ vengono rimossi dal sarcoplasma. I muscoli striati sono caratterizzati da due proteine contrattili: la miosina (filamenti spessi) e l'actina (filamenti sottili). L'unità funzionale del muscolo è il sarcomero, delimitato da due linee Z, linee scure. Distinguiamo inoltre la banda A, banda scura che contiene al centro i filamenti spessi di miosina e all'estremità presenta sovrapposizione di filamenti spessi e sottili, la banda H, che si trova al centro della banda A ed è più chiara, la linea M, linea scura che attraversa la banda H e rappresenta la zona in cui si legano i filamenti spessi. È presente inoltre la banda I, composta da filamenti sottili di actina ed è divisa a metà dalla linea Z (in ogni sarcomero è quindi presenta metà banda I).

Innervazione del muscolo scheletrico.

L'innervazione motoria del muscolo è costituita dai motoneuroni , cellule multipolari. A livello del muscolo le terminazioni assoniche terminali si diramano e prendono contatto con la fibra mucolare mediante la giunzione neuromuscolare. Nel corno anteriore del midollo spinale oltre ai motoneuroni , troviamo anche i motoneuroni , più piccoli, che si portano alle fibre intrafusali dei fusi neuromuscolari, organi propriocettivi deputati al controllo dello stato della lunghezza del muscolo. Le fibre sensitive del fuso neuromuscolare, distinte in primarie (fibre di tipo Ia) e secondarie (fibre di tipo II), inviano le informazioni dai propriocettori al midollo spinale, innescando riflessi che permettono di mantenere uno stato di lunghezza muscolare ottimale. 

Fonte:

Fisiologia, a cura di Pietro Scotto e Paolo Mondola. Poletto editore.