Funzionamento dei muscoli

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Funzionamento dei muscoli

La muscolatura scheletrica costituisce nell'uomo circa il 40% del peso corporeo, e un altro 10% è costituito da muscolatura liscia e cardiaca. Molte caratteristiche fondamentali della contrazione sono comuni a ciascuno di questi differenti tipi di muscolatura, ma in questa sezione verrà preso in esame in particolare il funzionamento della muscolatura scheletrica. Le speciali funzioni della muscolatura liscia saranno illustrate in una sezione successiva.

ANATOMIA FUNZIONALE DEL MUSCOLO SCHELETRICO

LA FIBRA MUSCOLARE
Tutti i muscoli scheletrici sono costituiti di numerose fibre di diametro compreso tra 10 e 80 mm. Come è anche rappresentato nella Figura 1, ciascuna di queste fibre a sua volta può essere risolta in subunità via via più piccole. Nella maggior parte dei muscoli, le fibre si estendono per tutta la lunghezza del muscolo stesso e, ad esclusione del 2% di esse, sono tutte innervate ciascuna da una sola terminazione nervosa, che si trova pressappoco a metà della lunghezza della fibra.
Il sarcolemma. Il sarcolemma è la membrana cellulare della fibra muscolare. È costituito da una membrana cellulare propriamente detta, indicata come membrana plasmatica, e da un rivestimento esterno consistente di un sottile strato di materiale polisaccaridico contenente numerose fibrille collagene. Alle estremità delle fibre muscolari questo strato esterno del sarcolemma si fonde con una fibra tendinea; le fibre tendinee a loro volta si riuniscono in fascicoli e formano i tendini muscolari che si inseriscono nelle ossa.
Le miofibrille - Filamenti di actina e di miosina. Ogni fibra muscolare contiene da parecchie centinaia a molte migliaia di miofibrille che nella sezione trasversa, compaiono come tanti piccoli punti. Ogni miofibrilla contiene, affiancati l'uno accanto all'altro, circa 1.500 filamenti di miosina e 3.000 filamenti di actina, costituiti da grosse molecole proteiche polimerizzate che sono responsabili della contrazione muscolare.
La porzione di miofibrilla (o dell'intera fibra muscolare) compresa tra due successivi dischi Z viene detta sarcomero. Quando una fibra muscolare si trova distesa alla sua normale lunghezza di riposo, ogni sarcomero è lungo circa 2 mm. In tale condizione i filamenti di actina ricoprono completamente i filamenti di miosina e sono sul punto di sovrapporsi con le estremità dei filamenti di actina provenienti dall'opposto disco Z. Si vedrà più avanti che è a questa lunghezza che il sarcomero è capace di esprimere la massima forza di contrazione.

Il sarcoplasma. Nella fibra muscolare le miofibrille si trovano immerse in una matrice fluida, detta sarcoplasma, nella quale sono presenti i comuni costituenti intracellulari. Vi si trovano elevate quantità di potassio, magnesio, fosfati e proteine con funzione enzimatica. È presente, inoltre, un numero molto grande di mitocondri, disposti tra le miofibrille e parallelamente ad esse, la qualcosa sta ad indicare che le miofibrille richiedono per la contrazione elevate quantità di ATP, che appunto viene prodotto dai mitocondri.
Il reticolo sarcoplasmatico. Nel sarcoplasma è presente anche un esteso reticolo endoplasmatico, indicato come reticolo sarcoplasmatico. Questo possiede una speciale organizzazione, importantissima per il controllo della contrazione muscolare, come si vedrà meglio più avanti. Il reticolo risulta particolarmente sviluppato nei muscoli a rapida contrazione, e ciò sta ad indicare che tali strutture hanno notevole importanza per la velocità della contrazione. Su questo argomento si tornerà più avanti.
Innervazione. Al muscolo giungono fibre motorie e da esso partono fibre sensoriali. Le fibre sensoriali includono quelle dei fusi neuromuscolari (sensibili alla lunghezza) e quelle dell'organo tendineo del Golgi (sensibili alla tensione), oltre ad una varietà di terminazioni nervose libere, alcune delle quali sono specifiche per la percezione del dolore.
Nei mammiferi i motoneuroni g forniscono una innervazione motoria indipendente dai fusi neuromuscolari, mentre la massa muscolare è innervata dai motoneuroni a. Ogni motoneurone a innerva un numero di fibre che va da meno di 10 nei muscoli extraoculari (quelli che muovono il bulbo oculare) fino a oltre un migliaio in diversi muscoli della gamba. Il complesso del motoneurone e delle fibre muscolare da esso innervate prende il nome di unità motoria. Poiché tutte le fibre sono attivate dalla stessa cellula nervosa, tutte le fibre che appartengono ad una unità motoria si contraggono contemporaneamente.
Infine, va ricordato che i muscoli scheletrici sono riccamente vascolarizzati, con i capillari che formano una fitta rete tra le singole fibre.

MECCANISMO GENERALE DELLA CONTRAZIONE MUSCOLARE

L'avvio e il corso della contrazione muscolare hanno luogo secondo questa sequenza di eventi:

• Un potenziale d'azione viaggia lungo una fibra nervosa motrice fino alle sue terminazioni su un certo numero di fibre muscolari.
• A livello di ciascuna terminazione, la fibra nervosa secerne una piccola quantità di una sostanza neurotrasmettitrice, l'acetilcolina.
• L'acetilcolina agisce su un'area circoscritta della membrana della fibra muscolare determinando l'apertura di molteplici canali ionici a controllo di ligando (colinergici nicotinici) presenti nella membrana stessa.
• L'apertura di questi canali permette l'ingresso di grandi quantità di ioni sodio all'interno della membrana della fibra muscolare nel punto in cui termina la, fibra nervosa.
• Si genera così a questo livello un potenziale d'azione che si propaga lungo la membrana della fibra muscolare allo stesso modo in cui un potenziale d'azione viaggia lungo la membrana di fibre nervose.
• Il potenziale d'azione depolarizza la membrana della fibra muscolare e si propaga anche in profondità nella fibra stessa. Qui provoca la liberazione dal reticolo sarcoplasmatico nelle miofibrille di grandi quantità di ioni calcio immagazzinati nello stesso reticolo.
• Gli ioni calcio innescano un processo che dà origine a forze di attrazione tra i filamenti di actina e quelli di miosina che slittando gli uni sugli altri determinano la contrazione della fibra muscolare.
• Dopo una frazione di secondo, gli ioni calcio vengono richiamati all'interno dei reticolo sarcoplasmatico, dove rimangono immagazzinati sino a che la fibra muscolare non è investita da un nuovo potenziale d'azione, e la contrazione muscolare cessa.

Proprietà meccaniche

Classici preparati sperimentali usati per indagare le proprietà meccaniche dei muscoli sono i muscoli gastrocnemio o sartorio di rana. Il sartorio è connesso ad una estremità al pelvi e all'altra estremità alla tibia a livello del ginocchio. La sua contrazione muove la gamba in avanti e la flette all'altezza del ginocchio. Il muscolo può essere agevolmente isolato e i tendini possono essere facilmente fissati ad opportuni apparati di registrazione. 
Abbiamo visto in precedenza che le fibre muscolari sono eccitabili; un muscolo, quindi, può essere stimolato mediante applicazione diretta di stimoli elettrici o attraverso la stimolazione del nervo motore. 
Quando un muscolo si contrae esso esercita una forza su ciò a cui è attaccato (questa forza è uguale alla tensione nel muscolo) e si accorcia se gli è consentito di farlo. Pertanto noi possiamo misurare  due diverse variabili durante la contrazione di un muscolo: la sua lunghezza e la sua tensione. Nella maggior parte dei casi una di queste due variabili è mantenuta costante durante la contrazione. Nella contrazione isometrica al  muscolo non è consentito l'accorciamento (la sua lunghezza è mantenuta costante) e si misura la tensione prodotta. Nella contrazione isotonica il carico sul muscolo (che è uguale alla tensione prodotta nel muscolo) è mantenuto costante e si misura la accorciamento.

Contrazione isometrica 
Nella contrazione isometrica entrambe le estremità del muscolo sono fissate così che il muscolo non può accorciarsi, e si misura la contrazione come sviluppo di tensione. Per poter fare ciò, una estremità del muscolo deve essere collegata ad un opportuno strumento per la misura della tensione, ad esempio uno strain gauge, elemento semiconduttore la cui resistenza è proporzionale alla forza che si esercita su di esso. 
La tensione prodotta da un muscolo è una forza e pertanto si misura in grammi peso.

Contrazione isotonica
La contrazione isotonica rappresenta il modo di contrazione più frequente nei muscoli scheletrici. Nella misura della contrazione isotonica, la tensione esercitata dal muscolo è mantenuta costante (di solito permettendogli di sollevare un carico fisso) mentre vengono misurate le variazioni di lunghezza.

Fonte: estratto da http://web.unife.it/sezione/fisiologia/Fisiologia_Molecolare/Downloads/Muscolo_1.doc

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Funzionamento dei muscoli

I muscoli scheletrici sono le strutture del corpo che permettono il movimento.
Sono formati da fibre muscolari raccolte in fasci il cui funzionamento dipende da diversi fattori che vanno dall’impulso nervoso alla quantità di sangue che vi arriva, alle caratteristiche biochimiche dell’organismo in generale e delle cellule in particolare.
L’allenamento serve per far aumentare di volume la fibra muscolare, (non di numero) e da migliorare la coordinazione, cioè l’azione in sinergia tra i diversi gruppi muscolari.
Come ogni cellula i muscoli utilizzano l’ATP, AdenosinTriPhosfato per garantirsi l’energia necessaria per la contrazione. Questo ATP viene prodotto grazie alla presenza di ossigeno e principi alimentari ridotti a molecole di glucosio. La produzione di questo ATP può seguire due strade: Aerobica e Anaerobica
La differenza tra le due sta nella disponibilità non solo di ossigeno, ma anche degli strumenti necessari per elaborarlo. Uno sforzo continuato ma a livelli non massimali, come la corsa o il nuoto stabiliscono un certo equilibrio tra il consumo di ossigeno e la sua elaborazione per produrre ATP. In questo caso il metabolismo è aerobico e la fatica si fa sentire in fase avanzata, per esaurimento fisico del muscolo.
Negli sport in cui lo sforzo sia contratto in pochi secondi o minuti, ma al massimo dell’intensità, oppure negli sport misti, la cellula muscolare non ha il tempo per produrre ATP pacatamente e quindi sceglie una strada più rapida che, a fronte di una pronta fornitura di energia, porta alla produzione di acido lattico, un prodotto di rifiuto che deve essere smaltito dal muscolo stesso e che accelera la sua condizione di stanchezza.
L’allenamento del muscolo serve ad ottimizzare il consumo dell’ossigeno e la sua produzione e quindi porta al raggiungimento della fase di stanchezza in un momento più tardivo.
Studi recenti danno molta importanza anche al calcio molecolare che è il responsabile reale della contrazione delle fibre muscolari e della capacità che ha il muscolo di ripristinare il corretto livello di questo minerale nella circolazione del sangue a livello locale.
Da quanto detto si può già comprendere alcuni fattori importanti per la preparazione di un atleta.
Intanto è fondamentale l’allenamento. Questo serve per dare tono alla fibra muscolare, ma anche per abituarla a gestire correttamente l’ATP e produrre dunque l’energia necessaria per lo sforzo sia aerobico che anaerobico.
In secondo luogo è importante l’alimentazione, sia perché fornisca le corrette materie prime per il funzionamento muscolare, sia perché mantenga l’organismo in grado di reagire allo sforzo. Nell’ambito dell’alimentazione di fondamentale importanza sono i cibi che portano vitamine e minerali, come frutta, verdura, cereali integrali di buona qualità, come riso, farro, orzo, legumi. Sempre in questo ambito non va dimenticata l’importanza di una corretta idratazione che consente di mantenere un flusso costante di liquidi per “ripulire” l’organismo.
Terzo fattore è quello fisico vero e proprio, rappresentato dal trattare bene i muscoli. Questo lo si può fare sia grazie all’allenamento dosato, dove gli sforzi siano progressivi e, soprattutto se massimali, a muscolo “caldo” cioè ben irrorato dal sangue, sia con lo stretching fatto con costanza e con manovre corrette. L’allungamento del muscolo andrebbe fatto sempre, sia prima che dopo l’allenamento. Ideale è riscaldare i muscoli con una corsa o esercizi leggeri, quindi effettuare lo stretching, fare l’allenamento vero e proprio e concludere la seduta con almeno altri 10 minuti di allungamento.
Gli esercizi di stretching vanno vatti correttamente, con concentrazione, rispettando la corretta postura del muscolo e ogni posizione va mantenuta da 10 a 30 secondi, accompagnata da una respirazione profonda, preferibilmente addominale.

Fonte: http://www.gspozzuolo.it/archivio%20doc%20page/crampi.docx

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