Qual è la teoria del filamento scorrevole della contrazione muscolare?
La teoria del filamento scorrevole è la spiegazione di come i muscoli si contraggono per produrre forza. Come abbiamo accennato nelle pagine precedenti, i filamenti di actina e miosina all’interno dei sarcomeri delle fibre muscolari si legano per creare ponti incrociati e scivolare l’uno oltre l’altro, creando una contrazione. La teoria del filamento scorrevole spiega come si formano questi ponti incrociati e la successiva contrazione del muscolo.
La teoria del filamento scorrevole
Affinché si verifichi una contrazione deve prima esserci una stimolazione del muscolo sotto forma di impulso (potenziale d’azione) da un motoneurone (nervo che si collega al muscolo).
Il singolo motoneurone più le fibre muscolari che stimola, è chiamato unità motoria. La piastra terminale del motore (nota anche come giunzione neuromuscolare) è la giunzione dell’assone dei motoneuroni e delle fibre muscolari che stimola.
Quando un impulso raggiunge le fibre muscolari di un’unità motoria, stimola una reazione in ciascun sarcomero tra i filamenti di actina e miosina. Questa reazione provoca l’inizio di una contrazione e la teoria del filamento scorrevole.
La reazione, creata dall’arrivo di un impulso, stimola le “teste” sul filamento di miosina a protendersi in avanti, attaccarsi al filamento di actina e tirare l’actina verso il centro del sarcomero. Questo processo si verifica simultaneamente in tutti i sarcomeri, il cui processo finale è l’accorciamento di tutti i sarcomeri.
La troponina è un complesso di tre proteine che sono parte integrante della contrazione muscolare. La troponina è attaccata alla tropomiosina proteica all’interno dei filamenti di actina, come si vede nell’immagine qui sotto. Quando il muscolo è rilassato, la tropomiosina blocca i siti di attacco per i ponti trasversali della miosina (teste), prevenendo così la contrazione.
Quando il muscolo viene stimolato a contrarsi dall’impulso nervoso, i canali del calcio si aprono nel reticolo sarcoplasmatico (che è effettivamente un deposito di calcio all’interno del muscolo) e rilasciano calcio nel sarcoplasma (fluido all’interno della cellula muscolare). Alcuni di questo calcio si attacca alla troponina che provoca un cambiamento nella cellula muscolare che sposta la tropomiosina fuori strada in modo che i ponti trasversali possano attaccarsi e produrre la contrazione muscolare.
In sintesi scorrevole filamento teoria della contrazione muscolare può essere suddiviso in quattro fasi distinte, questi sono;
1. Attivazione muscolare: Il nervo motorio stimola un potenziale d’azione (impulso) per trasmettere un neurone alla giunzione neuromuscolare. Questo stimola il reticolo sarcoplasmatico a rilasciare calcio nella cellula muscolare.
2. Contrazione muscolare: il calcio si inonda nella cellula muscolare legandosi con la troponina permettendo all’actina e alla miosina di legarsi. I ponti incrociati di actina e miosina si legano e si contraggono usando ATP come energia (ATP è un composto energetico che tutte le cellule usano per alimentare la loro attività – questo è discusso più dettagliatamente nella cartella energy system qui a ptdirect).
3. Ricarica: l’ATP viene ri-sintetizzato (ri-prodotto) consentendo all’actina e alla miosina di mantenere il loro forte stato di legame
4. Rilassamento: il rilassamento si verifica quando la stimolazione del nervo si ferma. Il calcio viene quindi pompato nuovamente nel reticolo sarcoplasmatico rompendo il legame tra actina e miosina. L’actina e la miosina ritornano al loro stato non legato causando il rilassamento del muscolo. In alternativa il rilassamento (fallimento) si verificherà anche quando l’ATP non è più disponibile.
In modo che si verifichi una contrazione del muscolo scheletrico;
1. Ci deve essere uno stimolo neurale
2. Ci deve essere calcio nelle cellule muscolari
3. ATP deve essere disponibile per l’energia
Quindi, alcune cose possono fermare una contrazione;
1. Fatica del sistema energetico: Non c’è più ATP lasciato nella cellula muscolare, quindi non può continuare a contrarsi.
2. Affaticamento del sistema nervoso: Il sistema nervoso non è in grado di creare impulsi sufficientemente o abbastanza rapidamente da mantenere lo stimolo e causare il rilascio di calcio.
3. Controllo volontario del sistema nervoso: il nervo che dice al muscolo di contrarsi smette di inviare quel segnale perché il cervello lo dice, quindi non più ioni di calcio entreranno nella cellula muscolare e la contrazione si ferma.
4. Informazioni sensoriali sul sistema nervoso: Ad esempio, un neurone sensoriale (nervi che rilevano stimoli come il dolore o quanto è pesante qualcosa) fornisce un feedback al cervello che indica che un muscolo è ferito mentre si sta cercando di sollevare un peso pesante e di conseguenza l’impulso a quel muscolo che dice di contrarsi viene fermato.
In palestra o durante l’esercizio praticamente tutto l’affaticamento muscolare che si verifica è l’affaticamento del sistema energetico. Cioè, il tasso di lavoro all’interno del muscolo non può essere mantenuto perché l’ATP (energia) non può più essere fornito. Forza e ipertrofia (allenamento per rendere i muscoli più forti o più grandi) l’allenamento sono i primi esempi dei tipi di allenamento che possono causare insufficienza muscolare a causa dell’affaticamento del sistema energetico.