Il tessuto muscolare ha come caratteristica comune e peculiare la contrattilità. Un’altra caratteristica importante è la presenza di numerosissimi mitocondri, deputati alla produzione di energia, di grandi dimensioni e disposti in parallelo tra gli elementi contrattili. Nel sarcoplasma (la membrana plasmatica che delimita la cellula muscolare) è presente glicogeno e mioglobina deputata al trasporto dell’O2. Da ciò ne deriva che la struttura della fibra muscolare è chiaramente finalizzata alla produzione di una elevata energia, per garantire l’attività metabolica necessaria al lavoro muscolare. Il muscolo è costituito da fasci di fibre muscolari, queste a loro volta sono costituite da miofibrille. Le miofibrille sono costituite da un’alternanza di bande chiare e scure. Quest’alternanza di bande delimita i vari sarcomeri presenti all’interno di ogni miofibrilla.
Il sarcomero è l’unità anatomo-funzionale della miofibrilla: è costituito da una banda A centrale e da 2 mezze bande I alle due estremità ed è delimitato da due bande Z. Ciascun sarcomero risulta costituito da un fascio di filamenti, disposti longitudinalmente e paralleli tra loro, i miofilamenti. Questi sono di due tipi:
• al centro del sarcomero si trovano i filamenti spessi, costituiti da miosina;
• ai due estremi si trovano invece filamenti più sottili, costituiti da actina, che si fissano alla linea Z.
Le estremità tra filamenti di actina e miosina si intrecciano al confine tra banda A e I. Questa complessa struttura è deputata al meccanismo della contrazione, grazie allo scorrimento dei filamenti sottili su quelli spessi, determinando un accorciamento del sarcomero. In pratica i filamenti di actina scorrono su quelli di miosina verso il centro del sarcomero, grazie all’azione dei ponti trasversali della miosina che trascinano il filamento di actina e creano perciò il lavoro meccanico che è alla base della contrazione muscolare. Si può affermare, quindi, che alla base della contrazione muscolare vi è l’interazione tra i filamenti di actina e quelli di miosina, con formazione di un complesso, la Actomiosina.
Essendo lo scorrimento e la sovrapposizione dei filamenti di actina e miosina all’origine della forza meccanica, è chiaro che un muscolo per esprimere il maggior quantitativo di forza deve trovarsi in una condizione di lunghezza muscolare ideale a far sì che questo scorrimento sia massimo. Infatti se il muscolo è portato in massimo allungamento, lo scorrimento dei filamenti sarà minore e si genererà una forza inferiore; se invece il muscolo sarà eccessivamente accorciato, al contrario, già a riposo ci sarà una certa sovrapposizione passiva dei filamenti con sviluppo di forza inferiore. La forza massima erogabile si ha con uno scorrimento completo, ma senza sovrapposizione, dei filamenti di actinamiosina. L’energia per la contrazione muscolare è data dall’ATP (adenositrifosfato), unica fonte energetica diretta ed immediata. La molecola di ATP si lega al complesso actinamiosina, avviene la sua scissione in ADP e fosfato, fornendo così energia libera per il movimento di trazione dei ponti trasversali. Inoltre molto importante è l’azione del calcio, che interagendo sulla troponina, permette la formazione del complesso actinamiosina.
La sequenza di fenomeni fisiologici e biochimici che avvengono nella contrazione muscolare possono essere riassunti nell’immagine seguente.
1. Il S.N.C manda l’impulso alla fibra muscolare.
2. Generazione di un potenziale d’azione ad impulso eccitatorio.
3. Sequenza di eventi che portano alla liberazione degli ioni calcio.
4. Formazione del complesso actina-miosina.
5. Scorrimento delle miofibrille e contrazione muscolare.
6. Eventuale generazione di movimento.
Come precedentemente descritto, nel momento in cui le fibre muscolari ricevono lo stimolo dal sistema nervoso, esse si contraggono, generando una forza. I principali tipi di contrazione che un muscolo può generare sono tre:
• contrazione eccentrica;
• contrazione isometrica;
• contrazione concentrica.
Nella contrazione eccentrica il muscolo produce forza anziché accorciandosi, allungandosi. Questo accade quando, oltre alla forza prodotta dal muscolo, vi è un’altra forza antagonista, maggiore e contraria, capace appunto di generare, oltre alla contrazione stessa, anche un allungamento delle fibre muscolari. Per contrazione isometrica si intende la contrazione delle fibre muscolari, senza variazione della loro lunghezza. Nel momento in cui la forza generata dall’attivazione muscolare è contrastata da una forza uguale ma di senso contrario.
Infine, la contrazione concentrica si manifesta sia con una contrazione delle fibre muscolari, sia con un accorciamento delle stesse. Ciò accade quando la forza sviluppata dal muscolo sovrasta una forza antagonista.
In base alla posizione dei segmenti articolari il muscolo può assumere diversi ruoli nel movimento:
