Sistema scheletrico e muscolare

SISTEMA SCHELETRICO E MUSCOLARE

Il sistema scheletrico

Le ossa hanno numerose funzioni: permettono i movimenti, danno protezione e sostegno, aiutano a mantenere costante la calcemia del sangue e nel midollo osseo rosso vengono prodotte le cellule sanguigne.Nell'essere umano l'apparato scheletrico è costituito in totale da 206 ossa: 80 per lo scheletro assile e 126 per quello appendicolare.La maggior parte dei vertebrati possiede uno scheletro appendicolare, formato dalle ossa degli arti e da quelle che uniscono gli arti allo scheletro assile che sostiene il tronco del corpo.

il cranio

• il neurocranio o scatola cranica, che è la parte dorsale e craniale; • il viscerocranio o splancnocranio o scheletro della faccia, è la parte ventrale e caudale.

La colonna vertebrale

La colonna vertebrale è costituita da una serie di ossa singole, le vertebre, alternate a cuscinetti di cartilagine fibrosa noti come dischi intervertebrali. La colonna vertebrale è costituita da 33 o 34 vertebre, suddivise in 5 aree: • 7 vertebre nella zona cervicale, corrispondenti alla parte del collo, denominate vertebre cervicali; • 12 vertebre nella zona dorsale, corrispondente alla parte centrale della schiena, denominate vertebre toraciche o dorsali; • 5 vertebre nella zona lombare, equivalente alla parte bassa della schiena, denominate vertebre lombari; • 5 vertebre nella zona sacrale, situata in prossimità del bacino, denominate vertebre sacrali; • 4 o 5 vertebre nella zona del coccige, collocate subito sotto quelle sacrali, denominate vertebre coccigee. Tutte le vertebre presentano un corpo vertebrale e una parte sporgente, detta arco vertebrale. Tra il corpo e l'arco è presente un canale, il foro vertebrale, nel quale passa il midollo spinale.

La gabbia toracica

La gabbia toracica è la struttura ossea, facente parte del tronco del corpo umano.

Gli arti superiori ed inferiori

Gli arti superiori si inseriscono nel cinto scapolare e quelli inferiori nel cinto pelvico.

Le ossa degli arti superiori possono essere raggruppate in due regioni anatomiche differenti: le ossa della spalla, dette ossa del cingolo scapolare, e le ossa del braccio.

Studiamo le ossa

Le ossa non sono morte e inerti, contengono diversi tipi di tessuti vivi, irrorati di sangue e metabolicamente attivi. Le ossa si formano direttamente da un'impalcatura di tessuto connettivo oppure a partire da un modello cartilagineo morfologicamente simile all'osso maturo. Da un punto di vista strutturale, l'osso può essere definito compatto o spugnoso. La differenza principale tra l'osso compatto e spugnoso: l'osso compatto è lo strato esterno duro dell'osso, mentre quello spugnoso è lo strato interno più poroso dell'osso.

La matrice ossea

La matrice ossea è formata da fibre proteiche flessibili di collagene immerse in un impalcatura di cristalli minerali costituiti da idrossiapatite. Il collagene rende l’osso flessibile e robusto, mentre dalla matrice minerale dipende la resistenza alla compressione. Quindi la matrice presenta sia una porzione proteica sia una componente minerale calcificata.

Diafisi ed epifisi

La parte allungata e cilindrica delle ossa lunghe, detta diafisi, è costituita da osso compatto che ha una struttura densa , circonda una cavità centrale contenente il midollo osseo giallo.Le due protuberanze all'estremità dell'osso, dette epifisi, presentano uno strato esterno di osso compatto e uno interno di osso spugnoso.Le piccole cavità dell’osso spugnoso contengono midollo osseo rosso, un tessuto specializzato che produce le cellule del sangue. Le cellule del tessuto osseo hanno un proprio metabolismo.

Il tessuto osseo

Il tessuto osseo è un tessuto connettivo prodotto dagli osteoblasti, cellule ramificate disposte intorno a microscopici canali, detti canali di Havers. Gli osteoblasti sono le cellule «costruttrici» dell'osso, perché secernono la matrice extracellulare.Rimanendo intrappolati in essa, gli osteoblasti diventano osteociti . La matrice extracellulare dell'osso è composta da fibre di collagene e altre sostanze organiche, impregnate di sali di calcio, che formano delle lamelle concentriche. Queste lamelle, che circondano i canali di Havers, rendono robusto e resistente l'osso. Le articolazioni sono rivestite da cartilagini, formate da un tessuto connettivo costituito da fibre di una proteina resistente, il collagene, immerse in una matrice elastica.

la forma delle ossa

Le dimensioni delle ossa variano notevolmente e ciascun osso possiede una forma peculiare, perfettamente adattata alle funzioni che deve svolgere. Vengono classificate in quattro gruppi:

• Le ossa piatte sono sottili, appiattite e di solito incurvate. • Le ossa irregolari sono quelle che non rientrano nei gruppi precedenti. Includono le vertebre, che formano la colonna vertebrale, e le ossa dell'anca.

• Le ossa lunghe in genere hanno una parte allungata di osso compatto, detta diafisi, che si espande alle due estremità, le epifisi, formate prevalentemente da osso spugnoso. • Le ossa brevi sono generalmente cubiformi e sono costituite principalmente da osso spugnoso. Sono costituite da ossa brevi quelle del polso e della caviglia.

Il processo di formazione dell'osso

Il processo di formazione dell'osso, detto ossificazione, comporta la progressiva sostituzione del tessuto cartilagineo con tessuto osseo, e avviene in diverse fasi.Nelle ossa lunghe si crea uno spazio interno che forma il canale midollare. Nuova cartilagine si forma continuamente alla superficie esterna della cartilagine articolare e nella superficie della piastra epifisaria rivolta verso l'estremità dell'osso. Contemporaneamente, la vecchia cartilagine adiacente alla faccia interna della cartilagine articolare e al canale midollare viene distrutta e sostituita da matrice ossea.Gli osteoblasti del periostio aggiungono tessuto osseo sulla superficie esterna della diafisi; contemporaneamente, sulla superficie interna, un altro tipo di cellule giganti dell'endostio chiamate osteoclasti distruggono l’osso. Il processo mediante il quale le ossa aumentano il loro diametro è detto accrescimento per apposizione.La crescita delle ossa lunghe è regolata da ormoni. L'accrescimento dello scheletro termina con l'adolescenza, ma l’osso è un tessuto dinamico e attivo che viene continuamente rimodellato in risposta a variazioni di due parametri: 1. il livello del calcio nel sangue; 2. la forza esercitata sullo scheletro dalla gravità e dai muscoli.

Le articolazioni

Le articolazioni, o giunture, permettono i movimenti di muscoli e ossa, rappresentano punti di contatto tra osso e osso, tra cartilagine e ossa, e tra denti e ossa.Con una sola eccezione , l'osso ioide del collo, tutte le ossa del corpo si articolano con almeno un altro osso.Le articolazioni svolgono una duplice funzione: tengono saldamente insieme le ossa, ma consentono anche la mobilità dello scheletro rigido. Le articolazioni garantiscono alle ossa quella connessione indispensabile per mantenerle nella giusta posizione e per proteggere gli organi interni.

FRATTURA OSSA

Nonostante la loro resistenza, può capitare che le ossa dello scheletro si rompano. Le fratture sono dovute a traumi violenti, mentre durante la vecchiaia sono causate soprattutto dall'indebolimento delle ossa.L'osso è costituito da un tessuto vivo e dinamico, in cui le cellule rimuovono in continuazione la vecchia matrice ossea e la sostituiscono con nuovi materiali.Un osso può rompersi anche quando è sottoposto a una forza esterna superiore alle sue capacità di resistenza. Perché una frattura si risani è necessario, per prima cosa, che i frammenti spezzati vengano riallineati nella loro posizione originaria: questo processo viene chiamato riduzione della frattura e può avvenire con manovre manuali o a seguito di un intervento chirurgico. L'organismo avvia il processo di riparazione con quattro fasi principali:

1. Quando un osso si frattura, si assiste alla rottura di alcuni capillari che causano un accumulo di sangue e provocano la formazione di un ematoma; inizia la riparazione dei tessuti danneggiati.2. Intorno alla frattura si crea un callo fibrocartilagineo che immobilizza i due frammenti di osso spezzati. 3. Nella stessa zona migrano e proliferano degli osteoblasti, i quali danno origine al callo osseo: una struttura di tessuto osseo, spugnoso, che salda i due monconi. 4. Con la ripresa della normale attività, l'osso continua a rafforzarsi, fino alla formazione di un tessuto osseo stabile e robusto.

Il sistema muscolare

Il tessuto muscolare è anche il tessuto dominante nel cuore e nelle pareti di altri organi cavi dell'organismo, e rappresenta quasi la metà della massa corporea.Esistono tre tipi di muscoli: striato, liscio e cardiaco.Tutti e tre utilizzano lo stesso meccanismo di contrazione, che comporta un accorciamento.Grazie a questa proprietà i muscoli sono responsabili di tutti i movimenti del corpo e possono essere considerati le «macchine motrici» dell'organismo.Un muscolo può soltanto contrarsi attivamente → il rilassamento successivo alla contrazione è un processo passivo.La capacità di alzare e abbassare il braccio dipende dall’esistenza di coppie di muscoli antagonisti uniti alle ossa.

Per produrre il movimento, i muscoli di un animale interagiscono con le ossa, che funzionano come leve. Tutti I muscoli scheletrici presentano tre caratteristiche comuni:1. sono collegati alle ossa mediante i tendini ;2. sono formati da tessuto muscolare striato;3. sono responsabili dei movimenti volontari. I muscoli respiratori sono controllati sia volontariamente sia involontariamente, e anche altri muscoli scheletrici volontari possono muoversi involontariamente.Le cellule del muscolo scheletrico, chiamate fibre muscolari, sono molto lunghe e presentano numerosi nuclei. Un singolo muscolo è composto da fasci paralleli di centinaia di migliaia di fibre muscolari tenute insieme da tessuto connettivo.

Tendine D'Achille

Il sistema muscolare illustra il rapporto tra struttura e funzione

Ogni muscolo è costituito da una gerarchia di filamenti paralleli sempre più piccoli, fino alle molecole proteiche contrattili che generano movimento.Le fibre muscolari hanno un'organizzazione interna altamente specializzata; i nuclei si trovano in posizione marginale, addossati alla membrana plasmatica chiamata sarcolemma, da cui partono i tubuli trasversali (o tubuli T) che penetrano dalla superficie verso l'interno di ogni fibra. Il citoplasma prende il nome di sarcoplasma.Un muscolo scheletrico è costituito da numerosi fasci di fibre muscolari orientate parallelamente le une alle altre. Ogni fibra muscolare è una singola cellula cilindrica allungata, dotata di molti nuclei.Ciascuna fibra muscolare contiene un fascio di miofibrille , le quali sono formate da varie unità, dette sarcomeri, costituite da proteine, tra cui le proteine contrattili actina e miosina .Ogni filamento spesso è formato da varie molecole di miosina disposte parallelamente, con le teste proiettate verso l'esterno. Esse sono in grado di idrolizzare ATP.

Dal punto di vista strutturale, un sarcomero corrisponde alla regione della miofibrilla compresa tra due sottili linee scure dette linee Z; dal punto di vista funzionale, il sarcomero rappresenta l’apparato contrattile della miofibrilla. Ogni miofibrilla è costituita da moltissimi sarcomeri disposti in serie. In un sarcomero si possono notare filamenti sottili, composti prevalentemente da molecole di actina, e filamenti spessi, costituiti da molecole di miosina, che si alternano in modo regolare. Le linee Z sono costituite da proteine che collegano i filamenti sottili adiacenti ma non sono in contatto diretto con i filamenti spessi. I filamenti sottili, concentrati nelle bande più chiare, sono formati da due filamenti di actina avvolti insieme a proteine regolatrici (troponina e tropomiosina) che hanno un ruolo chiave nel regolare la contrazione muscolare. I filamenti spessi sono costituiti da numerosi filamenti di miosina disposti parallelamente tra loro.

Un sarcomero si contrae quando i suoi filamenti sottili scorrono lungo quelli spessi. Tre situazioni: in un muscolo a riposo, in un muscolo che si sta contraendo e in un muscolo contratto. - Nel sarcomero del muscolo in fase di contrazione le linee Z e i filamenti sottili si sono avvicinati. - Se il muscolo è completamente contratto, nel centro del sarcomero i filamenti sottili sono sovrapposti. La contrazione accorcia il sarcomero ma non modifica la lunghezza dei filamenti spessi né di quelli sottili.

Coda

Teste

Tropomiosina

Actina

In ogni molecola di miosina vi è una parte chiamata “testa”, i grado di muoversi avanti e indietro descrivendo un piccolo arco → quando ruota verso il filamento sottile, la testa della miosina si lega a un sito specifico presente sulla molecola di actina e poi trascina il filamento sottile con sé mentre si muove nel verso opposto. Dopo essersi staccata dalla prima molecola di actina, la testa della miosina ritorna nella posizione di partenza e ripete lo stesso movimento unendosi con un’altra molecola di actina. L’azione combinata delle teste presenti su ognuno dei filamenti spessi trascina il filamento sottile verso il centro del sarcomero.

Troponina

L’energia necessaria per far contrarre i muscoli proviene dall’ATP

Nel muscolo rilassato, il legame della miosina con l'actina è bloccato perché la tropomiosina riveste i siti di legame miosina sull'actina; i nastri di tropomiosina, a loro volta, sono tenuti a posto dalle molecole di troponina.Nella miofibrilla, i filamenti di actina e di miosina sono disposti in maniera ordinata in modo da formare unità strutturali chiamate sarcomeri.Ogni sarcomero è costituito da filamenti sovrapposti di actina e di miosina; gli estremi di ogni sarcomero sono delimitati dalle linee Z, a cui si ancorano i filamenti sottili di actina. Durante la contrazione muscolare i filamenti scorrono e il sarcomero si accorcia.I filamenti sottili e spessi non cambiano la loro lunghezza durante la contrazione, dal momento che si limitano a sovrapporsi gli uni agli altri.Lo scorrimento dei filamenti e l'accorciamento dei sarcomeri determinano l'accorciamento delle fibre muscolari. Al termine della contrazione, quando il muscolo si rilassa, i filamenti sottili scorrono nel verso opposto e il sarcomero riprende la sua fisionomia iniziale.

Rilassato

Contratto

La contrazione muscolare

Modi per incrementare la forza della contrazione di un muscolo

Ci sono due modi per incrementare la forza della contrazione di un muscolo: aumentare la frequenza dei potenziali d'azione in un singolo motoneurone o coinvolgere nella stimolazione un numero maggiore di motoneuroni.A livello della singola fibra muscolare, un potenziale d'azione produce l'insorgenza di un'unica scossa. Se i potenziali d'azione vengono generati molto rapidamente, saranno indotte più scosse prima che le miofibrille abbiano avuto il tempo di ritornare alla loro condizione di riposo → le varie scosse si sommano, e la tensione generata dalle fibre aumenta e diventa sempre più intensa.Molti muscoli del corpo mantengono un livello basso di tensione quando il corpo è a riposo, ma altri sono sempre impegnati a svolgere la loro funzione. Per esempio, i muscoli del collo, del tronco e degli arti, che si oppongono alla forza di gravità per aiutarci a mantenere la postura, sono sempre al lavoro.Il tono muscolare viene generato dall'attività di una quantità di unità motorie piuttosto piccola, ma di numero variabile in un muscolo; in ogni momento alcune delle fibre muscolari si contraggono, mentre altre si rilassano.

La muscolatura liscia

Il muscolo cardiaco

I muscoli lisci forniscono la forza che permette la contrazione di molti organi interni. Anche le fibre del muscolo liscio contengono filamenti di actina e miosina, ma differiscono dalle cellule del muscolo striato per tre ragioni:1. in genere sono più piccole delle cellule del muscolo striato e contengono un solo nucleo;2. le molecole di actina e miosina non sono disposte in modo ordinato;3. si contraggono se subiscono un allungamento oppure se vengono stimolate dal sistema nervoso autonomo.

Il muscolo cardiaco si trova nell'organismo in un'unica sede, il cuore. Assomiglia sia al muscolo scheletrico sia al muscolo liscio: è striato, ma è anche involontario e non soggetto a regolazione cosciente. Le cellule cardiache formano catene sostenute da una modesta quantità di tessuto connettivo lasso e sono organizzate in fasci che hanno un andamento a spirale. Quando il cuore si contrae, le sue camere interne si restringono, spingendo il sangue nelle grosse arterie che partono dal cuore. Le cellule muscolari cardiache sono ramificate e sono unite da particolari giunzioni dette dischi intercalari.

Liscio

Cardiaco

Strappo muscolare

I circa 700 muscoli volontari del corpo umano possono andare incontro ad alcune patologie; lo strappo muscolare è una di esse: si tratta della rottura delle fibre muscolari a seguito di una contrazione violenta. Cosa accade in caso di strappo muscolare alla coscia→ le singole fibre muscolari subiscono una lesione, lo strappo interessa con più frequenza la giunzione muscolo tendinea, ossia il legame tra muscolo e tendine. Lesioni di diversa gravità:• in caso di uno strappo di primo grado vengono danneggiate poche fibre muscolari, meno del 5%del totale; si avverte solo un leggero fastidio• lo strappo di secondo grado coinvolge un'area più estesa la cui lesione provoca un dolore acuto, in questo caso il dolore si aggrava ogni volta che si tenta di contrarre nuovamente il muscolo• In uno strappo di terzo grado la lesione coinvolge circa i due terzi del tessuto muscolare e se avviene agli arti inferiori ci si accascia al suolo.Lo strappo muscolare è più frequente tra gli sportivi, nei casi più gravi può formarsi un ematoma e un avvallamento nel muscolo leso. Lo strappo muscolare richiede riposo e guarisce nell'arco di qualche settimana, nei casi più gravi i tempi di recupero sono più lunghi e può essere necessario un intervento chirurgico per ricucire le fibre strappate.

Grado III

Grado I

Grado II

Grazie per l'attenzione