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Struttura e funzioni delle fibre muscolari.
Ogni singola fibra muscolare può essere rappresentata come un sacchetto racchiuso da una membrana (detta sarcolemma) all'interno del quale sono contenute le miofibrille, cioè dei bastoncini disposti longitudinalmente lungo l'asse maggiore della fibra, i quali rappresentano la struttura contrattile della fibra muscolare.
Fra le miofibrille si trovano altri piccolissimi sacchetti, come i mìtocondri, che servono da centraline energetiche della fibra muscolare, e le cisterne del reticolo sarcoplasmatico ripiene di calcio (Ca) necessario, come vedremo, per la contrazione. Tutte queste strutture sono immerse in un liquido costituito di acqua, proteine e sali che prende il nome di sarcoplasma.
Lo studio al microscopio elettronico della struttura delle miofibrille ha consentito di elaborare un modello in grado di spiegare la contrazione muscolare.
Ogni miofibrilla risulta a sua volta costituita da tanti miofilamenti (un po' come un bastone ottenuto incollando insieme degli stuzzicadenti o dei fiammiferi), alcuni dei quali sono più spessi (filamenti di miosina) e altri più sottili (filamenti di actina). La miosina e l'actina sono delle proteine.
I filamenti spessi e sottili sono disposti in maniera intercalata (cioè in parte sovrapposti e in parte no). L'accorciamento delle miofibrille (e perciò della fibra muscolare e quindi del muscolo) è la conseguenza dello scorrimento reciproco dei filamenti sottili e di quelli spessi. Tale scorrimento è possibile perché tra filamenti spessi e sottili si creano dei « ponti » che esercitano una trazione sui filamenti sottili facendoli scorrere. Le zone di ancoraggio dei filamenti sottili si avvicinano così fra di loro ed il muscolo si accorcia.
L'energia per lo scorrimento dei filamenti viene fornita dall'ATP (adenosina trifosfato), mentre per la formazione dei ponti che precede lo scorrimento è necessaria la presenza del calcio .
Il meccanismo della contrazione può essere così rappresentato: i filamenti sottili sono come una cremagliera i cui incavi sono, a muscolo rilasciato, occupati da tanti piccoli tasselli e perciò non offrono alcun appiglio.
Con l'arrivo dell'impulso nervoso e l'attivazione della fibra muscolare il calcio si libera nella fibra e allontana i tasselli dagli incavi della cremagliera. Questi divengono perciò un buon punto di appoggio per i « ponti » miosinici vicini.
La formazione dei ponti non è ancora sufficiente perché si abbia l'accorciamento. Per ottenere ciò è necessario che le teste miosiniche (i « ponti ») si deformino piegandosi e tirando così i filamenti sottili, trascinandoli. Il movimento è molto simile a quello di un remo che, anziché fare presa nell'acqua, si appoggia su una struttura rigida con un incavo che gli offre un punto di appoggio per esercitare la trazione. La deformazione delle teste miosiniche richiede il consumo di energia ed è perciò possibile solo in presenza di ATP:
nello stesso luogo della deformazione esiste infatti un enzima (la ATPasi) che scinde l'ATP in ADP + P ricavandone l'energia necessaria.
La ripetizione di tale processo per un numero elevatissimo di « ponti » determina l'accorciamento di tutto il muscolo. Il rilasciamento dopo la contrazione è passivo, nel senso che non viene consumata energia dal muscolo a livello delle fibre contrattili per l'allungamento. Tuttavia perché si abbia la scomparsa dei ponti è necessario che il calcio venga pompato fuori dal sarcoplasma.
Tale processo richiede il trasferimento del calcio da un luogo in cui la sua concentrazione è bassa (il sarcoplasma, in vicinanza delle miofibrilìe) verso un luogo nel quale la sua concentrazione è più alta (le cisterne dei reticolo sarcoplasmatico). Esso deve perciò essere « pompato » attivamente per vincere la pressione che tenderebbe a farlo andare in senso contrario, e questo processo costa in termini energetici richiedendo il consumo di ATP. Tale ATP viene perciò consumato per far « rilasciare » il muscolo e, in un certo senso, rappresenta il « costo energetico del rilasciamento muscolare ».
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