Tessuto muscolare

Question 1

Distinzione

Answer 1

Il tessuto muscolare può essere distinto in tre categorie:

1. tessuto muscolare striato scheletrico, costituisce principalmente i muscoli che si inseriscono sullo scheletro osseo e sono responsabili dei movimenti volontari;
2. tessuto muscolare striato cardiaco, responsabile del battito cardiaco, il cui funzionamento indipendente dalla volontà;
3. tessuto muscolare liscio, presente principalmente nella parete dei visceri e dei vasi, la cui contrazione non dipende dalla volontà.

Question 2

Striature

Answer 2

Il tessuto muscolare scheletrico e quello cardiaco sono definiti striati per la presenza di striature trasversali evidenti quando sono osservati al microscopio in sezione longitudinale; tali striature sono invece assenti nel muscolo liscio.

Question 3

Muscolo scheletrico

Answer 3

Il muscolo scheletrico è costituito dall’associazione di numerose cellule muscolari striate scheletriche, chiamate anche fibre muscolari, di dimensioni notevoli e di forma cilindrica.

Question 4

Organizzazione m. scheletrico

Answer 4

Nel muscolo scheletrico, ciascuna fibra muscolare è circondata da un sottile strato di tessuto connettivo reticolare, chiamato endomisio. Capillari e fibre nervose decorrono nell’endomisio, distribuendosi intorno alle fibre muscolari. Alcune fibre muscolari, circondate dall’endomisio, si raccolgono in gruppi chiamati fascicoli muscolari; ciascun fascicolo muscolare è circondato da uno strato di tessuto connettivo lasso chiamato perimisio. Vasi sanguigni e nervi di calibro maggiore rispetto a quelli dell’endomisio decorrono nel perimisio. Infine, i fascicoli muscolari sono raccolti a formare il muscolo e circondati da uno strato di tessuto connettivo denso, chiamato epimisio. Attraverso l’epimisio, vasi sanguigni e nervi di grosso calibro penetrano negli strati più profondi del muscolo, fino a raggiungere le fibre muscolari. Le diverse componenti connettivali del muscolo confluiscono all’estremità del ventre muscolare (la regione centrale più voluminosa del muscolo), continuandosi in un tendine o in un’aponeurosi per assicurare al muscolo stesso l’inserzione ossea.

Question 5

Cellule satelliti

Answer 5

Nello spessore dell’endomisio sono presenti particolari cellule quiescenti, chiamate cellule satellite (mioblasti quiescenti), che, in caso di lesione, possono riprendere l’attività metabolica, rigenerando nuove fibre muscolari. Il tessuto muscolare non è in grado di riparare eventuali perdite che si possano verificare a seguito di traumi o di malattie degenerative, come le distrofie, poiché le singole fibre muscolari non sono in grado di duplicarsi, essendo uscite dal ciclo cellulare in maniera irreversibile e trovandosi dunque, in uno stato post-mitotico permanente (fase G0 del ciclo cellulare). Le cellule satelliti sono cellule staminali unipotenti del tessuto muscolare striato scheletrico, in grado di andare incontro a replicazione e differenziazione e dare quindi origine a fibre muscolari.

Question 6

Fibra muscolare (m. scheletrico)

Answer 6

La forma della fibra muscolare è simile a un lungo cilindro di dimensioni variabili, in genere elevate. Le grandi dimensioni delle fibre muscolari sono dovute al fatto che esse derivano dalla fusione, avvenuta durante lo sviluppo embrionale e fetale, di cellule mononucleate, chiamate mioblasti. La fibra muscolare è dunque una cellula multinucleata o sincizio. Nelle fibre muscolari i nuclei si localizzano generalmente sotto al sarcolemma (nuclei subsarcolemmali), poiché quasi tutto lo spazio cellulare disponibile occupato dalle proteine contrattili actina e miosina. La presenza e la disposizione molto ordinata delle proteine contrattili actina e miosina rappresentano l’aspetto più distintivo della fibra muscolare e le conferiscono una marcata striatura trasversale, evidente quando si osservano sezioni longitudinali di fibre muscolari al microscopio ottico.

Question 7

Miofilamento sottile

Answer 7

I polimeri di actina (denominati anche F-actina) sono formati dall’associazione di più monomeri globulari di G-actina. In un filamento di F-actina, le subunità di G-actina si susseguono come perle in una collana. Due polimeri di F-actina si avvolgono tra loro a formare un filamento, detto miofilamento sottile. Nei miofilamenti sottili, ciascuna subunità di G-actina possiede un sito di legame per la testa della miosina.

Question 8

Tropomiosina

Answer 8

La tropomiosina una proteina filamentosa adagiata nel solco formato dai due filamenti appaiati di F-actina. Nel muscolo a riposo la posizione della tropomiosina preclude il legame tra le teste della miosina che sporgono dal miofilamento spesso e i siti di legame per la miosina presenti sulle subunità di G-actina.

Question 9

Troponina

Answer 9

La troponina è una proteina globulare composta da tre subunità: I, C e T. La subunità I è la subunità inibitrice, che si lega fortemente all’actina in assenza di ioni calcio e stabilizza la tropomiosina in una posizione che impedisce il legame delle teste della miosina alle subunità di actina; la subunità C possiede un’alta affinità per gli ioni Ca2+; la subunità T si lega alla tropomiosina, fungendo da “collante” strutturale che mantiene unito il complesso troponina-tropomiosina-actina.

Question 10

Miosina

Answer 10

La miosina di tipo II (miosina sarcomerica) è una proteina filamentosa. Una molecola di miosina sarcomerica completa formata da diverse subunità: due subunità maggiori, ciascuna con una porzione allungata, detta coda e un’estremità globosa, detta testa. Le code delle due subunità maggiori si avvolgono l’una intorno all’altra e la porzione centrale delle code funziona come una cerniera che aumenta la flessibilità delle code stesse. In ciascuna subunità, la testa collegata alla coda da una regione chiamata “collo”. Alla regione della testa si associano altre due subunità proteiche più piccole che regolano il movimento di flessione della testa sul collo. Le teste della miosina possiedono attività ATPasica e sono in grado di legarsi all’actina grazie alla presenza di siti specifici di legame. Durante la contrazione muscolare, la testa della miosina si lega all’actina a formare il ponte actomiosinico; l’energia necessaria perché avvenga il legame actomiosinico deriva dall’idrolisi dell’ATP. Molte molecole di miosina (circa 200-300) orientate longitudinalmente e disposte parallelamente le une alle altre, formano il miofilamento spesso.

Question 11

Sarcomero

Answer 11

Nella fibra muscolare i miofilamenti sottili e i miofilamenti spessi sono disposti in maniera ordinata. Essi decorrono parallelamente gli uni agli altri, in modo alternato. I miofilamenti sottili sono tra loro collegati trasversalmente da proteine che complessivamente formano una struttura a zig-zag, chiamata linea Z. La linea Z è quindi una struttura di ancoraggio dei miofilamenti sottili. La porzione di miofilamenti sottili e miofilamenti spessi compresa tra due linee Z costituisce il sarcomero, la più piccola unità strutturale e funzionale dei tessuti muscolari striati.

Question 12

Miofibrilla

Answer 12

All’interno della fibra muscolare, i fasci di miofilamenti sottili e spessi, organizzati in sarcomeri in successione, sono avvolti dal reticolo sarcoplasmatico. Il fascio di miofilamenti sottili e spessi, circondato dal reticolo sarcoplasmatico, costituisce una miofibrilla. Le miofibrille si estendono per tutta la lunghezza della fibra muscolare. Una fibra muscolare può contenere centinaia di migliaia di miofibrille, fittamente stipate tra loro. La disposizione ordinata dei miofilamenti nei sarcomeri è evidente anche a livello delle miofibrille, che al microscopio ottico appaino costituite da un susseguirsi di bande chiare e bande scure.

Question 13

Bande

Answer 13

I miofilamenti spessi disposti parallelamente costituiscono l’intera banda A e ne determinano la lunghezza. I miofilamenti sottili costituiscono la banda I, attraversata al centro dalla linea Z: i miofilamenti sottili si estendono, in direzioni opposte, da ciascuna linea Z lungo la emibanda I e penetrano per un certo tratto nell’adiacente banda A, interponendosi tra i miofilamenti spessi. Questa disposizione dei miofilamenti nel sarcomero spiega la striatura delle miofibrille. I sarcomeri, infatti, si associano in modo tale che bande A, bande I e linee Z di sarcomeri adiacenti, appartenenti a miofibrille contigue, siano allineate. L’aspetto chiaro della banda I dovuto al fatto che questa regione è omogenea dal punto di vista ottico perché formata solo dai miofilamenti sottili. La banda A, invece, formata dai miofilamenti spessi e, nelle porzioni esterne, dai miofilamenti sottili che si spingono tra i miofilamenti spessi. Da ciò l’eterogeneità ottica e quindi l’aspetto scuro della banda A. La descrizione della struttura delle miofibrille, caratterizzata dall’alternanza di bande chiare o bande I e bande scure o bande A, è basata sull’analisi condotta utilizzando la microscopia ottica. Nel sarcomero osservato al microscopio elettronico a trasmissione (TEM) - a ingrandimento molto elevato - sono inoltre visibili delle protrusioni laterali che sporgono dai miofilamenti spessi verso i miofilamenti sottili: si tratta delle teste della miosina che formano i ponti trasversali di connessione con i miofilamenti sottili durante la contrazione muscolare. I miofilamenti sottili non si estendono fino al centro del sarcomero, che corrisponde al centro della banda A. Per questo motivo, la parte centrale della banda A, denominata banda H, è meno densa (ha una densità intermedia tra quella della banda I e quelle delle porzioni periferiche della banda A) e appare chiara, dato che corrisponde ai soli miofilamenti spessi. Centralmente, la banda H è attraversata perpendicolarmente da una linea scura, chiamata linea M, dovuta alla presenza di ponti trasversali che collegano i miofilamenti spessi.

Question 14

Nebulina

Answer 14

• Una delle principali proteine associate al sarcomero è la nebulina (600-900 kDa), che si inserisce con l’estremità C-terminale a livello della linea Z. Due molecole di nebulina decorrono lungo il miofilamento sottile di actina, percorrendolo per quasi tutta la sua lunghezza e ancorandosi con la propria estremità N-terminale in prossimità dell’estremità del miofilamento sottile rivolta verso il centro del sarcomero. La nebulina mantiene l’allineamento e la disposizione in registro dei miofilamenti sottili, li stabilizza e, quindi, ne regola la lunghezza.
Nel tessuto muscolare cardiaco, al posto della nebulina è presente una proteina omologa, di dimensioni minori (circa 110 kDa), chiamata nebulette.

Question 15

Titina

Answer 15

• La titina è la più grande proteina conosciuta, il suo nome deriva appunto dalle dimensioni “titaniche”: ha una massa molecolare di circa 3000-4000 kDa. La titina è una fosfoproteina filamentosa dotata di elasticità, che, con l’estremità N-terminale, si ancora alla linea Z e, con l’estremità C-terminale, si integra con le proteine della linea M, connettendosi con l’estremità omologa della molecola di titina proveniente dall’altra linea Z dello stesso sarcomero. Poiché i filamenti di titina si sovrappongono a livello della linea Z e della linea M, le molecole di titina formano un filamento continuo, che si estende per tutta la lunghezza di un sarcomero, da una linea Z all’altra e da un sarcomero all’altro, per tutta la lunghezza della miofibrilla. A livello della emibanda I, le molecole di titina sono avvolte a spirale a formare una molla molecolare in grado di estendersi, che è fondamentale per le proprietà meccaniche passive (proprietà elastiche) dei miofilamenti e, quindi, della miofibrilla. La funzione della titina quella di preservare l’allineamento dei miofilamenti durante la contrazione.
A livello della linea Z, la titina si lega anche alla telethonina o T-cap, una piccola fosfoproteina che collega saldamente le estremità N-terminali di due molecole di titina antiparallele di sarcomeri adiacenti nella linea Z.

Question 16

Proteina C

Answer 16

• A livello della banda A è presente un’altra proteina, la proteina C, che forma dei ponti trasversali adibiti a collegare la titina ai miofilamenti spessi e, in tale modo, mantiene le code di miosina in una corretta disposizione spaziale.

Question 17

Costamero

Answer 17

All’interno della fibra muscolare, le miofibrille sono circondate da una rete proteica denominata costamero. II costamero è un complesso multiproteico, costituito da numerose proteine, che lega la regione marginale della linea Z al sarcolemma. La principale proteina del costamero è la desmina, che si allinea in modo circonferenziale con la linea Z.

Question 18

Giunzione neuromuscolare

Answer 18

Alle cellule del muscolo striato scheletrico arrivano numerose terminazioni assoniche di motoneuroni, che originano dal midollo spinale o dal tronco encefalico. In prossimità delle fibre muscolari, l’assone si sfiocca in sottili ramificazioni che giacciono in depressioni poco profonde presenti sulle fibre stesse, definite fessure sinaptiche primarie. Le terminazioni assoniche sono ricche di vescicole sinaptiche che contengono il neurotrasmettitore acetilcolina. La zona di contatto tra le terminazioni assoniche del motoneurone e la fibra muscolare prende il nome di giunzione o sinapsi neuromuscolare o placca motrice.

Question 19

Meccanismo di contrazione (m. scheletrico)

Answer 19

1. Quando un potenziale d’azione arriva alla giunzione, o sinapsi neuromuscolare, o placca motrice, il terminale assonico libera l’acetilcolina, che innesca un potenziale d’azione nella fibra muscolare. L’acetilcolina si lega a specifici recettori presenti sul sarcolemma e innesca i meccanismi che conducono alla contrazione muscolare.
2. L’impulso nervoso – cioè la depolarizzazione del sarcolemma e, quindi, della membrana del tubulo T – provoca l’apertura dei canali per gli ioni Ca2+ presenti sulla membrana delle cisterne terminali del reticolo sarcoplasmatico. II Ca2+ si diffonde rapidamente nel sarcoplasma e si lega alla troponina C, innescando così la contrazione muscolare.
3. In seguito all’aumento della concentrazione degli ioni Ca2+ nel citosol, le molecole di troponina dei filamenti sottili legano il calcio, mediante la loro subunità C e vanno incontro a un cambiamento conformazionale che determina lo scivolamento delle molecole di tropomiosina nei solchi della doppia elica di actina. Lo scivolamento della tropomiosina scopre i siti di legame dell’actina per i ponti trasversali della miosina. A questo punto del processo, i ponti trasversali della miosina hanno una molecola di ATP legata, già idrolizzata in ADP + P (stato ad alta energia dei ponti trasversali di miosina) e non sono ancora in contatto con i filamenti sottili.
4. Utilizzando l’energia ottenuta dall’idrolisi dell’ATP, le teste della miosina (ponti trasversali) si legano al sito attivo esposto su una molecola di actina.
5. Ciò innesca una rapida flessione di circa 45°, in direzione della coda, del ponte trasversale (“colpo di potenza” o “di forza”), che determina lo scorrimento del filamento sottile sul filamento spesso (trazione) verso il centro del sarcomero.
   Durante la contrazione il muscolo si accorcia per effetto dello scivolamento, o scorrimento, dei miofilamenti sottili lungo i miofilamenti spessi verso il centro del sarcomero. Aumenta così la sovrapposizione tra miofilamenti sottili e miofilamenti spessi e, di conseguenza, si riduce la lunghezza del sarcomero (accorciamento del sarcomero). Per effetto dell’accorciamento, le due emibande I e la banda H si riducono di ampiezza, mentre l’estensione della banda A rimane invariata. Come conseguenza, le due linee Z si avvicinano tra loro e il sarcomero si riduce di lunghezza.
   A questo punto, il ponte trasversale lega una nuova molecola di ATP e la miosina si stacca dall’actina, il ponte trasversale assume la conformazione originaria, permettendo la realizzazione di un nuovo ciclo, che parte dall’idrolisi dell’ATP

Question 20

Triade

Answer 20

Il reticolo sarcoplasmatico delle cellule muscolari striate scheletriche è una struttura formata da un sistema di tubuli e cisterne, che formano una rete intorno a ciascuna miofibrilla. Nelle fibre muscolari di mammifero, il reticolo sarcoplasmatico è organizzato in maniera tale che, in corrispondenza della linea di confine tra la banda A e la banda I, sia presente una cisterna terminale, disposta trasversalmente alle miofibrille, dalla quale dipartono tubuli paralleli alle miofibrille confluenti in una cisterna fenestrata centrale in corrispondenza della banda H. Ciascuna cisterna terminale confina con una formazione tubulare detta tubulo T (o tubulo trasverso), ovvero una invaginazione del sarcolemma che penetra profondamente all’interno della fibra muscolare e il cui lume comunica con l’ambiente extracellulare, ma non con il lume del reticolo sarcoplasmatico. L’insieme del tubulo T e delle cisterne terminali prende il nome di triade.

Quando alla fibra muscolare giunge un impulso nervoso, si liberano gli ioni calcio (Ca2+) dal reticolo sarcoplasmatico che avvolge le miofibrille

Question 21

Tipi di fibre muscolari

Answer 21

I muscoli striati scheletrici sono in grado di compiere diverse azioni, strettamente dipendenti dai tipi di fibre muscolari che li compongono.
Nell’uomo esistono tre tipi fondamentali di fibre muscolari: le fibre rapide, le fibre lente e le fibre intermedie.
• Le fibre rapide (o fibre bianche) hanno un diametro elevato, contengono numerose miofibrille, elevate riserve di glicogeno, pochi mitocondri e, dopo stimolazione, si contraggono nel giro di 0.01 secondi. La maggior parte delle fibre muscolari del corpo umano appartiene a questo gruppo. Le fibre rapide, in genere, sviluppano forze molto elevate. Queste contrazioni potenti richiedono quantità molto elevate di ATP e i pochi mitocondri non riescono a fare fronte alla domanda. Di conseguenza la contrazione delle fibre rapide sostenuta prevalentemente dalla glicolisi anaerobia, che non richiede ossigeno, utilizza le riserve di glicogeno e produce acido lattico. Pertanto, l’affaticamento di queste fibre si manifesta rapidamente.
• Le fibre lente (o fibre rosse) sono fibre il cui diametro è circa la metà di quello delle fibre rapide e la cui contrazione richiede un tempo circa tre volte più lungo. Possono continuare a contrarsi per tempi prolungati senza mostrare affaticamento, poiché i loro mitocondri, molto numerosi, possono produrre ATP per tutto il periodo della contrazione. Le fibre lente utilizzano dunque un metabolismo aerobico.
• Le fibre intermedie hanno caratteristiche intermedie tra i due tipi di fibre descritti.

Question 22

Cardiomiociti

Answer 22

Le cellule muscolari striate cardiache, chiamate anche cardiomiociti o cardiociti, sono più piccole delle cellule muscolari striate scheletriche e contengono uno o più raramente, due nuclei posizionato/i al centro della cellula come si può facilmente osservare nelle sezioni trasversali. Presentano la tipica striatura trasversale simile a quella delle cellule muscolari striate scheletriche, che riflette la presenza di miofibrille e sarcomeri, che si accorciano durante la contrazione. Poiché le cellule muscolari striate cardiache sono quasi totalmente dipendenti dal metabolismo aerobico, per ottenere l’energia necessaria a continuare a contrarsi esse posseggono numerosi mitocondri e abbondanti riserve di mioglobina per immagazzinare l’ossigeno (fibre lente). Le riserve energetiche sono tipicamente conservate sotto forma di glicogeno e lipidi.

Question 23

Diade

Answer 23

Il reticolo sarcoplasmatico delle cellule muscolari cardiache formato da una serie di tubuli che si distribuiscono intorno alle miofibrille. A livello della linea Z, il sarcolemma si invagina formando il tubulo T, che decorre parallelamente ad essa, a differenza di quanto avviene nelle cellule muscolari striate scheletriche, dove i tubuli T decorrono in corrispondenza del confine tra banda A ed emibanda I. Nei cardiociti, il reticolo sarcoplasmatico è meno sviluppato e meno elaborato di quello delle fibre muscolari. Non si osservano le cisterne fenestrate in corrispondenza della banda H e mancano le cisterne terminali continue con decorso trasversale ai lati del tubulo T; invece, delle cisterne terminali, sono presenti piccole espansioni terminali dei tubuli longitudinali, che aderiscono strettamente alla membrana dei tubuli T. Anziché le triadi del muscolo scheletrico, nel muscolo cardiaco si costituiscono le cosiddette diadi formate dal tubulo T e da una sola piccola cisterna trasversale.

Question 24

Contrazione miocardio

Answer 24

Il tessuto muscolare striato cardiaco si contrae senza l’intervento di una stimolazione nervosa. Gli impulsi elettrici (potenziali d’azione) per la contrazione insorgono spontaneamente e ritmicamente in alcune cellule cardiache modificate, le cellule pacemaker, localizzate a livello dell’atrio destro, che fanno parte del sistema di conduzione del cuore, una rete di cellule cardiache specializzate che non si contraggono ma danno inizio agli impulsi elettrici e li distribuiscono. Grazie le cellule pacemaker, il cuore dei vertebrati miogeno: il battito è generato dalle cellule muscolari stesse. Il meccanismo della contrazione nei cardiociti analogo a quello che avviene nelle fibre muscolari.

Question 25

Cellule muscolari lisce

Answer 25

Il tessuto muscolare liscio costituisce la tonaca muscolare degli organi cavi viscerali e degli organi cavi vascolari.
Il tessuto muscolare liscio è costituito da cellule mononucleate che non presentano striatura trasversale. Le cellule muscolari lisce sono fusiformi, poiché la parte centrale che contiene il nucleo, è più spessa rispetto alle estremità assottigliate. Sono separate l’una dall’altra da una lamina basale (chiamata anche guaina reticolare e paragonabile alla membrana basale degli epiteli di rivestimento), costituita da fibre reticolari immerse in una matrice ricca di glicoproteine e proteoglicani. Diversamente dalle fibre muscolari, che sono cellule post-mitotiche incapaci di rientrare nel ciclo cellulare (poiché sono bloccate in fase G0), le cellule muscolari lisce hanno la capacità di dividersi e formare nuovo muscolo liscio.
Il citoplasma delle cellule muscolari lisce contiene il nucleo, di forma ellissoidale e localizzato al centro della cellula, un piccolo apparato di Golgi, scarsi elementi di RER, mitocondri, proteine contrattili e filamenti intermedi. La membrana plasmatica delle cellule muscolari lisce mostra numerose invaginazioni chiamate caveole, che rappresentano l’equivalente dei tubuli T della muscolatura striata scheletrica e cardiaca. Le caveole sono in contatto con il reticolo endoplasmatico liscio (che contiene ioni Ca2+), il quale ha una funzione analoga a quella del reticolo sarcoplasmatico delle cellule muscolari striate.