Tessuto muscolare

TESSUTO MUSCOLARE

Approfondimento dal punto di vista cellulare

Il tessuto muscolare, invece, rappresenta un intero tessuto costituito da cellule specializzate nel movimento, cioè dotate di contrattilità. Grazie alla contrattilità delle sue cellule è responsabile del movimento volontario ed involontario degli organi ed apparati.

Nei vertebrati si distinguono tre tipi di tessuto muscolare:

- Tessuto muscolare scheletrico. Forma i muscoli inseriti nello scheletro ed è responsabile del movimento volontario dei segmenti scheletrici e della locomozione;

- Tessuto muscolare liscio. È responsabile del movimento involontario della parete dei visceri e dei vasi;

- Tessuto muscolare cardiaco striato. Costituisce la struttura contrattile miocardica ed è caratterizzato da un movimento involontario.

Il movimento è generato dalla contrazione che a livello molecolare è determinata dallo scorrimento dei filamenti di actina su quelli di miosina. Il muscolo è costituito anche da tessuto connettivo che lo racchiude e lo penetra formando delle guaine che si infilano nella massa muscolare.

Eterogeneità delle fibre muscolari scheletriche

Dal punto di vista funzionale esistono due tipi di fibre:

- le FIBRE VELOCI (bianche) che danno una contrazione massima ma di breve durata e che sono suscettibili di affaticamento;

- le FIBRE LENTE o TONICHE (rosse) che danno una contrazione più prolungata e meno intensa ma sono meno suscettibili di affaticamento.

I due tipi di fibre differiscono dal punto di vista metabolico per il diverso meccanismo di produzione di ATP utile per la contrazione: le fibre lente hanno metabolismo ossidativo (aerobio), cioè producono ATP attraverso la fosforilazione ossidativa, hanno un'elevata [mioglobina], un pigmento respiratorio di colore rosso, formato da 4 subunità che legano il gruppo EME, per questo le fibre lente sono dette FIBRE ROSSE. Le fibre veloci hanno metabolismo glicolitico e producono ATP mediante glicolisi anaerobia, sono dette FIBRE BIANCHE e a causa del tipo di metabolismo vengono accumulati intermedi, come l'acido lattico, responsabili della sensazione di affaticamento. Tra questi due tipi ci sono anche le FIBRE INTERMEDIE. Le fibre rosse hanno molti mitocondri, reticolo sarcoplasmatico ben sviluppato quindi una [Ca²⁺] citoplasmatica maggiore, un contenuto di mioglobina maggiore ed un'intensa attività enzimatica mitocondriale (succinato deidrogenasi, ATP sintasi). Le fibre bianche hanno pochi mitocondri e mioglobina, scarso reticolo e quindi una scarsa [Ca²⁺] citoplasmatica, molto glicogeno ed enzimi glicolitici.

I diversi tipi di fibra hanno anche diversa attività ATPasica della miosina:

- le fibre rosse a contrazione lenta o tonica, dette anche FIBRE DI TIPO I, hanno bassa attività ATPasica e glicolitica ed elevata attività di enzimi ossidativi, per questo danno una contrazione meno intensa ma più prolungata;

- le fibre bianche a contrazione rapida o clonica, dette anche FIBRE DI TIPO II, hanno un'elevata attività ATPasica e glicolitica e bassa attività respiratoria.

I diversi tipi di fibre presentano inoltre ISOFORME DIVERSE DI PROTEINE CONTRATTILI, infatti molecole di miosina con una più elevata attività ATPasica si trovano nelle fibre che si contraggono rapidamente (biache), mentre isoforme diverse di miosina con un basso tasso di idrolisi di ATP si trovano nelle fibre a contrazione lenta (rosse).

Le fibre lente e veloci sono innervate da due tipi diversi di NERVO MOTORE. Mediante esperimenti di inversione dell'innervazione tra un muscolo lento e un muscolo veloce si è visto, infatti, che il muscolo veloce acquistava le caratteristiche del muscolo lento e viceversa. Quindi l'innervazione motoria influenza il tipo di fibra per le caratteristiche della stimolazione nervosa: nelle fibre lente la stimolazione è TONICA, cioè prolungata e sostenuta ma non intensa, mentre nelle fibre veloci è CLONICA, cioè intermittente ed intensa.

Il tessuto muscolare liscio

Si trova nei vasi, nei visceri e nei condotti escretori delle ghiandole. Non presenta bandeggiature. I miofilamenti sottili e spessi non sono organizzati in sarcomeri, cioè in maniera organizzata ripetitiva. Le fibrocellule muscolari sono lunghe e fusiformi con un solo nucleo centrale e non sinciziale. Si dispongono in fasci, sfalsate tra loro. Sono separate tra loro da un interstizio occupato da una lamina basale, costituita da fibre collagene, proteoglicani e glicoproteine. Il sarcolemma presenta diverse invaginazioni, dette caveole, che rappresentano l'equivalente dei tubuli T (che qui sono assenti).

Lo spazio intercellulare è attraversato da sottili propagini cellulari che mettono in connessione le cellule: le GIUNZIONI GAP. Nel sarcoplasma ci sono i corpi densi che sono attraversati dai miofilamenti e che hanno una funzione simile ai dischi Z (cioè ancorano i miofilamenti di actina). Le cellule lisce sono specializzate in contrazioni continue, relativamente deboli, che impegnano la contrazioni dell'intera massa muscolare. La contrattilità è sotto il controllo ormonale, del sistema nervoso autonomo e di metaboliti locali.

Nei visceri, in particolare nell'intestino, la muscolatura liscia si organizza in 2 strati distinti, uno LONGITUDINALE ed uno TRASVERSALE, importanti per la peristalsi intestinale in quanto lo strato trasversale stringe il lume mentre quello longitudinale determina la contrazione in avanti sotto forma di onde peristaltiche che fanno progredire il contenuto del lume. Nell'utero e nella vescica gli strati sono 3. La contrazione avviene con il meccanismo dello scorrimento: non è un accorciamento dei miofilamenti ma piuttosto un raggrinzirsi in tutte le direzioni. L'actina e la miosina sono isoforme diverse di quelle dello striato. Il liscio contiene filamenti spessi e sottili che formano delle maglie. Le teste globulari della miosina sono presenti lungo tutto il fascio di filamenti. Inoltre, il liscio contiene i filamenti intermedi (citoscheletrici) che decorrono tra i fasci di actina e miosina e si associano con i corpi densi citoplasmatici, collegandoli tra loro; quindi, svolgono un ruolo strutturale costituendo una trama di sostegno per i miofilamenti contrattili ancorandoli ai corpi densi e al sarcolemma.

I corpi densi contengono α-actinina. Le fibrocellule hanno funzione biosintetica in quanto secernono collagene, elastina, GAG e proteoglicani; inoltre, producono fattori di crescita attraverso il RER molto sviluppato, a differenza di quello dello striato che è meno attivo metabolicamente. Quando la muscolatura liscia si contrae i nuclei assumono una caratteristica forma a cavatappi. I muscoli lisci hanno proprietà fisiologiche diverse nei vari organi. Le differenze riguardano sia il tipo di contrazione sia le modalità della diffusione dell'impulso. La muscolatura liscia si contrae più lentamente della muscolatura striata, ma è capace di mantenersi in uno stato di contrazione per periodi più lunghi. Dal punto di vista della modalità di diffusione dell'impulso la muscolatura liscia viene divisa in:

- MUSCOLATURA LISCIA MULTIUNITARIA, come la muscolatura vascolare, in cui ogni fibrocellula muscolare riceve una terminazione nervosa in modo che le cellule di una data area si contraggono contemporaneamente;

- MUSCOLATURA LISCIA UNITARIA, come la muscolatura viscerale, in cui solo poche cellule ricevono le terminazioni nervose e l'impulso contrattile e l'impulso contrattile si propaga alle cellule contigue mediante le GAP-JUNCTION.

Questo tipo di muscolatura può essere considerato un SINCIZIO ELETTRONICO.

In uno stato di riposo la miosina, in particolare la catena pesante è ripiegata su se stessa; ciò determina un ingombro sterico che impedisce lo scorrimento dell'actina sulla miosina. Quindi per fare si che avvenga la contrazione primariamente deve avvenire la linearizzazione della miosina. In seguito ad uno stimolo nervoso o ormonale, il Ca²⁺ entra nel citoplasma della cellula. Il Ca²⁺, nel citosol, si lega alla calmodulina. Il complesso Ca²⁺- calmodulina si lega ed attiva l'MLCK (chinasi della catena leggera della miosina). Questa chinasi inizia un lento processo di fosforilazione delle catene leggere che consente l'interazione tra actina e miosina e quindi l'attivazione dell'ATPasi che determina lo scorrimento dei miofilamenti. Quando lo stimolo nervoso cessa il Ca²⁺ viene esocitato all'esterno della cellula e immagazzinato nelle caveole, la calmodulina si inattiva, la chinasi si inattiva e le code della miosina si ripiegano su se stesse.

Tessuto muscolare striato cardiaco

Il MIOCARDIO presenta analogie e differenze con il muscolo scheletrico. La differenza maggiore è che il miocardio non è un sincizio polinucleato ma è costituito da cellule mononucleate di aspetto cilindrico, con nucleo centrale, dette CARDIOMIOCITI, che si ramificano alle estremità e si connettono fra loro per mezzo di dischi intercalari, che formano una rete tridimensionale. La cellula è striata trasversalmente e ha un'organizzazione sarcomerica simile alla fibra scheletrica, ma i fasci di miofilamenti non formano unità miofibrillari distinte. Il sarcoplasma è molto abbondante e frammisti ai sarcomeri e alle miofribrille ci sono molti mitocondri necessari per la produzione dell'elevata quantità di ATP richiesto per la contrazione (una volta al secondo). Tra i miofilamenti contrattili spessi e sottili vi sono filamenti intermedi di desmina che sono associati ai desmosomi nei dischi intercalari e che svolgono un ruolo strutturale. Dal punto di vista funzionale, un'altra differenza rispetto al muscolo scheletrico è che il miocardio è innervato dal SNA. Il miocardio ha però una CONTRAZIONE SPONTANEA e quindi l'innervazione autonoma è necessaria non per iniziare il battito cardiaco ma per modificarne la frequenza. Le cellule adiacenti sono unite da giunzioni GAP la cui funzione è quella di mediare la trasmissione dell'impulso elettrico da un elemento cellulare all'altro. La contrazione è potente e continua.

Come nel muscolo scheletrico, è presente il reticolo sarcoplasmatico e il sistema T che però è strutturalmente differente. Il reticolo non forma la guaina continua che avvolge la miofibrilla ma forma dei setti incompleti che ancorano il sarcoplasma in settori. I tubuli T sono più voluminosi e sono situati a livello della linea Z, anziché al confine tra banda A ed I come nello scheletrico. Non ci sono cisterne trasversali fenestrate e nemmeno cisterne terminali continue. Al posto delle cisterne terminali vi sono piccole espansioni terminali dei tubuli longitudinali che aderiscono alle membrane dei tubuli T: si formano le DIADI, costituite dal tubulo T e da una sola cisterna terminale (nello scheletrico si formano le TRIADI). Il Ca²⁺ viene assunto dallo spazio extracellulare mediante trasporto attivo (importato e poi buttato fuori), non essendoci cisterne.

I dischi intercalari sono zone di contatto e di adesione tra le estremità di cardiomiociti contigui. A livello del segmento trasversale del disco, le membrane plasmatiche delle due cellule appaiono come due linee parallele con un andamento ondulato, che contengono desmosomi a cui si legano i filamenti intermedi e una fascia aderente (che si estende a cintura come la zonula adherens delle cellule epiteliali) a cui si legano i miofilamenti sottili della banda I (disco Z).

A livello del segmento longitudinale del disco, ad intervalli irregolari, sono presenti giunzioni GAP che permettono la trasmissione dell'impulso elettrico tra cellule contigue facendo si che nel miocardio lo stimolo della contrazione sia un onda che parte dagli ATRI e arriva ai VENTRICOLI. Le giunzioni GAP rappresentano siti di bassa resistenza elettrica che permettono una rapida diffusione dell'impulso. Da questo punto di vista il miocardio si comporta come un sincizio funzionale.

Nel miocardio l'impulso ritmico insorge spontaneamente in cellule muscolari che compongono il SISTEMA DI CONDUZIONE DEL CUORE o MIOCARDIO SPECIFICO (il Pacemaker del cuore) e da questi si propaga fino ai cardiomiociti comuni o contrattili. Il tessuto di conduzione del cuore è costituito dal NODO SENO-ATRIALE (nell'atrio destro) da cui si genera spontaneamente e ritmicamente l'impulso elettrico per la contrazione del cuore. Da questo si propaga fino al NODO ATRIO-VENTRICOLARE e da qui al FASCIO ATRIOVENTRICOLARTE DI HIS che si divide in due rami, destro e sinistro, che si distribuiscono ai corrispettivi ventricoli. Questi rami si ramificano e formano le FIBRE DI PURKINJE che entrano in contatto con le cellule del miocardio comune o contrattile che trasmettono l'onda di contrazione all'intero tessuto muscolare per mezzo delle giunzioni GAP. Il cuore è innervato dal SISTEMA NERVOSO AUTONOMO PARASIMPATICO (nervo vago) e SIMPATICO.

Le FIBRE AUTONOME AMELINICHE si distribuiscono ai miociti del sistema di conduzione e ai miociti contrattili degli atri e dei ventricoli. Il SNA regola la frequenza del battito cardiaco modificandone il ritmo intrinseco che sorge dal tessuto di conduzione. (Il sistema parasimpatico lo rallenta, la liberazione di andrenalina dal simpatico lo accelera). Il miocardio svolge importanti funzioni endocrine.

Le cellule muscolari atriali sono più piccole delle cellule muscolari ventricolari e alcune hanno funzione esocrina, infatti rilasciano il fattore natridiuretico atriale (ANF) che svolge una funzione endocrina importante per il mantenimento dell'equilibrio idrosalino e quindi per la regolazione della pressione arteriosa. Il ANF è un ormone che viene rilasciato quando si ha un aumento del volume del sangue circolante che provoca una distensione degli atri. In circolo, ANF, si lega a recettori presenti nel rene e provoca vasodilatazione, aumento dell'eliminazione di Na⁺ e aumento della diuresi che causano una diminuzione del volume plasmatico e quindi una diminuzione della pressione arteriosa.

Tessuto muscolare scheletrico

È costituito da elementi di forma cilindrica detti FIBRE MUSCOLARI. La fibra muscolare origina nel corso dello sviluppo embrionale e fatale da un processo di fusione di cellule mononucleate, i MIOBLASTI, costituendo una massa citoplasmatica unica e polinucleata detta SINCIZIO. I vari muscoli scheletrici sono costituiti da un insieme di fasci di fibre muscolari associate tra loro per mezzo del tessuto connettivo. Ciascun muscolo è avvolto da una lamina connettivale, detta epimisio, che si continua con il tendine, tramite il quale si inserisce sull'osso e ne causa il movimento. Dall'epimisio di dipartono setti di connettivo interstiziale che formano il perimisio, il quale avvolge i singoli fasci di fibre muscolari. Infine, dal perimisio si distaccano dei setti di connettivo che formano l'endomisio, il quale avvolge ogni singola fibra muscolare. Il carattere distintivo della fibra muscolare è la presenza di una STRIATURA TRASVERSALE, dovuta all'alternanza regolare di bande rifrangenti e molto colorabili e di bande meno rifrangenti e meno colorabili. Inoltre, all'interno della fibra si evidenzia una STRIATURA LONGITUDINALE, dovuta alla presenza di sottili fibrille parallele disposte lungo l'asse longitudinale della fibra, dette MIOFIBRILLE, le quali presentano a loro volta una striatura trasversale.

Ogni fibra muscolare possiede una membrana plasmatica o sarcolemma che l'avvolge e che a sua volta è rivestita da una lamina basale. Gli interstizi tra le miofibrille sono occupati dal citoplasma, detto sarcoplasma che contiene numerosi apparati di Golgi, mitocondri, particelle di glicogeno, gocce lipidiche, il Reticolo Sarcoplasmatico (REL) e la mioglobina; quest'ultima è una proteina coniugata con il ferro, responsabile del colore rosso del muscolo, che ha la funzione di immagazzinare l'O₂ e di cederlo durante la contrazione muscolare. La fibra di per sé non è in grado di rinnovarsi e neanche di riparare eventuali perdite di tessuto. La riparazione del tessuto avviene, invece grazie alla presenza di cellule con capacità proliferativa e differenziativa, dette cellule satelliti, che sono cellule di tipo staminale, mononucleate, situate tra il sarcolemma e la lamina basale. In seguito ad una lesione, la cellula satellite è stimolata a replicarsi formando una progenie di cellule che possono intraprendere il processo differenziativo e che si fonderanno con le fibre preesistenti.

Se la fibra viene esaminata al microscopio a luce polarizzata le bande rifrangenti (scure) si dimostrano birifrangenti o anisotrope e quindi appaiono brillanti (BANDA A), mentre le bande poco colorabili (chiare) sono isotrope (BANDA I). Ogni banda A presenta una zona centrale più chiara, detta BANDA H, che è attraversata nel mezzo da una sottile LINEA M più scura. La banda I è divisa a metà da una linea scura trasversale detta LINEA Z. Ogni segmento di miofibrilla che si estende tra due linee Z è detto SARCOMERO che comprende una banda A completa e due emibande I. Il sarcomero è l'unità strutturale e funzionale del muscolo che si ripete periodicamente lungo tutta la miofibrilla.

Il sarcomero è formato da una serie ordinata di due tipi di miofilamenti:

Ø spessi, composti dalla proteina miosina,

Ø sottili composti dalla proteina actina.

I filamenti spessi occupano l'intera banda A, sono paralleli tra loro e sono più grossi nella parte centrale dove sono muniti di ponti trasversali che costituiscono la linea M. I filamenti sottili si estendono da ogni linea Z del sarcomero lungo la semibanda I e per un certo tratto penetrano nella banda A occupando gli interstizi tra i filamenti spessi. La banda H non è invasa dai filamenti sottili e quindi appare chiara.

Miofilamenti spessi

Sono costituiti principalmente da MIOSINA. Presentano un segmento centrale liscio e due porzioni periferiche provviste di brevi protrusioni laterali. Queste protrusioni trasversali corrispondono ai ponti trasversali che nel sarcomero collegano i filamenti spessi a quelli sottili. La miosina è una proteina filamentosa costituita da 2 catene pesanti e 4 catene leggere. Le catene pesanti formano una porzione allungata, detta coda, ed insieme alle catene leggere formano ad una estremità le teste. Nel microfilamento le molecole di miosina sono parallele tra loro e sono disposte con la coda verso il centro del filamento e la testa verso una o l'altra estremità del filamento stesso. Le teste connettono i filamenti spessi con quelli sottili. Le due metà del filamento spesso hanno polarità opposta, cioè le miosine di una metà hanno la testa rivolta verso un'estremità della banda A e quelle dell'altra metà verso l'estremità opposta. La linea M contiene strie trasversali di connessione tra i filamenti spessi e fornisce una superficie di ancoraggio per i miofilamenti spessi; quindi, come la linea Z, ha una funzione citoscheletrica, necessaria per mantenere in registro le miofibrille durante la contrazione. Questa sua funzione è dovuta alla presenza di diverse proteine accessorie: la proteina M, la miomesina, l'enzima creatin fosfato chinasi. La banda A contiene la proteina C che si lega ad una proteina sarcomerica, la titina; mentre la banda H contiene la proteina H.

Microfilamenti sottili

Sono costituiti dalla proteina ACTINA (α-actina) capace di legarsi alla miosina e a due proteine regolative, la tropomiosina e la troponina. Ogni microfilamento sottile è formato da due filamenti di F-actina avvolti ad elica l'uno su l'altro. Ogni filamento di F-actina è costituito dalla polimerizzazione di monomeri di G-actina. Nel muscolo esistono 4 tipi di actina (una nello scheletrico, una nel cardiaco e due nel liscio). Anche i filamenti di actina appartenenti alle due metà del sarcomero hanno polarità opposta.

La tropomiosina è una proteina bastoncellare che alloggia nella doccia compresa tra 2 filamenti appaiati di F-actina.

La troponina è una proteina globulare composta da 3 subunità, C, T, I. La subunità T è quella che si lega alla tropomiosina; la subunità C lega il Ca²⁺ e svolge un ruolo importante nell'innesco della contrazione; la subunità I è inibitoria in quanto in condizioni di riposo si pone in modo tale da bloccare il sito di legame sull'actina per le teste globulari della miosina.A livello della linea Z (da cui si estendono i microfilamenti sottili) ci sono i filamenti Z costituiti da α-actina, i quali collegano i MF sottili di un sarcomero con quelli del sarcomero adiacente, in questo modo quando un sarcomero si contrae si contraggono anche gli altri. Inoltre, nel sarcomero, sono presenti diverse proteine accessorie, senza le quali la contrazione non può avvenire. Si viene a creare un RETICOLO MOLECOLARE, cioè una struttura a gabbia costituita da proteine rigide ed elastiche necessaria per la corretta trasmissione delle forze di contrazione e per prevenire il più possibile traumi all'organizzazione delle miofibrille e al sarcomero. Tra le proteine accessorie ci sono:

- la TITINA: una grande fosfoproteina filamentosa tesa tra la linea Z e la linea M che si connette con l'adiacente titina che proviene dall'opposto emisarcomero (a livello della linea M). In questo modo crea una grande struttura filamentosa continua. Si lega: ai filamenti Z e alla telethonina nel disco Z, nella banda A alla coda della miosina ed alla proteina C, nella banda M alla titina adiacente ed alla miomesina;

- la NEBULINA: è una proteina filamentosa che prende inserzione sulla linea Z e decorre lungo il filamento sottile e svolge un ruolo nell'allineamento e nell'orientamento della F-actina;

- la DESMINA: lega tramite la plectrina la miofibrilla all'altezza del disco Z. Si associa anche alla alfa-b cristallina;

- la SINEMINA e la FILAMINA: si trovano alla periferia del disco Z e partecipano a formare il reticolo molecolare;

- la VIMENTINA: è presente solo durante lo sviluppo e la rigenerazione muscolare;

- la DISTROFINA è una proteina localizzata in prossimità della faccia citoplasmatica del sarcolemma che, da un lato si lega alla F-actina del MF sottili e dall'altro a recettori integrinici, detti distroglicani, che a loro volta si legano alle componenti della matrice extracellulare, laminina e proteoglicani. Questo complesso molecolare che lega la matrice extracellulare e la membrana plasmatica alla F-actina dei MF sottili è detto COSTAMERO.

Reticolo sarcoplasmatico

È formato da un sistema di cisterne delimitate da membrana che compongono una rete attorno a ciascuna miofibrilla. È formato da elementi longitudinali e trasversali.

I TUBULI LONGITUDINALI consistono in un sistema di tubuli paralleli tra loro ed orientati lungo l'asse del sarcomero che confluiscono nella regione della banda H in una cisterna fenestrata centrale e nella zona Z in due cisterne terminali. Tra le cisterne terminali si interpone un elemento tubulare trasversale, detto tubulo T.

Il tubulo T è un'invaginazione tubulare del sarcolemma che penetra profondamente all'interno della fibra muscolare ed è importante per la trasmissione dell'impulso nervoso all'interno della fibra. Il tubulo T forma con le due cisterne terminali la cosiddetta triade del reticolo (disposta tra la banda A e la banda I di ogni sarcomero). Le funzioni del reticolo sono regolate da proteine di membrana, intrinseche ed estrinseche.

Delle proteine intrinseche fanno parte: l'enzima ATPasi Ca²⁺ e Mg²⁺ dipendente che costituisce la pompa del Ca²⁺; il canale del rilascio del Ca²⁺ o recettore rianodinico che favorisce il rilascio di Ca²⁺. Inoltre, nella membrana del tubulo T è presente il recettore diidropiridinico, voltaggio-dipendente, deputato ad attivare il recettore rianodinico e quindi il rilascio di Ca²⁺ a seguito delle variazioni del potenziale di membrana indotte dallo stimolo nervoso.Tra le proteine estrinseche vi è una proteina presente nel lume delle cisterne, detta calsequestrina, che lega il Ca²⁺ e lo imprigiona.