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6: Il sistema muscolare scheletrico - Biologia

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6: Il sistema muscolare scheletrico

16.5 Sistema muscoloscheletrico

I sistemi muscolare e scheletrico forniscono supporto al corpo e consentono il movimento. Le ossa dello scheletro proteggono gli organi interni del corpo e sostengono il peso del corpo. I muscoli del sistema muscolare si contraggono e tirano le ossa, consentendo movimenti diversi come stare in piedi, camminare, correre e afferrare oggetti.

Lesioni o malattie che colpiscono il sistema muscolo-scheletrico possono essere molto debilitanti. Le malattie muscoloscheletriche più comuni in tutto il mondo sono causate dalla malnutrizione, che può influenzare negativamente lo sviluppo e il mantenimento di ossa e muscoli. Altre malattie colpiscono le articolazioni, come l'artrite, che può rendere difficoltoso il movimento e, nei casi avanzati, compromettere completamente la mobilità.

I progressi nella scienza della progettazione delle protesi hanno portato allo sviluppo di articolazioni artificiali, con la chirurgia sostitutiva articolare nelle anche e nelle ginocchia che è la più comune. Sono inoltre disponibili giunti di ricambio per spalle, gomiti e dita.

Sistema scheletrico

Lo scheletro umano è un endoscheletro che consiste di 206 ossa nell'adulto. Un endoscheletro si sviluppa all'interno del corpo piuttosto che all'esterno come l'esoscheletro degli insetti. Lo scheletro ha cinque funzioni principali: fornire supporto al corpo, immagazzinare minerali e lipidi, produrre cellule del sangue, proteggere gli organi interni e consentire il movimento. Il sistema scheletrico nei vertebrati è diviso in scheletro assiale (che consiste in cranio, colonna vertebrale e gabbia toracica) e scheletro appendicolare (che consiste in ossa degli arti, cingolo pettorale o scapolare e cintura pelvica).

Concetti in azione

Esplora lo scheletro umano guardando il seguente video con la scultura 3D digitale.

Lo scheletro assiale forma l'asse centrale del corpo e comprende le ossa del cranio, gli ossicini dell'orecchio medio, l'osso ioide della gola, la colonna vertebrale e la gabbia toracica (gabbia toracica) (Figura 16.15).

Le ossa del cranio sostengono le strutture del viso e proteggono il cervello. Il cranio è costituito da ossa craniche e ossa facciali. Le ossa craniche formano la cavità cranica, che racchiude il cervello e funge da sito di attacco per i muscoli della testa e del collo. Nell'adulto sono strettamente uniti al tessuto connettivo e le ossa adiacenti non si muovono.

Gli ossicini uditivi dell'orecchio medio trasmettono suoni dall'aria come vibrazioni alla coclea piena di liquido. Gli ossicini uditivi sono costituiti da due ossa del martello (martello), due ossa dell'incudine (incudine) e due staffe (staffe), una su ciascun lato. Le ossa facciali forniscono cavità per gli organi di senso (occhi, bocca e naso) e fungono da punti di attacco per i muscoli facciali.

L'osso ioide si trova sotto la mandibola nella parte anteriore del collo. Funge da base mobile per la lingua ed è collegata ai muscoli della mascella, della laringe e della lingua. La mandibola forma un'articolazione con la base del cranio. La mandibola controlla l'apertura della bocca e quindi le vie aeree e l'intestino.

La colonna vertebrale, o colonna vertebrale, circonda e protegge il midollo spinale, sostiene la testa e funge da punto di attacco per le costole e i muscoli della schiena e del collo. Consiste di 26 ossa: le 24 vertebre, il sacro e il coccige. Ogni corpo vertebrale ha un grande foro al centro attraverso il quale il midollo spinale scende fino al livello della prima vertebra lombare. Al di sotto di questo livello, il foro contiene i nervi spinali che escono tra le vertebre. C'è una tacca su ciascun lato del foro attraverso la quale i nervi spinali possono uscire dal midollo spinale per servire diverse regioni del corpo. La colonna vertebrale è di circa 70 cm (28 pollici) negli adulti ed è curva, che può essere vista da una vista laterale.

I dischi intervertebrali composti da cartilagine fibrosa si trovano tra le vertebre adiacenti dalla seconda vertebra cervicale al sacro. Ogni disco aiuta a formare un'articolazione leggermente mobile e funge da cuscino per assorbire gli urti da movimenti come camminare e correre.

La gabbia toracica, nota anche come gabbia toracica, è costituita dalle costole, dallo sterno, dalle vertebre toraciche e dalle cartilagini costali. La gabbia toracica racchiude e protegge gli organi della cavità toracica compresi cuore e polmoni. Fornisce inoltre supporto per i cingoli scapolari e gli arti superiori e funge da punto di attacco per il diaframma, i muscoli della schiena, il torace, il collo e le spalle. I cambiamenti nel volume del torace consentono la respirazione. Lo sterno, o sterno, è un lungo osso piatto situato nella parte anteriore del torace. Come il cranio, è formato da molte ossa nell'embrione, che si fondono nell'adulto. Le costole sono 12 paia di lunghe ossa ricurve che si attaccano alle vertebre toraciche e si curvano verso la parte anteriore del corpo, formando la gabbia toracica. Le cartilagini costali collegano le estremità anteriori della maggior parte delle costole allo sterno.

Lo scheletro appendicolare è composto dalle ossa degli arti superiori e inferiori. Comprende anche il cingolo pettorale o scapolare, che unisce gli arti superiori al corpo, e il cingolo pelvico, che unisce gli arti inferiori al corpo (Figura 16.15).

Le ossa del cingolo pettorale trasferiscono al torace la forza generata dai muscoli che agiscono sull'arto superiore. Consiste delle clavicole (o clavicole) nella parte anteriore e delle scapole (o scapole) nella parte posteriore.

L'arto superiore contiene le ossa del braccio (dalla spalla al gomito), l'avambraccio e la mano. L'omero è l'osso più grande e più lungo dell'arto superiore. Forma un'articolazione con la spalla e con l'avambraccio al gomito. L'avambraccio si estende dal gomito al polso ed è costituito da due ossa. La mano comprende le ossa del polso, il palmo e le ossa delle dita.

La cintura pelvica si attacca agli arti inferiori dello scheletro assiale. Poiché è responsabile di sostenere il peso del corpo e della locomozione, la cintura pelvica è saldamente attaccata allo scheletro assiale da forti legamenti. Ha anche prese profonde con legamenti robusti che si attaccano saldamente al femore. La cintura pelvica è composta principalmente da due grandi ossa dell'anca. Le ossa dell'anca si uniscono nella parte anteriore del corpo in un'articolazione chiamata sinfisi pubica e con le ossa del sacro nella parte posteriore del corpo.

L'arto inferiore è costituito dalla coscia, dalla gamba e dal piede. Le ossa degli arti inferiori sono più spesse e più forti delle ossa degli arti superiori per sostenere l'intero peso del corpo e le forze della locomozione. Il femore, o femore, è l'osso più lungo, più pesante e più forte del corpo. Il femore e il bacino formano l'articolazione dell'anca. All'altra estremità, il femore, insieme alla tibia e alla rotula, forma l'articolazione del ginocchio.

Articolazioni e movimento scheletrico

Il punto in cui due o più ossa si incontrano è chiamato articolazione o articolazione. Le articolazioni sono responsabili del movimento, come il movimento degli arti, e della stabilità, come la stabilità che si trova nelle ossa del cranio.

Esistono due modi per classificare i giunti: in base alla loro struttura o in base alla loro funzione. La classificazione strutturale divide le articolazioni in articolazioni fibrose, cartilaginee e sinoviali a seconda del materiale che compone l'articolazione e della presenza o assenza di una cavità nell'articolazione. Le ossa delle articolazioni fibrose sono tenute insieme da tessuto connettivo fibroso. Non c'è cavità o spazio presente tra le ossa, quindi la maggior parte delle articolazioni fibrose non si muove affatto o è in grado di compiere solo movimenti minori. Le articolazioni tra le ossa del cranio e tra i denti e l'osso dei loro alveoli sono esempi di articolazioni fibrose (Figura 16.16un).

Le articolazioni cartilaginee sono articolazioni in cui le ossa sono collegate da cartilagine (Figura 16.16B). Un esempio si trova alle giunture tra le vertebre, i cosiddetti “dischi” della spina dorsale. Le articolazioni cartilaginee consentono pochissimi movimenti.

Le articolazioni sinoviali sono le uniche articolazioni che hanno uno spazio tra le ossa adiacenti (Figura 16.16C). Questo spazio è indicato come cavità articolare ed è riempito di fluido. Il fluido lubrifica l'articolazione, riducendo l'attrito tra le ossa e consentendo un maggiore movimento. Le estremità delle ossa sono ricoperte di cartilagine e l'intera articolazione è circondata da una capsula. Le articolazioni sinoviali sono capaci del massimo movimento dei tipi di articolazioni. Ginocchia, gomiti e spalle sono esempi di articolazioni sinoviali.

L'ampia gamma di movimenti consentita dalle articolazioni sinoviali produce diversi tipi di movimenti. I movimenti angolari si producono quando cambia l'angolo tra le ossa di un'articolazione. La flessione, o flessione, si verifica quando l'angolo tra le ossa diminuisce. Spostare l'avambraccio verso l'alto al gomito è un esempio di flessione. L'estensione è l'opposto della flessione in quanto l'angolo tra le ossa di un'articolazione aumenta. Il movimento rotatorio è il movimento di un osso mentre ruota attorno al proprio asse longitudinale. Il movimento della testa come nel dire "no" è un esempio di rotazione.

Connessione di carriera

Reumatologo

I reumatologi sono medici specializzati nella diagnosi e nel trattamento dei disturbi delle articolazioni, dei muscoli e delle ossa. Diagnosticano e trattano malattie come l'artrite, i disturbi muscoloscheletrici, l'osteoporosi, oltre a malattie autoimmuni come la spondilite anchilosante, una malattia infiammatoria spinale cronica e l'artrite reumatoide.

L'artrite reumatoide (RA) è una malattia infiammatoria che colpisce principalmente le articolazioni sinoviali delle mani, dei piedi e del rachide cervicale. Le articolazioni colpite diventano gonfie, rigide e dolorose. Sebbene sia noto che l'AR è una malattia autoimmune in cui il sistema immunitario del corpo attacca erroneamente i tessuti sani, la causa esatta dell'AR rimane sconosciuta. Le cellule immunitarie del sangue entrano nelle articolazioni e nella capsula articolare causando la rottura della cartilagine e il gonfiore del rivestimento articolare. La rottura della cartilagine fa sfregare le ossa l'una contro l'altra causando dolore. L'AR è più comune nelle donne rispetto agli uomini e l'età di esordio è generalmente compresa tra 40 e 50 anni.

I reumatologi possono diagnosticare l'artrite reumatoide sulla base di sintomi come infiammazione e dolore articolare, imaging a raggi X e risonanza magnetica ed esami del sangue. L'artrografia è un tipo di imaging medico delle articolazioni che utilizza un agente di contrasto, come un colorante opaco ai raggi X. Ciò consente di visualizzare le strutture dei tessuti molli delle articolazioni, come cartilagine, tendini e legamenti. Un artrogramma differisce da una normale radiografia perché mostra la superficie dei tessuti molli che rivestono l'articolazione oltre alle ossa articolari. Un artrogramma consente di rilevare i primi cambiamenti degenerativi nella cartilagine articolare prima che le ossa vengano colpite.

Al momento non esiste una cura per l'AR, tuttavia, i reumatologi hanno a disposizione una serie di opzioni di trattamento. I trattamenti si dividono in quelli che riducono i sintomi della malattia e quelli che riducono i danni alle ossa e alla cartilagine causati dalla malattia. Le prime fasi possono essere trattate con il resto delle articolazioni colpite attraverso l'uso di un bastone o con stecche articolari che riducono al minimo l'infiammazione. Quando l'infiammazione è diminuita, l'esercizio può essere utilizzato per rafforzare i muscoli che circondano l'articolazione e per mantenere la flessibilità articolare. Se il danno articolare è più esteso, è possibile utilizzare farmaci per alleviare il dolore e ridurre l'infiammazione. I farmaci antinfiammatori che possono essere utilizzati includono l'aspirina, gli antidolorifici topici e le iniezioni di corticosteroidi. La chirurgia può essere necessaria nei casi in cui il danno articolare è grave. I medici stanno ora utilizzando farmaci che riducono i danni alle ossa e alla cartilagine causati dalla malattia per rallentarne lo sviluppo. Questi farmaci sono diversi nei loro meccanismi ma agiscono tutti per ridurre l'impatto della risposta autoimmune, ad esempio inibendo la risposta infiammatoria o riducendo il numero di linfociti T, una cellula del sistema immunitario.

Muscoli

I muscoli consentono il movimento come camminare e facilitano anche i processi corporei come la respirazione e la digestione. Il corpo contiene tre tipi di tessuto muscolare: muscolo scheletrico, muscolo cardiaco e muscolo liscio (Figura 16.17).

Il tessuto muscolare scheletrico forma i muscoli scheletrici, che si attaccano alle ossa e talvolta alla pelle e controllano la locomozione e qualsiasi altro movimento che può essere controllato consapevolmente. Poiché può essere controllato intenzionalmente, il muscolo scheletrico è anche chiamato muscolo volontario. Se osservato al microscopio, il tessuto muscolare scheletrico ha un aspetto striato o striato. Questo aspetto deriva dalla disposizione delle proteine ​​all'interno della cellula che sono responsabili della contrazione. Le cellule del muscolo scheletrico sono lunghe e affusolate e hanno più nuclei alla periferia di ciascuna cellula.

Il tessuto muscolare liscio si trova nelle pareti degli organi cavi come l'intestino, lo stomaco e la vescica urinaria e intorno ai passaggi come nel tratto respiratorio e nei vasi sanguigni. Il muscolo liscio non ha striature, non è sotto controllo volontario ed è chiamato muscolo involontario. Le cellule muscolari lisce hanno un singolo nucleo.

Il tessuto muscolare cardiaco si trova solo nel cuore. Le contrazioni del tessuto muscolare cardiaco pompano il sangue in tutto il corpo e mantengono la pressione sanguigna. Come il muscolo scheletrico, il muscolo cardiaco è striato, ma a differenza del muscolo scheletrico, il muscolo cardiaco non può essere controllato consapevolmente ed è chiamato muscolo involontario. Le cellule del tessuto muscolare cardiaco sono collegate tra loro tramite dischi intercalati e di solito hanno un solo nucleo per cellula.

Struttura e funzione della fibra muscolare scheletrica

Ogni fibra muscolare scheletrica è una cellula muscolare scheletrica. All'interno di ogni fibra muscolare ci sono le miofibrille, lunghe strutture cilindriche che giacciono parallele alla fibra muscolare. Le miofibrille percorrono l'intera lunghezza della fibra muscolare. Si attaccano alla membrana plasmatica, chiamata sarcolemma, alle loro estremità, così che quando le miofibrille si accorciano, l'intera cellula muscolare si contrae (Figura 16.18).

L'aspetto striato del tessuto muscolare scheletrico è il risultato della ripetizione di bande delle proteine ​​actina e miosina che si verificano lungo la lunghezza delle miofibrille.

Le miofibrille sono composte da strutture più piccole chiamate miofilamenti. Esistono due tipi principali di miofilamenti: filamenti spessi e filamenti sottili. I filamenti spessi sono composti dalla proteina miosina. Il componente principale dei filamenti sottili è la proteina actina.

I filamenti spessi e sottili si alternano tra loro in una struttura chiamata sarcomero. Il sarcomero è l'unità di contrazione in una cellula muscolare. La contrazione è stimolata da un segnale elettrochimico proveniente da una cellula nervosa associata alla fibra muscolare. Perché una cellula muscolare si contragga, il sarcomero deve accorciarsi. Tuttavia, i filamenti spessi e sottili non si accorciano. Invece, scivolano l'uno sull'altro, provocando l'accorciamento del sarcomero mentre i filamenti rimangono della stessa lunghezza. Lo scorrimento si realizza quando un prolungamento molecolare della miosina, chiamato capo della miosina, si lega temporaneamente ad un filamento di actina ad esso adiacente e attraverso un cambiamento di conformazione, si piega, trascinando i due filamenti in direzioni opposte. La testa della miosina rilascia quindi il suo filamento di actina, si rilassa e quindi ripete il processo, trascinando i due filamenti l'uno sull'altro. L'attività combinata di molti siti di legame e movimenti ripetuti all'interno del sarcomero ne provoca la contrazione. Le contrazioni coordinate di molti sarcomeri in una miofibrilla portano alla contrazione dell'intera cellula muscolare e infine del muscolo stesso. Il movimento della testa della miosina richiede ATP, che fornisce l'energia per la contrazione.


Funzione del sistema muscolare

Movimento

La funzione più ovvia del sistema muscolare è il movimento. Gli organismi hanno adottato una varietà di metodi per utilizzare la funzione contrattile del sistema muscolare per muoversi nell'ambiente. I movimenti più basilari del pesce includono la contrazione dei muscoli sui lati opposti del corpo in successione. Questa azione li spinge attraverso l'acqua.

Circolazione

La seconda e meno ovvia funzione del sistema muscolare è quella di favorire la circolazione. I tessuti muscolari viscerali e cardiaci circondano i vasi sanguigni e i vasi linfatici che trasportano nutrienti e ossigeno cruciali alle cellule del corpo. Il muscolo cardiaco costituisce il cuore e fornisce la forza principale per il sangue che viaggia attraverso il corpo.

Grandi arterie e vene hanno muscoli associati che possono contrarsi o rilassarsi per controllare la pressione sanguigna. Le azioni dei grandi muscoli scheletrici aiutano anche a pompare il sangue e il fluido linfatico in tutto il corpo. Mentre ti alleni e contrai muscoli grandi e piccoli, spingono i vasi da parte, il che funziona come una pompa per spostare i fluidi intorno al corpo.

Digestione

Proprio come la sua capacità di spostare i fluidi attraverso i vasi del sistema circolatorio, il sistema muscolare aiuta anche a spostare il cibo attraverso il sistema digestivo. La maggior parte degli organi digestivi è circondata da tessuto muscolare liscio. Sebbene il tessuto non possa essere contratto volontariamente come i muscoli scheletrici, è controllato inconsciamente. Quando il cibo deve essere spostato attraverso l'intestino, i muscoli si contraggono in modo sincronizzato in un'onda attraverso il sistema digestivo. Queste contrazioni muscolari ondulate sono chiamate peristalsi.


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