Un muscolo scheletrico è l’organo complesso che contiene fibre muscolari (cellule muscolari), tessuto connettivo, vasi sanguigni che vascolarizzano le fibre e nervi che ne controllano le contrazioni.
Un fascicolo muscolare è un fascio di fibre muscolari. I fascicoli sono separati tra loro da uno strato fibroso detto perimisio, costituto da fibre di collagene e fibre elastiche, che contiene i vasi sanguigni ed i nervi che mantengono il flusso sanguigno e innervano le fibre muscolari. I muscoli scheletrici sono formati da tre diversi tipi di fibre: le fibre rapide, le fibre lente e le fibre intermedie. La maggior parte delle fibre muscolari scheletriche del corpo umano sono chiamate fibre rapide in quanto, se stimolate, possono raggiungere un picco massimo di tensione anche in meno di 0,01 secondi. Le fibre rapide hanno un diametro elevato e contengono miofibrille (fasci di filamenti proteici contenuti nella fibra muscolare) fittamente stipate, grandi riserve energetiche di glicogeno ed un numero relativamente basso di mitocondri a cui è affidata la funzione metabolica. La tensione prodotta da un a fibra muscolare è direttamente proporzionale al numero delle sue miofibrille ed è quindi per questo motivo che i muscoli ricchi di fibre rapide producono contrazioni molto potenti. Di contro, le fibre rapide si affaticano altrettanto rapidamente poiché la loro contrazione utilizza una quantità di energia (ATP – Adenosina trifosfato) molto alta che il numero esiguo di mitocondri non è in grado di recuperare velocemente. Le fibre lente hanno un diametro pari a circa la metà di quello delle fibre rapide e raggiungono il picco massimo di tensione in un tempo tre volte superiore.
Le fibre lente sono specializzate nel continuare a contrarsi per un tempo molto prolungato, quando ormai le fibre rapide sono affaticate. Le fibre lente sono circondate da una rete di capillari molto più estesa rispetto a quella che interessa le fibre rapide, di conseguenza hanno a disposizione una quantità molto superiore di ossigeno in grado di sostenere l’attività dei mitocondri.
Le fibre lente, inoltre, sono ricche di un pigmento rosso chiamato mioglobina, una proteina globulare collegata strutturalmente all’emoglobina, il pigmento che trasporta l’ossigeno nel sangue. Sia la mioglobina che l’emoglobina legano in modo reversibile le molecole di ossigeno. La mioglobina è più abbondante nelle fibre lente, quindi, a riposo, queste contengono maggiori riserve di ossigeno che possono essere mobilizzate durante le contrazione. Proprio per l’elevato numero di capillari associati e per l’alta concentrazione di mioglobina, i muscoli costituiti principalmente da fibre lente, hanno una colorazione rosso scura. Le fibre intermedie rappresentano il terzo tipo di fibra muscolare presente nel corpo umano. Sono molto simili alle fibre rapide avendo un basso contenuto di mioglobina ed un aspetto relativamente pallido. Sono circondate da un sistema capillare maggiormente sviluppato e, nel complesso, sono più resistenti alla fatica rispetto alle fibre rapide.
La quantità dei tre tipi di fibre è molto variabile all’interno dei muscoli scheletrici. La maggior parte dei muscoli contengono tutti e tre i tipi di fibre muscolari e quindi la colorazione che questi assumono è tendente al rosa. Alcuni tipi di muscoli che devono essere in grado di contrarsi velocemente, ma per tempi molto brevi, come i muscoli dell’occhio o della mano, non contengono fibre lente. I muscoli del dorso o del polpaccio sono formati invece quasi esclusivamente da fibre lente; le fibre di questi muscoli, infatti, sono quasi perennemente in contrazione in quanto deputate al mantenimento della stazione eretta. Il rapporto tra fibre lente e rapide di un muscolo è stabilito geneticamente; quello invece tra fibre intermedie e rapide può aumentare con l’allenamento. Se ad esempio un muscolo viene allenato ripetutamente per gare di resistenza, una percentuale di fibre rapide può sviluppare aspetto e capacità funzionali proprie delle fibre intermedie.
La forza muscolare ed il grado di movimento sono influenzati dall’organizzazione dei fascicoli muscolari e dal sistema di leve ad essa applicato.
In un muscolo parallelo, come il bicipite brachiale, i fascicoli sono paralleli all’asse longitudinale del muscolo. La maggior parte dei muscoli scheletrici del corpo presenta questa disposizione. Alcuni muscoli hanno la forma di una lamina piatta con un ampio tendine appiattito (aponeurosi) a ciascuna estremità; altri hanno una forma fusiforme o cilindrica e sono dotati di tendini alle estremità. In questi casi il muscolo è dotato di un corpo centrale o ventre muscolare. La fibra di un muscolo scheletrico, contraendosi, può ridurre la sua lunghezza del 30%. Poiché le fibre di un muscolo parallelo sono disposte parallelamente all’asse longitudinale del muscolo, quando le fibre si contraggono contemporaneamente l’intero muscolo si accorcerà del 30%. La tensione sviluppata durante questa contrazione dipende dal numero totale delle miofibrille che il muscolo contiene.
In un muscolo convergente, come il grande pettorale, i fascicoli muscolari convergono a ventaglio da un’origine allargata ad un’inserzione comune molto più ristretta. Un muscolo convergente è molto versatile poiché la stimolazione parziale delle sue differenti porzioni può modificare la direzione della trazione. Tuttavia, quando l’intero muscolo si contrae, la forza complessiva esercitata dalle fibre sull’inserzione è minore di quella esercitata da un muscolo parallelo delle stesse dimensioni.
In un muscolo pennato i fascicoli formano con il tendine un angolo acuto. A causa della trazione obliqua i muscoli pennati, contraendosi, non muovono i tendini nella stessa misura di un muscolo parallelo. Tuttavia un muscolo pennato contiene più fibre muscolari, di conseguenza più miofibrille, di un muscolo parallelo delle stesse dimensioni, generando, perciò, una maggiore trazione. Si conoscono tre tipi di muscoli pennati; in un muscolo unipennato (es. muscolo estensore delle dita) tutte le fibre si trovano sullo stesso lato del tendine, in un muscolo bipennato (es. muscolo retto femorale) le fibre si trovano su entrambi i lati del tendine, in un muscolo multipennato (es. muscolo deltoide) il tendine si ramifica in ogni fascio di cui è composto il muscolo. In un muscolo circolare, orbicolare o sfintere, i fascicoli di fibre sono disposti concentricamente attorno ad un condotto, un canale o un’apertura. Quando il muscolo si contrae il diametro dell’apertura diminuisce.
La forza, la velocità o la direzione del movimento prodotto dalla contrazione muscolare possono essere modificate quando il muscolo è applicato ad una leva. Questa è una struttura rigida, come un’asse di legno o un piede di porco, che ruota attorno ad un punto fisso chiamato fulcro e viene usata per sollevare o forzare qualcosa. Il movimento della leva avviene quando la forza applicata (potenza) ad una estremità è sufficiente a superare la resistenza generata dall’oggetto posto all’estremità opposta nel movimento. Nel corpo umano ciascun osso è paragonabile ad una leva ed ogni articolazione ad un fulcro. I muscoli, in questo caso, forniscono la forza applicata.
Nella leva di primo genere il fulcro (F) si trova tra la potenza applicata (P) ed il peso (o resistenza - R), un po’ come avviene nelle altalene; l’equilibrio dipende dall’intensità delle forze applicate e dalla loro distanza dal fulcro. Nel corpo umano gli esempi di leve di primo genere sono pochi ed il più rappresentativo è sicuramente l’articolazione atlanto-occipitale del collo.
Nella leva di secondo genere il peso è localizzato tra la forza applicata ed il fulcro. La carriola è il classico esempio di leva di secondo genere. Poiché la forza è applicata a una distanza maggiore dal fulcro rispetto al peso, è sufficiente un piccolo sforzo per muovere o sollevare pesi anche molto consistenti sebbene lentamente e per piccole distanze. In questo caso, quindi, l’efficienza della leva aumenta a spese però della velocità e del’estensione del movimento.
Nelle leve di terzo genere, le più comuni nel corpo umano, la forza è applicata tra il peso ed il fulcro. Rispetto a quelle di secondo genere la velocità e l’estensione del movimento aumentano a scapito, però, della forza applicata. Consideriamo come esempio il sollevamento di un peso, con una mano. Il peso, in questo caso, è sei volte più lontano rispetto al punto in cui viene applicata la forza (bicipite brachiale) il muscolo dovrà generare una forza di 60 kg sull’avambraccio per sollevare un peso di 10 kg sulla mano. Tuttavia sia l’estensione che la velocità del movimento prodotto aumentano dello stesso rapporto di 6:1. Il peso, infatti, può essere spostato di 45 cm quando il punto in cui viene applicata la forza si sposta solo di 7,5 cm.
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