Come vengono stimolati i muscoli scheletrici a contrarsi?

I muscoli scheletrici sono stimolati a contrarsi attraverso un processo noto come accoppiamento eccitazione-contrazione, ovvero una serie di eventi che collegano l'arrivo di un segnale elettrico alla giunzione neuromuscolare alla generazione di forza all'interno della fibra muscolare. Ecco una panoramica dei passaggi coinvolti:

1. Potenziale d'azione: Quando un motoneurone viene stimolato, genera un potenziale d'azione, ovvero un impulso elettrico che viaggia lungo il suo assone.

2. Giunzione neuromuscolare: Il potenziale d'azione raggiunge la giunzione neuromuscolare, che è la sinapsi tra il motoneurone e la fibra muscolare.

3. Rilascio di neurotrasmettitori: Alla giunzione neuromuscolare, il motoneurone rilascia un neurotrasmettitore chiamato acetilcolina (ACh) nella fessura sinaptica, lo spazio tra il neurone e la fibra muscolare.

4. Legame di ACh ai recettori: L'acetilcolina si lega a recettori specifici sulla membrana delle cellule muscolari, noti come recettori nicotinici dell'acetilcolina. Questo legame provoca l'apertura dei recettori e consente agli ioni sodio (Na+) di entrare nella cellula muscolare.

5. Depolarizzazione: L'afflusso di ioni sodio porta alla depolarizzazione della membrana cellulare muscolare, il che significa che l'interno della cellula diventa più positivo rispetto all'esterno.

6. Accoppiamento eccitazione-contrazione: La depolarizzazione della membrana cellulare muscolare innesca l'accoppiamento eccitazione-contrazione. Questo processo comporta il rilascio di ioni calcio (Ca2+) dal reticolo sarcoplasmatico, la riserva interna di calcio della cellula muscolare.

7. Legante del calcio: Gli ioni calcio si legano ai recettori sulla superficie del reticolo sarcoplasmatico, provocando cambiamenti conformazionali che determinano il rilascio di più ioni calcio nel citoplasma delle cellule muscolari.

8. Rilascio di calcio indotto dal calcio: Il rilascio iniziale di ioni calcio innesca un processo chiamato rilascio di calcio indotto dal calcio, in cui gli ioni calcio si legano ai recettori sulla superficie del reticolo sarcoplasmatico, portando al rilascio di ancora più ioni calcio, amplificando il segnale del calcio.

9. Calcio e troponina: L’aumento dei livelli di calcio nel citoplasma si lega a una proteina chiamata troponina, che fa parte del complesso troponina-tropomiosina. Questo legame provoca cambiamenti conformazionali che espongono i siti di legame della miosina sui filamenti di actina.

10. Formazione di ponti incrociati: I siti di legame della miosina esposti sui filamenti di actina consentono la formazione di ponti trasversali tra i filamenti spessi (miosina) e quelli sottili (actina) all'interno della cellula muscolare.

11. Contrazione muscolare: La formazione di ponti trasversali innesca il colpo di forza del ciclo di contrazione muscolare, dove le teste di miosina si legano ai filamenti di actina, ruotano e tirano i filamenti sottili verso il centro del sarcomero, l'unità base della contrazione muscolare. Questo scorrimento dei filamenti fa sì che il muscolo si accorci e generi forza.

La continua stimolazione del muscolo da parte del motoneurone e il successivo rilascio di ioni calcio mantengono la formazione dei ponti trasversali e lo scorrimento dei filamenti, con conseguente contrazione muscolare sostenuta. Quando il motoneurone smette di funzionare, gli ioni calcio vengono pompati nuovamente nel reticolo sarcoplasmatico, i ponti trasversali si staccano e il muscolo si rilassa.

Questa sequenza di eventi garantisce un controllo e una coordinazione precisi delle contrazioni dei muscoli scheletrici, consentendo vari movimenti e azioni del corpo umano.