MUSCOLARE, SISTEMA

MUSCOLARE, SISTEMA (XXIV, p. 89; App. II, 11, p. 371; III, 11, p. 178)

Le principali relativamente recenti acquisizioni riguardanti il s. m. (e principalmente quello striato scheletrico) riguardano i seguenti settori:1) La struttura ultramicroscopica e la composizione proteica dei sistemi contrattili lungo la scala zoologica con gli adattamenti morfofunzionali e biochimici dei vari tipi di fibre a seconda dell'analogia delle prestazioni; 2) La definizione di tipi diversi di fibre muscolari anche all'interno di singoli muscoli con prevalenza di uno o più tipi a seconda della prestazione funzionale globale del muscolo stesso; 3) La dimostrazione di una larga dipendenza di queste modulazioni fra le varie fibre anche in uno stesso muscolo e tra muscoli diversi dalla natura della connessione nervosa, cioè a seconda del tipo di azione neuromuscolare (emerge il concetto di "neuromione"); 4) La morfologia e la citofisiologia delle sinapsi neuromuscolari, anch'esse diverse da tipo di fibra a tipo di fibra; 5) Le implicazioni di quanto sopra nella fisiopatologia muscolare, sperimentale e spontanea nel campo delle miopatie umane e animali, in particolare per quanto riguarda la distinzione fra forme patologiche a patogenesi neurodipendente e non neurodipendente e per la rigenerazione delle fibre (ufficio delle "cellule satelliti").

1) Il tipo fondamentale di struttura miofibrillare striata, costituito da filamenti spessi e filamenti sottili regolarmente disposti, subisce, nella scala zoologica, variazioni notevoli pur rimanendo il tipo di schema strutturale sempre lo stesso (G. Lanzavecchia, 1968) e in modo sorprendente tra forme di animali molto diversi fra loro quali gl'Insetti, poniamo, e l'uomo, o anche tra i meno evoluti (per es. Celenterati) e assai evoluti (Mammiferi). Gli adattamenti strutturali sono sempre in rapporto a particolari adattamenti funzionali. Il caso più tipico è quello - molto studiato - del muscolo retrattore del bisso dei bivalvi, il quale, com'è noto, riesce ad avere una prestazione funzionale estremamente duratura con minimo dispendio energetico: ciò avviene perché in questo caso la contrazione è più simile a un rigor (come nel rigor cadaverico), avvenendo l'unione di miosina e actina anche a bassissime concentrazioni di ATP (che è il fornitore ubiquitario di energia); strutturalmente questo muscolo contiene miofilamenti spessi la cui parte centrale è costituita da un cilindro di una diversa proteina, la paramiosina, il quale cilindro è rivestito da molecole di vera miosina.

Quanto alle altre proteine implicate nella contrazione si può riassumere: a) che le due fondamentali proteine actina e miosina sono del tutto ubiquitarie, non solo fra i vari tipi di muscolo (liscio, striato, cardiaco), ma si trovano anche in molte altre cellule che non sono muscolari nelle quali servono o ai loro movimenti di spostamento o a quelli inerenti ai cangiamenti di forma, o alla secrezione, ecc. L'actina in particolare risulta strutturalmente la stessa per tutta la scala zoologica (M. Aloisi, 1975).

Nel corso dell'evoluzione si sono però differenziate altre proteine dei sistemi contrattili che operano come proteine regolatrici - insieme con lo ione calcio - delle sequenze di eventi che conducono alla contrazione in presenza di ATP. Tali proteine sono la tropomiosina e la troponina (quest'ultima legante il calcio) le quali a seconda della concentrazione di calcio nel loro ambiente subiscono modificazioni conformazionali tali da rendere scoperti o invece ricoprire i siti specifici della doppia elica di actina capaci di legarsi alla miosina (e determinare così lo scorrimento dei filamenti dell'una e dell'altra proteina, il quale è alla base dell'accorciamento [contrazione delle miofibrille]).

A queste evoluzioni strutturali-funzionali doveva corrispondere, naturalmente, un'analoga evoluzione del sistema di trasporto degli ioni calcio (Ca⁺⁺) dai loro depositi (reticolo sarcoplasmico) alle miofibrille e viceversa. E siccome presa e rilascio del Ca⁺⁺ devono essere sincroni con la frequenza della contrazione, comandata dal nervo, si è sempre più sviluppato, specie per le fibre più voluminose, un sistema canalicolare che trasmette le modificazioni di polarizzazione della membrana esterna per l'impulso nervoso, dentro la compagine delle fibre (sist. trasverso di tubuli o sistema T).

2) Le fibre muscolari dell'adulto, cioè differenziate, differiscono fra loro almeno secondo due tipi fondamentali: fibre rapide e fibre lente. Nelle prime ovviamente è più sviluppato il sistema sarcotubulare e hanno minor numero di mitocondri e meno mioglobina, servono alle prestazioni fasiche di tipo rapido e ciò corrisponde a un determinato tipo di frequenza di impulsi nervosi per ogni fase. Le fibre lente sono invece più ricche di mitocondri e di mioglobina e sono assai più abbondanti nei muscoli a funzione statica, posturale. La distribuzione dei due tipi fondamentali di fibre è a mosaico regolare nei vari muscoli prevalendo uno dei due tipi nei muscoli rapidi (e spesso "bianchi") e l'altro nei muscoli lenti (e spesso "rossi"). Ma il carattere bianco o rosso delle fibre e dei muscoli dipende in realtà dalle loro prestazioni metaboliche, prevalentemente glicolitiche nei rapidi e bianchi, prevalentemente ossidative nei lenti e rossi, con la differenza che si possono dare fibre (e muscoli) rapidi quanto a specifica funzione contrattile, ma obbligati a un lavoro continuo e sostenuto per il quale è necessario un sollecito rifornimento energetico: allora anch'essi si caricano di mitocondri e di mioglobina, sono cioè rapidi e rossi (per es. il muscolo pettorale di piccione, il massetere, anche in un certo senso il muscolo cardiaco). Tali differenziazioni fra le fibre possono essere bene seguite mediante le reazioni istochimiche per l'ATPasi miosinica, per la succinossidasi e la glicerofosfatodeidrogenasi mitocondriali, per il contenuto in glicogeno, in lipidi, ecc. (v. fig. 1) (D. Denny Brown, 1929; H.A. Padykula e G.F. Gauthier, 1963-1967).

3) Vi è una riprova sperimentale che queste varie modulazioni delle fibre muscolari scheletriche quali si verificano in tutta un'estesa serie di animali evoluti sia dipendente dall'essere l'unità motoria inscindibile nella sua parte nervosa (neurone motore) e nella sua parte effettrice muscolare (nell'uomo circa un centinaio di fibre muscolari). Operando un'innervazione crociata, cioè scambiando opportunamente i nervi di due muscoli, uno prevalentemente lento (e rosso) quale il soleo e un altro prevalentemente rapido (e bianco) quale l'estensore lungo delle dita dell'arto posteriore nel ratto, si ottiene una reinnervazione associata a quasi totale cambiamento della natura morfologica, biochimica, istochimica e fisiologica della compagine delle fibre (A.J. Buller e altri, 1960). In particolare si è visto che il controllo genetico sulla costituzione delle catene pesanti e leggere della molecola della miosina subisce modulazioni epigenetiche dipendenti dal nervo, cioè dal tipo di sequenze di impulsi (A. Margreth e altri, 1973).

4) Le acquisizioni sulla morfologia e le proprietà funzionali delle sinapsi muscolari, o placche motrici, concernono: a) le differenze morfologiche tra le sinapsi proprie dei muscoli (o fibre) lenti e tonici e quelle dei muscoli (o fibre) rapidi; b) le ultrastrutture che nella porzione pre-sinaptica o neurale (vescicole sinaptiche) e in quella post-sinaptica o muscolare (recettori) sono implicate nella neurotrasmissione; c) l'analisi quantitativa dei fenomeni fisico-chimici che caratterizzano la neurotrasmissione. In particolare è stato dimostrato che il mediatore (acetilcolina) si accumula nelle vescicole sinaptiche e che queste, per effetto dell'impulso assonico, si addossano alla membrana pre-sinaptica attraverso la quale si svuotano nella fessura sinaptica, liberando l'acetilcolina in entità discrete, o "quanta" (o treni molecolari di acetilcolina) secondo un ritmo corrispondente alla frequenza della stimolazione (B. Katz, v. in questa App.).

5) Tutte queste acquisizioni, e in particolare quella che la morfofisiologia e biochimica delle fibre muscolari largamente dipendono dalla connessione nervosa (nell'unità inscindibile del "neuromione") e dalla natura dell'unità motoria (tipo di neurone, rapido o lento, ecc.) hanno avuto e hanno grande importanza in patologia muscolare per l'interpretazione patogenetica delle diverse miopatie e per distinguere quali di queste siano conseguenza di primitive alterazioni nervose e quali invece siano una sofferenza primitiva (metabolica, per es.) delle fibre muscolari.

Anche il fenomeno molto importante in patologia, che è quello della possibile (e variamente attuabile) rigenerazione delle fibre muscolari dopo una loro distruzione, ha avuto notevoli chiarimenti con la scoperta (A. Mauro, 1961) dell'esistenza di cellule satelliti mononucleate e non differenziate adiacenti alla fibra, ma sotto la sua membrana basale. Il materiale mioblastico per la rigenerazione proviene dalla proliferazione di queste cellule, oltre che dalla segregazione di parti nucleate delle precedenti fibre. Si dice infatti che il muscolo cardiaco non è capace di rigenerare perché manca di cellule satelliti.

D'altra parte anche il numero delle cellule satelliti in uno stesso muscolo varia, essendovene di più nei muscoli lenti, più pronti a rigenerare. Ma nella denervazione, nell'ipertrofia da lavoro e in altre circostanze fisiopatologiche il numero delle cellule satelliti varia senza implicazione di una degenerazione della fibra.

Bibl.: D. Denny Brown, The histological feature of striped muscle in relation to its functional activity, in Proc. Roy. Soc., B, vol. 104 (1929), p. 371; A.J. Buller, J.C. Eccles, R.M. Eccles, Interactions between motoneurones and muscles in respect to the characteristic speeds of their responses, in J. Physiol. (Lond.), vol. 150 (1960), p. 417; A. Mauro, Satellite cells of skeletal muscle fibers, in J. Biophys. Biochem. Cytology, vol. 9 (1961), p. 493; B. Katz, The transmission of impulses from nerve to muscle, and the subcellular units of synaptic action, in Proc. Roy. Soc., B, vol. 155 (1962), p. 452; H.A. Padykula, G.F. Gauthier, Cytochemical studies of adenosine, triphosphatases in skeletal muscle fibers, in J. Cell Biol., vol. 18 (1963), p. 87; H.A. Padykula, G.F. Gauthier, Ultrastructure features of three fiber types in the rat diaphragm, in Anat. Rec., vol. 157 (1967), p. 296; H.A. Padykula, G. F. Gauthier, Morphological and cytochemical characteristics of fiber types in normal mammalian skeletal muscle, in Exploratory concepts in muscular dystrophy and related disorders, a cura di A.T. Milhorat, Amsterdam 1967, p. 117; G. Lanzavecchia, Studi sulla muscolatura elicoidale e paramiosinica. Nota I. Morfologia ultrastrutturale dei muscoli longitudinali di Lumbricus terrestris L., in Rend. Acc. Naz. Lincei, vol. 44 (1968), p. 32; Nota II. Meccanismo di contrazione dei muscoli elicoidali, ibid., p. 575; A. Margreth, G. Salviati, I. Mussini, Biochemical changes in slow muscle by reinnervation with fast nerve fibres, in Clinical studies in myology, a cura di B.A. Kakulas, part II, p. 337, Amsterdam 1973; M. Aloisi, L'evoluzione dei sistemi contrattili: microadattamenti biochimici e funzionali, Contributi del Centro linceo interdisciplinare di scienze matematiche e loro applicazioni, Accademia Naz. dei Lincei, n. 15, pp. 45-81.