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Copyright © 2006 Zanichelli editore Capitolo 25 I sistemi scheletrico e muscolare.

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1 Copyright © 2006 Zanichelli editore Capitolo 25 I sistemi scheletrico e muscolare

2 Copyright © 2006 Zanichelli editore Mobilità e locomozione 25.1 Gli animali hanno evoluto modalità di locomozione molto diversificate Lo spostamento attivo da un luogo a un altro è detto locomozione. Qualsiasi forma di locomozione richiede una spesa energetica da parte dellanimale che deve vincere due forze che tendono a frenarlo: lattrito e la gravità.

3 Copyright © 2006 Zanichelli editore Il nuoto Gli animali che nuotano sono sostenuti dallacqua ma devono vincere lattrito, perché lacqua è densa e oppone una notevole resistenza a un corpo che si sposta al suo interno. Figura 25.1A

4 Copyright © 2006 Zanichelli editore La locomozione terrestre Nella locomozione sulla terraferma, laria oppone una resistenza molto bassa agli spostamenti, ma offre scarso sostegno al corpo dellanimale, che deve quindi provvedere da solo a sostenere sé stesso. Figura 25.1B, C

5 Copyright © 2006 Zanichelli editore Muscolo longitudinale rilassato (disteso) Muscolo circolare contratto Muscolo circolare rilassato Muscolo longitudinale contratto Capo Setole Figura 25.1D Gli animali che strisciano devono vincere la forte resistenza che lattrito oppone al loro movimento. Alcuni animali si muovono con moto ondulatorio laterale. Altri animali si muovono grazie a movimenti peristaltici prodotti da onde ritmiche di contrazioni muscolari.

6 Copyright © 2006 Zanichelli editore Il volo Tutti i tipi di ali hanno forme aerodinamiche, hanno cioè una forma in grado di modificare le correnti dellaria in modo da generare una spinta verso lalto. Forma aerodinamica Figura 25.1E

7 Copyright © 2006 Zanichelli editore Il sostegno scheletrico 25.2 Lo scheletro ha funzioni di supporto, mobilità e protezione Uno scheletro svolge molte funzioni: sostiene il corpo; permette il movimento; protegge le parti molli degli animali (gli organi interni).

8 Copyright © 2006 Zanichelli editore Lidroscheletro Lidroscheletro, o scheletro idrostatico, è costituito da un liquido mantenuto sotto pressione allinterno di un compartimento chiuso del corpo. I lombrichi e gli cnidari (come lidra) hanno uno scheletro idrostatico. Figura 25.2A

9 Copyright © 2006 Zanichelli editore Lesoscheletro Una grande varietà di animali acquatici e terrestri ha uno scheletro rigido esterno, detto esoscheletro. Lesoscheletro è presente negli insetti e in altri artropodi. Figura 25.2B

10 Copyright © 2006 Zanichelli editore Conchiglia (un esoscheletro) Mantello Figura 25.2C Anche le conchiglie dei molluschi sono esoscheletri.

11 Copyright © 2006 Zanichelli editore Lendoscheletro Lendoscheletro è un terzo tipo di scheletro formato da elementi di supporto rigidi o coriacei che si trovano tra i tessuti molli dellanimale. I ricci marini possiedono un endoscheletro formato da dure piastre sottocutanee, a cui sono attaccati aculei mobili. Figura 25.2D

12 Copyright © 2006 Zanichelli editore Figura 25.2E Lendoscheletro dei vertebrati è formato da cartilagine o da una combinazione di cartilagine e osso.

13 Copyright © 2006 Zanichelli editore 25.3 Lo scheletro umano è una variante particolare di un modello ancestrale Tutti i vertebrati hanno uno scheletro assile che sostiene lasse, o tronco, del corpo. Lo scheletro assile comprende: il cranio, la colonna vertebrale e una casa toracica. La maggior parte dei vertebrati possiede inoltre delle appendici (braccia, gambe, ali, pinne) sostenute da uno scheletro appendicolare.

14 Copyright © 2006 Zanichelli editore Lo scheletro umano: Cinto scapolare Cranio Alcuni tipi di articolazioni Clavicola Scapola Sterno Costola Omero Vertebra Radio Ulna Cinto pelvico Carpo Falangi Metacarpo Femore Rotula Tibia Perone Tarso Metatarso Falangi Figura 25.3A

15 Copyright © 2006 Zanichelli editore Essere umano (bipede) Babbuino (quadrupede) Figura 25.3B I nostri antenati primitivi erano dei quadrupedi e, di conseguenza, quasi tutte le parti dello scheletro sono cambiate drasticamente durante levoluzione, fino a consentire la postura eretta e il bipedismo.

16 Copyright © 2006 Zanichelli editore 123 Enartrosi (spalla)Articolazione a cerniera (gomito) Articolazione a perno (gomito) Testa dellomero Scapola Ulna Omero Ulna Radio Figura 25.3C La versatilità dello scheletro dei vertebrati è in gran parte dovuta alla presenza di articolazioni mobili, mentre dei forti cordoni di tessuto connettivo, i legamenti, tengono insieme le ossa e le loro articolazioni.

17 Copyright © 2006 Zanichelli editore 25.4 Le ossa sono organi vivi e complessi Le ossa sono organi complessi, contenenti diversi tipi di tessuti vivi e abbondantemente irrorati di sangue. A entrambe le estremità dellosso, il tessuto connettivo è sostituito da uno strato di cartilagine, che forma una specie di cuscinetto a livello delle articolazioni. Losso stesso contiene cellule vive che producono il materiale di cui sono circondate, chiamato matrice ossea.

18 Copyright © 2006 Zanichelli editore Cartilagine Vasi sanguigni Tessuto connettivo fibroso Midollo osseo giallo Cavità centrale Tessuto osseo compatto Tessuto osseo spugnoso (contiene il midollo osseo rosso) Cartilagine Figura 25.4 La matrice ossea è composta da fibre flessibili di collagene immerse in una struttura rigida di sali di calcio.

19 Copyright © 2006 Zanichelli editore Le ossa lunghe, come lomero, sono attraversate da una cavità centrale contenente il midollo osseo giallo, costituito principalmente da grasso trasportato dal sangue e immagazzinato allinterno delle ossa. Le estremità, o teste, dellosso possiedono uno strato interno di osso spugnoso con una struttura ad alveare con minuscole cavità che contengono il midollo osseo rosso, un tessuto specializzato nella produzione delle cellule del sangue.

20 Copyright © 2006 Zanichelli editore COLLEGAMENTI 25.5 Fratture e patologie delle ossa Il sistema scheletrico sopporta fino a un certo punto le sollecitazioni: se la forza applicata supera la sua capacità elastica, si verifica una frattura. Le ossa umane sono costituite da tessuti vivi e dinamici che si rinnovano continuamente in un processo di destrutturazione e ricostruzione che funziona piuttosto bene anche per la guarigione delle fratture.

21 Copyright © 2006 Zanichelli editore Nel caso di fratture, la prima operazione medica da eseguire è rimettere nella sede naturale le ossa eventualmente andate fuori sede e quindi immobilizzarle. Figura 25.5A

22 Copyright © 2006 Zanichelli editore Figura 25.5B In alcuni casi, le ossa gravemente danneggiate o difettose che non possono essere riparate, possono essere sostituite da protesi artificiali fatte di leghe di cobalto o di titanio.

23 Copyright © 2006 Zanichelli editore Il rischio di fratture ossee aumenta in caso di porosità e debolezza ossea. Losteoporosi è una malattia caratterizzata da massa ossea ridotta e deterioramento strutturale del tessuto osseo. Colonizzata SEM 50 Figura 25.5C

24 Copyright © 2006 Zanichelli editore Contrazione muscolare e movimento 25.6 Lo scheletro e i muscoli interagiscono per produrre i movimenti del corpo Muovere un braccio in direzioni opposte è possibile grazie alla presenza di coppie di muscoli antagonisti che si inseriscono sulle ossa e che svolgono funzioni opposte. Bicipite contratto, tricipite rilassato (disteso) Tricipite contratto, bicipite rilassato Bicipite Tricipite Bicipite Tendine Figura 25.6A

25 Copyright © 2006 Zanichelli editore 25.7 Ciascuna cellula muscolare possiede un proprio apparato di contrazione Il muscolo scheletrico (o muscolo striato) che si inserisce sullo scheletro e consente i movimenti del corpo, è costituito da una struttura gerarchica di filamenti sempre più piccoli. Ogni fibra muscolare è un fascio di miofibrille.

26 Copyright © 2006 Zanichelli editore La miofribrilla è formata da due tipi di filamenti che si alternano con regolarità: filamenti sottili e filamenti spessi. I filamenti sottili sono costituiti da una coppia di filamenti proteici della proteina actina e da due filamenti di una proteina regolatrice, avvolti tra loro. I filamenti spessi sono formati da diversi filamenti della proteina miosina disposti parallelamente tra loro.

27 Copyright © 2006 Zanichelli editore Figura 25.7 Sarcomero Linea Z Filamenti sottili (actina) Filamenti spessi (miosina) Banda chiara Banda scura Banda chiara Sarcomero TEM Linea Z Banda chiara Banda chiara Banda scura Miofibrilla Nuclei Singola fibra muscolare (una cellula) Fascio di fibre muscolari Muscolo Le miofibrille sono formate da unità ripetute chiamate sarcomeri che rappresentano le unità funzionali fondamentali della fibra muscolare.

28 Copyright © 2006 Zanichelli editore 25.8 I muscoli si contraggono quando i filamenti sottili di actina scorrono, accavallandosi, lungo quelli spessi di miosina Il funzionamento del sarcomero è stato spiegato grazie al modello di scorrimento dei filamenti. Sarcomero Banda scura Z Z Sarcomero contratto Muscolo rilassato Muscolo in fase di contrazione Muscolo completamente contratto Figura 25.8A

29 Copyright © 2006 Zanichelli editore Lenergia necessaria perché avvenga lo scorrimento proviene dallATP. LATP si lega alla testa di una molecola di miosina, provocando il suo distacco dal sito di legame presente sullactina. La scissione dellATP in ADP e fosfato inorganico (che restano attaccati alla testa della miosina) libera lenergia necessaria per la contrazione. Grazie a questa energia, la testa della molecola di miosina cambia posizione.

30 Copyright © 2006 Zanichelli editore Il meccanismo dello scorrimento dei filamenti: Filamento spesso (miosina) ATP Filamento sottile (actina) Testa della miosina Linea Z ADP P P ADP + P Nuova posizione della linea Z Figura 25.8B La testa della miosina si lega allATP e si stacca da un filamento di actina 1 La scissione dellATP «carica» la testa della miosina 2 La testa della miosina, grazie alla presenza di calcio, si attacca a un sito di legame dellactina 3 Il power stroke fa scorrere il filamento (sottile) di actina. 4 Ca 2+

31 Copyright © 2006 Zanichelli editore 25.9 I neuroni stimolano la contrazione muscolare I sarcomeri delle fibre muscolari non si contraggono autonomamente ma in seguito alla stimolazione effettuata dai neuroni motori, o motoneuroni. Ciascun neurone motorio stimola più fibre muscolari. Il neurone motorio invia un potenziale dazione che raggiunge le fibre muscolari, facendo in modo che tutte le fibre dellunità motoria si contraggano contemporaneamente.

32 Copyright © 2006 Zanichelli editore Osso Tendine Muscolo Giunzioni neuromuscolari Fibre muscolari (cellule) Nuclei Assone del neurone motorio Nervo Corpo cellulare del neurone motorio Midollo spinale Unità motoria 1 Unità motoria 2 Figura 25.9A Ununità motoria è costituita da un neurone e da tutte le fibre muscolari da esso controllate.

33 Copyright © 2006 Zanichelli editore Ca 2+ rilasciato dal reticolo endoplasmatico Sarcomero Membrana plasmatica Miofibrilla Reticolo endoplasmatico Tubulo Assone del neurone motorio Potenziale dazione Mitocondrio Figura 25.9B Le sinapsi tra lassone del neurone motorio e la fibra muscolare avvengono in corrispondenza della giunzione neuromuscolare.

34 Copyright © 2006 Zanichelli editore Diffondendo attraverso la giunzione neuromuscolare, lacetilcolina determina un cambiamento della permeabilità della membrana plasmatica della fibra muscolare. Il cambiamento di permeabilità fa scattare i potenziali dazione che passano attraverso la membrana della cellula muscolare, penetrando grazie ai tubuli (introflessioni della membrana plasmatica). Il reticolo endoplasmatico rilascia ioni calcio nel citoplasma che libera un sito di legame sullactina, rendendo possibile lunione tra la testa della miosina e lactina e iniziando la contrazione muscolare.


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