Fuso muscolare

Fusi muscolari sono organi sensoriali che appartengono al gruppo dei propriocettori e riconoscono lo stato di allungamento e il cambiamento di allungamento dei muscoli scheletrici e forniscono i segnali generati a fibre nervose Ia veloci e afferenti. I fusi muscolari hanno anche connessioni nervose efferenti che controllano la loro sensibilità. I fusi muscolari servono anche a controllare la lunghezza del muscolo e le contrazioni muscolari associate tramite il ciclo del fuso gamma.

Cos'è un fuso muscolare?

I fusi muscolari, nella loro qualità di sensori dello stato di allungamento dei muscoli scheletrici, appartengono al gruppo dei propriocettori, con l'aiuto dei quali si crea un quadro di posizione della posizione dei singoli arti e del corpo nei corrispondenti centri cerebrali.

Allo stesso tempo, la mappa della situazione e i fusi muscolari vengono utilizzati per controllare i movimenti consci e inconsci, anche per controllare i riflessi muscolari. In quanto sensori, i fusi muscolari hanno proprietà proporzionali e differenziali. Ciò significa che registrano sia gli stati di allungamento statico dei singoli muscoli che la velocità di variazione dinamica del loro allungamento e li trasmettono attraverso le fibre nervose afferenti Ia, che hanno la più alta velocità di conduzione nel corpo umano.

La distribuzione della frequenza dei fusi muscolari nei singoli muscoli scheletrici fornisce una misura delle possibilità di controllo motorio fine o grossolano del muscolo. Ad esempio, il quadricipite (muscolo quadricipite femorale), che si attacca alla parte anteriore della coscia come un estensore della gamba, ha da 500 a 1.000 fusi muscolari. Sono incorporati tra le fibre muscolari dei muscoli scheletrici, parallelamente all'orientamento delle fibre muscolari e raggiungono una lunghezza da 1 a 3 millimetri.

Anatomia e struttura

Il nucleo dei fusi muscolari è un fascio di cinque-dieci fibre muscolari intrafusali striate e sono racchiusi in una guaina di tessuto connettivo. Le fibre muscolari intrafusali si trovano esclusivamente nei fusi muscolari.

Ciò che li rende speciali è che sono contrattili, cioè attivi, alle estremità, mentre la loro parte centrale è estensibile e si adatta passivamente allo stato di allungamento del muscolo scheletrico. La parte centrale passiva dei fusi muscolari è costituita da fibre del sacco centrale e fibre della catena centrale. Quando il muscolo si contrae, anche il fuso muscolare si accorcia. Le fibre del sacco centrale si gonfiano leggermente in modo che la parte centrale del fuso muscolare si ispessisca. Per registrare le dinamiche di cambiamento, le fibre del sacco centrale sono avvolte esclusivamente con fibre nervose Ia afferenti a conduzione rapida che reagiscono a qualsiasi cambiamento di spessore.

Le fibre della catena centrale, che rilevano lo stato di allungamento piuttosto statico del muscolo, sono anch'esse collegate alle fibre nervose Ia, ma anche come innervazione secondaria con fibre afferenti di classe II. Le fibre di classe II sono meno sensibili e conducono gli impulsi più lentamente delle fibre Ia . Le due sezioni terminali contrattili delle fibre muscolari intrafusali sono collegate a neuroni gamma efferenti, che controllano la sensibilità dei fusi muscolari e la contrazione muscolare bersaglio.

Funzione e compiti

I fusi muscolari svolgono contemporaneamente diversi compiti e funzioni per il coordinamento dei movimenti motori grossolani e fini, per stabilire e mantenere posizioni statiche e per proteggere i singoli muscoli scheletrici da sforzi eccessivi. I fusi muscolari fanno quindi parte di un complesso sistema di controllo e regolazione.

Per una sequenza coordinata di movimenti, è necessario che alcuni muscoli assumano ciascuno una determinata condizione di allungamento statico o seguano un determinato cambiamento dinamico nella condizione di allungamento. I centri motori del cervello possono svolgere questi compiti perché i fusi muscolari svolgono contemporaneamente la funzione passiva di un sensore e il ruolo attivo di un valore target per il muscolo. Attraverso le estremità contrattili delle fibre muscolari intrafusali, i fusi muscolari possono seguire il rispettivo stato di allungamento dei muscoli e adattarsi o possono anche generare il valore target per il muscolo. La lunghezza del muscolo viene modificata da opportuni comandi di contrazione in modo tale che si presenti un potenziale 0 rispetto al fuso muscolare.

In questo caso, il muscolo si adatta al fuso muscolare e non viceversa. Per svolgere la loro funzione protettiva contro lo stiramento eccessivo dei muscoli, i fusi muscolari assumono il controllo dei riflessi di allungamento involontario. Non appena la condizione di allungamento di un muscolo supera un certo valore di soglia, che viene rilevato dai fusi muscolari, questo innesca un segnale di contrazione involontaria al muscolo in questione, che viene controllato anche tramite i fusi muscolari.

Un tipico esempio di tale riflesso di contrazione è il riflesso del tendine rotuleo. Un breve colpo con il martello riflesso sul tendine rotuleo sotto la rotula segnala brevemente un allungamento eccessivo del quadricipite, che porta a un riflesso di contrazione in cui la parte inferiore della gamba fa una contrazione involontaria nella direzione dell'estensione della gamba.

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Malattie

Non sono note malattie morfologiche indipendenti che colpiscono esplicitamente i fusi muscolari. Ciò è probabilmente dovuto al fatto che i fusi muscolari sono fibre muscolari specializzate che hanno maggiori probabilità di seguire le malattie dei muscoli in cui sono incorporati. Innanzitutto, vanno menzionate le atrofie muscolari, che sono causate da un sottoutilizzo dei muscoli.

Il muscolo corrispondente si allontana a causa della riduzione dello stress e, parallelamente, anche i fusi muscolari. L'atrofia muscolare è spesso causata da malattie nervose o da danni ai corrispondenti motoneuroni, dai quali il muscolo non può più ricevere impulsi. La sclerosi laterale amiotrofica (SLA) è un esempio di atrofia muscolare indotta neurogenicamente. È una malattia degenerativa incurabile del sistema nervoso motorio. Un'altra malattia che si verifica raramente è l'atrofia muscolare spinale, che è causata da un graduale deterioramento dei nervi motori nel corno anteriore del midollo spinale.

Un certo numero di malattie che portano a cambiamenti nelle piastre terminali del motore nelle fibre muscolari intrafusali dei fusi muscolari possono anche essere ricondotte a disturbi e malattie neurologiche. Esiste un legame incrociato tra la lotta all'Alzheimer e il funzionamento dei fusi muscolari.

Un gruppo di ricerca di Berlino ha scoperto che l'enzima beta-secretasi, che è ritenuto responsabile dei depositi proteici dannosi nella malattia di Alzheimer, è ovviamente importante per la funzionalità dei fusi muscolari, quindi la soppressione dell'enzima nei malati di Alzheimer può anche causare disturbi della coordinazione nella sequenza del movimento voluto.