La peculiarità dell’essere vivente è quella di essere formato da cellule. La cellula ha una duplice natura: corpuscolare e organica. Dal punto di vista corpuscolare la cellula è un’unità (corpo) che interagisce con l’esterno. Dal punto di vista organico la cellula è il più piccolo organismo al cui interno avvengono processi biologici piuttosto complessi. Questi processi biologici sono di natura fisico/chimica. Il corpo cellula interagisce con l’esterno secondo le leggi della meccanica. Nell’organismo cellula le parti che lo compongono interagiscono secondo leggi biologiche.
L’essere vivente pluricellulare è al contempo un corpo e un organismo. Come corpo è soggetto alla forza di gravità. Per vivere sulla terra, ha bisogno di sostegno ed equilibrio. Come organo deve soddisfare i suoi bisogni primari di natura organica.
Gli esseri viventi pluricellulari sono formati da tessuti. I tessuti hanno un’organizzazione intrinseca ed estrinseca. L’organizzazione intrinseca è intratessutale e concerne le singole cellule che compongono i tessuti. L’organizzazione estrinseca è intertessutale e concerne i singoli tessuti, che formano l’organismo.
Possiamo considerare il tessuto come una comunità di cellule e l’organismo pluricellulare come una comunità di tessuti. Ciò che contraddistingue le comunità cellulari e tessutali delle piante è la loro organizzazione esclusivamente inter pares. Ciascuna cellula di un tessuto svolge le proprie funzioni biologiche e meccaniche interagendo con le altre in un rapporto inter pares. Nell’organizzazione di questa comunità manca la relazione superiore/subordinato. Analogamente ciascun tessuto svolge le proprie funzione biologiche e meccaniche, interagendo con gli altri tessuti in un rapporto inter pares. Anche nell’organizzazione di questa comunità manca la relazione superiore/subordinato.
Per quanto concerne gli animali, il discorso è diverso. Gli animali sono provvisti di un sistema nervoso. Il sistema nervoso controlla in modo diretto o indiretto tutti i tessuti dell’organismo animale. Possiamo affermare che tra il sistema nervoso e gli altri sistemi presenti nell’organismo animale è presente la relazione superiore/subordinato.
Il controllo richiede almeno due neuroni. Uno motorio e uno percettivo. Il primo agisce (direttamente o indirettamente) sul tessuto; il secondo raccoglie le informazioni concernenti le variazioni di stato del tessuto.
Per illustrare la relazione superiore/subordinato tra tessuto nervoso e tessuto non nervoso consideriamo il riflesso.
Il riflesso richiede almeno due neuroni, uno motorio e uno percettivo. Richiede anche due enti esterni al sistema nervoso (legati meccanicamente uno all’altro), il primo dei quali è innervato dal motoneurone, il secondo dei quali è innervato dal neurone sensoriale. Il riflesso più semplice è il riflesso miotatico, realizzato attraverso il fuso neuromuscolare.
Osserviamo la figura 1) in basso. Si tratta della fibra fusale, ripartita in fibra intrafusale e fibra extrafusale. Queste fibre sono gli “enti esterni” innervate dai neuroni. La fibra extrafusale è innervata dal motoneurone-α (non illustrato), la fibra intrafusale è innervata da un neurone sensoriale (nella figura sono illustrate le fibre sensitive di questo neurone sensoriale). Le due fibre, esterna ed interna, sono strutturate meccanicamente in modo tale che la contrazione/distensione delle fibre extrafusale genera un contrazione/distensione delle fibre intrafusali.
Figura 1) Fibra fusale, ripartita in fibra intrafusale e fibra extrafusale.La fibra extrafusale è innervata dal motoneurone-α (non illustrato), la fibra intrafusale è innervata da un neurone sensoriale (nella figura sono illustrate le fibre sensitive di questo neurone sensoriale). Le due fibre, esterna ed interna, sono strutturate meccanicamente in modo tale che la contrazione/distensione delle fibre extrafusale genera una contrazione/distensione delle fibre intrafusali.
Quando le fibre extrafusali sono stirate, la struttura meccanica delle due tipologie di fibre, fa sì che anche le fibre intrafusali siano stirate. Il recettore intrafusale raccoglie questa informazione e agisce sul motoneurone- stimolandolo. Il motoneurone-α contrae le fibre extrafusali, proteggendole dall’eccessivo stiramento.
Sappiamo che i movimenti sono organizzati per livelli. Il livello più basso è quello concernente il midollo spinale. A questo livello sono organizzati i riflessi, i movimenti articolari degli arti e la deambulazione. In questo primo livello, l’interazione meccanica concerne esclusivamente tessuti esterni al sistema nervoso. Questi tessuti sono muscoli, tendini e ossa. A questo livello, il ruolo del sistema nervoso è esclusivamente di controllo, cioè esecutivo/percettivo.
Nel riflesso miotatico l’organizzazione meccanica concerne le fibre intrafusali e le fibre extrafusali. Nel riflesso miotatico inverso, l’organizzazione meccanica concerne le fibre extrafusali e le fibre tendinee. Nei movimenti articolari, l’organizzazione meccanica concerne due muscoli, quattro tendini, due ossa.
Soffermiamoci sull’articolazione del gomito. Un’articolazione come il gomito è flessa facendo ricorso all’innervazione reciproca oppure alla co-contrazione. Tramite l’innervazione reciproca, il valore di riferimento del bicipite, che è eccitato, si riduce e il muscolo si accorcia, mentre il tricipite, che è inibito, si rilascia. L’attivazione del bicipite aumenta la sua rigidezza e diminuisce il suo valore o lunghezza di riferimento, mentre il rilasciamento del tricipite ne determina la diminuzione della rigidezza e l’aumento del valore o lunghezza di riferimento. Le concomitanti variazioni, che si verificano in entrambi i muscoli, determinano una nuova posizione di equilibrio del braccio e il gomito si flette per assumere questo nuovo angolo articolare. (figura 2)
L’articolazione del gomito può essere raffigurata come una struttura ad albero (figura 3). La funzione più generale è l’articolazione del gomito. Le funzioni più dettagliate concernono i muscoli (bicipite e tricipite). Quando il bicipite passa dalla distensione alla contrazione, il tricipite passa dalla contrazione alla distensione e l’articolazione del gomito passa dalla distensione alla flessione.
Figura 3). Articolazione del gomito (flessione, distensione). Quando il gomito flette (funzione generale); il bicipite si contrae mentre il tricipite si distende (funzioni dettagliate). Quando il gomito si distende (funzione generale), il bicipite si distende mentre il tricipite si contrae (funzioni dettagliate).
Il sistema nervoso controlla l’articolazione agendo sui muscoli e raccogliendo le informazioni provenienti da muscoli, tendini e articolazioni.
La deambulazione degli animali, che si muovono a quattro zampe, richiede l’organizzazione meccanica di numerose articolazioni strutturate in piani corporei anteriore/posteriore e sinistra/destra (figura 4). Due distretti corporei, uno anteriore l’altro posteriore, sono organizzati in strutture articolari che consentono di ripartire gli arti motori in: anteriori e posteriori. Un asse di simmetria sinistra/destra passa per la colonna vertebrale e ripartisce gli arti anteriori in: anteriore sinistro e anteriore destro nonché gli arti posteriori in: posteriore sinistro e posteriore destro).
Figura 4). Rappresentazione schematica dei piani corporei che supportano il movimento degli arti nei vertebrati). Il bacino e le spalle sono strutturati in due unità articolari: posteriore (bacino)/anteriore (spalle). Un asse, passante per la colonna, genera la simmetria sinistra/destra. L’intera struttura ripartisce gli arti in: anteriore sinistro, anteriore destro, posteriore sinistro, posteriore destro.
I motoneuroni e i neuroni sensoriali del midollo, utilizzano quest’organizzazione meccanica delle varie articolazioni per spostare il corpo in avanti, muovendo alternativamente gli arti.