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Contenuti per tag: fisiologia


La contrazione muscolare: come e quando

Il muscolo è l’elemento terminale visibile nella sua struttura macroscopica cui spetta la realizzazione della fase esecutiva del movimento. Ogni muscolo risulta composto da fibre muscolari il cui numero dipende dalla grandezza del diametro trasverso del muscolo (anche dal trofismo di ogni fibra) e dall’orientamento delle fibre. La fascia più esterna che avvolge l’intero muscolo prende il nome di epimisio,  mentre le successive fasce che avvolgono gruppi più piccoli sono il perimisio  e l’endomisio. La funzione delle fasce è di tipo elastica, serve a proteggere da aggressioni interne ed esterne, raggrupparle e tenerle insieme e mantenere il tono trofico muscolare. Tutto questo insieme permette la funzione contrattile del muscolo, la quale è desumibile dal movimento dei filamenti di actina e miosina i quali agganciandosi gli uni sugli altri permettono, in modo semplicistico, la funzione contrattile. La funzione contrattile a sua volta può distinguersi in tre sottotipi differenti tra loro, che sono: Concentrica Eccentrica Isometrica La contrazione concentrica si ha quando il muscolo sviluppa una tensione che dà luogo a una forza sufficiente per farlo accorciare. Questo accorciamento esercita una trazione che avvicina uno all'altro i filamenti scheletrici. Di solito, sebbene la trazione venga esercitata su tutte le ossa dell'inserzione, verrà mosso solo l'osso più lontano dal tronco. La contrazione eccentrica invece si ha quando la tensione esercitata dal muscolo non è abbastanza grande da generare movimento, agendo come freno per controllare la velocità del movimento provocato da un'altra forza. Durante una contrazione isomerica, o statica, il muscolo esercita una forza contro una resistenza che si oppone al movimento e non può essere superata, cosi la lunghezza del muscolo non cambia. La componente contrattile delle fibre si accorcia ma il tessuto connettivo si allunga in proporzione, dunque non si ha alcun cambiamento della lunghezza del muscolo. Ma come possiamo usare queste contrazioni nella vita quotidiana o nello sport? La contrazione muscolare, abbiamo detto che è quel processo attivo mediante cui si genera una forza in seno al muscolo. A tal proposito i tipi di contrazioni identificabili nella vita quotidiana e nelle attività sportive sono di due tipi: Contrazioni statiche e  contrazioni dinamiche. Le contrazioni DINAMICHE possono essere classificate a loro volta in: ISOTONICHE ISOCINETICHE AUXOTONICHE PLIOMETRICHE Vediamo una ad una di cosa si tratta; Contrazione isotonica La contrazione ISOTONICA (cioè a tensione costante) si ha quando un muscolo si accorcia spostando un carico che rimane costante per l'intera durata del periodo di accorciamento;  si può dividere anch’essa in due fasi: Fase CONCENTRICA o POSITIVA quando il muscolo si accorcia sviluppando tensione (ad es. sollevando un peso) Fase ECCENTRICA o NEGATIVA quando il muscolo si allunga sviluppando tensione (ad esempio riabbassando lentamente lo stesso peso) Contrazione isocinetica La contrazione ISOCINETICA si ha quando il muscolo sviluppa il massimo sforzo per tutta l'ampiezza del movimento, accorciandosi a velocità costante (definita tensione variabile) Contrazione auxotonica La contrazione AUXOTONICA aumenta progressivamente con l'accorciamento muscolare (es. esercizi che utilizzano elastici). Contrazione pliometrica La contrazione PLIOMETRICA è una contrazione concentrica esplosiva, immediatamente preceduta da contrazione eccentrica; così facendo si sfrutta l'energia accumulatasi nelle strutture elastiche del muscolo nella precedente fase eccentrica. Invece le contrazioni STATICHE sono quelle isometriche (che avvengono a lunghezza muscolare costante); si ottengono quando l'accorciamento del muscolo è impedito da un carico uguale alla tensione muscolare, oppure quando un carico viene sostenuto in una posizione fissa dalla tensione del muscolo come già chiarito sopra. Ricordiamoci che ogni volta che solleviamo una busta della spesa adoperiamo una Forza che a sua volta è generata da una contrazione, a seconda del modo in cui noi sosteniamo quel carico, inteso come peso della busta, così può cambiare la dinamica contrattile delle catene muscolari coinvolte all’esecuzione di quella contrazione motoria muscolare.

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Il Principio della Sopravvivenza

In questo video ti fornirò una prospettiva diversa dal solito riguardante il principio più importante che determina la crescita muscolare: la sopravvivenza. Il corpo infatti funziona sempre in termini di preservazione della nostra vita e qualsiasi cambiamento che avviene come l'aumento della massa muscolare o la diminuzione della massa grassa avviene per fini di sopravvivenza. Siamo noi a posteriori che diamo un valore estetico a questi cambiamenti ricercandoli consapevolmente mentre ci alleniamo. E' importante capire questo principio perché rappresenta la "lingua" che il nostro corpo parla e per avere ottimi risultati è fondamentale imparare a parlarla.

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La plasticità del muscolo scheletrico

La plasticità muscolare è la capacita innata di una data fibra muscolare di adattarsi a stimoli che ne alterino la sua normale omeostasi.  Con il termine plasticità muscolare si intendono, infatti, tutte le possibili modificazioni di massa e di proprietà anatomo-fisiologiche, a cui va incontro il tessuto muscolare scheletrico al variare delle richieste funzionali dell’ambiente esterno o interno.   I muscoli scheletrici hanno una natura eterogenea, essendo composti da fibre con proprietà distinte. Le fibre muscolari possono essere classificate in: rapide e lente sulla base della loro cinetica di contrazione e velocità di accorciamento; ossidative e glicolitiche a seconda della loro attività metabolica. In entrambi  i casi, la diversità strutturale e funzionale è basata sull’espressione di una specifica combinazione di proteine contrattili e metaboliche.   La plasticità muscolare corrisponde alla capacità di cambiare il tipo (da un fenotipo rapido-glicolitico a lento-ossidativo) o la dimensione delle fibre (atrofia o ipertrofia muscolare). Se sottoposti a variazioni della domanda funzionale, i muscoli possono efficientemente modificare le proprie prestazioni cambiando le proprietà contrattili e metaboliche delle fibre. Gli effetti dell’attività sono chiaramente illustrati dagli estremi cambiamenti nelle dimensioni e nel tipo di fibra indotti da specifici protocolli di allenamento negli atleti o dall’inattività forzata dovuta a fratture ossee, all’assenza di carico sul muscolo come nell’ambiente di microgravità dei voli spaziali. Cambiamenti nelle dimensioni e nel tipo di fibre condizionano le principali proprietà funzionali del muscolo, fra cui: la quantità di forza generata durante la contrazione, che è determinata principalmente dalle dimensioni del muscolo; la velocità di accorciamento, che riflette la composizione in isoforme della miosina; la resistenza alla fatica, che dipende dal potenziale energetico, determinato in primo luogo dagli enzimi ossidativi mitocondriali. Quindi, la plasticità del muscolo può coinvolgere un cambiamento nella quantità di proteine, nel tipo di isoforma di proteina espressa o una combinazione di entrambi gli eventi. Le conseguenze funzionali che ne derivano dipenderanno da quali componenti della miofibra sono state modificate, in termini di quantità e qualità delle proteine espresse. Tipi di fibre muscolari Sulla base di quanto detto sopra, risulta chiaro che il fattore significativo che regola l’adattamento di una fibra muscolare è la sua capacità di esprimere diverse isoforme di una determinata proteina. Per definizione, le isoforme di una particolare proteina sono molecole con leggere variazioni nella composizione amminoacidica, caratterizzate da modificate proprietà strutturali, funzionali o enzimatiche. Diverse specie di isoforme sono state identificate per un largo numero di proteine muscolari coinvolte in processi di trasporto ionico, contrazione/rilasciamento e metabolismo energetico. Isoforme sono state riportate anche per le proteine contrattili del muscolo scheletrico, in particolare per la catena pesante della miosina (MHC). Attualmente, lo schema più ampiamente usato per delineare e descrivere le tipologie di fibre muscolari è proprio quello basato sul profilo della MHC. Infatti, la tradizionale divisione in fibre lente e veloci è stata messa in relazione al tipo di MHC espressa. Muscoli lenti, come per esempio i muscoli posturali, esprimono principalmente l’isoforma MHC-I, mentre muscoli veloci, come gli estensori del piede, esprimono le isoforme MHC-IIa e IIx (la MHC-IIb, ritrovata nei roditori, non è espressa nell’uomo). Con tale metodo di analisi le fibre sono classificate in: -       fibre di tipo I, puramente lente e ossidative, che contengono l'isoforma MHC-I; -       fibre di tipo IIa, intermedie tra I e IIx, che contengono l'isoforma MHC-IIa; -       fibre di tipo IIx, puramente veloci e glicolitiche, che contengono l'isoforma MHC-IIx; -       fibre di tipo I/IIa, ibride, che contengono le isoforme MHC-I/IIa; -       fibre di tipo II/IIx, ibride, che contengono le isoforme MHC-I/IIx; -       fibre di tipo I/IIa/IIx, ibride, che contengono le isoforme MHC-I/IIa/IIx; -       fibre di tipo IIa/IIx, ibride, che contengono le isoforme MHC-IIa/IIx. Le fibre ibride sono considerate fibre in fase di trasformazione tra un tipo "puro" e l'altro, cioè fibre che conterranno solo una delle tre isoforme della miosina. Quindi, le fibre ibride per adattarsi alle stimolazioni ambientali che più frequentemente si verificano nella vita dell'uomo, potrebbero differenziarsi definitivamente in fibre di tipo I, IIa o IIx.  Potrebbero, però, rappresentare delle "fibre camaleonte". Un'altra ipotesi, infatti, è quella che le fibre geneticamente ibride rappresentino una strategia evolutiva per permettere un maggior grado di adattamento funzionale in risposta alle stimolazioni ambientali; questo potrebbe assicurare la realizzazione del rapporto reciproco tra funzione muscolare e apparato genetico, in modo da rispondere al meglio alle necessità connesse al tipo di sforzo fisico compiuto dall'uomo.   Confrontando le evidenze fisiologiche e le supposizioni teoriche con le evidenze scientifico-sportive emergenti dalla teoria dell'allenamento / adattamento sportivo, queste isoforme ibride potrebbero essere responsabili della cosiddetta "riserva di adattamento muscolare" indotta dalla specializzazione sportiva. Questo è supportato dal fatto che la percentuale di fibre ST nel muscolo gastrocnemio dei campioni mondiali di maratona varia dal 93% al 99%; il gastrocnemio dei velocisti di alto livello, invece, ne contiene solo il 25% circa. Considerando che nei soggetti normali il gastrocnemio è composto in media per il 52% da fibre di tipo I e per il 48% da fibre di tipo II, appare strano pensare che differenze così significative nella composizione muscolare (41-47% di fibre di tipo I in più per i maratoneti, e 25-30% di fibre di tipo II in più per i velocisti) siano dovute esclusivamente a una predeterminazione genetica.  Il patrimonio genetico determina quali motoneuroni innervano ciascuna fibra muscolare; quando si è stabilita l'innervazione, le fibre muscolari si differenziano a seconda del tipo di neurone da cui vengono stimolate. I risultati di alcuni studi recenti permettono di ipotizzare che l'allenamento della resistenza, l'allenamento della forza e l'inattività muscolare possono causare una modificazione nelle isoforme di miosina. Pertanto, l'allenamento può indurre piccole variazioni, forse inferiori al 10%, nelle percentuali di fibre ST e FT. Queste variazioni potrebbero verificarsi proprio nelle fibre muscolari ibride. Il cambiamento di fibre da FTx in FTa, e da FTa in ST, è stato confermato con diverse tecniche istochimiche. Due studi in cui i soggetti eseguivano sprint a velocità massimale della durata di 15 s e di 30 s, la percentuale di fibre ST è diminuita da 57% a 48% e quella di fibre FTa è aumentata da 32% a 39%. Seppure in piccole percentuali, quindi, dai dati della letteratura scientifica emerge la possibilità di un eventuale adattamento trasformativo delle fibre muscolari. Questo potrebbe essere dovuto all'aumento dell'espressione, nelle fibre muscolari ibride, di una delle isoforme di miosina geneticamente esprimibili, in modo da rispondere al meglio alle necessità connesse al tipo di sforzo fisico compiuto dall'uomo. Considerando le varie isoforme di MHC, le possibili trasformazioni esprimibili sottoforma di adattamenti stabili connessi all'allenamento potrebbero essere le seguenti: -       le fibre contenenti l'isoforma MHC-I/IIa potrebbero trasformarsi/adattarsi in fibre di tipo I o in fibre di tipo IIa; -       le fibre contenenti l'isoforma MHC-I/IIx potrebbero trasformarsi/adattarsi in fibre di tipo I o in fibre di tipo IIx; -       le fibre contenenti l'isoforma MHC-I/IIa/IIx potrebbero trasformarsi/adattarsi in fibre di tipo I, in fibre di tipo IIa, o in fibre di tipo IIx; -       le fibre contenenti l'isoforma MHC-IIa/IIx potrebbero trasformarsi/adattarsi in fibre di tipo IIa o in fibre di tipo IIx.  Per la facilità degli stimoli allenanti proponibili in grado di sollecitare le fibre di tipo I, e per la frequente presenza di isoforme MHC-I all'interno delle fibre ibride, sembra più facile trasformare le fibre ibride in fibre caratterizzate dalla prevalenza dell'isoforma I. Per le fibre di tipo II appare più facile una trasformazione nel tipo IIa rispetto al IIx. Un allenamento adeguato può trasformare, in parte, le caratteristiche delle fibre muscolari. Quelle che seguono sono le misurazioni fatte in differenti condizioni di allenamento abituale: · un sedentario ha una ripartizione in fibre del tipo 40-30-30 (40% tipo I, 30% tipo IIa, 30% tipo IIx) · uno sprinter 20-50-30; · una persona che pratica regolarmente jogging 50-40-10; · un mezzofondista 55-40-5; · un maratoneta 80-20-0; · un ultramaratoneta 95-5-0. Si nota che le fibre IIx sono trascurabili in persone che praticano allenamenti di resistenza. Diversi esperimenti hanno confermato la possibilità di trasformazione di fibre IIx in IIa (infatti è impensabile che un maratoneta nasca senza fibre IIx) e che tale trasformazione, oltre a poter avvenire anche in senso inverso (da IIa a IIx), è reversibile. La conversione fra i tipi I e II non è ancora chiara, e anche laddove sia stata dimostrata appare piuttosto rara. Va, comunque, detto che ogni persona nasce con una determinata distribuzione tra fibre rosse e bianche, definita dal proprio codice genetico, e che l’allenamento non può modificare radicalmente tale predisposizione.   Allenamento di resistenza (Endurance) La pratica regolare di attività fisica come l’endurance, che innalza la richiesta di energia da parte dell’organismo fino al 70-80% della massima capacità aerobica, è in grado di indurre una up-regolazione del sistema enzimatico mitocondriale e del ciclo di Krebs, le catene di trasporto degli elettroni e la biosintesi dell’eme. Inoltre, si verifica un aumento di espressione degli enzimi coinvolti nell’attivazione, traslocazione e ossidazione degli acidi grassi e di quelle proteine di trasporto coinvolte nella regolazione dell’apporto di glucosio all’interno delle cellule muscolari. Nonostante l’aumento dell’attività meccanica, gli esercizi di endurance non provocano sistematicamente l’ipertrofia dei gruppi muscolari coinvolti, poiché la quantità di forza prodotta è comunque relativamente scarsa se comparata all’effettiva capacità di sviluppare la massima forza. E’ stato, tuttavia, riportato che si verificano alcuni sottili inspessimenti di quelle fibre, come le unità motrici lente, che sono utilizzate in maniera massiccia durante ciascuna sessione di allenamento. Di conseguenza si verifica un’espansione selettiva del pool mitocondriale che integra quelle fibre che sono particolarmente coinvolte nell’esercizio fisico protratto nel tempo, con solo un relativamente piccolo decremento che si verifica nei sistemi enzimatici che supportano i processi anaerobici di trasformazione energetica. Allenamento con sovraccarico (Resistance) Diversamente dall’esercizio di endurance, che nella maggior parte dei casi induce un incremento della frazione mitocondriale, indipendentemente dalle alterazioni della massa muscolare, un aumento del carico imposto cronicamente al muscolo scheletrico (resistance) fa aumentare il contenuto del materiale contrattile in modo da far aumentare la sezione trasversa. Inoltre, si verifica una concomitante alterazione fenotipica delle proteine contrattili e dei livelli degli enzimi metabolici che sembra verificarsi di concerto con i cambiamenti indotti dall’attività nelle fibre muscolari. Quando uno stress meccanico cronico è continuamente imposto a un determinato muscolo, grazie alla rimozione chirurgica del suo sinergico, tutte le fibre si ingrossano in risposta allo stress meccanico.   Condizioni di assenza di carico (Unloading) All’altro estremo, quando il muscolo scheletrico è continuamente non sottoposto ad alcun tipo di carico, come succede in ambienti con microgravità, si verificano le trasformazioni opposte a quelle sopra descritte. In queste condizioni di unloading, infatti, le fibre muscolari si atrofizzano, sia nei muscoli antigravitari che locomotori. E’ interessante notare che in un gruppo selezionato di fibre di tipo lento, queste subiscono una trasformazione durante la quale una parte della miosina lenta viene degradata e rimpiazzata da isoforme veloci. In queste condizioni, si crea una nuova specie di fibra detta ibrida lenta/veloce. Questa cosiddetta “velocizzazione” dell’apparato contrattile, relativamente alle fibre selezionate, è accompagnato da variazione dell’espressione delle proteine coinvolte nella liberazione e nel sequestro di calcio; in effetti, si trova una grande quantità di queste proteine nelle cellule muscolari atrofizzate.

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