Meccanica muscolare e lesioni muscolari

A cura del Dott. Stefano Casali


La forza muscolare

 

Dal punto di vista fisiologico la forza muscolare è la capacità posseduta dal muscolo di sviluppare tensione utile al superamento o all'opposizione rispetto a resistenze esterne. Più in particolare:

Forza per metro quadrato di sezione: 200 kN/m2.

Un muscolo con sezione di un decimetro quadrato può sviluppare una forza di 2000 N, pari al peso di una massa di circa 200 Kg.

Nel sarcomero, ogni trazione della testa della miosina sul filamento di actina produce una forza di 3-4 pN.

Un miliardo di teste della miosina possono esercitare, se agiscono contemporaneamente, una forza di appena 3-4 N, pari al peso di una massa di circa 0,3-0,4 Kg.

Ogni trazione ("power stroke") della testa della miosina sposta il filamento di actina di 10 nm.

La testa della miosina rimane agganciata al filamento di actina per circa 2 ms.

meccanica muscolare meccanica muscolare
Da: www.sci.sdsu.edu/movies/actin_myosin.html

La contrazione eccentrica:

 

Mentre il muscolo si allunga, esercita una forza che si oppone al suo allungamento.

A parità di tensione, è più probabile che le lesioni muscolari si verifichino durante contrazioni eccentriche (con allungamento), piuttosto che durante contrazioni isometriche (statiche) o concentriche  (con accorciamento). Cercheremo di capire a cosa serve la contrazione eccentrica e perché può danneggiare le fibre muscolari.

 

Massima tensione

 

La curva forza-velocità ci dice che il muscolo riesce ad esercitare una tensione (forza di trazione) pìù intensa se attivato mentre si allunga (contrazione eccentrica).

 

Curva forza-velocità

 

Grafico di J. Dapena, 1977, in base a dati di P. Komi, 1973

meccanica muscolare


In molte tecniche sportive, ma anche in attività naturali come la deambulazione, una contrazione eccentrica viene immediatamente seguita da una contrazione concentrica ("ciclo di allungamento-accorciamento" o "stretch-shortening cycle"):

  1. Il muscolo si allunga opponendosi all'allungamento (contrazione eccentrica)
  2. Immediatamente dopo il muscolo si accorcia (contrazione concentrica).

Questo ciclo può essere utilizzato, ad esempio, per incrementare la forza della contrazione concentrica, come nel salto con contromovimento.

 

Salto da fermo:

  1. Flessione
  2. Lunga pausa
  3. Estensione

Gli estensori:

  1. si allungano
  2. si fermano
  3. si accorciano

Salto con contromovimento:

 

Ciclo di allungamento-accorciamento dei muscoli estensori:

  1. Flessione
  2. Immediata estensione

L'elevazione è maggiore (dimostrazione pratica di quanto detto sinora) .

 

Esempio di ciclo allungamento-accorciamento

(Il salto con contromovimento)

 

1) Da J. Dapena, 1977, modificata.

meccanica muscolare 

  • Le articolazioni si flettono e poi si estendono.
  • Gli estensori si allungano e poi si accorciano;

2) Grafico di J. Dapena, 1977, in base a dati di P. Komi 1973.

meccanica muscolare

 

a) Gli estensori delle anche e delle ginocchia vengono quasi completamente disattivati. Si allungano quasi passivamente, per effetto della forza di gravità, che causa una accelerazione del corpo verso il basso con conseguente flessione delle articolazioni. La velocità di allungamento cresce rapidamente.

3) Da J. Da pena, 1977, modificata. 

meccanica muscolare

 

b) Quando la velocità di allungamento è alta, gli estensori vengono attivati. La loro tensione è alta e produce una spinta sul suolo superiore al peso dell'atleta. Perciò:

La caduta del corpo prosegue, ma viene frenata bruscamente.

La velocità di allungamento decresce rapidamente.

4) Da J. Da pena, 1977, modificata.

meccanica muscolare

 

c) La caduta e l'allungamento si arrestano. Gli estensori sono ancora attivati, con alta percentuale di reclutamento di fibre. Per un attimo, gli estensori sono fermi (contrazione isometrica).

5) Da J. Da pena, 1977, modificata.

meccanica muscolare

 

d) Inizia subito l'accorciamento degli estensori. La percentuale di reclutamento è massima, ma la tensione decresce man mano che la velocità di accorciamento aumenta.


e) Continua l'accorciamento, sempre più veloce, con conseguente diminuzione della tensione.

 

La forza degli estensori si trasmette al suolo attraverso le leve scheletriche. L'atleta spinge verso il basso e per reazione, secondo la prima legge di Newton, riceve una spinta verso l'alto di pari intensità (reazione vincolare del suolo).
Da www.armin-kibele.de/oldpro_e.html, modificata.


meccanica muscolare 

Si noti che la massima spinta (Force) viene prodotta nel punto più basso del CG (posizione c), quando termina l'allungamento e inizia l'accorciamento.

 

Da J. Dapena, 1977, modificata.

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Nelle posizioni a e b gli estensori si allungano velocemente, ma la forza prodotta è inferiore a quella isometrica (posizione c). Secondo la curva forza-velocità, nella fase di allungamento il muscolo potrebbe esercitare una forza molto maggiore di quella registrata in posizione c. Dunque, nella fase di allungamento gli estensori non si attivano al massimo.


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