Contrazione Muscolare: Relazioni tra Forza, Lunghezza, Velocità e Ipertrofia

Cenni di anatomia funzionale

Il muscolo si compone di diversi elementi che ne formano la sua compagine. Le diverse unità funzionali del muscolo striato sono chiamate sarcomeri o inocommi, vere e proprie unità funzionali del movimento.

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Per avere chiara la modalità con cui il muscolo crea movimento, ed avendo già presente la funzione biochimica, fisiologica e neurologica che sono alla base della contrazione muscolare, è necessario avere chiari due concetti:

1. la costituzione della maglia proteica che sottende alle funzioni del muscolo stesso;
2. le relazioni fisiche che sono alla base del movimento.

1Da un punto di vista semplicistico, le proteine che compongono il sarcomero possono essere suddivise in 3 categorie:

• Proteine contrattili : Actina e Miosina.
• Proteine regolatrici : Troponina e Tropomiosina.
• Proteine strutturali : Titina, Nebulina, Desmina, Vinculina, ecc..

Se si osserva poi un preparato muscolare al microscopio si può facilmente osservare la presenza di bande di diverso colore, che corrispondono a zone funzionali diverse.
Quindi da un punto di vista puramente didattico considerando tali zone, abbiamo:

• Dischi Z - Delimitano il sarcomero. Sono i punti di ancoraggio per le proteine, sono sede di lesioni durante lavoro muscolare, si avvicinano tra loro durante la contrazione.
• Banda A - Corrisponde alla lunghezza del filamento di Miosina.
• Banda I - Corrisponde a due file di Actina in due sarcomeri contigui.
• Banda H - Corrisponde alla zona compresa tra due file di Actina nello stesso sarcomero.
• Linea M - Divide il sarcomero in due porzioni simmetriche.

Relazione Forza-Lunghezza

Il picco di forza (L₀) dipende dal grado di accavallamento delle proteine contrattili. Una fibra a riposo ha una lunghezza di circa 2,5 micrometri, con possibilità per il sarcomero di raggiungere lunghezze che possono arrivare a circa 3,65 micrometri, in quanto i filamenti spessi hanno una lunghezza di 1,6 micrometri, mentre quelli sottili di 1 micrometro. Il picco di forza si ottiene quando l'accavallamento delle proteine si piazza intorno ai 2 - 2,2 micrometri.

Relazione lunghezza-tensione nella contrazione muscolare. L'immagine mostra la tensione generata da un muscolo in base alla sua lunghezza prima dell'inizio dell'esercizio/contrazione muscolare. Focalizziamo l'attenzione sulla curva della forza attiva (contrazione muscolare), tralasciando quella rossa relativa alla forza totale e quella blu relativa alla forza passiva (dovuta a componenti non contrattili del sarcomero - connettina/titina); in particolare, seguendo l'andamento della curva relativa alla forza attiva notiamo che:

a) non vi è forza attiva poiché non c'è alcun contatto tra le teste della miosina e l'actina

Tra a) e b): vi è un incremento lineare della forza attiva dovuta all'aumentare dei siti di legame disponibili dell'actina per le teste della miosina

Tra b) e c): la forza attiva raggiunge il picco massimo e rimane relativamente stabile; in questa fase, infatti, tutte le teste della miosina sono legate all'actina

Tra c) e d): la forza attiva inizia a diminuire poiché la sovrapposizione delle catene di actina riduce i siti di legame disponibili per le teste della miosina

e): una volta che la miosina collide con il disco Z non vi è forza attiva poiché tutte le teste della miosina sono agganciate all'actina; inoltre, la miosina si trova compressa sui dischi Z e funge da molla opponendosi alla contrazione con una forza proporzionale al grado di compressione (quindi di accorciamento muscolare)

Tutto ciò presuppone la teoria dello scorrimento dei filamenti, secondo la quale: la tensione che la fibra muscolare può generare è direttamente proporzionale al numero di ponti trasversali che si formano tra filamenti spessi e filamenti sottili.

Relazione Forza-Velocità

Negli anni '40 del 1900 il fisiologo Hill dedusse la relazione che legava la forza e la velocità. Dal grafico rappresentante tale relazione si può evincere che la velocità è massima a carico zero e la forza è massima a velocità zero (la forza aumenta ulteriormente in caso di velocità negativa, durante la quale il muscolo si allunga sviluppando tensione; ma questo è un altro discorso... per approfondire consulta l'articolo sulla contrazione eccentrica). Il miglior compromesso che lega i due parametri (forza/velocità) si situa al 30-40% dell'1RM. Tale curva ha un carattere iperbolico e non può essere modificata con l'allenamento.

Relazione Velocità-Lunghezza

Se la forza muscolare è proporzionale al diametro trasverso della fibra, la velocità dipende dal numero di fibre in serie lungo il decorso della fibra stessa. Per cui se ipotizzassimo un accorciamento Delta L e avessimo 1000 sarcomeri in serie, l'accorciamento totale sarebbe:

1000xDelta L/Delta t

Per cui più lunghi sono i muscoli, maggiori traiettorie di accelerazione avranno a disposizione.

Relazione velocità - Ipertrofia

Chiunque si sia cimentato in un lavoro con i pesi senza aver eseguito parallelamente ad esso un lavoro di allungamenti e stretching ha potuto facilmente notare la sensazione di maggiore rigidità durante i movimenti sportivi o nei normali gesti quotidiani. Infatti l'eccessiva ipertrofia aumenta le viscosità interne e la retrazione connettivale; è quindi deducibile che l'ipertrofia muscolare non favorisce i movimenti di tipo esplosivo-balistico o comunque di velocità, in quanto è risaputo che gli attriti interni al muscolo devono essere minimi per permettere uno scorrimento ottimale delle proteine contrattili. Da tale relazione è anche deducibile la maggiore forza eccentrica dei Culturisti, in quanto l'esasperata ipertrofia crea forti attriti interni e che fanno da supporto nei movimenti cedenti.

Conclusioni

Attraverso la spiegazione della costituzione della maglia strutturale e delle relazioni fisiche che legano il muscolo al movimento, è stato mio intento con questo articolo dare al lettore un elemento maggiore per comprendere con un po' più di chiarezza che i gesti sportivi, così come quelli quotidiani, vanno oltre quello che può essere sollevare un bilanciere o il semplice passeggiare; per essere compresi al meglio nella loro complessità, questi gesti necessitano una conoscenza dell'anatomia, della fisiologia, della biochimica e di tutte le materie complementari, che fanno capire come le scienze motorie siano tutt'altro che improvvisazioni da parte di praticoni, e di come necessitino di "saperi" multipli che abbracciano teoria e pratica.