24/01/2011 Allenamento

Le basi della contrazione muscolare

di Massimiliano Gollin massimiliano.gollin@unito.it

I muscoli scheletrici sono formati da tessuto muscolare striato volontario: la loro caratteristica fondamentale è determinata dalla possibilità di contrarsi volontariamente sotto il controllo del sistema nervoso centrale (SNC). Senza di essi non saremmo in grado di effettuare movimenti meccanici finalizzati a un’azione, come correre, lanciare, saltare. Vanno quindi mantenuti integri e allenati, evitandone un invecchiamento precoce. Altre due tipologie di tessuto muscolare, che non sono oggetto di questo articolo, sono presenti nel corpo umano: il tessuto muscolare involontario liscio, diffuso negli organi interni (fegato, reni, intestino ecc.) e il tessuto muscolare striato involontario cardiaco, capace di contrarsi per tutta la vita, indipendentemente dalla nostra volontà.

LA STRUTTURA DEL MUSCOLO SCHELETRICO
I muscoli scheletrici sono formati da particolari cellule di forma allungata, dette fibre muscolari. La loro lunghezza è variabile secondo il gruppo muscolare preso in considerazione. Sono avvolte da un proprio tessuto connettivo denominato endomisio. Più fibre muscolari, a loro volta riunite da tessuto connettivo detto perimisio, formano i fasci muscolari. Più fasci muscolari, riuniti da un nuovo tessuto connettivo denominato epimisio, formano il muscolo nella sua totalità.

All’interno della cellula muscolare troviamo le miofibrille, formate da più unità contrattili di base dette sarcomeri. Ogni sarcomero risulta composto da filamenti proteici di actina e miosina

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Alle estremità delle miofibrille, i diversi tessuti connettivi si fondono progressivamente in tendini, dando origine ai punti di inserzione muscolare con il tessuto osseo

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I sarcomeri, nel loro insieme, risultano formare la miofibrilla in senso longitudinale, dando origine a una struttura che può ricordare i vagoni di un treno

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Affinché si possa realizzare il movimento biomeccanico, è necessario che il SNC invii un impulso elettrico che, veicolato in particolari cavi conduttori denominati motoneuroni, permettano la realizzazione della contrazione muscolare. Nella sua parte terminale, questo particolare collegamento tra la centrale di controllo (SNC) e gli organi effettori (i muscoli) appare come i rami di un albero: ognuno di essi si collega a una fibra muscolare tramite una particolare “spina”, denominata sinapsi o giunzione neuromuscolare. La struttura così costituita, cioè il motoneurone, più le fibre da esso innervate, forma l’unità motoria. Le fibre innervate da un motoneurone sono tanto maggiori, quanto minore è la precisione demandata a quel particolare gruppo muscolare nell’effettuare il movimento richiesto. L’unità motoria sottende a un particolare comportamento denominato “legge del tutto o del nulla”: immaginando che un’unità motoria sia composta da cinque fibre muscolari, quando il SNC invia il comando per effettuare la contrazione muscolare, o le fibre si contraggono tutte contemporaneamente, o al contrario se l’impulso nervoso è troppo flebile, non si contrae nessuna di esse.

LA CONTRAZIONE MUSCOLARE
Diventa ora interessante capire come il gruppo muscolare, nella sua totalità, riesca a esprimere differenti quantità di forza. Esistono due meccanismi fisiologici con i quali essa è prodotta.
Il primo è definito “sincronia delle unità motorie”. Il meccanismo si attiva quando la richiesta di forza, determinata da un carico esterno, è di grande intensità. Le unità motorie di un determinato gruppo muscolare sono costrette ad attivarsi contemporaneamente, nel massimo numero. Tali espressioni della forza avvengono repentinamente e sono tipiche degli sport di forza e potenza, come nel sollevamento pesi o nei cento metri piani dell’atletica. La relazione è dunque direttamente proporzionale: più il carico è elevato, arrivando sino alla sua espressione massimale, più il numero delle unità motorie attivate è grande. L’allenamento di tale meccanismo favorirà l’incremento della forza massima.
Il secondo meccanismo si esplica quando gli sforzi sono prolungati nel tempo e l’espressione della forza non può essere massimale: pensiamo come esempio a un maratoneta. Le unità motorie degli arti inferiori si sommano in modo asincrono durante lo sforzo, in modo da alternare le unità motorie affaticate con altre in efficienza, per tutta la durata della prestazione. Come per la precedente modalità di attivazione della forza, con l’allenamento tale meccanismo si specializzerà, favorendo l’incremento della resistenza muscolare, ma non quello della forza massima.
All’osservazione esterna, qualsiasi sia la modalità di attivazione delle unità motorie, esse si fonderanno le une con le altre, dando origine a un meccanismo fluido e armonico senza soluzione di continuità. Perché avvenga la contrazione muscolare, è necessario che il cervello invii un impulso nervoso lungo il motoneurone, vero è proprio collegamento tra il sistema nervoso centrale e i muscoli. Questi ultimi, in risposta a tale stimolazione, si contraggono dopo una serie di reazioni chimico-fisiche. Il messaggio elettrico si propaga tramite le giunzioni neuro muscolari dette sinapsi. Un neurotrasmettitore chimico rilasciato dalle sinapsi, l’acetilcolina, stimola la cellula muscolare. Nelle fibre muscolari stimolate, il segnale determina un rilascio di ioni calcio che si diffondono all’interno della cellula muscolare, permettendo il contatto tra actina e miosina. La miosina, portatrice di ATP, si dispone sull’actina formando i cosiddetti ponti acto-miosinici. Grazie all’ATP si ottiene liberazione di energia, che consente lo scivolamento dell’actina sulla miosina e il conseguente accorciamento del sarcomero. La somma degli accorciamenti dei sarcomeri determina il fenomeno della contrazione muscolare. L’accorciamento simultaneo delle diverse fibre permette la contrazione del muscolo nella sua totalità.

La struttura del muscolo scheletrico

La miofibrilla – La struttura del sarcomero

L’inserzione tendinea

La miofibrilla  e la somma delle contrazioni dei sarcomeri

Le unità motorie

I filamenti di actina e miosina e i ponti acto-miosinici

CLASSIFICAZIONE DEI MUSCOLI IN BASE ALLA LORO FUNZIONE
In base alla loro funzione i muscoli possono essere suddivisi in quattro classi.
1. Agonisti: rappresentano il motore primario di un determinato movimento, contraendosi partecipano attivamente all’azione da compiere, forniscono il maggior contributo in termini di forza o di resistenza.
2. Antagonisti: hanno funzione uguale, ma opposta ai precedenti. Mentre l’agonista si contrae, l’antagonista si allunga passivamente. È un muscolo che si oppone al movimento o che inverte l’azione di un muscolo. I muscoli antagonisti possono collaborare alla modulazione del movimento di un agonista attraverso una parziale contrazione, garantendo una resistenza costante durante tutto l’arco di movimento.
3. Sinergici: sono muscoli che collaborano in misura minore con il muscolo agonista (primo motore), eseguendo gli stessi movimenti.
4. Fissatori: sono muscoli che stabilizzano le articolazioni, evitando i movimenti indesiderati. Bloccando una o più articolazioni permettono ad altri muscoli di compiere le loro azioni agendo su posizioni stabili.

TIPOLOGIA DELLE FIBRE MUSCOLARI
I muscoli scheletrici possono permettere gesti esplosivi, come avviene nel lanciatore del disco, resistenti come nel maratoneta o estremamente veloci come nel centometrista. L’efficienza a compiere uno di questi lavori muscolari dipende, oltre che dal tipo di allenamento e dalle caratteristiche morfologiche dell’individuo, anche dalla composizione predeterminata geneticamente delle sue fibre muscolari.  Le fibre muscolari sono classificate genericamente in due gruppi.
1. Fibre lente, o rosse, perché riccamente vascolarizzate, o ST (slow twitch fibers) o di tipo I: promuovono una contrazione lenta, hanno un diametro piccolo, sono sottili, con numerosi mitocondri e spiccata capacità ossidativa. Specializzate nel lavoro di lunga durata, quindi  adatte a un lavoro di tipo aerobico, hanno una scarsa capacità di ipertrofizzarsi.
2. Fibre veloci o bianche, perchè scarsamente vascolarizzate o FT (fast twitch fibers) o di tipo II: possiedono un diametro grande, sono povere di mitocondri, adatte a un lavoro di tipo glicolitico, breve e intenso. Si contraggono rapidamente e altrettanto rapidamente si affaticano; sono caratterizzate da un tono elevato e adatte a un lavoro di potenza. Hanno la capacità di ipertrofizzarsi in modo importante. A questa classe sono ascrivibili:
– le Fibre del tipo II A (o FTa), dette anche glicolitiche ossidative, capaci di sostenere impegni di forza sub massimale.
– le Fibre del tipo II B (o FTb), glicolitiche per eccellenza, adatte a sforzi massimali.
– le Fibre del tipo II C, pare orientabili a II A o II B, in base all’allenamento praticato.
Le fibre muscolari di tipo I (lente), pur presentandosi fisiologicamente orientabili al lavoro di velocità, non riescono a trasformarsi nella tipologia di tipo II (veloce); mentre è relativamente più facile il passaggio opposto generato da un orientamento delle fibre bianche al lavoro di resistenza e da una perdita di efficienza per il lavoro di velocità.

I DIFFERENTI REGIMI DI CONTRAZIONE MUSCOLARE
La teoria dell’allenamento sportivo studia le applicazioni di due differenti tipologie di contrazione muscolare: dinamica e quelle statica. La prima, caratterizzata dal movimento meccanico, è anche definita anisometrica e include diverse tipologie di contrazione.
1. Contrazione concentrica, detta anche positiva o superante. Il muscolo contraendosi permette l’avvicinamento dei capi articolari. Si esprime attraverso il sollevamento di un carico esterno, vincendo la forza di gravità.
2. L’esatto opposto della contrazione precedente dà origine alla contrazione eccentrica, detta anche negativa o cedente. È la condizione di un muscolo contratto, che subisce un progressivo allontanamento dei capi articolari a causa di un carico esterno: il muscolo cercherà di resistere alla forza di gravità sommata al peso del carico esterno. L’insieme delle due contrazioni precedenti dà origine alla contrazione isotonica, come nella flessione dell’avambraccio sul braccio quando si solleva un peso e il suo ritorno, cioè nel momento dell’estensione. Si ricorda che il termine iso starebbe a indicare “uguale”, da cui si dedurrebbe uguale tono durante tutto il grado di movimento. Nella realtà, è solo il peso a essere costante visto che, cambiando il braccio della leva a ogni grado articolare di movimento, si ha un differente interessamento del muscolo in oggetto. È dunque più appropriato sostituire il termine “isotonico” con “isocarico”.
3. Contrazione pliometrica, generata da una prima fase eccentrica veloce seguita, senza soluzione di continuità, da una contrazione concentrica esplosiva, come avviene nel caricamento elastico dei quadricipiti e l’immediata restituzione elastica esplosiva degli stessi nel salto a muro del pallavolista.
4. Contrazione auxotonica, si esprime con esercizi svolti con i cavi o gli elastici. Con l’allungamento dell’elastico, la resistenza dell’attrezzo aumenta, provocando un conseguente incremento della tensione muscolare. Questa particolare condizione stabilizza l’articolazione; nel momento di massima contrazione, con velocità tendente a zero, abbiamo il massimo carico. Tali tipi di contrazione sono molto utili nella riabilitazione, in quanto “coattano” l’articolazione coinvolta nel movimento rendendola più stabile.
5. Contrazione isocinetica: è la contrazione di un gruppo muscolare con una velocità costante durante l’intero arco di movimento (iso = uguale; cinetico = che riguarda il movimento). La velocità di spostamento è controllata per mezzo di dispositivi meccanici, cosicché l’arto può muoversi a una velocità prefissata per raggiungere la forza muscolare massima prodotta a ogni punto del raggio d’azione. La grande differenza con i classici esercizi dinamici dipende dal fatto che nella contrazione isocinetica si ha un carico massimale a ogni grado di movimento. L’attrezzo adegua la sua resistenza momento per momento, in funzione della contrazione muscolare. Queste strumentazioni sono utilizzate prevalente in riabilitazione.
Per quanto riguarda l’espressione isometrica della forza, si evidenziano due differenti tipologie.
1. Contrazione isometrica massimale: non vi è avvicinamento o allontanamento dei capi articolari nonostante il muscolo si contragga. Il carico è fisso e non può essere sollevato: non si realizzerà movimento meccanico e la forza muscolare sarà minore della resistenza da vincere.
2. Contrazione isometrica totale: non vi è avvicinamento o allontanamento dei capi articolari, nonostante il muscolo si contragga. Il carico non è fisso e può essere sollevato, ma si decide di stabilizzarlo a un determinato angolo: non si realizzerà movimento meccanico e la forza muscolare sarà minore della resistenza da vincere.

LA CONTRAZIONE MUSCOLARE E IL GRADO DI ESCURSIONE DEL MOVIMENTO
Grazie a una contrazione muscolare isotonica è possibile realizzare differenti gradi di escursione del movimento.
1. Contrazione isotonica concentrica ed eccentrica completa: si compie quando è rispettato il fisiologico grado di movimento articolare realizzabile tramite la contrazione muscolare. Il muscolo mantiene invariate le sue proprietà di elongazione.
2. Contrazione isotonica concentrica completa ed eccentrica incompleta: si effettua quando è rispettato il fisiologico grado di movimento articolare realizzabile in modo massimale per mezzo  della contrazione concentrica, ma la fase eccentrica è interrotta prima del massimo allungamento muscolare. In questo caso il muscolo pare diminuire la sua capacità di elongazione, diminuendo la capacità di estensione muscolo-tendinea.
3. Contrazione isotonica concentrica incompleta ed eccentrica completa: avviene quando è rispettato il grado fisiologico di movimento articolare realizzabile in modo massimale utilizzando la contrazione eccentrica, ma la fase concentrica contro la gravità è interrotta prima del massimo avvicinamento dei capi articolari. In questo caso il muscolo non esprime la sua capacità di espressione della forza durante tutto il range di movimento.
4. Contrazione isotonica concentrica incompleta ed eccentrica incompleta: si attua quando non è rispettato il fisiologico grado di movimento articolare realizzabile in modo massimale tramite la contrazione concentrica ed eccentrica. Il muscolo agisce su un range di movimento ridotto, diminuendo sia l’espressione dinamica della forza sull’intero R.O.M., sia le proprietà di elongazione muscolare.

I DOLORI MUSCOLARI A INSORGENZA RITARDATA
Sopraggiungono successivamente al training e sono dovuti a esercizi intensi o non abituali. A causare questo tipo di dolore muscolare non è l’acido lattico, bensì l’offesa muscolo-tendinea e la conseguente infiammazione locale. Alcuni ricercatori hanno rilevato che la tipologia di contrazione muscolare eccentrica è quella maggiormente responsabile nel dare origine all’insorgenza del dolore muscolare post training, anche se i regimi concentrici e isometrici possono scatenare risentimenti analoghi nei giorni seguenti l’allenamento.
Sintomi caratteristici dei DOMS sono:
– comparsa di edema locale;
– rigidità muscolare e resistenza allo stiramento;
– dolore al tatto;
– perdita di forza muscolare.
Non risultano attualmente codificabili in modo preciso i tempi di insorgenza e di scomparsa di tali dolori, ma se ne possono fornire indicazioni cronologiche generiche:
– insorgenza, tra le 8 e le 12 ore (1/2 giornata);
– acutizzazione, tra le 24 e le 48 ore (1 – 2 giorni);
– diminuzione, tra le 48 e le 72 ore (2 – 3 giorni);
– scomparsa, tra le 72 e le 120 ore (3 – 5 giorni).

BIBLIOGRAFIA
1. Seeley R., Stephens D., Tate P., Anatomia e fisiologia, Ed. Sorbona, Milano 1993, pp. 273-285
2. Fox E.L., Bowers R.W., Foss M.L, Le basi fisiologiche dell’educazione fisica e dello sport, Ed. Pensiero scientifico, Roma 1995, pp. 105-106 – pp. 107-111
3. Wilmore J.H., Costill L.D., Fisiologia dell’esercizio fisico e dello sport, Ed. Calzetti e Mariucci, Perugia 2005, pp. 50-56
4. Gilles C., Metodi moderni di potenziamento muscolare, Ed. Calzetti e Mariucci, Perugia 1997, p. 16
5. Eston R.G., Byrne C., La sindrome del giorno dopo, Sport e Medicina n°6, 2004, pp. 17-23

MASSIMILIANO GOLLIN
Laureato in Scienze e Tecniche dell’allenamento Sportivo, docente presso l’Università in Scienze Motorie dell’Università di Torino
in Metodologia della Prestazione, allenatore di IV Livello CONI.
E’ esperto in Metodologia dell’allenamento e svolge attività di consulente per la preparazione fisica nel Ri-atletismo e Fitness, Triathlon, Sollevamento Pesi, Sci, Ciclismo, Maratona,  Scherma.

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