MUSCOLO E CONTRAZIONE

 

Questo è il primo di due articoli che dedico al tema della contrazione muscolare.

Il primo (quello che stai leggendo) analizza i meccanismi fisiologici e meccanici a livello microscopico.

Il secondo articolo tratta invece il “Ruolo delle contrazioni eccentriche vs concentriche nel processo di sviluppo ipertrofico”.

Ecco l’indice di questa prima parte:

 

 

Introduzione

 

Quando si affronta la tematica ipertrofia, si sentono le più disparate opinioni e correnti di pensiero.

Queste “opinioni” si basano più sul sentito dire o su parti di studi che sul pensiero logico e critico.

Si sente dire, ormai da anni, che le contrazioni eccentriche sono il miglior strumento per indurre ipertrofia. Ma è davvero quello che emerge dagli studi completi e fatti su umani? (Ovviamente vogliamo tralasciare quelli compiuti su animali)

Gli studi di cui disponiamo oggi, nella modalità in cui vengono eseguiti, possono essere ritenuti ottimali per confutare ipotesi in ambito di ipertrofia, su un soggetto la cui finalità è l’incremento nel tempo della massa magra?

La risposta è più no che sì, perché molto spesso gli studi su cui ci basiamo sono eseguiti su murini oppure su soggetti le cui abilità motorie non sono specificate, misurate e standardizzate in modo chiaro prima di sottoporsi allo studio.

Sapendo benissimo che l’abilità motoria è essenziale al fine di garantire l’incremento di massa muscolare nel tempo, che utilità può avere uno studio che compara l’efficacia delle ALTE RIPETIZIONI con le BASSE RIPETIZIONI nello Squat, se le persone su cui effettuiamo lo studio non hanno ricevuto un’educazione motoria specifica?

Vogliamo davvero credere all’equazione ESPERIENZA = ANNI DA CUI PRATICO PALESTRA ?

Spero che tutti i lettori di questo articolo vedano una grande falla nell’uguaglianza appena citata, purtroppo spesso utilizzata come parametro di “qualità” negli studi scientifici oggi disponibili.

Vi invito a prendere questo articolo nella maniera più critica possibile e di segnalarmi eventuali diverse posizioni a riguardo. Se avete ulteriori spunti non esitate a contattarmi.

Negli anni di esperienza nel mondo dei pesi, che tutt’oggi coltivo anche in prima persona e non solo come professione, ho avuto a che fare con numerose persone e ho cercato di trovare correlazioni tra quello che studiavo e quello che accade nella realtà.

Il fine è stato quello di potermi creare uno strumento di lavoro che mi permettesse di avere risultati su grande scala modulando solo dettagli soggettivi.

Per chiarirci: ho cercato una logica nel tempo che mi permettesse di poter affrontare circostanze differenti, apparentemente complesse o difficili, in maniera simile ma efficace.

C’è chi vi dirà che non è possibile trovare una regola.

Possibile lo è eccome, purché si sia dotati di capacità critica e si abbia la voglia di mettere sempre in discussione quello che si fa, usando come timone una logica che si basa su evidenze scientifiche.

Bene. Ora andiamo a sviscerare piano piano quali sono i punti critici delle teorie assolutiste partendo dal capire cos’è il muscolo, da cosa è costituito, com’è strutturato e come avviene la contrazione muscolare. Come i fenomeni di meccano-trasduzione modulano la risposta delle cellule a fenomeni esogeni, ed in particolare le principali vie metaboliche coinvolte nell’ipertrofia.

Quali sono i principali ormoni coinvolti nell’ipertrofia? E cosa dice la ricerca a lungo termine riguardo alla differenza tra contrazioni eccentriche e concentriche nell’indurre il processo ipertrofico?

 

Struttura macroscopica e microscopica del muscolo scheletrico

 

Il muscolo scheletrico è il tessuto più abbondante del nostro corpo, rappresenta circa il 40% del peso corporeo in un soggetto normopeso in salute, e svolge varie funzioni. In particolare è fondamentale per il mantenimento in essere della postura e  per garantire il movimento del corpo e dei suoi segmenti nello spazio grazie alle sue inserzioni sulle ossa (tendini).

Il muscolo scheletrico è una struttura semplice ma articolata: le singole cellule che lo costituiscono prendono il nome di fibre muscolari, le quali si presentano rivestite da un fascio di tessuto connettivo detto endomisio che separa cellule adiacenti.

Le fibre muscolari sono cellule che si presentano in forma cilindrica allungata. Sono dotate di numerosi nuclei per questo sono definite multinucleate.

All’interno del muscolo, le singole fibre si distribuiscono parallelamente tra loro; ciascuna fibra è avvolta dall’endomisio che si congiunge a quello di fibre muscolari adiacenti formando “gruppi di fibre”, chiamati fascicoli.

Il tessuto che riveste i fascicoli muscolari viene chiamato perimisio.

Interposti tra i fascicoli si osservano collagene, fibre elastiche, vasi sanguigni e nervi. A sua volta, il perimisio si trova in continuità con il connettivo che riveste l’intero muscolo, poi – a catena – connesso con il connettivo di altri muscoli limitrofi, andando a costituire l’unità funzionale chiamata fascia.

L’epimisio è il tessuto connettivo che riveste l’intero muscolo.

 

 

Le fibre muscolari presentano:

  • una membrana cellulare chiamata sarcolemma la quale presenta una membrana basale in cui alloggiano mioblasti e cellule satelliti;
  • una membrana plasmatica .

All’interno del sarcolemma è contenuto il citoplasma, o sarcoplasma (riferendosi a fibre muscolari), in cui si apprezzano numerosi nuclei, depositi di glicogeno, mitocondri (sub-sarcolemmali e miofibrillari), acidi grassi, enzimi, organuli cellulari e una struttura tubulare chiamata Reticolo Sarcoplasmatico o RS.

Il Reticolo Sarcoplasmatico (RS) è un sistema di tubi e vescicole che si estende longitudinalmente nella fibra muscolare avvolgendo ogni singola miofibrilla e formando una tantum delle regioni di diametro allargato chiamate cisterne terminali. Esse fungono da deposito di Ca2+.

La funzione del RS è quella di immagazzinare e rilasciare ioni Ca2+ all’occorrenza coadiuvato, nella rimozione del Ca2+ dal citoplasma, dall’azione della Ca2+ – ATPasi che presenta sulla membrana.

Strettamente associata alle cisterne terminali, si trova una serie di tubi trasversali chiamati Tubuli-T, i quali rappresentano una invaginazione della membrana il cui lume risulta in continuità con il liquido extracellulare.

La funzione dei tubuli-T è quella di permettere ai potenziali di azione di propagarsi rapidamente dalla superficie cellulare verso l’interno della fibra in modo che possano raggiungere velocemente le cisterne terminali senza dover passare attraverso il citoplasma.

Per mantenere l’integrità strutturale, la cellula muscolare riceve sangue attraverso il sistema cardiovascolare e riceve impulsi elettrici dal sistema nervoso SN per potersi contrarre.

 

Analizzando il muscolo scheletrico dal punto di vista della composizione, scopriamo che è costituito per il 75% circa da acqua, per il 20% da proteine e per il restante 5% da glicogeno, acidi grassi, sali minerali, ioni, fosfati, acido lattico, ecc..

Ciascuna fibra muscolare è costituita da migliaia di piccole unità proteiche chiamate miofibrille le quali occupano la maggior parte dello spazio intracellulare.

Ogni miofibrilla è costituita da diversi tipi di proteine aventi diverse funzioni :

  • Proteine contrattili: Miosina, Actina
  • Proteine regolatrici: Tropomiosina, Troponina, M-CK (Miosina Creatin Chinasi)
  • Protenie strutturali: Titina, Nebulina, Desmina, Proteina C, Proteina M, Miomesina, alfa-Actinina

Le diverse proteine costituenti ogni singola miofibrilla assumono una disposizione specifica che si osserva in un’alternanza di bande chiare e scure. Dal punto di vista istologico, queste bande vengono identificate come unità strutturali seriali chiamate sarcomeri.

Il sarcomero rappresenta l’unità funzionale del muscolo scheletrico ed ha una specifica struttura caratterizzata dalla presenza di elementi costituenti quali:

  • Linea zeta: due linee zeta costituiscono i confini del sarcomero; sono costituite da proteine che fungono da sito di ancoraggio per i filamenti sottili
  • Banda i: bande più chiare del sarcomero; costituite solo da filamenti sottili
  • Banda A: bande scure del sarcomero; nella porzione centrale si trovano solo i filamenti spessi mentre ai margini si ha la sovrapposizione tra i filamenti di miosina e quelli di actina
  • Zona h: segmento centrale della banda A occupato solo da miosina
  • Linea m: fascia costituita da proteine a cui si ancorano i filamenti spessi e che divide a metà la banda A

 

 

I filamenti spessi sono costituiti dalla proteina Miosina, la quale rappresenta il motore del muscolo in quanto è lei che ha la capacità di generare movimento.

La Miosina è una proteina costituita da sei catene polipeptidiche. Due due di queste hanno grandi dimensioni e sono dette pesanti (MHC Myosin Heavy Chain), le quali si attorcigliano tra loro da un capo all’altro, la coda e le teste o cross bridge.

Esistono quattro isoforme di MHC in natura che si diversificano per l’attività ATP-asica:

  • MHC-1 è la Miosina a più bassa attività ATP-asica rappresenta le famose fibre rosse, dette anche lente o ossidative.
  • MHC-2 indica che l’attività ATP-asica è veloce ma all’interno delle MHC-2 rientrano :– MHC-2-A che possiamo definire veloce
    – MHC-2-X veloce-veloce
    – MHC-2-B veloce-veloce-veloce ma non sono presenti negli esseri umani

Le altre  4 catene polipeptidiche sono di piccole dimensioni o leggere (MLC Myosin Light Chain).

Oltre alla Miosina, i filamenti spessi presentano proteine strutturali e regolatrici che permettono alla Miosina di rimanere in sede e di metabolizzare ATP ; tra queste proteine ritroviamo ad esempio proteina C, proteina M, Miomesina, M-CK (Miosina-Creatinkinasi)

 

 

I filamenti sottili sono costituiti da molecole di Actina che si polimerizzano tra loro andando a costituire catene di Actina dette F-Actina.

Nel muscolo scheletrico due F-actina si avvolgono tra loro a formare una treccia che rappresenta il filamento sottile. Oltre all’actina, nel filamento sottile si trovano le proteine regolatrici tropomiosina e troponina e la proteina nebulina.

 

La Titina stabilizza in sede i filamenti sottili e grazie alla sua elasticità consente il ritorno alla lunghezza basale del muscolo dopo un suo stiramento.

La Nebulina coadiuva l’azione della Titina e favorisce l’allineamento dei filamenti di Actina nel sarcomero.

 

 

disposizione delle fibre muscolari

 

Le fibre muscolari si possono orientare in maniera differente all’interno del muscolo, dotandolo di caratteristiche contrattili specifiche.

I muscoli, in base alla disposizione assunta dalla fibre, possono essere classificati in:

  • Fusiformi: le fibre appaiono lunghe e dotate di minor sezione trasversa (diametro). Dal punto di vista funzionale queste fibre hanno maggior velocità massima di contrazione ma producono una minor forza contrattile rispetto alle pennate.
  • Pennati: possono essere uni- , bi- , multi- pennati. Le fibre sono più corte rispetto alle fusiformi, sono dotate di maggior sezione trasversa, si contraggono più lentamente ma producono più forza.

 

 

 

Concetto di unità motoria e placca neuromuscolare

 

Per capire come un muscolo può contrarsi è fondamentale capire chi permette al muscolo di contrarsi; la risposta è il Sistema Nervoso (SN).

Il Sistema Nervoso, tramite una serie di circuiti nervosi complessi che hanno sede a livello della corteccia cerebrale-cervelletto-nuclei della base-talamo-tronco encefalico-midollo spinale, trasmette l’impulso elettrico al muscolo mediante un assone la cui origine si trova a livello del midollo spinale.

Più precisamente, parliamo del motoneurone.

Il motoneurone è la stazione di partenza dell’impulso che viaggia poi lungo l’assone, fino a raggiungere la terminazione assonica.

L’assone termina in corrispondenza della fibra muscolare che esso innerva; vi si trova adiacente, separato da uno spazio microscopico chiamato sinapsi.

A questo punto, il segnale elettrico viene convertito in uno stimolo chimico per il rilascio di Acetylcolina Ach nella sinapsi, la quale si legherà a specifici recettori sul versante muscolare e darà inizio alla contrazione muscolare.

La terminazione assonica, la sinapsi e la superficie muscolare adiacente alla sinapsi formano nel loro insieme la placca motrice e rappresenta l’insieme delle strutture anatomiche che rendono possibile la contrazione muscolare.

Per unità motoria si fa riferimento ad una fibra nervosa e tutte le fibre muscolare da essa innervate; l’unità motoria rappresenta l’unità funzionale contrattile, in quanto tutte le cellule che compongono un’unità motrice si contraggono in modo sincrono quando la fibra motrice si eccita.

Le fibre muscolari appartenenti ad un’unità motoria sono tutte dello stesso tipo o fibre tipo-1 o tipo-2 e sono innervate da motoneuroni di diverso diametro a seconda dell’unità motoria presa in considerazione.

Unità motorie costituite da fibre di tipo-2 riceveranno assoni di più grandi dimensioni e dotati di maggior velocità di percorrenza dell’impulsi, mentre unità motorie costituite da fibre di tipo-1 ricevono assoni di più piccole dimensioni dotati di minor velocità di percorrenza dell’impulso.

Le unità motorie possono essere costituite da più o meno fibre muscolari a seconda del distretto corporeo considerato . Muscoli che svolgono azioni fini come ad esempio i muscoli oculari o delle dita della mano sono dotati di un maggior rapporto motoneurone/fibre  ovvero un motoneurone innerva meno fibre (1 : 10 per gli oculari , 1:20 peri muscoli della dita) rispetto a motoneuroni che innervano muscoli più grossolani come ad esempio il gastrocnemio che ha un rapporto 1:1000-2000 .

Dal punto di vista dell’attivazione delle unità motorie, potremmo confonderci pensando che siano prima attivate le fibre di tipo-2 poi quelle di tipo-1 ma invece è l’opposto: in accordo con il principio della dimensione, le unità motorie dotate di più bassa soglia di attivazione (fibre tipo-1) vengono reclutate selettivamente nel corso di sforzi lievi o moderati, mentre le unità motorie a più alta soglia (fibre tipo-2) sono reclutate per sforzi dove la forza richiesta è maggiore.

E’ opportuno ricordare che la capacità di reclutare simultaneamente più unità motorie nel corso di un gesto specifico è allenabile e migliorabile con l’acquisizione di abilità motorie.

 

 

 

fisiologia della contrazione muscolare

 

La contrazione muscolare permette al muscolo di generare forza (definita, in fisiologia, tensione muscolare).

La tensione muscolare è un processo semplice ma allo stesso tempo complesso che si svolge in accordo con la teoria dello scorrimento dei filamenti formulata e confermata da Hugh e Andrew Huxley. Secondo questa teoria, la tensione muscolare è il risultato dello scorrimento dei filamenti sottili su quelli spessi grazie all’effetto power stroke da parte delle teste della Miosina.

Questa teoria non è del tutto banale e ha permesso di dare una risposta ai meccanismi di contrazione che non prevedono l’accorciamento del muscolo visibile come le eccentriche, le isometriche o le statiche.

Cerchiamo di capire in modo semplice in cosa consiste la contrazione muscolare avvalendoci dell’aiuto di un’immagine.

 

 

La contrazione muscolare non è una capacità esclusiva del muscolo scheletrico, in quanto necessita di un innesco che è fornito dal Sistema Nervoso mediante i motoneuroni e le rispettive terminazioni nervose periferiche.

L’effettore starter per la contrazione muscolare è un impulso elettrico chiamato potenziale di azione il quale viaggia lungo tutto l’assone, fino a raggiungere – in corrispondenza del muscolo – la placca motrice o giunzione neuromuscolare.

La sinapsi è lo spazio interposto tra le due superfici: SN e muscolo.
Nel muscolo viene liberata l’Acetylcolina (Ach), il neurotrasmettitore che permette di convertire l’impulso elettrico in un segnale chimico che darà inizio alla contrazione. Successivamente al suo rilascio nello spazio sinaptico, l’Ach si lega a specifici recettori presenti sul sarcolemma determinando la depolarizzazione della membrana cellulare ovvero la modificazione del potenziale di membrana.

Senza dilungarci troppo sulla depolarizzazione, basta che vi ricordiate che alla base dell’innesco della contrazione muscolare c’è una modificazione del gradiente elettrico del sarcolemma dovuto all’ingresso di ioni Na+ e la fuoriuscita di ioni K+ in concomitanza al legame Ach-recettore.

Poiché il Na+ ha un gradiente elettrochimico maggiore rispetto al K+, il risultato è una aggiunta di cariche positive all’interno della cellula dal quale origina il potenziale di azione muscolare.

Il potenziale di azione, a sua volta, si propaga lungo il sarcolemma e nei tubuli-T determinando il rilascio di ioni Ca2+ dal Reticolo Sarcoplasmatico che si lega a sua volta alla Troponina determinando lo spostamento della Tropomiosina dal sito di legame per le teste Miosina sull’Actina permettendone l’adesione.

Una volta che la testa della Miosina si ancora all’Actina, essa compie il colpo di forza o power stroke, facendo scorrere il filamento sottile verso il centro del sarcomero. Ciò crea tensione muscolare, ovvero viene generata forza.

Una volta aver compiuto il power stroke, la testa della Miosina si distacca dall’Actina grazie all’intervento di una molecola di ATP ed il Ca2+ viene riportato nel Reticolo Sarcoplasmatico grazie alla Ca2+-ATPasi chiamata SERCA (Aarcoplasmatic-Endoplasmatic Reticulum Calcium).
In tal modo, diminuisce la concentrazione di Ca
2+ intracellulare e dunque:

  • la Troponina non si lega a ioni Ca2+
  • la Tropomiosina torna ad occupare il sito di legame per le teste della miosina sui filamenti sottili

 

 

Contemporaneamente, la pompa Na+/K+ ATP-dipendente ripristina il potenziale di riposo del sarcolemma pompando ioni Na+ all’esterno e ioni K+ all’interno della cellula. Ad ogni ciclo di contrazione, la Miosina compie un colpo di forza che è permesso dall’idrolisi di una molecola di ATP.

 

 

tensione muscolare e fattori che ne determinano l’entità

 

Ftot = F attiva + F passiva

 

Secondo tale formula, la tensione o forza generata da un muscolo è data dalla somma della tensione generata non solo dalle componenti che partecipano attivamente nel generare tensione (miofilamenti di Actina e Miosina), ma anche dall’azione di strutture come:

 

Numero legami miosina-actina

In accordo con quanto dice la teoria dello scorrimento dei filamenti, la quantità di forza sviluppata da una contrazione dipende in primis dal numero di cross-bridge, ovvero ponti trasversi, che si formano tra teste della miosina ed actina.

Il numero di ponti trasversi che si crea è strettamente correlato al numero di siti liberi sull’actina per la miosina che, a loro volta, sono correlati alla concentrazione di ioni Ca2+ nel citoplasma.

Si può quindi comprendere che: maggiore è la frequenza di impulsi, più aumenta la concentrazione di Ca2+ e quindi maggiori saranno gli ioni Ca2+ che si legano alla troponina, determinando lo spostamento della tropomiosina. Di conseguenza, saranno maggiori i siti liberi per l’ancoraggio delle teste della miosina all’actina.

 

Velocità di accorciamento della fibra muscolare 

Maggiore è la velocità di accorciamento dei sarcomeri, minore è la forza prodotta.Questo accade perché la genesi-rottura dei ponti trasversi ha un ciclo più breve, rendendo quindi minore l’output di forza.

 

Lunghezza del muscolo a riposo 

Bisogna considerare la lunghezza del muscolo a riposo in quanto, in accordo con gli studi sulla fisiologia muscolare, esiste una lunghezza ottimale che permette al muscolo di generare la maggior quantità di tensioneQuesta “lunghezza ottimale” non si trova né in massimo allungamento né in un elevato pre-accorciamento muscolare. In entrambi i suddetti casi il numero di ponti che si creano sono inferiori rispetto a quanti se ne creano mantenendo il muscolo nella lunghezza ottimale.Più nel microscopico, lo sviluppo di tensione dipende dal grado di sovrapposizione tra i filamenti del sarcomero: a lunghezze eccessive risultano sovrapposti solo pochi filamenti.
Invece, se il sarcomero è troppo corto all’inizio della contrazione i filamenti risultano troppo sovrapposti.

 

Numero di unità motorie reclutate 

Ciascuna unità motoria si contrae secondo la legge del tutto o nulla (o si contrae tutta o non si contrae).
Il reclutamento di più o meno unità motorie è sotto il controllo del sistema nervoso centrale, SNC, che a seconda dell’intensità dello stimolo attiva più o meno selettivamente motoneuroni a più bassa o più elevata soglia di attivazione.Più aumenta l’intensità dello stimolo, più sono eccitati motoneuroni ad alta soglia che innervano fibre bianche in grado di produrre maggiore tensione.

 

 

tipi di fibre e caratteristiche

 

Abbiamo visto durante la descrizione dei miofilamenti che le catene pesanti della miosina MHC esistono in natura di 4 isoforme e tre di queste sono espresse nell’essere umano.

Esse sono MHC-1, MHC-2A, MHC-2X.

Le differenze tra queste isoforme riguardano sia l’aspetto istologico che funzionale e metaboliche.

  • Le MHC-1, dette anche fibre rosse o fibre lente, sono fibre che appaiono di colore rosso per l’elevata presenza di mioglobina; presentano un metabolismo ossidativo, sono ricche di mitocondri, ricevono efferenze nervose con diametri piuttosto piccoli e non sono in grado di produrre una grande quantità di forza.

Sono fibre che intervengono in attività di durata o in movimenti fini.

  • Le MHC-2A sono definite anche miste o glico-ossidative in quanto presentano caratteristiche istologico-funzionali-metaboliche miste tra MHC-1 e MHC-2X. Sono più pallide delle MHC-1 ma preservano la presenza di mitocondri, non producono elevate quantità di forza come le MHC-2X ma ne producono più delle rosse (MCH-1).
  • Le MHC-2X sono le fibre veloci o bianche perché molto scarse in mioglobina e mitocondri ; presentano un metabolismo glicolitico e producono grandi quantità di acido lattico che viene tamponato in parte dalle MHC-1 oltre che cuore e fegato . Le MHC-2X sono le fibre capaci di generare il maggior livello di forza e hanno una attivazione rapidissima.

 

concetto di trasduzione e vie di segnalazione cellulare

 

La contrazione muscolare è un esempio di meccanismo di trasduzione, ovvero di conversione di energia da una forma all’altra.

Nel caso della contrazione del muscolo scheletrico, un impulso nervoso viene prima trasformato in segnale chimico mediante la sinapsi e l’Ach, dopodiché il segnale chimico depolarizzante viene trasformato in lavoro meccanico ovvero in scorrimento dei filamenti sottili su quelli spessi.

Per comprendere al meglio la differenza tra le singole tipologie di contrazione, è bene sapere che esistono delle vie di segnalazione cellulare attivate dall’esercizio fisico che modulano lo stato metabolico della cellula (anabolismo/catabolismo).

Le principali vie anaboliche sono :

  • PI3K/Akt
  • MAPK
  • Vie Calcio-dipendenti
  • via dell’Acido fosatidico

Il catabolismo muscolare è invece modulato da vari processi biochimici e vie di segnalazione quali:

  • processi autofagici
  • cascata delle caspasi
  • sistema ubiquitina-proteosoma
  • calpaine-calcio-dipendenti

Si ipotizza che il principale regolatore metabolico cellulare sia l’AMPK, il quale, in risposta a stimoli esogeni come l’esercizio fisico o l’alimentazione (che inducono una diminuzione del rapporto ATP/AMP), agisce al fine di ristabilire l’omeostasi energetica cellulare modulando i processi anabolici/catabolici a seconda della quota energetica disponibile della cellula.

Le segnalazioni cellulari sono il frutto del processo di meccano-trasduzione, ovvero la conversione di stimoli meccanici in eventi biochimico-molecolari.

Per compiere la meccano-trasduzione, il muscolo si avvale della presenza nella sua struttura di meccanocettori (in particolare le integrine) i quali fungono da “ponte di comunicazione” tra le proteine della matrice extracellulare e il citoscheletro (costituito dalle proteine strutturali descritte in precedenza) del miocita.

Senza entrare nello specifico, vediamo molto semplicemente come le vie anaboliche agiscono per poter indurre l’ipertrofia muscolare.

 

Via PI3K/Akt 

Akt (o PKB) è un effettore positivo per i processi anabolici ed inibitore dei processi catabolici.

Svolge la sua azione di promotore anabolico attraverso l’attivazione di:

  • mTOR, il quale a sua volta attiva proteine (come la p70s6k) le quali modulano positivamente la crescita muscolare ed allo stesso tempo inibisce fattore inibenti l’ipertrofia come eIF4EB1. (mTOR e la proteina p70s6k possono essere attivati da molteplici segnali cellulari e non solo dalla via PI3K/Akt)
  • fosforila le proteine FOXO, fattori di trascrizione che inducono atrofia muscolare, determinandone la traslocazione dal nucleo al citoplasma inibendone l’attività:
    In aggiunta, induce l’inibizione di altri fattori proteolitici come MuRF-1 e Atrogina-1.
  • Inibisce la proteina GSK3.
    Questa proteina, se attivata, inibisce a sua volta la traduzione della proteina eIF2B, una proteina implicata nell’inizializzazione della traduzione di tutti gli mRNA.
  • promuove direttamente la differenziazione delle cellule satelliti.

 

via di MAPK 

La MAPK regola l’espressione genica, lo stato redox e il metabolismo della cellula. In risposta all’esercizio fisico, MAPK modula la risposta adattativa tramite tre modalità di segnalazione cellulare a seconda di tipo, durata ed intensità dello stimolo:

  • ERK1/2 Attivata in caso di allenamenti contro resistenza ad intensità elevata. ERK1/2 attiva l’mTOR e stimola la proliferazione delle cellule satelliti.
  • P38 In particolare, la p38y è specifica per il tessuto muscolare. p38y è più attiva nelle fibre rosse rispetto a quelle bianche.
  • JNK La via più responsiva a stimolazione meccanica.
    E’ particolarmente attivato da contrazioni eccentriche. L’attivazione di JNK è determinante per il recupero muscolare in quanto è correlata ad un aumento dell’mRNA dei fattori di trascrizione che mediano la proliferazione cellulare e la riparazione del DNA.
  • Un’altra proteina, denominata p90SK, si è visto essere particolarmente attiva dopo circa 30 minuti di allenamento con contrazioni eccentriche rispetto a quelle concentriche.

 

via dell’AMPK

L’AMPK regola l’omeostasi energetica cellulare agendo da “sensore energetico” del rapporto AMP/ATP.
L’AMPK inibisce i processi anabolici e stimola la proteolisi principalmente attraverso il fattore proteolitico l’Atrogina-1 e le proteine FOXO, induce autofagia (non altro che una degradazione cellulare controllata), riduce la sintesi proteica e la differenziazione dei mioblasti, sopprime il fattore anabolico eIF3F1.

In realtà, il ruolo anti-ipertrofico dell’AMPK è ancora da indagare in quanto in letteratura alcuni studi indicano che post-esercizio si hanno aumenti di mTOR e sintesi proteica concomitanti all’attivazione dell’AMPK.

E’ stato confermato che esistono più isoforme di AMPK, le quali sono attivate da segnali differenti tra loro (mostrati nella figura sottostante), tra cui allenamento e alimentazione.

vie calcio-dipendenti

Le vie calcio-dipendenti, come quella mediata dalla proteina calcineurina, che attivata da un continuo aumento della concentrazione citoplasmatica di ioni Ca2+, a sua volta attivano fattori anabolici come MEF2, GATA e NFAT. Oppure le chinasi-calmodulina-dipendenti (CaMK2 CaMK4).
In particolare, CaMK2 viene attivata in seguito ad un esercizio acuto e di lunga durata risultando determinante per la biogenesi mitocondriale.

 

Via dell’acido fosfatidico

Detta anche PA in cui l’PA, attivato da vari enzimi, attiva mTOR e a cascata la p70s6k, la quale inibisce i fattori proteolitici.

 

Lontano anni luce da una descrizione precisa e approfondita di tali argomenti, il paragrafo vuole mostrare come i singoli fattori che influiscono sui fattori anabolici/catabolici – e di conseguenza ipertrofici – siano moltissimi.

Quindi, considerare un singolo o pochi segnali può rendere fuorviante l’intera comprensione dell’argomento.

Allo stesso tempo, il voler trovare una soluzione “pronta” è un facile sistema per strumentalizzare la scienza.

 

ruolo degli ormoni nel metabolismo del muscolo scheletrico

 

Da alcuni anni è risaputo che l’ipertrofia è un meccanismo complesso che coinvolge regolazioni di natura neuro-endocrina-molecolare.

Si può definire il rilascio di ormoni come il risultato di una serie di input di varia natura ad attività inibente o stimolante il rilascio.

Sono molteplici gli ormoni che contribuiscono all’ipertrofia, ma ora tratteremo solo i più conosciuti e in maniera semplificata.

Ognuno di questi non agisce indissociato da un altro, poiché gli ormoni agiscono globalmente al fine di indurre azioni sistemiche.

La secrezione ormonale non è un fattore circoscritto alla sola contrazione muscolare ma è influenzata da fattori nervosi, cronobiologici, psichici e alimentari.

Ecco i principali:

 

Testosterone 

Svolge un’azione anabolica diretta sul muscolo scheletrico stimolando la sintesi proteica ed inibendo la proteolisi. Inoltre stimola il rilascio di GH, IGF-1 e MGF, ormoni anch’essi capaci di stimolare l’ipertrofia.Il testosterone è implicato nella differenziazione e proliferazione delle cellule satelliti. I mioblasti sono dotati di recettori per gli androgeni la cui attività è dose dipendente (più ce n’è, meglio è) .

 

Insulina 

Ormone in grado di attivare il messaggero cellulare mTOR attraverso la via PI3K/Akt, il quale regola finemente la crescita muscolare, i nutrienti, l’ossigeno e l’energia della cellula.

 

GH 

Il GH, o ormone della crescita è dotato sia di azione catabolica (in quanto stimola la lipolisi), sia di azione anabolica (in quanto stimola la sintesi proteica).La sintesi proteica dovuta al GH è in primis relativa al collageno, ma il suo effetto si estende anche a livello muscolare in quanto stimola il rilascio di tutte le forme di IGF-1.

 

IGF-1

In particolare, l’IGF-1Ec, a differenza delle altre isoforme che vengono prodotte principalmente dal fegato e svolgono un’azione sistemica, è secreto dalle fibre muscolari in conseguenza ad uno stimolo meccanico (per questo definito MGF o Mechano Growth Factor) ed esplica la sua funzione stimolando la differenziazione cellulare e la fusione delle cellule satelliti alle fibre muscolari.

 

Oltre a questi quattro ormoni considerati “best” nell’indurre ipertrofia, esistono altri ormoni che svolgono un ruolo chiave nel mantenere ottimale l’efficienza del metabolismo e del muscolo scheletro.

Questi ormoni sono maggiormente correlati a fattori di natura alimentare o psicologica più che all’allenamento. Eccoli:

 

Ormoni tiroidei 

Gli ormoni tiroidei sono secreti dalla tiroide, a partire da iodio e tireoglobulina, prevalentemente sottoforma di T4 e T3.Il T4 a livello periferico viene convertito dall’enzima deiodasi in T3, ormone metabolicamente più attivo e che agisce a livello sistemico aumentando: il consumo di O2 , il dispendio metabolico, gli enzimi ossidativi del glucosio, la trascrizione ed esposizione di GLUT-4, la temperatura corporea e la lipolisi.Inoltre, gli ormoni tiroidei svolgono altre funzioni sistemiche a livello intestinale, renale e cardiaca e stimolano il rilascio di altri ormoni (in particolare il GH). Una dieta povera di carboidrati e iodio per lunghi periodi può determinare un deficit di produzione di ormoni tiroidei con ripercussioni più o meno gravi che possono sfociare in una condizione di ipotiroidismo.

 

Leptina 

La Leptina è un ormone prodotto dagli adipociti sotto regolazione del gene-OB ed agisce sull’asse adipocita-cervello tramite un meccanismo a feedback negativo.Questo significa che maggiore è la percentuale di grasso maggiore è l’azione della leptina a livello sistemico dove agisce da anoressizzante, lipogenico, regolatore secrezione ormoni sessuali e tiroidei, modulatore del sistema immunitario.Minore è la percentuale di grasso, minore è la produzione di leptina. Questa cosa è vera fino ad un certo punto, oltre il quale si crea uno stato di resistenza alla leptina che ha le stesse ripercussioni di un deficit. Per cui si può capire come una percentuale di massa grassa intorno al 10-13% nei maschi e 13-16% nelle femmine sia opportuna per il mantenimento di un corretto funzionamento metabolico. Il rilascio di leptina è stimolato dall’azione dell’insulina sul tessuto adiposo.

 

Adiponectina 

E’ secreta dagli adipociti in maniera proporzionale al calo di adipociti stessi. Ha un forte potere lipolitico grazie al legame con i suoi recettori, situati a livello del muscolo scheletrico e degli adipociti.L’adiponectina aumenta il consumo lipidico indotto dalla maggior trascrizione di proteine UCP (proteine disaccoppianti) nella membrana interna del mitocondrio, migliora la sensibilità all’insulina.

 

Certamente la trattazione delle azioni dei singoli ormoni e delle singole vie di segnalazione esula dallo scopo di questo articolo, in quanto solo un biologo molecolare potrebbe rispondere a tutte le possibili cause-effetto tra i singoli sistemi; questa breve trattazione ci deve servire per capire come l’ipertrofia non sia un processo semplice, ma è il frutto di migliaia di interconnessioni molecolari stimolate da migliaia di fattori che teoricamente possono risultare contrastanti ma in pratica, in determinati circostanze, possono divenire sinergici.

PS: Consiglio vivamente di approfondire il tema sopra trattato per chiarirvi le idee sui singoli meccanismi di regolazione.

Date anche un’occhiata anche al ruolo delle miochine nei processi anabolici e catabolici come IL-6, IL-15, HGF, MSTN, ecc…

 

conclusioni

 

Come vediamo, dietro ad un banale gesto (che si parli di palestra, di uno sport dinamico o di vita quotidiana), esistono innumerevoli operazioni chimiche, fisiologiche e meccaniche.

Certamente, la conoscenza di ciò che accade nel microscopico non è sufficiente all’interpretazione completa del movimento umano, ma costituisce una base essenziale su cui strutturare una corretta visione macroscopica e, sostanzialmente, la pratica e lo studio del movimento.

Nel successivo articolo, analizzo il RUOLO DELLE CONTRAZIONI ECCENTRICHE CONTRO IL RUOLO DELLE CONCENTRICHE NEL PROCESSO DELL’IPERTROFIA SU LUNGO PERIODO.

Cercheremo quindi, nella pratica, di capire se convenga o meno dedicarsi all’esasperazione delle contrazioni eccentriche a sfavore di quelle concentriche.

 

Bibliografia

 

1- Michael E. Houston – Fondamenti di biochimica del l’esercizio fisico

2- Pamela C. Champe, Richard A. Harvey, Denise R. Ferrier – le basi della biochimica

3- David L. Nelson, Michael m. Cox – I principi di biochimica di Lehninger

4- William D McArdle, Frank i. Katch, victor L. Katch. – Fisiologia applicata allo sport

5- Dee unglaub silverthorn – Fisiologia applicata

6- Brad Schoenfeld – scienza e sviluppo della ipertrofia muscolare

7- Lombardo, lenzi – Manuale di endocrinologia

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