IL LAVORO MUSCOLARE
LAVORO MUSCOLARE
Le cellule muscolari sono differenziate per svolgere la funzione di contrazione.
In pratica esse possiedono la capacità di accorciarsi e questo comporta la generazione
di una forza alle estremità della cellula stessa.
Generazione di forza
Se tutte le cellule muscolari di un muscolo si contraggono insieme, esse generano
forza sui punti di inserzione ossea dei tendini e questo causa il movimento di
un segmento corporeo.La generazione di forza da parte di una cellula muscolare
è l’ultima tappa di una serie abbastanza complessa di eventi che possono essere
schematicamente riassunti come segue:
- al muscolo deve giungere, attraverso il nervo motore, un ordine per la contrazione;
se il movimento è volontario l’ordine parte da una zona ben precisa del cervello.
- il segnale trasmesso dal nervo innesca nelle cellule muscolari una serie di reazioni
chimiche che liberano energia chimica;
- l’energia chimica si trasforma in energia meccanica causando accorciamento delle
cellule muscolari.
L’evento 1 è più di pertinenza nervosa, mentre gli eventi 2 e 3 sono tipicamente
di fisiologia muscolare in quanto descrivono il funzionamento del motore biologico.
| Per la spiegazione del funzionamento del motore può essere utile richiamare qualche
analogia con il motore dell’automobile. Nel motore dell’automobile il combustibile
si incendia per intervento dell’ossigeno, l’energia che ne deriva serve a muovere
i pistoni. Come tutti sanno, questa reazione chimica di combustione libera energia
in modo repentino, si parla infatti di motore a scoppio e tutti sanno anche che
un motore deve disporre di un sistema di raffreddamento per dissipare la notevole
quantità di calore che si libera nello scoppio.Anche nel motore biologico si verifica
un processo di ossidazione di combustibile, tuttavia a differenza di quanto avviene
nel motore a scoppio, non esiste una sola reazione chimica, ma una serie di molte
reazioni chimiche concatenate: il risultato è che l'energia si libera in quantità
distribuite nel tempo e questo evita un considerevole aumento di temperatura,
il che comporterebbe una denaturazione irreversibile dei tessuti. Ovviamente parte
dell’energia chimica si libera sotto forma di calore, ma l’organismo dispone di
adeguati meccanismi per disperdere questo calore e quindi controllare la temperature
corporea. |
Esaminando più in dettaglio il funzionamento del motore biologico, si osserva
che nelle cellule muscolari vi sono degli organelli, detti mitocondri , che rappresentano una vera e propria fornace ove si realizzano le varie tappe
del metabolismo ossidativo.
 Mitocondrio
La molecola che entra nella fornace è sempre la stessa e può derivare
dal metabolismo dei grassi, delle proteine e degli zuccheri. Questi tre gruppi
di sostanze vengono anche indicati come substrato. La decisione di metabolizzare grassi, proteine o zuccheri è presa dalla cellula
muscolare in base al tipo di attività fisica e alla disponibilità di substrato. Ad esempio, nell’esercizio di resistenza (corsa lunga, passeggiata in montagna),
le cellule muscolari scelgono come substrato principale i grassi. Viceversa, nel
lavoro di potenza esse scelgono gli zuccheri. Le cellule in effetti si servono
di una miscela di substrati ove dominano ora i grassi ora gli zuccheri. La scelta
delle proteine non è primaria, essa si verifica in due casi: come conseguenza
del fatto che esiste notevole scarsità di zuccheri (ipoglicemia), in questo caso
la cellula è costretta a distruggere proteine per formare zuccheri e distrugge
in effetti tessuto proteico muscolare; nel secondo caso la cellula metabolizza
proteine che provengono dal normale ricambio proteico. Bisogna infatti ricordare
che le strutture proteiche sono sottoposte a carichi e manifestano “affaticamento
meccanico” analogamente a quanto si verifica per le strutture di un aereo; le
cellule provvedono quindi normalmente a distruggere le molecole proteiche parzialmente
degradate e a sintetizzarne di nuove. In media il ricambio proteico è di 1g/kg
al giorno, quindi in un soggetto di 70 kg il fabbisogno proteico giornaliero è
di 70g.
L’energia che si libera in alcune delle reazioni concatenate indicate sopra viene
usata dalle cellule muscolari per la sintesi di un composto che contiene tre gruppi
fosforici indicato come ATP (adenosin trifosfato) che è altamente energetico. Infatti, l’ATP una volta formato,
ha facilità a cedere un gruppo fosforico liberando energia.
Questa reazione realizza nella cellula muscolare una modificazione della disposizione
spaziale delle molecole fibrillari note come actina e miosina che si traduce in
un accorciamento della cellula muscolare . L’accorciamento è temporaneo ed è seguito dal ritorno alla condizione di riposo
(rilasciamento).
Fatica
La cellula muscolare manifesta il fenomeno della fatica che consiste nel fatto
che malgrado venga stimolata non è più in grado di contrarsi; questo è ascrivibile
ad una serie di fattori quali:
- carenza di ATP
- carenza di substrato che serve alla resintesi di ATP
- acidosi da elevata concentrazione di acido lattico
- alterazione della concentrazione di ioni intracellulari (sodio, potassio, calcio)
- disidratazione
E’ importante ricordare che una volta generatisi, questi fattori non si rimuovono
molto rapidamente. Sicuramente è necessario un tempo sufficientemente lungo da
compromettere una prestazione agonistica. Il riposo rimuove questi fattori.
Rendimento
Quando si parla di un motore è utile proporre il concetto di rendimento, cioè
il rapporto tra lavoro fatto ed energia totale spesa per compiere il lavoro. Il
rendimento della cellula muscolare è piuttosto elevato, circa il 25%, paragonabile
a quello di una dinamo e molto superiore rispetto a quello di un motore a scoppio.
Tuttavia, il rendimento del muscolo durante l’esecuzione di movimento complesso
come la marcia e la corsa è sorprendentemente molto più elevato, raggiungendo
il 55-60%. Questo si realizza per un’azione combinata tra muscolo e tendine nella
particolare condizione in cui il muscolo si allunga durante la contrazione. Si
pensa più facilmente all’accorciamento di un muscolo durante la contrazione, ma
è molto frequente il caso in cui un muscolo si contrae e si allunga. Ad esempio
scendete un gradino abbassando la gamba destra, se contemporaneamente ponete la
mano sulla coscia di sinistra potete rilevare la contrazione del muscolo quadricipite;
siccome il ginocchio di sinistra è in flessione questo significa che il muscolo
quadricipite si contrae e si allunga. Analogamente, durante un passo di corsa,
la fissazione della gamba in appoggio si realizza con una certa flessione del
ginocchio e contrazione del quadricipite. La stessa gamba in appoggio sarà poi
quella che fornisce la spinta la quale si realizza con l’estensione della gamba
causata dalla contrazione del quadricipite. Pertanto il muscolo quadricipite rimane
in contrazione nella fase di appoggio (contrazione-allungamento) e nella successiva
fase di estensione (contrazione-accorciamento): dal punto di vista meccanico, nella fase di contrazione-allungamento si immagazzina
energia elastica che si libera nella successiva fase di estensione.
Questo meccanismo consente un notevole risparmio energetico in quanto la forza
per l’estensione della gamba deriva da un recupero di energia elastica e non da
attività metabolica. La conseguenza fisiologica di questo meccanismo è il basso
costo energetico della marcia e della corsa: circa 1 kcal per kg di massa per
km percorso. Per una persona di 70 kg ci vogliono 70 kcal per fare 1 km e 700
kcal per fare 10 km. Nella maggior parte dei casi le persone non sono in grado
di fare 10 km e questo non perché non hanno a disposizione nel loro organismo
substrato sufficiente a fornire 700 kcal. Infatti il nostro organismo dispone
di una scorta di circa 500g. di zucchero che liberano 2000 kcal, e qualche chilo
di grassi, diciamo 10 kg, corrispondenti a ben 9000 kcal. Quindi sulla base della
quantità di zuccheri e lipidi, ci sarebbe una disponibilità pronto uso di 11000
kcal, utili a coprire qualcosa come 157 km. L’incapacità a coprire 10 km (o molto
meno) dipende principalmente dalla scarsa efficienza del sistema "trasporto-utilizzo"
dell’ossigeno.
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