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:
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
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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:
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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