Siete in palestra, un tizio fa la panca. Alla sesta ripetizione grugnisce e l'amico lo aiuta a completarla, poi un'altra ripetizione allo stesso modo,fino a che il tipo fa scendere il bilanciere e l'amico deve tirarlo su tutto lui.
Scenetta tipica da palestra. Che si vede quasi sempre nella panca, mai nello squat. E' la tecnica per tirare la serie oltre il limite. Parlate con chi la fa così, troverete il solito fritto misto di mitologia e pseudo scienza. La spiegazione più scientifica è che le ripetizioni negative sono uno stimolo maggiore per la crescita, come si legge in tutte le riviste di bodybuilding.
Bene. Le ripetizioni negative sono uno stimolo migliore per la crescita o no?
Rispondere a questa domanda in maniera precisa risulta incredibilmente complesso: c'è da capire in cosa differiscono le ripetizioni “in su” da quelle “in giù”.
I due movimenti non sono infatti fra loro equivalenti dato che voi potete frenare un carico superiore a quello che potete spingere o, come si suol dire, la forza eccentrica (generata da un muscolo che si contrae mentre è sottoposto ad un allungamento) è superiore a quella concentrica (generata da un muscolo che si contrae mentre si accorcia). Spiegare questo implica scendere nel dettaglio del funzionamento delle strutture muscolari. Stavolta non se ne può fare a meno.
E' giunto il momento di vedere cosa c'è sotto il cofano, per capire come funziona il motore. Sembra incredibile ma in quasi due anni di scrittura compulsiva non c'è mai stato bisogno di capire come i muscoli si contraggono.
Qualcuno si pone mai il problema di cosa succede quando pompa in un curl di concentrazione? O meglio, è necessario sapere come funzionano i muscoli per far bene lo squat? La risposta è, incredibilmente, no. A meno che ci sia gente che è migliorata di 10Kg nello stacco sapendo cosa sono l'actina e la miosina.
Del resto, giocare a biliardo non occorre sapere che gli urti sono perfettamente elastici e che in prima approssimazione l'energia cinetica totale si conserva.
Le eccentriche però necessitano di uno sforzo in più. Il pezzo sarà palloso, ma avete due possibilità: leggere le conclusioni oppure capire perchè arrivo a quelle conclusioni. Nel primo caso, come in tutti quelli in cui prendete un risultato scodellato, dovete fidarvi di chi scrive, perchè solo questo potete fare. Nel secondo caso, potete farvi un'idea (meglio se cercate anche le informazioni di base da voi) e giudicare le conclusioni di chi scrive.
Vi prego di avere pietà sia delle spiegazioni, sia dei disegni. La complessità della materia è immane, e se semplificare per chi la padroneggia non è facile, di sicuro per un ingnegnere elettronico rappresenta un'impresa ciclopica. In più, mi sono fatto io i disegnini, perchè questa roba finirà nel mega-libro che sto scrivendo e non voglio avere lagne strane con copyright. Ci ho messo qualche mese, non sono bellissimi, ma... sono i miei.
Vi prego di approfondire da voi la materia, che è affascinante. In più, avrete un'idea di quanto si sia scoperto e di quanto ancora sia da scoprire.
Fisiologia elementare non per bambini delle elementari
Un viaggio allucinante nell'immensamente piccolo
Questo lo avete visto, dài... frammenti di memoria del Liceo che tornano a galla dalle profondità della corteccia cerebrale generando incubi notturni di interrogazioni folli.
Mi ricordo che mi piaceva l'anatomia fatta in terza superiore, anche se l'insegnante aveva le sue fisse assurde: ad esempio dovevamo dire che il duodeno (quel budellino che collega lo stomaco all'intestino) era lungo dodici dita trasverse. Cioè... trasverse e dodici, non una di più, non una di meno, non “circa dodici”, e... trasverse, come se con le dita le lunghezze si misurassero “per dritto” e non “di taglio”. E si incazzava se non dicevi la frasetta come voleva lei!
Un'altra volta alla lezione di geologia mentre ci faceva vedere dei sassi tutti uguali, disse “è evidente che i felspati, questi, sono diversi dai felspatoidi, questi altri”. Poi la chiamò il bidello per non so che cosa, e un mio amico mescolò tutti i ***** di sassi. Al ritorno continuò a spiegare le caratteristiche dei feldspatoidi prendendo un sasso che chissà quale minerale era...
Mi ricordo di quella volta che feci cadere il cuore di vacca... come? sono OT?
Se osservassimo un muscolo al microscopio, scopriremmo che la sua struttura è simile a quella di una corda, composto da tanti fascetti di altre cordicelle, e che queste cordicelle sono a loro volta composte da altri fili detti fibre muscolari.
A loro volta, le fibre sono costituite da fasci di ulteriori strutture filamentose dette miofibrille che sono l'elemento di base dell'intera struttura.
Ognuna di queste strutture è rivestita dalla sua brava guaina protettiva, dove troviamo le sostanze nutritive, i vasi sanguigni, le terminazioni nervose e tutto il resto dell'armamentario che permette al muscolo di essere nutrito e coccolato per funzionare bene.
Ogni muscolo termina alle estremità (che possono avere le forme più varie, fusiformi come un bicipite o triangolari come un dorsale) con degli agganci sulle ossa, i tendini. Alle estremità i tessuti muscolari si trasformano in queste nuove strutture robuste e fibrose. E' interessante notare come le miofibrille sottolissime si estendano per tutta la lunghezza di un dato muscolo.
Analizzando una miofibrilla si scopre che è costituita dalla ripetizione di celle elementari, di tanti mattoncini detti sarcomeri. Al microscopio è possibile evidenziare zone più chiare e zone più scure, che prendono il nome di dischi Z, banda A, banda I, banda H il cui significato sarà chiaro fra poco.
Il sarcomero è l'unità contrattile del muscolo, cioè l'elemento che, riducendo la sua dimensione lineare, permette la contrazione muscolare. Ogni sarcomero è lungo circa 2 micron (due millesimi di millimetro), immaginatevi quanti ce ne sono in serie in ogni miofibrilla che parte, che so, da una vostra scapola per arrivare all'omero in modo da formare il vostro bel bicipituccio...
Quando contraete i vostri possenti bicipiti in un curl con 50Kg state facendo rimpicciolire centinaia di migliaia di piccolissimi sarcomeri.
Sembra impossibile ma... funziona così!
Il meccanismo di contrazione muscolare prende il nome di Sliding filaments theory (o teoria dei filamenti che scorrono) ed è relativamente giovane, degli anni '50 quando il progresso dei microscopi permise di osservare la struttura fine delle cellule muscolari.
Ogni sarcomero visto di profilo è costituito dalla sovrapposizione di filamenti di due proteine, la miosina e l'actina.
I filamenti di miosina sono a loro volta composti da molecole di miosina che hanno la forma come nel disegno, un corpo allungato e una “testa” piegata. Le molecole di miosina sono raggruppate in modo tale da creare una specie di bastoncino dove alle estremità le teste formano una specie di elica.
I filamenti di actina, più piccoli, sono disposti intorno a quelli di miosina, formando una struttura come nel disegno. Si evidenzia una sezione che mostra la struttura di taglio: per ogni filamento di miosina abbiamo intorno 6 filamenti di actina, in modo da formare una struttura complessiva esagonale che permette di massimizzare gli elementi nello spazio a disposizione, un po' come per le celle di un alveare.
I filamenti di actina si ancorano ai lati del sarcomero con quelli dei sarcomeri attigui tramite dei legami con altre proteine che vanno a formare i dischi Z che si osservano al microscopio come strisce più scure. La banda H invece è una zona più scura dove il bastoncino di miosina non ha le teste e dove non vi è presenza di filamenti di actina sovrapposti. La colorazione delle fibre muscolari in altre parole denota la presenza delle varie strutture.
Il carburante dei muscoli
La contrazione muscolare è un processo in cui sono coinvolte decine di reazioni chimiche ed elettriche. Lo scopo di questa spiegazione è descrivere il principio del funzionamento, semplificando la trattazione ad un livello di grossolanità che è paragonabile a quello di un gorilla ritardato che vuole spiegare il principio di indeterminazione di Heisemberg.
Se il sarcomero è il minuscolo motore dei muscoli, il carburante di questo motore è una sostanza detta adenosintrifosfato (ATP), che è presente nei muscoli stessi. L'ATP è una molecola complessa, anche da disegnare.
Ho riportato il disegno solo per completezza: la parte in alto a destra è l'adenina, il pentagono in basso a destra è il ribosio, mentre a sinistra abbiamo una catena di tre gruppi fosfato, le P con le O intorno, Fosforo e Ossigeno.
I gruppi fosfato, quando si “staccano” dall'ATP generano energia. La nuova molecola che rimane si chiama ADP, adenosindifosfato. Viceversa, l'ADP quando acquista un gruppo fosfato assorbe energia. Per quello che ci riguarda, l'ATP è un immagazzinatore e trasportatore di energia, che rilascia quando serve.
Immaginate la molecola come un TIR che trasporta una cisterna piena di benzina che rilascia all'occorrenza. Oppure immaginatevi l'ATP come vi pare, basta che non lo diciate al vostro psicologo.
Potremmo scrivere enciclopedie sul perchè l'ATP è fatto così, perchè l'adenina, perchè il ribosio, perchè il fosforo e non altri elementi, perchè e come l'ATP sia presente nei muscoli. A noi basta sapere che l'ATP è energia immagazzinata, presente nei muscoli.
Oh... issa!
Ecco un'idea del meccanismo di contrazione, che secondo me ha del miracoloso.
In questo disegno ho messo vicini due sarcomeri, indicando tutte le bande visibili al microscopio elettronico. Si comprende adesso il perchè della loro presenza: a seconda del grado di sovrapposizione dell'actina sulla miosina le strutture formano colori differenti.
L'actina scivola sulla miosina: poiché il “bastoncino” di miosina, considerato inestensibile, ha le teste da entrambi i lati, quello che accade è che sono i filamenti di actina a muoversi e quelli di miosina che rimangono fermi. Questo provoca un avvicinamento delle estremità dei dischi Z e così i sarcomeri complessivamente si accorciano, l'intero muscolo si contrae, le ossa ad esso collegate ruotano.
A me tutto questo sembra incredibilmente affascinante, ma alla fine questa teoria è stata dimostrata e, sebbene ci siano punti ancora oscuri, risulta essere la più accreditata.: i nostri amati muscoli si contraggono perchè miliardi di ingranaggi scorrono sferragliando fra loro.
Un grafico classico
Il grafico rappresenta il comportamento di una fibra muscolare quando viene stirata fino ad una certa lunghezza e poi fatta contrarre completamente: prendo una fibra, la aggancio ai due estremi in modo che sia lunga X, la faccio contrarre e registro la forza che genera. Registro i dati sul piano cartesiano, ripeto per una lunghezza Y e così via, ottenendo una curva che approssima i punti come quella del disegno. Si può notare una lunghezza ottimale in cui viene prodotta la massima tensione ai capi della fibra, perciò quella è la massima forza che la fibra può esprimere.
Al di fuori di questo intervallo ottimale, la forza decresce. La teoria delle testine che remano... ops, scusate, dei filamenti scorrevoli, spiega questo comportamento:
Se tutto questo è vero per una fibra, le cose cambiano per un intero muscolo, e fra muscoli diversi. Ciò non toglie che esiste una lunghezza ottimale dove ogni muscolo esprime la massima forza possibile, perchè i suoi costituenti elementari possono operare al meglio.
La nostra esperienza ci dice che in ogni movimento ci sono angolazioni tali per cui si può “spingere meglio”. Sarebbe interessante capire perchè. A mio modestissimo avviso, due sono i motivi:
Perchè le eccentriche sono diverse dalle concentriche
A questo punto siamo in grado di effettuare un esperimento e di spiegarne i risultati
L'esperimento è un classico di chi studia queste cose: si prendono delle fibre muscolari, si inchiodano nella struttura come nel disegno. Le fibre vengono fatte contrarre al massimo ma il fermo impedisce alla leva di muoversi. Poi il fermo viene rilasciato e viene misurata la velocità di accorciamento (o allungamento).
I risultati delle misurazioni peso spostato/velocità di spostamento permettono di determinare le coppie tensione muscolare/velocità di accorciamento (o allungamento) ed ottenere un grafico sperimentale di questo tipo:
Una importantissima precisazione: questo comportamento è vero per UNA fibra muscolare. Il comportamento per un intero muscolo è differente, ma alla fine è simile, perciò per quello che ci interessa “confondiamo” il comportamento per una fibra con quello per l'intero muscolo.
Per spiegare perchè un muscolo si comporta così... è necessario tirare in ballo tutta la fisiologia di cui abbiamo parlato.
Contrazione isometrica
In una contrazione isometrica non c'è allungamento o accorciamento muscolare. A seconda della lunghezza del muscolo verrà pertanto generata una forza o tensione, detta appunto isometrica. Se il muscolo si contrae alla sua lunghezza ottimale, questa forza risulta essere isometricamente massimale. In questo tipo di contrazione le teste di miosina si attaccano e si staccano dall'actina in modo tale da dare come movimento finale uno spostamento nullo: i microscopici spostamenti del muscolo a causa del peso applicato sono compensati da microscopici spostamenti dalla parte opposta da parte dei sarcomeri che si accorciano.
Contrazione eccentrica..
Contraiamo il nostro bel muscolo mentre lo sottoponiamo ad un allungamento, genererà più forza rispetto alla condizione isometrica, forza detta eccentrica e l'incremento sarà molto repentino, nel senso che a piccoli incrementi nella velocità con cui allungo il muscolo produrranno netti incrementi della forza con cui reagisce.
Ad un certo punto, indipendentemente dalla velocità con cui allungo il muscolo, questo genererà una forza costante, come si evidenzia nella parte sinistra del grafico. La spiegazione di questo comportamento secondo la teoria dei filamenti è la seguente:
All'aumentare della velocità di accorciamento, un muscolo genera sempre meno forza, che in questo caso viene chiamata concentrica. In altre parole, più volete lanciare velocemente un oggetto, meno questo dovrà pesare.
Potete provare voi stessi: prendete un sasso leggerissimo e lanciatelo: il sasso schizza via veloce ma “sentite” proprio che non siete riusciti ad imprimergli forza, il movimento è veloce ma debole. Uso frasi colloquiali per rendere meglio le immagini mentali, in realtà tutti i termini andrebbero ben definiti.
Via via che aumentate il peso dei sassi, ne troverete uno che quando lo lanciate vi permette di “sentire” che il movimento è “potente”, poi aumentando ancora il peso, non ce la fate a scagliarlo lontano e il movimento risulta proprio lento.
E' possibile calcolare la potenza ottimale del movimento, che si assesterà a circa il 60% del carico massimo: esistono cioè dei carichi che risultano ottimali nell'equilibrio fra il loro peso e la velocità a cui possono essere mossi.
La spiegazione di questo comportamento è data, secondo la teoria dei filamenti, dai seguenti motivi
Risultato pratico pratico
Quando fate la panca, potete sollevare sempre più velocemente pesi sempre più leggeri, viceversa siete in grado di tenere immobile un peso maggiore di quanto potete sollevare, e potete frenare un peso superiore a quello che potete trattenere.
Quello che ho scritto già lo sapevate, non ho tirato nessun coniglio fuori da nessun cappello. Spero però di avervi spiegato il perchè ciò accade.
Scenetta tipica da palestra. Che si vede quasi sempre nella panca, mai nello squat. E' la tecnica per tirare la serie oltre il limite. Parlate con chi la fa così, troverete il solito fritto misto di mitologia e pseudo scienza. La spiegazione più scientifica è che le ripetizioni negative sono uno stimolo maggiore per la crescita, come si legge in tutte le riviste di bodybuilding.
Bene. Le ripetizioni negative sono uno stimolo migliore per la crescita o no?
Rispondere a questa domanda in maniera precisa risulta incredibilmente complesso: c'è da capire in cosa differiscono le ripetizioni “in su” da quelle “in giù”.
I due movimenti non sono infatti fra loro equivalenti dato che voi potete frenare un carico superiore a quello che potete spingere o, come si suol dire, la forza eccentrica (generata da un muscolo che si contrae mentre è sottoposto ad un allungamento) è superiore a quella concentrica (generata da un muscolo che si contrae mentre si accorcia). Spiegare questo implica scendere nel dettaglio del funzionamento delle strutture muscolari. Stavolta non se ne può fare a meno.
E' giunto il momento di vedere cosa c'è sotto il cofano, per capire come funziona il motore. Sembra incredibile ma in quasi due anni di scrittura compulsiva non c'è mai stato bisogno di capire come i muscoli si contraggono.
Qualcuno si pone mai il problema di cosa succede quando pompa in un curl di concentrazione? O meglio, è necessario sapere come funzionano i muscoli per far bene lo squat? La risposta è, incredibilmente, no. A meno che ci sia gente che è migliorata di 10Kg nello stacco sapendo cosa sono l'actina e la miosina.
Del resto, giocare a biliardo non occorre sapere che gli urti sono perfettamente elastici e che in prima approssimazione l'energia cinetica totale si conserva.
Le eccentriche però necessitano di uno sforzo in più. Il pezzo sarà palloso, ma avete due possibilità: leggere le conclusioni oppure capire perchè arrivo a quelle conclusioni. Nel primo caso, come in tutti quelli in cui prendete un risultato scodellato, dovete fidarvi di chi scrive, perchè solo questo potete fare. Nel secondo caso, potete farvi un'idea (meglio se cercate anche le informazioni di base da voi) e giudicare le conclusioni di chi scrive.
Vi prego di avere pietà sia delle spiegazioni, sia dei disegni. La complessità della materia è immane, e se semplificare per chi la padroneggia non è facile, di sicuro per un ingnegnere elettronico rappresenta un'impresa ciclopica. In più, mi sono fatto io i disegnini, perchè questa roba finirà nel mega-libro che sto scrivendo e non voglio avere lagne strane con copyright. Ci ho messo qualche mese, non sono bellissimi, ma... sono i miei.
Vi prego di approfondire da voi la materia, che è affascinante. In più, avrete un'idea di quanto si sia scoperto e di quanto ancora sia da scoprire.
Fisiologia elementare non per bambini delle elementari
Un viaggio allucinante nell'immensamente piccolo
Questo lo avete visto, dài... frammenti di memoria del Liceo che tornano a galla dalle profondità della corteccia cerebrale generando incubi notturni di interrogazioni folli.
Mi ricordo che mi piaceva l'anatomia fatta in terza superiore, anche se l'insegnante aveva le sue fisse assurde: ad esempio dovevamo dire che il duodeno (quel budellino che collega lo stomaco all'intestino) era lungo dodici dita trasverse. Cioè... trasverse e dodici, non una di più, non una di meno, non “circa dodici”, e... trasverse, come se con le dita le lunghezze si misurassero “per dritto” e non “di taglio”. E si incazzava se non dicevi la frasetta come voleva lei!
Un'altra volta alla lezione di geologia mentre ci faceva vedere dei sassi tutti uguali, disse “è evidente che i felspati, questi, sono diversi dai felspatoidi, questi altri”. Poi la chiamò il bidello per non so che cosa, e un mio amico mescolò tutti i ***** di sassi. Al ritorno continuò a spiegare le caratteristiche dei feldspatoidi prendendo un sasso che chissà quale minerale era...
Mi ricordo di quella volta che feci cadere il cuore di vacca... come? sono OT?
Se osservassimo un muscolo al microscopio, scopriremmo che la sua struttura è simile a quella di una corda, composto da tanti fascetti di altre cordicelle, e che queste cordicelle sono a loro volta composte da altri fili detti fibre muscolari.
A loro volta, le fibre sono costituite da fasci di ulteriori strutture filamentose dette miofibrille che sono l'elemento di base dell'intera struttura.
Ognuna di queste strutture è rivestita dalla sua brava guaina protettiva, dove troviamo le sostanze nutritive, i vasi sanguigni, le terminazioni nervose e tutto il resto dell'armamentario che permette al muscolo di essere nutrito e coccolato per funzionare bene.
Ogni muscolo termina alle estremità (che possono avere le forme più varie, fusiformi come un bicipite o triangolari come un dorsale) con degli agganci sulle ossa, i tendini. Alle estremità i tessuti muscolari si trasformano in queste nuove strutture robuste e fibrose. E' interessante notare come le miofibrille sottolissime si estendano per tutta la lunghezza di un dato muscolo.
Analizzando una miofibrilla si scopre che è costituita dalla ripetizione di celle elementari, di tanti mattoncini detti sarcomeri. Al microscopio è possibile evidenziare zone più chiare e zone più scure, che prendono il nome di dischi Z, banda A, banda I, banda H il cui significato sarà chiaro fra poco.
Il sarcomero è l'unità contrattile del muscolo, cioè l'elemento che, riducendo la sua dimensione lineare, permette la contrazione muscolare. Ogni sarcomero è lungo circa 2 micron (due millesimi di millimetro), immaginatevi quanti ce ne sono in serie in ogni miofibrilla che parte, che so, da una vostra scapola per arrivare all'omero in modo da formare il vostro bel bicipituccio...
Quando contraete i vostri possenti bicipiti in un curl con 50Kg state facendo rimpicciolire centinaia di migliaia di piccolissimi sarcomeri.
Sembra impossibile ma... funziona così!
Il meccanismo di contrazione muscolare prende il nome di Sliding filaments theory (o teoria dei filamenti che scorrono) ed è relativamente giovane, degli anni '50 quando il progresso dei microscopi permise di osservare la struttura fine delle cellule muscolari.
Ogni sarcomero visto di profilo è costituito dalla sovrapposizione di filamenti di due proteine, la miosina e l'actina.
I filamenti di miosina sono a loro volta composti da molecole di miosina che hanno la forma come nel disegno, un corpo allungato e una “testa” piegata. Le molecole di miosina sono raggruppate in modo tale da creare una specie di bastoncino dove alle estremità le teste formano una specie di elica.
I filamenti di actina, più piccoli, sono disposti intorno a quelli di miosina, formando una struttura come nel disegno. Si evidenzia una sezione che mostra la struttura di taglio: per ogni filamento di miosina abbiamo intorno 6 filamenti di actina, in modo da formare una struttura complessiva esagonale che permette di massimizzare gli elementi nello spazio a disposizione, un po' come per le celle di un alveare.
I filamenti di actina si ancorano ai lati del sarcomero con quelli dei sarcomeri attigui tramite dei legami con altre proteine che vanno a formare i dischi Z che si osservano al microscopio come strisce più scure. La banda H invece è una zona più scura dove il bastoncino di miosina non ha le teste e dove non vi è presenza di filamenti di actina sovrapposti. La colorazione delle fibre muscolari in altre parole denota la presenza delle varie strutture.
Il carburante dei muscoli
La contrazione muscolare è un processo in cui sono coinvolte decine di reazioni chimiche ed elettriche. Lo scopo di questa spiegazione è descrivere il principio del funzionamento, semplificando la trattazione ad un livello di grossolanità che è paragonabile a quello di un gorilla ritardato che vuole spiegare il principio di indeterminazione di Heisemberg.
Se il sarcomero è il minuscolo motore dei muscoli, il carburante di questo motore è una sostanza detta adenosintrifosfato (ATP), che è presente nei muscoli stessi. L'ATP è una molecola complessa, anche da disegnare.
Ho riportato il disegno solo per completezza: la parte in alto a destra è l'adenina, il pentagono in basso a destra è il ribosio, mentre a sinistra abbiamo una catena di tre gruppi fosfato, le P con le O intorno, Fosforo e Ossigeno.
I gruppi fosfato, quando si “staccano” dall'ATP generano energia. La nuova molecola che rimane si chiama ADP, adenosindifosfato. Viceversa, l'ADP quando acquista un gruppo fosfato assorbe energia. Per quello che ci riguarda, l'ATP è un immagazzinatore e trasportatore di energia, che rilascia quando serve.
Immaginate la molecola come un TIR che trasporta una cisterna piena di benzina che rilascia all'occorrenza. Oppure immaginatevi l'ATP come vi pare, basta che non lo diciate al vostro psicologo.
Potremmo scrivere enciclopedie sul perchè l'ATP è fatto così, perchè l'adenina, perchè il ribosio, perchè il fosforo e non altri elementi, perchè e come l'ATP sia presente nei muscoli. A noi basta sapere che l'ATP è energia immagazzinata, presente nei muscoli.
Oh... issa!
Ecco un'idea del meccanismo di contrazione, che secondo me ha del miracoloso.
- A riposo actina e miosina formano dei legami trasversali nel senso che le teste della miosina sono ancorate saldamente ai siti corrispondenti dell'actina, per formare un complesso unico detto actomiosina (nel disegno in alto, lo stato attached)
- L'ATP si lega alla testa della miosina causando il suo rilascio dall'actina, stato released.
- A questo punto l'ATP si trasforma in ADP perdendo un gruppo fosfato e cedendo energia. Questo energizza la testa della miosina che si piega in avanti. Questo stato si chiama cocked (cotto, cucinato) e mi fa letteralmente impazzire come gli anglosassoni abbiano un senso di umorismo pratico in ambito scientifico. Da noi avremmo chiamato questo stato energizzazione miosinica per ATP idrolizzato, pomposo, pesante. Gli americani... cocked.
- Non essendo più presente l'ATP, si forma un nuovo legame fra la testa della miosina e l'actina, ma in un sito “più avanti” del precedente. Il contatto con la miosina elimina il gruppo fosfato e la testa della miosina riprende il suo stato originario, tornando indietro e generando di conseguenza una forza (stato force generating).
- Infine, si torna allo stato iniziale, attached.
In questo disegno ho messo vicini due sarcomeri, indicando tutte le bande visibili al microscopio elettronico. Si comprende adesso il perchè della loro presenza: a seconda del grado di sovrapposizione dell'actina sulla miosina le strutture formano colori differenti.
L'actina scivola sulla miosina: poiché il “bastoncino” di miosina, considerato inestensibile, ha le teste da entrambi i lati, quello che accade è che sono i filamenti di actina a muoversi e quelli di miosina che rimangono fermi. Questo provoca un avvicinamento delle estremità dei dischi Z e così i sarcomeri complessivamente si accorciano, l'intero muscolo si contrae, le ossa ad esso collegate ruotano.
A me tutto questo sembra incredibilmente affascinante, ma alla fine questa teoria è stata dimostrata e, sebbene ci siano punti ancora oscuri, risulta essere la più accreditata.: i nostri amati muscoli si contraggono perchè miliardi di ingranaggi scorrono sferragliando fra loro.
Un grafico classico
Il grafico rappresenta il comportamento di una fibra muscolare quando viene stirata fino ad una certa lunghezza e poi fatta contrarre completamente: prendo una fibra, la aggancio ai due estremi in modo che sia lunga X, la faccio contrarre e registro la forza che genera. Registro i dati sul piano cartesiano, ripeto per una lunghezza Y e così via, ottenendo una curva che approssima i punti come quella del disegno. Si può notare una lunghezza ottimale in cui viene prodotta la massima tensione ai capi della fibra, perciò quella è la massima forza che la fibra può esprimere.
Al di fuori di questo intervallo ottimale, la forza decresce. La teoria delle testine che remano... ops, scusate, dei filamenti scorrevoli, spiega questo comportamento:
- Il punto 1 è quello di massimo allungamento: in questa situazione la miosina è sovrapposta minimamente all'actina e poche “testine” (ah ah ah, scusate, non ce la faccio...) formano ponti trasversali. Perciò la fibra può sviluppare pochissima forza.
- Via via che faccio contrarre la fibra ad allungamenti inferiori aumenta il numero di teste di miosina a contatto con l'actina, perciò aumentano i legami e di conseguenza la forza. Questo accade fino al punto 2 dove poi la forza si assesta. Ricordiamoci che nella zona centrale del bastoncino di miosina le teste non sono presenti, perciò continuando a contrarre in quella zona non aumentano i contatti fra actina e miosina, che continuano a scorrere fino a che non siamo al punto 3 dove si ha la massima sovrapposizione
- A questo punto facendo proseguire la contrazione i due estremi di actina del sarcomero penetrano l'uno sopra l'altro. La forza diminuisce perchè un filamento di un lato interferisce con la formazione dei legami dell'altro con la miosina, punto 4.
- Proseguendo ulteriormente la forza continua a decrescere fino a che anche la struttura di miosina non tocca gli estremi del sarcomero, dati dai dischi Z.
Se tutto questo è vero per una fibra, le cose cambiano per un intero muscolo, e fra muscoli diversi. Ciò non toglie che esiste una lunghezza ottimale dove ogni muscolo esprime la massima forza possibile, perchè i suoi costituenti elementari possono operare al meglio.
La nostra esperienza ci dice che in ogni movimento ci sono angolazioni tali per cui si può “spingere meglio”. Sarebbe interessante capire perchè. A mio modestissimo avviso, due sono i motivi:
- In un certo angolo la leva muscolare è meccanicamente ottimale
- In un certo angolo la contrazione muscolare è fisiologicamente ottimale
Perchè le eccentriche sono diverse dalle concentriche
A questo punto siamo in grado di effettuare un esperimento e di spiegarne i risultati
L'esperimento è un classico di chi studia queste cose: si prendono delle fibre muscolari, si inchiodano nella struttura come nel disegno. Le fibre vengono fatte contrarre al massimo ma il fermo impedisce alla leva di muoversi. Poi il fermo viene rilasciato e viene misurata la velocità di accorciamento (o allungamento).
I risultati delle misurazioni peso spostato/velocità di spostamento permettono di determinare le coppie tensione muscolare/velocità di accorciamento (o allungamento) ed ottenere un grafico sperimentale di questo tipo:
Una importantissima precisazione: questo comportamento è vero per UNA fibra muscolare. Il comportamento per un intero muscolo è differente, ma alla fine è simile, perciò per quello che ci interessa “confondiamo” il comportamento per una fibra con quello per l'intero muscolo.
Per spiegare perchè un muscolo si comporta così... è necessario tirare in ballo tutta la fisiologia di cui abbiamo parlato.
Contrazione isometrica
In una contrazione isometrica non c'è allungamento o accorciamento muscolare. A seconda della lunghezza del muscolo verrà pertanto generata una forza o tensione, detta appunto isometrica. Se il muscolo si contrae alla sua lunghezza ottimale, questa forza risulta essere isometricamente massimale. In questo tipo di contrazione le teste di miosina si attaccano e si staccano dall'actina in modo tale da dare come movimento finale uno spostamento nullo: i microscopici spostamenti del muscolo a causa del peso applicato sono compensati da microscopici spostamenti dalla parte opposta da parte dei sarcomeri che si accorciano.
Contrazione eccentrica..
Contraiamo il nostro bel muscolo mentre lo sottoponiamo ad un allungamento, genererà più forza rispetto alla condizione isometrica, forza detta eccentrica e l'incremento sarà molto repentino, nel senso che a piccoli incrementi nella velocità con cui allungo il muscolo produrranno netti incrementi della forza con cui reagisce.
Ad un certo punto, indipendentemente dalla velocità con cui allungo il muscolo, questo genererà una forza costante, come si evidenzia nella parte sinistra del grafico. La spiegazione di questo comportamento secondo la teoria dei filamenti è la seguente:
- In una contrazione eccentrica i legami delle teste di miosina che via via si formano con l'actina vengono stirati nel tempo che permangono attivi. Questi legami reagiscono elasticamente, proprio come le molle del disegno, generando una forza maggiore rispetto alla condizione isometrica: le molle sono più allungate e perciò producono più forza. Questo spiega la maggior forza prodotta in un movimento eccentrico rispetto ad un movimento isometrico.
- Maggiore è la velocità di allungamento, maggiore è lo stiramento nel periodo di tempo in cui i legami permangono. Questo spiega perchè all'aumentare della velocità di allungamento aumenta rapidamente la forza eccentrica prodotta.
- Oltre ad una certa velocità i legami fra actina e miosina sono così stirati che cedono prima del loro normale ciclo di funzionamento, impedendo alla forza totale di crescere ancora: “cedere” significa che i legami si strappano. Questo spiega perchè ad un certo punto la forza si stabilizza, indipendentemente dalla velocità di allungamento
All'aumentare della velocità di accorciamento, un muscolo genera sempre meno forza, che in questo caso viene chiamata concentrica. In altre parole, più volete lanciare velocemente un oggetto, meno questo dovrà pesare.
Potete provare voi stessi: prendete un sasso leggerissimo e lanciatelo: il sasso schizza via veloce ma “sentite” proprio che non siete riusciti ad imprimergli forza, il movimento è veloce ma debole. Uso frasi colloquiali per rendere meglio le immagini mentali, in realtà tutti i termini andrebbero ben definiti.
Via via che aumentate il peso dei sassi, ne troverete uno che quando lo lanciate vi permette di “sentire” che il movimento è “potente”, poi aumentando ancora il peso, non ce la fate a scagliarlo lontano e il movimento risulta proprio lento.
E' possibile calcolare la potenza ottimale del movimento, che si assesterà a circa il 60% del carico massimo: esistono cioè dei carichi che risultano ottimali nell'equilibrio fra il loro peso e la velocità a cui possono essere mossi.
La spiegazione di questo comportamento è data, secondo la teoria dei filamenti, dai seguenti motivi
- Accade esattamente l'opposto rispetto all'allungamento: le teste di miosina “tirano”, ma il muscolo è in accorciamento, perciò anche l'actina si sposta nella stessa direzione e non vi è il fenomeno di stiramento dei legami actina-miosina con conseguente minor forza generata: le “molle” sono allungate meno in una contrazione concentrica rispetto ad una contrazione eccentrica.
- E possibile che ad aumentare della velocità queste “molle” vengano addirittura schiacciate, cioè il movimento è così veloce che le teste di miosina non fanno nemmeno in tempo a ruotare, e vengono tirate indietro dallo spostamento dell'actina. In questa situazione viene a mancare l'effetto di trazione della miosina che, invece, risponderebbe con una forza repulsiva come farebbe una molla compressa.
- Si è visto che all'aumentare della velocità dell'accorciamento diminuiscono i legami actina-miosina istantaneamente attivi, pertanto la forza che il muscolo può produrre decresce perchè diminuiscono gli elementi che la generano.
Risultato pratico pratico
Quando fate la panca, potete sollevare sempre più velocemente pesi sempre più leggeri, viceversa siete in grado di tenere immobile un peso maggiore di quanto potete sollevare, e potete frenare un peso superiore a quello che potete trattenere.
Quello che ho scritto già lo sapevate, non ho tirato nessun coniglio fuori da nessun cappello. Spero però di avervi spiegato il perchè ciò accade.
Commenta