Fibre Muscolari: la chiave per una maggiore resistenza e forza fisica

Il muscolo scheletrico si distingue per la sua varietà e specializzazione di fibre, consentendo ai muscoli di adattarsi a una vasta gamma di compiti funzionali. Questa diversità si manifesta attraverso le fibre lente, resistenti alla fatica e adatte ad attività prolungate, e le fibre veloci, potenti ma affaticabili, adatte a sforzi brevi e intensi.

Il Muscolo Scheletrico

Il tessuto muscolare scheletrico è estremamente dinamico, sottoposto a un costante processo di rimodellamento in risposta a diversi stimoli metabolici e funzionali. Le caratteristiche quantitative e qualitative del muscolo dipendono dalle proteine strutturali e contrattili che reagiscono a condizioni sia fisiologiche che patologiche come l'esercizio fisico e le lesioni.

Le fibre muscolari mostrano variazioni nelle loro proprietà meccaniche, biochimiche e metaboliche in base alla loro tipologia. La specializzazione funzionale delle fibre muscolari dipende dalla regolazione selettiva dell'espressione genica che determina il profilo proteico di ciascuna fibra.

I muscoli scheletrici dei mammiferi sono costituiti da una vasta gamma di fibre muscolari, ciascuna con specifiche proprietà funzionali. Le fibre muscolari lente sono adatte per attività contrattili prolungate a bassa intensità, mentre diverse varianti di fibre veloci sono ottimizzate per generare forza e potenza anche in condizioni di affaticamento significativo.

Fibre Muscolari e la loro composizione

Le fibre muscolari sono costituite da sarcomeri, le loro unità funzionali. All'interno di ogni sarcomero si trovano due tipi di proteine miofibrillari: la miosina, costituente il filamento spesso, e l'actina, costituente il filamento sottile. L'interazione tra queste proteine permette ai muscoli di contrarsi. Le fibre muscolari sono classificate in base alle loro diverse isoforme di miosina o alle loro capacità fisiologiche. La molecola di miosina è composta da sei polipeptidi, inclusi due catene pesanti e quattro catene leggere. Ogni catena pesante è associata a una catena regolatrice e a una catena leggera alcalina. La catena pesante della miosina nella regione della testa contiene anche un sito di legame dell'adenosina trifosfato (ATP) e funge da enzima (adenosina trifosfatasi [ATPasi]) per idrolizzare l'ATP in adenosina difosfato (ADP) e fosfato inorganico (PI), che fornisce l'energia necessaria per la contrazione muscolare. Il filamento sottile contiene actina e proteine regolatrici come troponina e tropomiosina.

Quando una fibra muscolare riceve uno stimolo sotto forma di potenziale d'azione, il calcio viene rilasciato dal reticolo sarcoplasmatico. Il calcio si lega alla troponina che, a sua volta, tramite la tropomiosina, espone il sito di legame della miosina sull'actina. Con la presenza di ATP, le teste di miosina si legano all'actina e tirano il filamento sottile verso il filamento spesso, accorciando il sarcomero. Questo ciclo di legame, spinta e rilascio è noto come ciclo cross-bridge. La velocità con cui avviene questo ciclo è limitata principalmente dalla velocità con cui l'ATPasi della testa della miosina può idrolizzare l'ATP.

In passato, i muscoli venivano classificati come veloci o lenti in base alla loro velocità di accorciamento. Questa distinzione corrispondeva anche a differenze morfologiche, con i muscoli veloci che apparivano bianchi e i muscoli lenti che apparivano rossi, differenza dovuta alla loro diversa composizione di mioglobina e capillari. Questa diversità è legata alla maggiore capacità ossidativa dei muscoli rossi. L'analisi istologica ha rivelato una correlazione tra l'attività dell'ATPasi della miosina e la velocità di accorciamento del muscolo, portando alla classificazione delle fibre muscolari in tipo I (lento) e tipo II (veloce). Attualmente, le fibre muscolari vengono classificate utilizzando vari metodi tra cui la colorazione istochimica per l'ATPasi della miosina e l'identificazione delle isoforme della catena pesante della miosina.

Cosa evidenziano gli studi

Il muscolo scheletrico si distingue per la sua varietà e specializzazione di fibre, consentendo ai muscoli di adattarsi a una vasta gamma di compiti funzionali. Questa diversità si manifesta attraverso le fibre lente, resistenti alla fatica e adatte ad attività prolungate, e le fibre veloci, potenti ma affaticabili, adatte a sforzi brevi e intensi. Tuttavia, la composizione mista delle fibre muscolari, particolarmente evidente nel topo e nell'uomo, rende complicata l'interpretazione degli studi biochimici a livello del tessuto muscolare.

Per risolvere questa problematica e identificare le proteine espresse in specifici tipi di fibre, sono stati adottati due approcci distinti. Il primo consiste nell'analisi istochimica enzimatica e immunoistochimica di sezioni muscolari, mentre il secondo prevede l'isolamento e l'analisi proteica delle singole fibre mediante SDS-PAGE e Western blotting. Un passo fondamentale nello studio delle fibre muscolari è stato raggiunto con la scoperta di diverse isoforme delle catene pesanti della miosina (MYH) nei muscoli scheletrici, identificabili tramite anticorpi specifici e separabili attraverso appositi protocolli SDS-PAGE. Le isoforme di MYH sono diventate pertanto un punto di riferimento per identificare i diversi tipi di fibre muscolari sia in sezioni muscolari che in fibre isolate.

Gli studi condotti hanno portato alla conclusione che, in base alla composizione delle catene pesanti della miosina, i muscoli del topo presentano quattro tipi principali di fibre (lento 1, veloce 2A, 2X e 2B), mentre i muscoli umani ne mostrano tre tipi principali (lento 1, veloce 2A e 2X). Altri tipi di fibre, caratterizzati da isoforme uniche di MYH, sono presenti in muscoli specializzati come quelli cranici. Ad esempio, le fibre a tono lento, che reagiscono con contratture anziché con contrazioni, sono riscontrabili nei muscoli extraoculari ma non nella maggior parte dei muscoli scheletrici.

Fibre Muscolari: differenza fra uomini e donne

Nel corso della vita, la forza muscolare mostra variazioni significative tra uomini e donne, influenzate da diversi fattori come l'età, i gruppi muscolari e il tipo di contrazione. Ad esempio, a 15 anni, la forza di presa delle donne rappresenta approssimativamente il 75% di quella degli uomini, una tendenza che persiste nel tempo. Nella quarta decade di vita, quando entrambi i sessi raggiungono il picco di forza di presa, quella femminile costituisce circa il 60% di quella maschile.

Le discrepanze sessuali nella forza muscolare sono più evidenti nei muscoli superiori rispetto a quelli inferiori. Le donne tendono ad avere una forza pari al 50-60% di quella maschile nella parte superiore del corpo e al 60-70% nella parte inferiore. Anche la forza del tronco femminile si attesta intorno al 60% rispetto a quella maschile. Queste differenze sono osservabili sia nella popolazione generale che tra gli atleti di powerlifting.

La composizione delle fibre muscolari può contribuire alla differenza di forza tra i sessi. Sebbene non sia chiaro se esista una differenza nei tipi di fibre muscolari tra uomini e donne, è evidente che le donne hanno una maggiore proporzione di fibre di tipo I, soprattutto nella parte superiore del corpo.

I programmi di allenamento dovrebbero tener conto di queste differenze individuali. Le donne tendono a preferire carichi più leggeri, esercizi per la parte inferiore del corpo e il tronco, richiedendo maggiore supervisione e istruzione. Gli uomini, invece, prediligono esercizi per la parte superiore del corpo, maggiore intensità e competizioni. Adattare gli allenamenti in base al sesso potrebbe massimizzare il coinvolgimento e migliorare la salute, la forma fisica e le prestazioni atletiche.

In conclusione, uomini e donne possono migliorare le proprie prestazioni attraverso l'allenamento della forza, che deve essere personalizzato per soddisfare le esigenze specifiche di ciascun individuo.

Fibre Muscolari e invecchiamento

La diminuzione della massa muscolare correlata all'età ha principalmente origine dalla riduzione del numero totale di fibre muscolari, sia di tipo I che di tipo II, e dalla successiva atrofia delle fibre di tipo II. Quest'ultima porta a un aumento percentuale della massa muscolare di tipo lento nei muscoli invecchiati, manifestato da tempi di contrazione e rilassamento più prolungati rispetto ai muscoli più giovani. Inoltre, la perdita di motoneuroni alfa durante l'invecchiamento porta a una riinnervazione delle fibre muscolari "abbandonate" da parte di unità motorie adiacenti, favorendo la conversione del tipo di fibra.

La progressiva perdita di massa muscolare scheletrica e la conseguente diminuzione della forza contrattile giocano un ruolo centrale nella sindrome della fragilità. I danni neuronali legati all'età sono strettamente associati alla sarcopenia negli anziani, caratterizzata da grave atrofia muscolare che può compromettere significativamente la qualità della vita.

L'atrofia muscolare scheletrica è una delle principali manifestazioni dell'invecchiamento negli esseri umani, spesso accompagnata da una debolezza contrattile che supera l'entità della perdita di massa muscolare stessa. La sarcopenia è strettamente legata alla fragilità e ad un aumento delle cadute e delle fratture, riducendo drasticamente la qualità della vita negli anziani con grave atrofia muscolare.

La ridotta massa muscolare scheletrica e la bassa velocità dell'andatura sono indicatori tipici di sarcopenia, che è definita clinicamente come una riduzione significativa della quantità e/o qualità del tessuto muscolare rispetto alla media degli adulti più giovani e sani con caratteristiche simili. La variazione della forza contrattile legata all'invecchiamento può essere valutata tramite test prestazionali che misurano la capacità di camminare, la velocità dell'andatura, la forza di presa, l'equilibrio e la capacità di salire le scale.

Per comprendere appieno i meccanismi dell'invecchiamento e della sindrome della fragilità, è cruciale studiare i cambiamenti a livello biologico dei sistemi, inclusi lo stress cellulare, le anomalie mitocondriali, il metabolismo proteico compromesso e i processi epigenetici.

Fibre Muscolari e allenamento

La plasticità del muscolo scheletrico può essere attribuita a un vasto rimodellamento a livello metabolico, strutturale e molecolare che coinvolge singole fibre. Composto da diverse tipologie di fibre, il muscolo scheletrico mostra una notevole plasticità in risposta a diverse richieste funzionali. Gli esercizi di resistenza e forza rappresentano due stimoli esterni che si distinguono per durata e intensità della contrazione, generando adattamenti muscolari distinti. Le contrazioni eccentriche, spesso legate a lesioni da esercizio, inducono varie risposte e adattamenti muscolari rigenerativi. I cambiamenti adattativi dipendono principalmente dal tipo di fibra e sono influenzati dalle loro caratteristiche strutturali, metaboliche e funzionali. Le vie di segnalazione regolate dalle specie reattive dell'ossigeno (ROS) e lo stress ossidativo giocano un ruolo cruciale nell'adattamento delle fibre muscolari durante l'esercizio.

L'allenamento di forza ad alta intensità (ad esempio con carichi elevati e poche ripetizioni) produce cambiamenti nel tipo di fibra simili a quelli dell'allenamento di resistenza, con l'ipertrofia muscolare che contribuisce significativamente ai guadagni di forza. Tuttavia, gli aumenti iniziali nella forza derivano principalmente da adattamenti neurali, soprattutto negli adulti sani. L'ipertrofia visibile delle fibre muscolari richiede periodi più lunghi di allenamento continuativo.

Entrambi gli allenamenti, di resistenza e di forza, riducono la coespressione della catena pesante della miosina, aumentando il numero di fibre "pure". Sebbene le tendenze nelle conversioni del tipo di fibra siano simili, ci sono differenze significative nei cambiamenti fisiologici tra i due tipi di allenamento. Mentre l'allenamento di resistenza potenzia la capacità ossidativa del muscolo, quello per la forza promuove l'ipertrofia delle fibre muscolari.

Comprendere le differenze tra i tipi di fibre muscolari scheletriche umane è essenziale per una terapia fisica efficace, inclusi gli interventi di allenamento. Questa conoscenza fornisce anche spiegazioni per i cambiamenti muscolari legati all'età, al decondizionamento e ad altre condizioni, facilitando la progettazione di programmi di riabilitazione mirati ai deficit morfologici e fisiologici muscolari.

See you soon! M.

Fonti

• Free Radical Biology and Medicine, “Muscle fiber type diversification during exercise and regeneration”

• Histology and Histopathology, “Fiber type diversity in skeletal muscle explored by mass spectrometry-based single fiber proteomics”

• Journal of the American Physical Therapy Association, “Human Skeletal Muscle Fiber Type Classifications”

• MDPI-International Journal of Molecular Science, “Fiber-Type Shifting in Sarcopenia of Old Age: Proteomic Profiling of the Contractile Apparatus of Skeletal Muscles”

• The Journal of Strength and Conditioning Research, “Narrative Review of Sex Differences in Muscle Strength, Endurance, Activation, Size, Fiber Type, and Strength Training Participation Rates, Preferences, Motivations, Injuries, and Neuromuscular Adaptations”