Per prima cosa, vediamo quali sono le principali differenze tra la contrazione concentrica e la contrazione eccentrica. Intanto, il grafico di Hill ci racconta a riguardo due informazioni interessanti: Il fatto che nella fase eccentrica si riesca a esprimere più forza rispetto a quella concentrica è probabilmente di esperienza comune tra i frequentatori delle palestre. Infatti, anche qualora non riuscissimo a sollevare un carico, sappiamo che quasi certamente siamo in grado di gestirne la discesa. Va bene…ma quanta forza in più? Gli autori di una recente meta-analysis hanno provato a rispondere a questa domanda, considerando tutti gli studi nei quali la forza massima era stata misurata sia concentricamente che eccentricamente 43. Facendo un riassunto globale, la massima capacità eccentrica eccede quella concentrica mediamente di circa il 40%. Ossia, dato 100 kg il massimo carico esterno sollevabile concentricamente, possiamo gestire mediamente 140 kg durante la fase eccentrica dello stesso movimento. Ma gli autori ci forniscono tante altre informazioni interessanti che vale la pena esaminare. Il summenzionato rapporto del 140% è come detto una media, ma è molto variabile quando si considerano i vari distretti corporei e le loro azioni principali 43. Infatti, il rapporto minimo eccentrico/concentrico si è visto sulla rotazione interna della spalla con valori medi di circa il 132%, ma si arriva anche a superare il 200%, i.e., il doppio della forza, in movimenti inerenti alla flessione plantare (205%) e flessione dorsale della caviglia (223%) o inclinazione laterale del tronco (261%) 43. Per quanto riguarda movimenti più largamente utilizzati in palestra, il rapporto medio tra forza eccentrica e concentrica è circa il 154% per gli estensori e il 163% per i flessori del gomito, il 146% per i flessori e 148% per gli estensori del ginocchio, il 205% per lo squat e circa il 140% mediamente per i muscoli che governano i movimenti delle spalle 43. Capite bene quanto la fase eccentrica sia quasi sempre sottostimata in qualsiasi esercizio e allenamento, ed è per questo motivo che ci sarà una sezione dedicata più avanti in questo libro! Ultimo aspetto di questo punto è che le donne sembrano avere una maggiore capacità di espressione di forza eccentrica rispetto agli uomini, perciò la differenza di forza menzionata nella sezione precedente è più marcata durante una contrazione concentrica e meno rispetto durante una eccentrica 41. Il secondo punto che esploriamo è la capacità della forza massima erogata durante la contrazione eccentrica di essere decisamente meno influenzata dalla velocità alla quale viene espressa, diversamente dalla forza massima erogata durante la contrazione concentrica che cala in funzione dell’aumento della velocità. Sempre seguendo la meta-analysis precedente, gli autori ci forniscono un’ulteriore informazione: ogni incremento di velocità angolare di 1°/s corrisponde a un incremento del rapporto eccentrico/concentrico dello 0.20% 43. Dando qualche numero, misurando la forza massima eccentrica su quella concentrica prima a 10°/s e poi a 11°/s avremo un incremento del rapporto eccentrico/concentrico dello 0.20%, oppure passando da 10°/s a 50°/s avremo un incremento dell’8%. Questo ci conferma che la forza massima concentrica risente della velocità molto più di quella eccentrica. Ricordiamo che si parla di velocità angolare perché noi siamo fatti di leve articolari, le quali si muovono modificando angoli. Ultimo aspetto, l’abbiamo menzionato in precedenza e lo faremo ancora, si tratta di velocità angolari costanti, ottenibili attraverso un dinamometro isocinetico. Queste erano le differenze visibili attraverso il grafico di Hill. Tuttavia, la comparazione tra contrazione concentrica ed eccentrica non è ancora terminata. A parità di carico esterno, l’attività muscolare è maggiore durante la contrazione concentrica rispetto a quella eccentrica, come dimostrato in tantissimi studi tra i quali inseriamo in bibliografia quelli eseguiti nel nostro laboratorio 44–51. Inoltre, anche a parità di forza espressa (e non carico esterno…questa differenza sarà esaminata meglio), la contrazione concentrica attiva maggiormente i muscoli interessati rispetto a quella eccentrica 5,52–55. Detto in altri termini, un muscolo “lavora meno” durante una contrazione eccentrica rispetto a una contrazione concentrica, a parità di carico o forza espressa; tuttavia non vuol dire che non riceva stimoli, come vedremo nel capitolo dedicato all’allenamento eccentrico. Associando maggiore attivazione muscolare ⟶ maggiore attivazione processi metabolici ⟶ maggiore fatica, possiamo comprendere meglio il prossimo esempio. Quando noi saliamo o scendiamo le scale, stiamo eseguendo rispettivamente un lavoro tipicamente concentrico o eccentrico a parità di carico esterno, i.e., il nostro corpo. Eppure, sappiamo perfettamente che la salita è più faticosa della discesa. Adesso sappiamo anche il perché! Un’ultima grande differenza da menzionare (ve ne sarebbero delle altre, ma andremmo oltre lo scopo del libro) è una diversa eccitazione delle aree corticali durante un’espressione di forza eccentrica rispetto a una concentrica. Questo vale sia per contrazioni massimali 56 che sottomassimali 57. Nella fattispecie, non solo si assiste a un aumento dell’attività corticale durante la fase eccentrica oltre a un aumento del numero di aree coinvolte, ma anche a una maggior anticipazione temporale rispetto al momento in cui la forza viene realmente espressa 56,57. Questo vuol dire che il nostro sistema nervoso si prepara meglio e prima ogni qualvolta avviene una contrazione eccentrica. Ma qual è la ragione per questa “iper-programmazione” dell’azione eccentrica? La risposta principale è che l’organismo associa l’allungamento attivo, i.e., la contrazione eccentrica, a un possibile danno al tessuto muscolare. In effetti non ha tutti i torti visto il concetto di danno muscolare con relativi dolori, familiare a chi si allena in palestra. Inoltre, un eccessivo allungamento attivo potrebbe portare a uno stiramento o addirittura uno strappo, ed ecco ulteriormente spiegato perché l’organismo cerca di proteggere il tessuto muscolare incrementando la coordinazione neuromotoria durante una contrazione eccentrica. Dobbiamo quindi provare a capire come mai la contrazione eccentrica riesca a produrre una forza massima maggiore di quella concentrica, perda meno forza con l’incremento della velocità alla quale viene espressa, e sia più economica dal punto di vista dell’attivazione muscolare della contrazione concentrica. Come per l’espressione di forza, ci sono possibili fattori neurali e strutturali. Il controllo neuromotorio dell’espressione di forza l’abbiamo sintetizzato in precedenza, eppure sembra che la contrazione eccentrica abbia qualche unicità, come evidenziato in molti decenni di ricerche scientifiche. Un primo aspetto interessante sta nell’ipotesi che il sistema di reclutamento delle unità motorie possa non seguire il principio di Henneman, ma recluti le unità motorie in modo differente. Alcuni tra i più importanti studiosi in ambito neuromotorio hanno riassunto questa possibilità basandosi sugli studi effettuati fino al 1996, dichiarando che vi fosse la possibilità che le unità motorie più grandi venissero reclutate prima di quello che sarebbe stato il loro ordine naturale 58. Se fossimo in grado di reclutare tutte le unità motorie alla massima frequenza questo non sarebbe poi un problema, visto che ci ritroveremmo comunque nella stessa situazione finale durante un compito massimale. Non essendo questo il caso, capite che reclutare prima le unità motorie più “forti” vorrebbe dire essere in grado di sviluppare più forza massimale, oltre che maggiori espressioni di forza ad alte velocità. Inoltre, questo spiegherebbe anche la minore attivazione muscolare durante una contrazione eccentrica, visto che per lo stesso carico esterno o forza prodotta sarebbero sufficienti meno unità motorie, avendo già a disposizione quelle “forti”. Tuttavia, disamine scientifiche successive hanno ridimensionato parecchio questa possibilità, lasciando però uno spiraglio più aperto verso le azioni eccentriche rapide 59–61, la qual cosa aiuterebbe comunque a spiegare perché la contrazione eccentrica risente meno del fattore velocità considerato la possibilità di utilizzare le unità motorie “forti” (e rapide) anche prima del dovuto. Quello che invece sembra spiegare la minore attivazione muscolare durante la fase eccentrica non è tanto un minor reclutamento spaziale, ma quanto temporale. In altri termini, non è tanto il numero di unità motorie derivante da un eventuale “disordine” di reclutamento, ma una frequenza di scarica sicuramente inferiore 59–61, la quale garantirebbe anche la minore fatica. Ci fermiamo qui riguardo ai meccanismi neurali, perché continuare la disamina implicherebbe aprire un vaso di Pandora neurofisiologico che non siamo certi essere in grado di riuscire poi a chiudere, ma chi volesse approfondire queste ricerche può farlo consultando le referenze inserite. Esaminiamo quali sono i possibili fattori di natura strutturale che ci aiutano a spiegare le differenze tra contrazione concentrica ed eccentrica. Abbiamo visto in precedenza come la contrazione muscolare non dipenda solo da actina e miosina, ma soprattutto nella fase eccentrica comprenda il ruolo attivo della titina. Tuttavia, anche solo considerando la teoria iniziale dei due filamenti, la prima spiegazione strutturale la si ottiene abbastanza facilmente. Infatti, consideriamo un modello semplificato dove la forza prodotta totale è il prodotto tra la forza prodotta da un singolo ponte acto-miosinico moltiplicato il numero di ponti attivi in quel momento. Durante l’accorciamento avremmo quindi una forza che via via diminuisce e un numero di ponti acto-miosinici che farebbe altrettanto; al contrario, durante l’allungamento attivo avremmo una forza in aumento, così come il numero di ponti acto-miosinici attivo 5. L’aggiunta della titina come filamento operante durante l’allungamento attivo “rinsalda” la produzione di forza nella fase eccentrica, cosa che invece non accadrebbe durante la fase concentrica 5,62. C’è anche un’ulteriore aggiunta di forza da includere, ossia la resistenza erogata dalle componenti passive del sarcomero e del muscolo per intero, come per esempio la matrice extracellulare. Queste infatti incrementerebbero la forza risultante durante l’allungamento, cosa che durante l’accorciamento non saprebbero fare (si pensi a un elastico); inoltre, lo farebbero senza “sprecare” energia, visto che non sono attivabili a comando; ultimo, non sono affaticabili per quanto appena detto.Le differenze
[Figura 16] Schematizzazione del grafico di Hill rispetto alla contrazione concentrica ed eccentrica
[Figura 17] Schematizzazione del rapporto di espressione di forza massimale espressa in modalità eccentrica e concentrica nei vari distretti corporei. Per ogni distretto corporeo è indicato il rapporto medio con il limite inferiore e superiore dell’intervallo di confidenza al 95%. Modificato da Nuzzo et al., Sports Med; 2023.Le possibili spiegazioni
Contrazione eccentrica vs. concentrica: fattori neurali
Contrazione eccentrica vs. concentrica: fattori strutturali
Key points
- La contrazione muscolare non è solo dipendente dall’interazione tra actina e miosina, ma coinvolge un altro filamento specialmente durante l’allungamento attivo: la titina. Questo paradigma rimpiazza lo storico modello a due filamenti.
- Il movimento di un muscolo intero non è pienamente coincidente con quello dei suoi fascicoli a causa del belly gearing.
- La contrazione isotonica si basa sulla produzione di forza e non sul carico esterno costante. Il concetto di isotonia va quindi interpretato secondo questa definizione.
- I fattori neurali dell’espressione di forza comprendono molte aree del cervello, del cervelletto e del tratto spinale. Nell’insieme, la coordinazione intra-muscolare, inter-muscolare, la riduzione dell’attività dei muscoli antagonisti e il ruolo dei muscoli stabilizzatori sono le componenti neurali che determinano l’espressione di forza.
- I fattori strutturali dell’espressione e della trasmissione della forza comprendono muscoli e tendini. La dimensione, l’organizzazione spaziale e la morfologia dei muscoli, unite alla rigidità tendinea influiscono nell’insieme sulla risultante della forza.
- Uomini e donne differiscono per produzione di forza assoluta e normalizzata per peso corporeo. Mentre il vantaggio maschile a livello assoluto è sicuramente imputabile alla maggiore massa magra, a livello relativo una maggiore area muscolare coperta dalle fibre di tipo-II continua a favorire gli uomini rispetto alle donne.
- Una contrazione concentrica e una eccentrica differiscono parecchio di più rispetto al solo accorciamento e allungamento del sarcomero. La maggiore produzione di forza durante una contrazione eccentrica ha diverse possibili componenti, afferenti a fattori neurali e strutturali.
