Adattamenti neuromuscolari all’allenamento della forza

Tra i determinanti che contribuiscono allo sviluppo della forza muscolare vi sono, non solo le componenti strutturali del muscolo, quali, proporzione di fibre a scossa lenta o rapida, dimensioni dell’area di sezione trasversa (CSA) e densità di componenti contrattili, ma anche fattori neuromuscolari:

Coordinazione intramuscolare

Attenuazione dei meccanismi inibitori

Potenziamento dei meccanismi riflessi

Coordinazione intermuscolare (trattata nel prossimo articolo)

In altre parole, la performance muscolare dipende dal modo in cui il muscolo è attivato dal sistema nervoso (Zatsiorsky, 2011).

L’unità motoria

L’impulso nervoso necessario a generare la contrazione muscolare viene trasmesso alle fibre dai motoneuroni alpha, nel midollo spinale. L’insieme di motoneurone e pool di fibre che innerva, tramite le ramificazioni del proprio assone, costituisce l’UNITA’ MOTORIA, l’unità morfo-funzionale del sistema neuromuscolare.

Chiariamo che un motoneurone innerva una sola tipologia di fibre nel muscolo, ma ogni muscolo possiede più UM in % differenti.

Dunque, quando un motoneurone è attivato, gli impulsi sono distribuiti a tutte le fibre della UM, secondo la legge del tutto o nulla, e la gradazione della forza di una UM è ottenuta attraverso la modificazione della sua frequenza di scarica (frequenza di invio dei potenziali d’azione) (Widmaier, 2008; Zatsiorsky, 2011).

A seconda delle proprietà contrattili delle fibre muscolari, e, per via inferenziale, delle UM, si distinguono:

Fibre slow twitch (tipo I): innervate da motoneuroni piccoli, a bassa soglia di stimolo e con frequenza di scarica relativamente bassa; resistenti alla fatica, predisposte ad attività aerobica prolungata, con t di contrazione pari a 90-110 ms per raggiungere il picco di tensione.

Fibre fast twitch (tipo IIa e IIx): innervate da motoneuroni grandi, a soglia di stimolo e frequenza di scarica elevata; specializzate per attività esplosiva e di breve durata con t di contrazione pari a 40-84 ms per raggiungere il picco di tensione.

IIA> intermedie, rapide ma resistenti alla fatica.

IIX> rapide, con scarsa resistenza alla fatica e maggior v di contrazione.

La forza espressa per unità dalle fibre lente e rapide è simile, ma le fast twitch presentano una maggiore sezione trasversa e producono più forza per unità motoria (Zatsiorsky, 2011).

Meccanismi neuro-muscolari e produzione di forza

Quando i meccanismi o adattamenti neurali sono confinati all’interno del singolo muscolo ci si riferisce alla coordinazione intramuscolare e le sue componenti (Squillante, A 2020; Behm, 1995; Bompa, 2015):

Reclutamento spaziale: capacità di reclutare volontariamente un grande numero di unità motorie (attivazione di una porzione di muscolo maggiore).

Reclutamento temporale: capacità di contrarre più unità motorie nell’unità di tempo.

Meccanismi principali per l’esecuzione di esercizi con carichi compresi tra 70-80% (o inferiori nei principianti).

Frequenza di scarica: la capacità di incrementare la frequenza degli impulsi (invio di potenziali d’azione) nell’unità di tempo e sviluppare una contrazione tetanica che permetta all’unità motoria di sviluppare il massimo grado di forza.

Meccanismo principale per carichi > 80-85% o con carichi inferiori mossi in modo esplosivo (esercizi pliometrici-balistici).

Principio di Henneman e modalità di reclutamento muscolare

L’ordine di reclutamento delle UM è governato dal “principio delle dimensioni di Henneman” (Fig.1), secondo cui, nell’esecuzione di un dato esercizio, sono reclutate prima le UM a scossa lenta, a bassa soglia di attivazione e poi le UM a scossa rapida, ad elevata soglia di attivazione. La fascia di UM di uno o più muscoli esposte allo stimolo allenante può essere stretta o ampia a seconda delle richieste di forza necessarie a vincere od opporsi a certe resistenze, perciò varia in funzione della % di carico utilizzata e del numero di ripetizioni e serie in un determinato esercizio. All’aumentare del carico di lavoro si avranno contrazioni muscolari più intense per un reclutamento maggiore di UM e un coinvolgimento superiore di fibre a scossa rapida. La situazione cambia per esercizi di forza esplosiva, dove avviene un reclutamento istantaneo di fibre IIx (bypass fibre di tipo I) e sono coinvolti i riflessi neuromuscolari (attivazione fusi, OMTG) (Zatsiorsky, 2011; Squillante, 2020).

Fig. 1 – Reclutamento delle unità motorie

L’intento di accelerare una resistenza esterna può influire sulla velocità di reclutamento delle fibre più rapide (Behm, 1993).

Questo, di conseguenza, ha un effetto diretto sulla velocità di accorciamento di un singolo muscolo.

Prendendo in considerazione la curva di Hill (Fig. 2), la quale spiega la relazione parametrica che intercorre tra forza e velocità di contrazione in funzione del carico esterno, si può notare come la velocità di accorciamento diminuisca all’aumentare del carico.

Tuttavia, la velocità di accorciamento di un muscolo può variare in funzione del tipo di fibre prevalenti e della capacità di reclutare velocemente le fibre rapide, cioè può variare da molto lenta a molto rapida a parità di carico. L‘obiettivo è insegnare all’atleta a reclutare tutte le UM necessarie e con una frequenza di scarica ottimale tale da indurre una contrazione tetanica in ciascuna fibra motoria.

Per chiarire il concetto, tramite un esempio a titolo illustrativo, si pensi che una UM da sola solleva 4g più lentamente di 2g poiché la v di accorciamento diminuisce all’aumentare del carico. Se 2 UM saranno attive, ciascuna UM sopporterà solo metà del carico e le sue fibre si accorceranno a v superiori. Il reclutamento di UM porta quindi a incrementi sia di forza che di velocità e fornisce il mezzo principale per variare la tensione di un intero muscolo (Widmaier, 2008).

Fig. 2 – La Curva di Hill

L’attenuazione dei meccanismi inibitori innescati dagli apparati sottoelencati (Bompa, 2015), può essere inclusa tra i fattori che influiscono sulla generazione di forza muscolare:

Organi muscolo-tendinei del Golgi, recettori sensoriali in serie rispetto alle fibre muscolari, localizzati in prossimità della giunzione miotendinea, da cui partono i riflessi inibitori della contrazione muscolare quando il muscolo raggiunge una tensione eccessiva;

Cellule di Ranshaw, interneuroni inibitori nel midollo spinale che hanno la funzione di ridurre la frequenza di scarica ai motoneuroni alpha, prevenendo un danno muscolare derivante dalla contrazione tetanica;

 Segnali inibitori sovra-spinali, segnali inibitori consci o inconsci provenienti dal cervello.

Queste disinibizioni, che si verificano in seguito all’allenamento della forza, consentono un allargamento del pool di UM reclutabili e un incremento di forza. Inoltre, comportano una minor inibizione da carichi eccentrici durante lo stretch-shortening cycle, proprio delle contrazioni pliometriche-balistiche, ottimizzando la stiffness muscolo-tendinea (Young, 2006).

Oltre a questi processi, meccanismi riflessi contribuiscono ad aumentare la forza di contrazione muscolare, particolarmente in azioni di tipo rapido ed esplosivo per le quali è necessario produrre elevati livelli di tensione muscolare in tempi estremamente ridotti (Squillante, 2020):