Fisiologia muscolare-Proprietà funzionali

Proprietà funzionali fondamentali del muscolo scheletrico

Rapporto lunghezza-tensione

La curva isometrica lunghezza-tensione rappresenta la forza che un muscolo è in grado di generare mentre è tenuto a una serie di lunghezze discrete. Quando la tensione ad ogni lunghezza viene tracciata contro la lunghezza, si ottiene una relazione come quella mostrata di seguito.

Mentre una descrizione generale di questa relazione è stata stabilita all’inizio della storia della scienza biologica, la base strutturale precisa per la relazione lunghezza-tensione nel muscolo scheletrico non è stata chiarita fino a quando non sono stati eseguiti i sofisticati esperimenti meccanici dei primi 1960 (Gordon et al. 1966). Nella sua forma più basilare, la relazione lunghezza-tensione afferma che la generazione di tensione isometrica nel muscolo scheletrico è una funzione della grandezza della sovrapposizione tra filamenti di actina e miosina.

Rapporto forza-velocità

La forza generata da un muscolo è una funzione della sua velocità. Storicamente, la relazione forza-velocità è stata utilizzata per definire le proprietà dinamiche dei ponti trasversali che ciclano durante la contrazione muscolare.

La relazione forza-velocità, come la relazione lunghezza-tensione, è una curva che rappresenta effettivamente i risultati di molti esperimenti tracciati sullo stesso grafico. Sperimentalmente, un muscolo può accorciare contro un carico costante. La velocità muscolare durante l’accorciamento viene misurata e quindi tracciata contro la forza resistiva. La forma generale di questa relazione è mostrata nel grafico seguente. Sull’asse orizzontale viene tracciata la velocità muscolare relativa alla massima velocità (Vmax) mentre sull’asse verticale viene tracciata la forza muscolare relativa alla massima forza isometrica (Po).

Qual è la base fisiologica della relazione forza-velocità? La forza generata da un muscolo dipende dal numero totale di ponti incrociati collegati. Poiché richiede una quantità finita di tempo per l’attacco dei ponti incrociati, poiché i filamenti scivolano l’uno oltre l’altro sempre più velocemente (cioè, quando il muscolo si accorcia con l’aumentare della velocità), la forza diminuisce a causa del minor numero di ponti incrociati collegati. Al contrario, quando la velocità relativa del filamento diminuisce (cioè, quando la velocità muscolare diminuisce), più ponti trasversali hanno il tempo di attaccarsi e generare forza, e quindi la forza aumenta. Questa discussione non ha lo scopo di fornire una descrizione dettagliata della base per la relazione forza-velocità, solo per fornire informazioni su come le costanti di velocità cross-bridge possono influenzare la generazione di forza muscolare in funzione della velocità.

I muscoli sono rafforzati in base alla forza posta attraverso il muscolo. Forze superiori producono un maggiore rafforzamento. Pertanto, gli esercizi eseguiti con muscoli attivati in un modo che consente loro di contrarsi ad alte velocità, implicano necessariamente che si contraggono anche con una forza relativamente bassa. Questo è intuitivamente ovvio quando si solleva un carico leggero rispetto a un carico pesante: il carico leggero può essere spostato molto più rapidamente. Tuttavia, questi movimenti rapidi avrebbero effetti di rafforzamento molto piccoli poiché le forze muscolari sono così basse.