La Forza - Considerazioni Fisiologiche per la pianificazione dell'allenamento

Il sistema nervoso centrale (SNC) controlla finemente la forza di contrazione del muscolo, da un valore minimo ad un valore massimo, regolando in questo modo sia il numero di unità motorie reclutate, sia la frequenza di attivazione di ciascuna di esse. L'unità motoria è rappresentata dal motoneurone che attraverso il suo assone determina la contemporanea contrazione delle fibre muscolari da esso innervate attraverso la trasmissione del potenziale d'azione originalmente generato da un impulso eccitatorio cortico-spinale (ovvero a partenza cerebrale e proiezione midollare). I motoneuroni sono raggruppati a pool destinati ad innervare fibre di muscoli diversi.

Il numero di unità motorie coinvolte in un movimento, dipende dalla forza di contrazione del muscolo. Questa azione viene definita reclutamento delle unità motorie. Così, un aumento della forza di contrazione porterà dapprima ad un reclutamento delle unità motorie che innervano poche fibre e che si caratterizzano per un motoneurone di minori dimensioni, per poi passare a reclutare quelle che ne innervano di più numerose e che chiaramente sono caratterizzate da un motoneurone di dimensioni maggiori. Esiste una asincronia di attivazione delle unità motorie, e ciò rende possibile uno sviluppo di forza costante nel tempo allontanando fatica muscolare. Si evince che la sincronizzazione delle unità motorie di un muscolo andranno ad aumentare la forza prodotta ma anche a scapito del controllo di movimenti fini (insorgenza tremore muscolare).

Esistono diversi tipi di Unità Motorie che differiscono in uno stesso muscolo, che per muscoli diversi, per il diverso tipo di fibre che le compongono. Avremo quindi unità motorie con motoneurone piccolo ed annesse fibre di piccolo diametro a contrazione lenta, ma resistenti alla fatica, unità motorie con motoneurone grande e fibre di grande diametro a contrazione rapida, forti ma scarsamente resistenti alla fatica ed unità motorie con motoneurone e fibre intermedi tra gli altri due detti tipi, a carattere intermedio quanto a resistenza alla fatica.

Per tipologia, le fibre innervate da un motoneurone sono tutte identiche. Le fibre muscolari dipendono dal tipo di miosina che le compone.

Le ST (ovvero Slow Twitch) sono resistenti alla fatica in quanto utilizzano il metabolismo aerobico come fornitore di ATP. Si tratta di fibre del tipo 1 a contrazione lenta. Sono ad alto contenuto di mioglobina (fibre rosse) in quanto molto capillarizzate, sede di processi ossidativi di elevata capacità ed elevato tenore di depositi di trigliceridi. L’organismo impiega le ST per il mantenimento della postura, in quanto i livelli di forza richiesti sono minimi, ma continuativi nel tempo. I motoneuroni che innervano tali fibre in numero ridotto (Tipo 1) favoriscono l'esecuzione di movimenti fini proprio per il numero ridotto di fibre controllate.

Le FT (fast Twitch) sono costituite da fibre di tipo 2. Generano molta forza ma in tempi più limitati. Sono dette bianche proprio per il grado inferiore di capillarizzazione ed ossigenazione. Esse comprendono sia le fibre di tipo 2A che le fibre di tipo 2B (spesso dette in letteratura 2X). Entrambe di dimensioni maggiori, le 2B sono puramente anaerobiche mentre le 2A sono anche chiamate intermedie dato il loro grado di conversione o in 2B o in1.

La differenza primaria tra fibre è la velocita' di accorciamento più che la forza, infatti la potenza generata dalle 2B è dovuta proprio alla sua velocità di accorciamento.

La percentuale di fibre (1, 2A o 2B) presente in un muscolo ne determina la caratteristica funzionale, cioè definisce se quel muscolo è in grado di compiere azioni veloci o resistenti.

La soglia di attivazione dei motoneuroni delle unità motorie sono differenti tra loro: infatti le unità motorie 2B hanno soglia più elevata delle 2A che a loro volta ce l'hanno più elevata delle 1. Questo sistema di attivazione o reclutamento delle fibre segue la legge di Hanneman secondo la quale, a seconda dell'intensità dell'attività elettrica, vengono ad essere reclutate progressivamente le fibre la cui soglia è superata. Quindi, una debole corrente elettrica attiva un unità motoria lenta; una più intensa attiva unità motorie a soglia più alta, facendo aumentare anche il firing rate (ossia la frequenza degli impulsi sull'assone) della fibra di Tipo 1 già attiva, con conseguente rafforzamento della contrazione delle sue fibre; infine, un più potente ed intenso segnale elettrico riesce ad attivare anche l'unità motoria a soglia più alta oltre a coinvolgere le fibre a soglie inferiori aumentandone anche il fring rate. La variazione del firing rate in relazione agli impulsi che arrivano alle unità motorie è il modo in cui i neuroni comunicano l'intensità dei loro messaggi.

E' quindi evidente che bassa attività elettrica permette di generare poca forza ma per un tempo molto più lungo rispetto ad una attività elettrica che coinvolga le fibre 2B e che permette di generare maggiore forza ma per un tempo limitato. In altre parole, aumentando la frequenza degli impulsi in ingresso alle unità motorie (firing rate) si otterrà un reclutamento progressivamente maggiore di fibre secondo l'ordine della legge di Hanneman, ma anche un aumento della forza delle singole unità motorie via via che raggiungono il tetano.

Se viene richiesto un livello di forza molto basso ma per un tempo più alto – quantificato, quindi, dalla sola attivazione di fibre 1 (lente) - l'asincronia delle fibre lente garantirà il mantenimento della forza. Infatti, nel momento in cui le unità motorie raggiungono il loro tempo massimo di contrazione, verranno a decontrarsi completamente e, nel frattempo, verranno attivate altre fibre lente di un altra unità motoria la quale permetterà di mettere a riposo le fibre attive precedentemente, con il conseguente mantenimento del basso livello di forza richiesto. Con l'aumentare della richiesta di forza, oltre ad attivarsi completamente tutte le unità motorie lente, vengono reclutate unità motorie di tipo 2A che possono produrre più forza, ma, quando la richiesta di forza diventa massimale, tutte le fibre vengono coinvolte e, non essendo più possibile un’alternanza tra fibre dando riposo ad altre, non appena una fibra non è più in grado di contrarsi, non sarà possibile generare la forza richiesta. Questo tipo di attivazione è detto reclutamento spaziale.

Grazie all'allenamento si potrà migliorare questo processo. Non a caso: un soggetto sedentario normalmente recluta solo il 30-50% del suo potenziale di fibre, mentre un soggetto allenato l’80-90% (Verchoshanskij, 1988). In ultima analisi si può quindi affermare, secondo la Legge di Hanneman, che le fibre bianche sono le ultime ad attivarsi in termine di intensità.

Appare scontato che l'allenamento di potenza (squat, sprint o lavori che causano elevate tensioni muscolari) provochi un effetto di ipertrofismo e più le fibre tendono al tipo 2b più l'effetto di incremento sia del numero di miofibrille che l'aumento della sezione trasversa, sarà marcato. Ad ogni modo, sarebbe impossibile scindere, nel fenomeno, il contributo dell'allenamento da quello dell'ereditarietà.

Si puo' variare la composizione delle fibre muscolari?

Allenamenti che generino moltissima forza sono sicuramente lo stimolo ideale per variare la composizione delle fibre, tenendo presente tutto quello che fino ad ora è stato detto, dato che il SN deve necessariamente fornire alle unità motorie stimoli elettrici ad alta frequenza. Sarebbe, pero', difficile dare una risposta definitiva al quesito su quale sia il miglior allenamento in termini di esercizi, serie, ripetizioni, carichi, frequenza per operare una conversione della tipologia di fibre verso quelle piu' forti ed ipertrofizzabili. Questo è cio' che si evince dalla letteratura scientifica.

Altre grosse difficoltà compaiono ove ci si volesse allenare secondo la tipologia di fibre al fine di provocare l'esclusivo coinvolgiomento delle fibre muscolari veloci.

La trasformazione delle fibre è un esempio di efficienza: il muscolo cambia composizione a seconda dell'attività prevalente, e studi dimostrano che:

- Fibre 2b, appena si presentano stimoli continuativi che necessitano di molta forza, si trasformano in avaria percentuale in 2a
- Se sono richiesti stimoli continuativi a bassa intensità, le fibre 2a si trasformano in fibre di tipo 1
- Assai poco è noto a riguardo della trasformazione delle fibre 1 in fibre 2a.

L'attribuire a questa trasformazione un significato superiore alla sua reale portata (ossia con allenamenti mirati ad allenare solo una tipologia di fibre) è uno stile di pensiero e di comportamento velleitari? Con allenamenti con carico medio-elevato per un volume di ripetizioni medio-elevate vengono effettivamente ad essere stimolate tutte le tipologie di fibre. E se cosi' non fosse? Il corpo umano interviene per convertirle in fibre stimolabili. Questa è la vera Trasformazione delle fibre muscolari.

Come detto in precedenza, l'allenamento porta al miglioramento del reclutamento del suo potenziale di fibre muscolari. Volendo concentrarci sull'estrinsecazione di Forza Esplosiva, rimando alle considerazioni fisiologiche sulla forza esplosiva prese in atto dal Prof. Carmelo Bosco: ad influenzare lo sviluppo della forza in forma esplosiva, ci sono i seguenti fattori:

- Frequenza degli impulsi nervosi che dal cervello arrivano ai muscoli

- Numero di fibre muscolari a cui vengono inviati i messaggi

- Aspetti Propriocettivi o più semplicemente coordinativi

- Tipo di fibre muscolari

- Dimensione e tensione prodotta da ciascuna fibra muscolare, le quali dipendono dalla massa e dal peso molecolare della struttura proteica che costituisce le fibra.

Quindi per un incremento della capacità di estrinsecare forza in maniera veloce (forza esplosiva) bisogna orientare il nostro lavoro su tali basi.

La quantità di fibre reclutate, la frequenza degli impulsi (o stimoli), gli aspetti coordinativi, sono gli obiettivi da tenere in considerazione.

Appare quindi importante la coordinazione muscolare. Sono tanti gli istruttori o preparatori i quali si vantano di far eseguire ai loro atleti tanta coordinazione; ciò è vero, ma a che preciso scopo? Gli aspetti coordinativi interessano, come sopra detto, le basi fisiologiche della forza.

La coordinazione muscolare consiste sia nella capacità di far lavorare più muscoli insieme per creare traiettorie ottimali in movimenti complessi (coordinazione Intermuscolare), sia nella capacità di dosare la forza di un singolo muscolo; e cio' dipende dal numero di Unità Motorie coinvolte (coordinazione intramuscolare), oppure sono coinvolte tante UM quante ne occorrono per l'estrinsecazione della forza richiesta.

Il classico esempio è l'immagine del giocatore poco coordinato che nell'esecuzione di movimenti poco conosciuti va a contrarre simultaneamente sia i muscoli agonisti che gli antagonisti predisposti al movimento opposto.

L'aumento della prestazione coordinativa intermuscolare si spiega con un miglioramento dell'azione coordinata dei gruppi muscolari interessati al movimento.

L'obiettivo principale sarà quello non solo di ottimizzare questo aspetto ma anche di migliorare la capacità di reclutamento temporale ovvero producendo un miglioramento della capacità di reclutare un numero sempre maggiore di unità motorie nel medesimo tempo.

Concludendo gli elementi per l'incremento della F.Esplosiva, definita da vari autori come la capacità di estrinsecare forza in maniera veloce, sono:

- Cambiamenti Funzionali (reclutamento e sicronizzazione); i motoneuroni e gli interneuroni variano la loro chimica interna modificando il firing rate e la soglia di attivazione

- Cambiamenti Strutturali, cioè trasformazione dei tessuti muscolari in fibre di tipologia 2a e crescita dei tessuti stessi

- Cambiamenti Organizzativi a carico del SN: coordinazione neuromuscolare.

Questi sono fattori non indipendenti fra loro: reclutare piu' tessuto muscolare in ogni muscolo permette di ottenere piu' forza. Da ciò consegue la necessità di coordinare in maniera differente gli stessi muscoli, dato che la maggior forza permette di ottenere prestazioni prima non possibili. Ma l'aumentata coordinazione intermuscolare permette movimenti nuovi che forniscono al muscolo stimoli ulteriori che li impegnano a reclutare piu' tessuto muscolare (reclutamento temporale).

Bibliografia di Riferimento

C.Bosco – La Forza muscolare: aspetti fisiologici ed applicazioni pratiche; SSS Roma 1997

Paolo Evangelista – DCSS Power Mechanics For Power Lifters; Sandro Ciccarelli Editore 2011

R. De Bellis – Esercitazioni per L'adattamento e la Trasformazione del gesto Calcistico attraverso la variazione dello stimolo; Calzetti Mariucci 2006

Scienza & Sport Riviste numeri 2/3

Articoli di Stefano Scudero per Blog di Preparazione Fisica

Jurgen Weineck – La Preparazione fisica ottimale del calciatore; Calzetti Mariucci 1998