Biochimica della contrazione muscolare
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Biochimica della contrazione muscolare

Fonti energetiche della contrazione. Suddivisione delle fonti energetiche: Gruppo I, Gruppo II, Gruppo III, definizione e funzionamento. Fibre bianche e fibre rosse, caratteristiche, differenze e ruolo

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Biochimica della contrazione muscolare

Il muscolo può essere considerato una macchina che trasforma energia chimica in lavoro meccanico. Questa trasformazione ha luogo durante la contrazione muscolare ed è iniziata e mantenuta dagli impulsi nervosi che arrivano al muscolo attraverso il suo nervo motore.

Sorgenti energetiche della contrazione

Il termine fonti energetiche designa un gruppo abbastanza eterogeneo di sostanze che può essere ulteriormente suddiviso in:

  • Gruppo I, sostanze che possono essere utilizzate direttamente per la contrazione muscolare (ATP, fosfocreatina "PCr")
  • Gruppo II, sostanze che possono essere utilizzate solo indirettamente, per il tramite delle sostanze del gruppo I (glicogeno, glucosio)
  • Gruppo III, sostanze che, oltre ad essere utilizzate solo indirettamente, hanno bisogno della presenza di ossigeno (glicogeno, glucosio, lipidi)

Seguendo questa classificazione notiamo che la massima potenza diminuisce dal Gruppo I al Gruppo III, mentre la massima quantità di energia utilizzabile aumenta dal Gruppo I al III.

La sorgente energetica immediata per la contrazione muscolare è l'idrolisi dell'adenosin-trifosfato (ATP) in adenosin-difosfato (ADP) e fosfato inorganico (Pi):

ATP + H2O = ADP +Pi

Tuttavia, la concentrazione di ATP nel muscolo è piuttosto esigua, sufficiente al massimo per poche contrazioni. Ne segue che l'ATP deve essere ricostruito a partire dai suo prodotti di scissione alle stesa velocità con cui è utilizzato, ciò può essere fatto attraverso vari percorsi biochimici.

Tutti questi processi sono piuttosto lenti rispetto alla velocità di utilizzazione dell'ATP, essi non possono intervenire simultaneamente quindi avvengono con un certo ritardo rispetto agli eventi della contrazione.

Questo ritardo è colmato dall'idrolisi della PCr, una sostanza simile all'ATP sul piano termodinamico, che può tenere il passo con l'utilizzazione dell'ATP all'inizio del lavoro. La PCr cede il solfato terminale all'ADP ritrasformandolo cosi in ATP:

PCr + ADP = ATP + creatina

Anche la PCr è contenuta nel muscolo in quantità limitata, tuttavia è sufficiente a permettere la risintesi dell'ATP fino al momento in cui gli altri processi non abbiano raggiunto una sufficiente velocità.

In esercizi estremamente intensi questi processi non sono però sufficienti; in questo caso dell'idrolisi della PCr continua fino a quando la sua concentrazione nel muscolo è ridotta a un livello minimo, a questo punto l'esecuzione di lavoro meccanico termina per esaurimento.

La fibra muscolare è suddivisibile in due categorie differenti per caratteristiche e prestazioni, le fibre bianche e le fibre rosse.

Fibre bianche

Il tipo di fibra bianca assume un colorito biancastro a causa della scarsa presenza di mioglobina e mitocondri ed è provvista di una scarsa presenza di capillari e utilizza prevalentemente il processo metabolico anaerobico della glicolisi. Tali fibre dimostrano anche un'elevata presenza dell'enzima miosina ATPasi, responsabile della velocità di accorciamento del sarcomero. Riescono ad idrolizzare l'ATP molto rapidamente e sono inadatte al lavoro protratto. Tali fibre fanno capo ai motoneuroni alfa in grado di trasmettere impulsi nervosi ad alta velocità determinando una contrazione altrettanto veloce delle fibre che innervano. Sono dotate di maggiori riserve di glicogeno, hanno un maggior diametro e sono raggruppate in un numero minore all'interno di un'unità motoria rispetto alle fibre rosse. Il ripristino delle riserve energetiche avviene solo durante il riposo. Tali caratteristiche rendono le fibre bianche adatte agli sforzi anaerobici, sfruttando i meccanismi anaerobici alattacido, e anaerobico lattacido.

Fibre rosse

La fibra rossa appartenente al muscolo scheletrico presenta un'alta distribuzione di mitocondri e un alto contenuto di enzimi ossidativi, poiché il loro intervento è caratteristico del metabolismo aerobico. Il caratteristico colore rosso è dovuto all'alta presenza di mioglobina, una proteina incaricata di legare l'ossigeno e il ferro. Queste fibre sono quindi dotate di una maggiore irrorazione capillare. Tali cellule sono meglio adatte al metabolismo ossidativo del glucosio e traggono energia dal processo di fosforilazione ossidativa utilizzando allo stesso modo substrati glucidici (glucosio) e lipidici (trigliceridi/acidi grassi). Effettivamente il loro contenuto di glicogeno è minore, mentre la presenza di lipidi (trigliceridi intramuscolari) è superiore.

Le fibre rosse contengono meno enzimi adenosin-trifosfatasi (ATPasi), pertanto idrolizzano l'ATP più lentamente. Il loro diametro è generalmente inferiore rispetto alle fibre rapide, e sono raggruppate in maggior numero all'interno di un'unità motoria, rispetto alle bianche. Tali fibre sono collegate ai motoneuroni alfa di tipo tonico, quindi a livello di prestazioni fisiche, hanno una risposta dello stimolo nervoso lenta e a bassa frequenza (5-25 hertz), in grado di trasmettere impulsi nervosi più sostenuti nel tempo ma a bassi picchi di tensione, favorendo contrazioni più durature e di bassa intensità. Le fibre rosse sono dunque adatte al lavoro lento e di durata, mostrano una grande tolleranza alla fatica, una capacità di rimanere a lungo in contrazione, ed intervengono nell'attività di endurance, e nel caso di sforzi intensi e protratti.

La loro distribuzione è maggiore nei muscoli deputati al mantenimento della postura eretta (i muscoli posturali, che devono rimanere contratti per ore per il mantenimento della postura stessa), o in muscoli che eseguono per natura movimenti lenti e ripetitivi. La fibra rossa è maggiormente presente e sviluppata negli atleti di endurance come corridori, maratoneti, ciclisti su strada, o altri atleti impegnati in discipline sportive di durata.