Biomeccanica cause accorciamento muscolare

Biomeccanica: cause accorciamento muscolare

Dott. Mauro Lastrico, fisioterapista.

Estratto da:
"Biomeccanica muscolo-scheletrica e metodica Mézières"
Autore: dott. Mauro Lastrico
Marrapese Editore

La fisica insegna che qualunque materiale venga deformato con variabili forza/tempo subirà delle variazioni permanenti residue in base al proprio coefficiente di elasticità.
Il valore numerico che rappresenta il coefficiente di elasticità ideale è uguale ad 1.
I materiali con coefficiente uguale ad 1 restituiscono interamente l'energia deformante accumulata, ritornando esattamente allo stato iniziale. Sempre dalla fisica sappiamo che tali materiali in natura non esistono ed il valore uguale ad 1 è un riferimento ideale.

Nel muscolo si trovano due materiali elastici differenti: la parte contrattile dell'actina e miosina e la parte connettivale delle membrane e dei tendini.
Per quanto concerne la parte contrattile del muscolo questa potrà solo contrarsi e rilasciarsi, il suo coefficiente di elasticità è molto alto e più che in modificazioni strutturali permanenti è interessata ed implicata negli innalzamenti del tono muscolare.
Le componenti connettivali, invece, avendo un coefficiente di elasticità minore,  (si veda la curva di deformazione dei materiali plastici) potranno rimanere accorciate o allungate in maniera proporzionale alla forza, alla durata e alla frequenza dello stimolo loro applicato.

Entrando maggiormente nello specifico, i muscoli sono composti da fasci muscolari ricoperti da una fitta rete di tessuto connettivo (perimisio). I fasci muscolari possono essere suddivisi in tanti piccoli filamenti più sottili chiamati fibre muscolari. Tali fibre sono ricoperte a loro volta da un altro tessuto connettivo che prende il nome di endomisio e la loro grandezza varia da 10 a 100µ.
Ogni fibra muscolare, inoltre è suddivisa in tante piccole miofibrille della grandezza di 1 o 2 µ, anch'esse ricoperte da una membrana di tessuto connettivo chiamato sarcolemma.
Le miofibrille sono composte da filamenti contigui o congiunti, in base all'azione esercitata (contrazione o rilasciamento), di actina e miosina.
Nel muscolo, pertanto, vengono a trovarsi due materiali elastici differenti: la parte contrattile dell'actina e miosina e la parte connettivale delle membrane e dei tendini.
Schematicamente gli elementi elastici connettivali del muscolo vengono divisi in due:
* Elementi elastici in serie
* Elementi elastici in parallelo
Gli elementi elastici in serie (Es) sono costituiti dai tendini e dai loro prolungamenti all'interno del ventre muscolare._La loro azione è quella di "ammortizzare", durante la contrazione muscolare, le sollecitazioni prodotte, sia quando un muscolo si accorcia, sia quando si stira._Inoltre, la presenza di strutture protettive come gli organi tendinei del Golgi, impedisce la lesione degli Es, inducendo rilasciamento muscolare quando la tensione diventa eccessiva per evitare il completo stiramento. Un ulteriore vantaggio offerto da queste strutture è quello di restituire l'energia accumulata, come una molla, in base alla loro elasticità.
Gli elementi elastici in parallelo (Ep) sono costituiti dal sarcolemma (membrana connettivale che ricopre le miofibrille), da altre membrane connettivali e da tessuto connettivale interposto. La loro azione è quella di " smorzare" le sollecitazioni prodotte dagli stiramenti riducendo le resistenze. Questi elementi, insieme ai fusi neuromuscolari e agli organi tendinei del Golgi, svolgono un'azione di protezione esterna ed interna del muscolo stesso.
Utilizzando una semplificazione del comportamento della fibra muscolare su modello matematico avremo:

dove le linee nere verticali rappresentano le inserzioni, le parti blu le componenti contrattili dell'actina e miosina e le parti rosse le componenti connettivali disposte in parallelo. Non sono state rappresentate le componenti connettivali disposte in serie in quanto, quest'ultime, non subiscono modificazioni durante la fase attiva.
Durante la fase di contrazione con avvicinamento delle inserzioni, le componenti contrattili dell'actina e miosina si deformano attivamente in compressione trazionando:
* le componenti connettivali disposte in serie, che si comportano elasticamente ammortizzando le tensioni e distribuendo lo spostamento ai capi articolari (non rappresentate in figura);
* le componenti connettivali disposte in parallelo (rappresentate in rosso), che subiscono una deformazione di tipo compressivo.
In funzione della forza/tempo di contrazione, al momento del rilasciamento:
* la parte contrattile (avendo un coefficiente di elasticità molto alto) può tornare alle condizioni di partenza o residuare una deformazione compressiva che si manifesta con l'aumento del tono basale;
* la componente connettivale in parallelo (avendo un coefficiente di elasticità inferiore) avrà subito delle modifiche compressive residue;
* essendo la lunghezza globale del muscolo minore, in quanto vincolata dalla lunghezza degli elementi in parallelo, anche gli elementi in serie verranno compressi dalla parte contrattile rilasciata e, pertanto, dovendo occupare il medesimo spazio, si dovranno accorciare in maniera permanente.
A fine contrazione, quindi, tutte le componenti connettivali avranno subito una modificazione di tipo compressivo e la loro sommatoria determina l'accorciamento residuo del muscolo.
Il muscolo quindi, agisce come una forza compressiva e non è in grado, autonomamente, di allontanare le proprie inserzioni.
Anche nelle contrazioni di tipo eccentrico la porzione contrattile lavora comunque in compressione.
Nell'atto del sedersi, ad esempio, il quadricipite modula la velocità di discesa e nel punto di arrivo si trova complessivamente più lungo che alla partenza.
La lunghezza complessiva è però all'interno del range della massima lunghezza fisiologica o relativa del muscolo stesso.
La modulazione della velocità di discesa, avviene tramite una sommatoria di momenti di contrazione e di rilasciamento delle porzioni contrattili. Potremmo quindi definire la contrazione eccentrica come una sommatoria di contrazioni isometriche pulsanti, eseguite a diversa intensità, in un dato tempo.
Anche questo tipo di contrazione, avvenendo ad una lunghezza complessiva del muscolo che è inferiore a quella della sua massima lunghezza fisiologica o relativa, determina l'attivazione in compressione attiva della porzione contrattile ed in compressione passiva della porzione connettivale della fibra muscolare.
Conclusioni
Le contrazioni muscolari con avvicinamento delle inserzioni e le isometriche non in massimo allungamento fisiologico o relativo, in funzione della forza tempo di contrazione, produrranno una perdita della lunghezza del muscolo a carico della componente connettivale ed un aumento del tono basale a carico della porzione contrattile.
A livello scheletrico, la conseguenza sarà che le ossa su cui i muscoli si inseriscono subiranno progressivamente delle forze vettoriali di trazione, tali da modificarne la fisiologica sequenzialità.
A livello muscolare, il progressivo accorciamento della componente connettivale e l'aumento del tono basale della parte contrattile, determinano l'aumento della forza resistente del muscolo, ma al contempo ne diminuiscono la capacità di Lavoro (forza per spostamento) e di potenza (il Lavoro prodotto nell'unità di tempo).