Com'è che l'allenamento di forza rende più forti e fa aumentare la massa muscolare? E perché l'allenamento di resistenza non rende più forti, ma più resistenti? Continua a leggere per scoprirlo.
Quando con un manubrio in mano fai un bicep curl, ad esempio, il corpo lo sente a livello molecolare. Il manubrio o la resistenza esterna provocano una serie di sollecitazioni meccaniche, come forze di taglio e di trazione, sulle cellule. In biologia cellulare, questo fenomeno è noto anche come meccanosensazione (in inglese mechanosensing) [14]. I nostri tessuti e le nostre cellule sono collegati tra loro attraverso diverse strutture. Si distingue tra strutture e componenti extracellulari e intracellulari.
L'ambiente extracellulare delle nostre cellule muscolari è costituito in gran parte da collagene. Ad esso si legano proteine come la laminina o il perlecano, che a loro volta vengono direttamente legate alle proteine delle cellule muscolari interne tramite l'integrina o il distroglicano. Queste proteine interne hanno nomi meravigliosi come paxilina, talina, vinculina, distrofina, alfa actinina, ecc. Se vuoi approfondire questo tema, ti consiglio di leggere Mavropalias et al, 2022 [15]. Se, come detto, agiscono forze esterne, queste vengono trasmesse tramite proteine strutturali all'interno della cellula, dove innescano segnali (in inglese cell signaling) attraverso reazioni biochimiche, che finiscono infine nel nucleo cellulare [16-18]. I geni vengono letti e le proteine corrispondenti vengono tradotte (sintesi proteica), consentendo alla cellula di reagire ai fattori di stress esterni.
La capacità fondamentale di muoversi è una caratteristica chiave della vita che ha permesso la transizione dai procarioti (cellule senza nucleo e senza membrane interne) agli eucarioti (cellule con nucleo e membrane interne) [1]. L'organizzazione di questa maggiore complessità ha rappresentato una sfida, in quanto associata alla generazione di forze. La cellula ha dovuto organizzare i suoi organelli interni, per i quali le sono serviti dei motori molecolari in grado di generare forza. I motori molecolari sono enzimi meccanochimici che convertono l'energia chimica contenuta nell'adenosina trifosfato (ATP) in lavoro meccanico, generando così forza [2,3]. Queste forze servono, tra l'altro, a organizzare le strutture interne delle cellule, a trasportare le membrane [4], a spostare cromosomi e organelli [5,6], a consentire la migrazione cellulare [7] e a coordinare la contrazione muscolare [8-11]. La capacità di generare forza diretta e il successivo sviluppo dei muscoli hanno dato alle prime forme di vita un vantaggio evolutivo [12] e si sono riflessi nella diversità delle forme di vita che si sono così sviluppate [13]. La capacità di generare forza ci permette di interagire con l'ambiente e con la società. La selezione naturale guida l'evoluzione nella direzione in cui sopravvivono e prevalgono quelle forme di vita che sono in grado di adattarsi meglio a un determinato ambiente.
Generare forza per l'esercizio fisico o lo sport significa anche consumare energia e può influenzare il metabolismo delle nostre cellule. L'interruzione dei processi metabolici non passa quindi inosservato all'interno delle cellule. Nella cellula muscolare, è la proteina chinasi attivata dall'AMP (AMPK) a rilevare un aumento del metabolismo energetico. La proteina misura il rapporto tra adenosina trifosfato (ATP) e difosfato (ADP) o monofosfato (AMP). L'ATP è la valuta energetica delle nostre cellule muscolari. Se un gruppo fosfato viene scisso, viene prodotta energia di cui i muscoli necessitano, tra l'altro, per la contrazione muscolare. La scissione di un gruppo fosfato porta a una riduzione del numero di fosfati nell'ATP. Quando un gruppo fosfato viene scisso, l'ATP diventa ADP e quando un altro gruppo fosfato viene scisso dall'ADP, si forma l'AMP. L'AMPK riconosce quindi lo stress energetico e coordina i processi anabolici o catabolici nella cellula [19]. Lo stress energetico stimola una via di segnalazione dal nome inglese «peroxisome proliferator activated receptor gamma coactivator-1α (PGC-1α)», che promuove la formazione di mitocondri e vasi sanguigni. Lo stress meccanico stimola una via di segnalazione attraverso mTOR, che sta per il termine inglese «mechanistic target of rapamycin» (bersaglio meccanico della rapamicina), una via di segnalazione che stimola i processi di crescita come quella muscolare.
Effetti dell'allenamento di resistenza e di forza
L'allenamento di resistenza è solitamente caratterizzato da fasi continue di bassa intensità [20], che consentono di mantenere gli esercizi per un periodo di tempo più lungo. Gli esercizi di resistenza tipici sono la camminata, la corsa, il ciclismo o il nuoto. Questo tipo di allenamento rappresenta una sfida per il sistema metabolico, poiché altera le concentrazioni intracellulari di ossigeno, lattato, specie reattive dell'ossigeno, adenosina trifosfato e calcio [21].
A differenza dell'allenamento di resistenza, quello di forza prevede brevi fasi di intensità elevata o massima [22], mettendo a dura prova l'integrità meccanica dei tessuti [23,24] e l'equilibrio metabolico dei muscoli [25,26]. L'applicazione sistematica di stress meccanico [27-29] e metabolico [30-32] al corpo umano porta ad adattamenti morfologici e neurali [33]. Questi comprendono, ad esempio, cambiamenti nelle dimensioni [34,35] e nella struttura [36] delle cellule muscolari, la crescita delle miofibrille e proliferazione dei mitocondri [37,38], profili metabolici [39] e molto altro ancora.
Gli effetti dell'allenamento di resistenza e di forza sono diversi e suggeriscono quindi che ogni esercizio contrattile dei muscoli porta a un adattamento specifico.
Già nel 1997, Dolmetsch et al. [40] hanno dimostrato che diverse vie di segnalazione si attivano selettivamente a seconda dell'intensità di un segnale. Nel 2005, Atherton e altri hanno isolato muscoli di ratti e li hanno stimolati elettricamente ad alta frequenza per un breve periodo di tempo (6 x 10 ripetizioni consistenti in raffiche di 3 secondi a 100 Hz) per simulare l'allenamento di forza o a bassa frequenza (3 ore a 10 Hz) per simulare quello di resistenza. L'allenamento di forza ha aumentato significativamente la sintesi proteica muscolare 3 ore dopo la stimolazione di un fattore 5,3 (P < 0,05) rispetto a quello di resistenza. L'allenamento di resistenza, invece, non ha aumentato in modo statisticamente significativo il tasso di sintesi proteica muscolare rispetto al gruppo di controllo. Tuttavia, ha aumentato significativamente l'attività di AMPK nelle cellule muscolari dopo 3 ore e dopo 6 ore (P < 0,05) rispetto all'allenamento di forza. Ciò ha portato a una significativa attivazione di PGC-1α subito dopo l'allenamento (P < 0,5). Le diverse intensità che simulavano l'allenamento di resistenza o di forza hanno quindi portato all'attivazione di diverse vie di segnalazione. I due tipi di allenamento sembrano quasi inibirsi a vicenda.
È affascinante come le cellule possano reagire in modo molto sensibile allo stress esterno. Questo spiega anche perché gli adattamenti sono sempre molto specifici per lo stimolo di allenamento corrispondente.
Come piccolo esercizio mentale, ti invito ora a rispondere alla seguente domanda:
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Riferimenti bibliografici
Le fonti 1-13 si riferiscono al riquadro informativo, mentre le fonti 14-40 al corpo del testo.
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