Incidente sugli sci? Braccio ingessato? Come mantenere la forza e la massa muscolare nonostante l'immobilizzazione

Sciare dopo una nevicata, cercare di evitare una caduta sulle braccia e poi succede: il servizio di salvataggio diagnostica una frattura al braccio e la successiva radiografia conferma il sospetto. Invece di goderti il sole che scompare lentamente dietro le montagne prima dell'ultima discesa, ti viene chiesto di che colore vuoi il gesso. Questo non è solo un orrore per le persone attive nello sport, poiché un braccio immobilizzato perde forza e massa muscolare, che poi deve essere faticosamente ricostruita. Ma si può prevenire?

I muscoli generano forza, sono un organo di deposito e comunicano con altri organi. Tuttavia, se non vengono utilizzati, diminuiscono di massa e di forza. Questo fenomeno è ben documentato e noto soprattutto per quanto riguarda l'immobilizzazione degli arti dopo interventi chirurgici alle articolazioni [1], il riposo a letto prescritto [2] e la permanenza prolungata nello spazio [3]. L'immobilizzazione di una gamba per 5 giorni riduce già di quasi il 10% il momento torcente massimo volontario dell'estensore del ginocchio. La sezione trasversale del quadricipite diminuisce di circa il 4% durante questo periodo [4]. Con periodi di immobilizzazione più lunghi, da 4 a 6 settimane, si osservano perdite di massa muscolare ancora maggiori. Ad esempio, la sezione trasversale dei muscoli flessori ed estensori del gomito diminuisce rispettivamente dell'11% [5] e del 20-32% [6], e quella dei muscoli estensori del ginocchio del 16% [7].

Cross-education o effetto cross-training

Nel 1894, Edward Scripture, insieme a Theodate Smith ed Emily Brown, pubblicò uno studio intitolato «On the education of muscular control and power» [8]. Le due coautrici erano anche le uniche persone partecipanti allo studio. Emily Brown si è allenata con la «forza muscolare» (allenamento di forza) e Theodate Smith con il «controllo muscolare» (allenamento di tecnica). L'allenamento è stato condotto con un braccio alla volta ed è durato rispettivamente 9 e 10 giorni. Sia nel braccio allenato che in quello non allenato, la forza è migliorata rispettivamente del 40% e del 25%. È stato il primo studio a identificare la cosiddetta «cross-education», cioè il miglioramento bilaterale delle prestazioni attraverso una formazione unilaterale.

Non sappiamo ancora esattamente come funziona il meccanismo. Tuttavia, esistono due ipotesi principali per spiegare come gli adattamenti neuronali possano portare alla cross-education di forza unilaterale potrebbe attivare circuiti neuronali che alterano l'efficacia delle vie motorie che proiettano all'arto non allenato. La seconda ipotesi è che vi siano adattamenti nelle regioni cerebrali motorie che svolgono un ruolo specifico nel controllo dei movimenti dell'arto allenato, a cui l'arto non allenato può accedere durante le contrazioni volontarie ad alta intensità.

In ogni caso, possiamo sfruttare questo meccanismo a nostro vantaggio e ci sono già molti studi in merito. L'ultimo studio affronta l'ipotesi che l'allenamento di forza su un solo braccio possa ridurre l'entità del danno muscolare nel braccio immobilizzato quando gli esercizi eccentrici vengono eseguiti dopo l'immobilizzazione [11]. A questo scopo, Chen e il suo team hanno reclutato 36 giovani uomini sani. Tutti i soggetti sono stati immobilizzati al braccio non dominante per 3 settimane. Sono stati inoltre suddivisi in 3 gruppi di 12 soggetti ciascuno: un gruppo di controllo, uno eccentrico e uno concentrico. Durante la fase di immobilizzazione di 3 settimane, i gruppi eccentrico e concentrico hanno allenato i flessori del gomito 2 volte alla settimana. Il gruppo di controllo non ha svolto attività fisica. Ogni allenamento consisteva in 5 serie di 6 contrazioni puramente eccentriche o puramente concentriche con un manubrio. Il carico è stato aumentato di allenamento in allenamento, partendo dal 20% della forza massima isometrica producibile e raggiungendo l'80% verso la fine dello studio. La forza è stata misurata ogni settimana per entrambi i gruppi. Dopo lo studio, tutti i soggetti hanno eseguito 5 serie di 6 ripetizioni ciascuna con il braccio immobilizzato alla massima forza isometrica generabile.

Risultati

Dopo la rimozione dell'immobilizzazione, la perdita di forza del braccio immobilizzato nel gruppo di controllo che non aveva fatto esercizio fisico era superiore al 20%. Nel gruppo che si è allenato con un braccio in modo puramente concentrico, la perdita di forza è stata solo del 4% e nel gruppo che si è allenato in modo puramente eccentrico, si è manifestato un aumento di forza del 3% nel braccio immobilizzato.

Per quanto riguarda la sezione trasversale del muscolo, quest'area del braccio immobilizzato è diminuita del 14% nel gruppo di controllo. Nel gruppo eccentrico è rimasto invariato, mentre nel gruppo concentrico è diminuito del 4%.

Le 30 contrazioni eccentriche nel braccio immobilizzato hanno provocato un forte indolenzimento muscolare nel gruppo di controllo, causato da lesioni muscolari. A livello molecolare, i marcatori di indolenzimento muscolare erano ancora significativamente elevati fino a cinque giorni dopo la fine dello studio rispetto a quelli degli altri due gruppi. Il gruppo eccentrico è stato il più protetto dall'indolenzimento muscolare. L'allenamento eccentrico ha avuto un effetto protettivo sul braccio immobilizzato, portando a una riduzione dell'indolenzimento muscolare dell'83% rispetto a quello del gruppo di controllo. Per il gruppo di allenamento concentrico, l'effetto protettivo è stato del 43%.

A seconda della gravità dell'infortunio, l'immobilizzazione di un braccio o di una gamba non implica l'interruzione di una stagione di allenamento o l'impossibilità di raggiungere un obiettivo sportivo. Possiamo sfruttare il fenomeno della cross-education per l'allenamento unilaterale. Sembra quindi che comporti un vantaggio maggiore rispetto all'allenamento concentrico. Poiché l'allenamento eccentrico in particolare, ma anche quello concentrico, presenta benefici significativi rispetto all'assenza di allenamento, è possibile ridurre la perdita di forza e di massa muscolare causata dall'immobilizzazione in caso di infortunio con l'allenamento di forza unilaterale.

Riferimenti bibliografici:

1. MacDougall JD, Ward GR, Sale DG, Sutton JR. Biochemical adaptation of human skeletal muscle to heavy resistance training and immobilization. J Appl Physiol Respir Environ Exerc Physiol. 1977;43: 700–703. doi:10.1152/JAPPL.1977.43.4.700

2. Berg HE, Dudley GA, Haggmark T, Ohlsen H, Tesch PA. Effects of lower limb unloading on skeletal muscle mass and function in humans. J Appl Physiol. J Appl Physiol (1985); 1991;70: 1882–1885. doi:10.1152/JAPPL.1991.70.4.1882

3. Edgerton VR, Zhou MY, Ohira Y, Klitgaard H, Jiang B, Bell G, et al. Human fiber size and enzymatic properties after 5 and 11 days of spaceflight. doi.org/101152/jappl19957851733. American Physiological Society; 1995;78: 1733–1739. doi:10.1152/JAPPL.1995.78.5.1733

4. Wall BT, Dirks ML, Snijders T, Senden JMG, Dolmans J, Van Loon LJC. Substantial skeletal muscle loss occurs during only 5 days of disuse. Acta Physiol. John Wiley & Sons, Ltd; 2014;210: 600–611. doi:10.1111/APHA.12190

5. Yue GH, Bilodeau M, Hardy PA, Enoka RM. Task-dependent effect of limb immobilization on the fatigability of the elbow flexor muscles in humans. Exp Physiol. John Wiley & Sons, Ltd; 1997;82: 567–592. doi:10.1113/EXPPHYSIOL.1997.SP004048

6. Vandenborne K, Elliott MA, Walter GA, Abdus S, Okereke E, Shaffer M, et al. Longitudinal study of skeletal muscle adaptations during immobilization and rehabilitation. Muscle Nerve. Muscle Nerve; 1998;21: 1006–1012. doi:10.1002/(sici)1097-4598(199808)21:8<1006::aid-mus4>3.0.co;2-c

7. Hather BM, Adams GR, Tesch PA, Dudley GA. Skeletal muscle responses to lower limb suspension in humans. doi.org/101152/jappl19927241493. 1992;72: 1493–1498. doi:10.1152/JAPPL.1992.72.4.1493

8. Scripture EW, Smith T, Brown E. On the education of muscular power and control. Stud from Yale Psychol Lab. 1894;2: 114–119. Disponibile: echo.mpiwg-berlin.mpg.de/ECHOdocuView?url=/permanent/vlp/lit23174/index.meta%0A physiology.org/doi/10.1152/physrev.2001.81.4.1725

9. Lee M, Carroll TJ. Cross education: Possible mechanisms for the contralateral effects of unilateral resistance training. Sport Med. Adis International Ltd; 2007;37: 1–14. doi:10.2165/00007256-200737010-00001

10. Ruddy KL, Carson RG. Neural pathways mediating cross education of motor function. Front Hum Neurosci. Frontiers Media S. A.; 2013;7: 397. doi:10.3389/FNHUM.2013.00397/BIBTEX

11. Chen TC, Wu S-H, Chen H-L, Tseng W-C, Tseng K-W, Kang H-Y, et al. Effects of Unilateral Eccentric versus Concentric Training of Non-Immobilized Arm During Immobilization. Med Sci Sports Exerc. 2023; doi:10.1249/MSS.0000000000003140