Vie di segnalazione dell'adattamento muscolare dato dall'allenamento di forza

Quali vie di segnalazione portano all'adattamento muscolare dato dall'allenamento di forza?

L'allenamento di forza, combinato con l'assunzione di proteine alimentari, aumenta la sintesi proteica muscolare tramite diverse vie di segnalazione e migliora così la crescita muscolare. Anche se non tutti i fattori di influenza e le vie di segnalazione dell'adattamento dato dall'allenamento di forza sono ancora stati studiati, l'aumento di massa del muscolo scheletrico può essere descritto in gran parte. Tre vie di segnalazione sono messe in relazione con la trasmissione delle informazioni nella crescita muscolare.

1. Cascata di segnalazione mTor

mTor sta per mammalian/mechanistic target of rapamycin, che non ha nulla a che fare con la sintesi proteica, ma descrive l'influsso dell'immunosoppressore rapamicina sull'enzima. È una chinasi serina/treonina, il che significa che favorisce piccole modifiche (fosforilazioni) sugli aminoacidi serina e treonina, che sono molto importanti per la trasmissione delle informazioni tramite la cascata di segnalazione. L'attivazione di mTor è estremamente complessa e in questo contesto non viene discussa più in dettaglio. Va comunque detto che il carico meccanico sulle fibre muscolari ha un influsso indirettamente positivo su mTor, mentre l'allenamento di resistenza può provocare un effetto negativo tramite l'attivazione di AMPK. Come il carico meccanico viene registrato dalla cellula muscolare e quali mecanosensori ne siano responsabili rimane oggetto della ricerca attuale e probabilmente una delle domande più importanti senza risposta in questo ambito scientifico.

mTor regola la sintesi proteica in tre punti diversi e ha quindi un ruolo importante nell'adattamento all'allenamento di forza. Da un lato migliora la traduzione dell'mRNA al ribosoma e accelera così il processo di sintesi (velocità aumentata). Dall'altro aumenta la capacità della singola cellula di sintetizzare, perché incrementa la biogenesi dei ribosomi (capacità aumentata). Inoltre mTor ha in alcune cellule un effetto inibitorio sul processo di degradazione delle proteine chiamato autofagia (meno degradazione). Oltre all'influsso diretto sulla velocità e sulla capacità di sintesi, l'enzima ha anche un effetto indiretto tramite la modifica della divisione cellulare e della trascrizione genica di determinati geni (più divisione cellulare e maggiore trascrizione genica)

2. Cascata di segnalazione Miostatina-Smad

Dopo diverse modifiche intra- ed extracellulari, la miostatina porta ad un'attivazione di Smad e risulta in un'inibizione della crescita. Al contrario di mTor, la via di segnalazione miostatina-Smad rallenta dunque la crescita del muscolo scheletrico. In modelli animali l'attività della miostatina è stata modificata o addirittura bloccata, il che ha portato a una muscolatura scheletrica di doppio sviluppo rispetto al wildtype. Una domanda importante sarebbe ora se la massa muscolare supplementare porti anche a un adeguato guadagno di forza supplementare. Questa domanda ha potuto essere risposta tramite mutanti genetici casuali. La massa muscolare supplementare comporta effettivamente un aumento di forza, ma la ridotta efficienza muscolare ha portato a una forza relativa minore rispetto alla massa complessiva dell'individuo. Ciò dimostra che una crescita illimitata del muscolo scheletrico può anche diventare uno svantaggio per la forma fisica individuale e spiega la rilevanza della miostatina per i processi di regolazione umani.

È stato dimostrato che l'allenamento di forza abbassa il livello di mRNA della miostatina, e che così si può spiegare l'influsso sulla crescita muscolare. In che forma e in quale misura questo effetto influisca sulle reazioni di adattamento dopo l'allenamento di forza non ha ancora potuto essere chiarito completamente.

3. Regolazione del comportamento delle cellule satellite

Le cellule muscolari scheletriche differenziate hanno già perso la loro capacità di divisione e non possono quindi garantire la riparazione e la sostituzione delle cellule muscolari danneggiate. Questo compito è stato trasferito alle cellule satellite, che rappresentano una sorta di cellule staminali del muscolo. Queste cellule si trovano nel muscolo in periferia, tra la membrana plasmatica e la lamina basale.

È stato dimostrato che, nonostante la quasi completa rimozione delle cellule satellite (oltre il 90%), è ancora possibile un normale adattamento muscolare tramite ipertrofia. Ciò dimostra che le cellule satellite non hanno effetto sull'ipertrofia muscolare a breve termine. Otto settimane dopo, l'ipertrofia era però fortemente ridotta, il che significa che per il mantenimento a lungo termine della muscolatura acquisita le cellule satellite sono indispensabili. Inoltre sono essenziali per la crescita muscolare dopo la nascita e per la rigenerazione dopo gli infortuni.

Adattamento dato dall'allenamento di forza - interpretazione delle conoscenze scientifiche

Molte altre conoscenze scientifiche non menzionate contribuiscono a una migliore comprensione della plasticità muscolare. Con diversi metodi, i biologi muscolari hanno cercato ulteriori informazioni rilevanti per la crescita muscolare, come la durata ottimale del carico e del recupero o la velocità di movimento. In sintesi, però, non ci sono molte regole da seguire per ottenere un output massimo con il minimo sforzo. Uno dei fattori più centrali nell'allenamento di forza è l'affaticamento muscolare e il conseguente reclutamento di tutte le unità motorie specifiche per il compito motorio. Con l'aumentare dell'affaticamento, infatti, cresce il numero di unità motorie reclutate e quindi il numero di fibre muscolari attivate. Questo è un presupposto importante per aumentare la velocità di sintesi proteica muscolare.

Un altro fattore centrale è l'esecuzione lenta del movimento. Aumenta la costruzione di proteine muscolari più che con un'esecuzione veloce del movimento. Gli esercizi vanno quindi eseguiti entro la durata di tensione prevista, ciascuno fino all'esaurimento risp. all'affaticamento, cioè finché non è più possibile eseguire una ripetizione completa e anatomicamente corretta nell'ampiezza di movimento individualmente possibile. La durata di tensione necessaria (dall'inizio alla fine dell'esercizio) dovrebbe rientrare in un intervallo sensato, tra 30 e 180 secondi.

Oltre all'allenamento, l'apporto ottimale di proteine è decisivo per l'adattamento dato dall'allenamento di forza. Ottimale sarebbe assumere circa 20 g di proteine di alta qualità per porzione circa ogni 3 - 4 ore.

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Fonti

Wackerhage H. Molecular Exercise Physiology. Abingdon: Routledge; 2014. 24-30, 52-65, 133-151 p.

McCarthy JJ, Mula J, Miyazaki M, Erfani R, Garrison K, Farooqui AB, et al. Effective fiber hyperthrophy in satellite cell-depleted skeletal muscle. Development [Internet]. 2011 [cited 2017 Nov 15];138:3657–66. Available from: http://dev.biologists.org/content/develop/138/17/3657.full.pdf