Giovedì 22 Aprile  2020

Le matrici miofibrillari unificate

Navigando in rete mi sono per caso imbattuto in una recente ricerca che ha aggiornato le nostre conoscenze sulla struttura muscolare.

Nella premessa, come spesso accade,  devo ringraziare Franco Impellizzeri per il chiarimento successivo.

Il titolo dello studio è The unified myofibrillar matrix for force generation in muscle di Bradley Willingham, Yuho Kim, Eric Lindberg, Christopher K. E. Bleck & Brian Glancy.  La trovate cliccando QUI

Ero un po’ indeciso sul dove  collocarlo ma alla fine ho pensato che a questo punto il lettore potesse avere tutte le informazioni base per comprenderlo.

Cosa abbiamo sempre saputo?

 

Come ho già spiegato in diversi articoli, il movimento umano avviene grazie alla contrazione delle unità di base della cellula muscolare, ovvero i sarcomeri.

Per secoli i sarcomeri sono stati descritti come una lunga sequenza in serie di singole unità contrattili che attraversano tutta la lunghezza del muscolo, andando a formare le miofibrille. Queste sono a loro volta simili a dei tubi con dentro molti tiranti, paralleli ed individuali.

Cos’è appena stato scoperto?

Grazie alla nuova ricerca si è scoperto che in realtà le miofibrille muscolari non sono dei binari paralleli ed isolati, come si credeva. Grazie a delle diramazioni che collegano tra loro i sarcomeri danno vita ad un’unica matrice/rete/reticolo miofibrillare continua.

Il reticolo è più presente nei muscoli a contrazione lenta rispetto a quelli a contrazione rapida e si genera sia in fase neonatale che matura. (vedremo più avanti perché).

È ormai dal 1800 che la cellula muscolare è stata paragonata ad una sorta di lungo budello di salsiccia (QUI) che al suo interno è ripieno di miofibrille, a loro volta composte da una lunga sequenza di sarcomeri.

CIUF CIUF!

Potete pensare ai sarcomeri come ad una sequenza di convogli del treno che si susseguono in serie collegandosi tra loro attraverso i dischi Z; si ripetono, da un’estremità all’altra del muscolo, dando appunto vita alle miofibrille che generano forza longitudinalmente attraverso la lunghezza della cellula.

Però quasi 40 anni fa è stato teorizzato che la forza contrattile del muscolo potesse essere trasmessa anche lateralmente, attraverso l’asse trasversale del muscolo.

Purtroppo la tecnologia del tempo non consentiva ancora di chiarire come, e se, avvenisse questo meccanismo di trasmissione laterale della forza. Recentemente però è stata introdotta la micropia 3D, che ha permesso agli scienziati di dimostrare come le cellule muscolari striate formano una matrice/rete miofibrillare unificata, e quindi non lineare, che collega i sarcomeri non solo in lunghezza ma anche in la larghezza.

Sono state osservate matrici/reti miofibrillari in ogni cellula muscolare del corpo e, come approfondiremo a breve, si è capito che le ramificazioni dei sarcomeri possono avvenire o attraverso la divisione di un singolo sarcomero in due, o attraverso un trasferimento di miofilamenti tra due sarcomeri adiacenti. Si è anche capito che la frequenza nella creazione di queste diramazioni varia in base al tipo di muscolo.

 

Non sembra esistere un punto specifico per dar vita alle diramazioni. Infatti queste “bretelle autostradali” possono originarsi sia sulle bande A, che nelle zone H, o appunto sui dischi Z. Le giunzioni non interferiscono minimamente con le normali funzioni dei sarcomeri e dei mitocondri, quindi sono del tutto contrattili e funzionali.

Anche se quest’ultimo passaggio potrebbe sembrare di poco interesse si è effettivamente indagato per cercare di capire se per caso la matrice non fosse il frutto di una lesione muscolare, di una patologia, o di un difetto congenito nella fissazione dei tessuti. Ma era tutto regolare.

Sviluppo, tipo di fibra e ramificazioni

Come abbiamo già visto non solo le diramazioni sono onnipresenti su ogni tipologia di tessuto, compreso quello cardiaco, ma in ogni miofibrilla osservata si trova sempre almeno un’estremità con un sarcomero ramificato.

Tradotto:

La matrice (rete/reticolo) miofibrillare unificata è cosi ramificata, e le sue diramazioni sono così frequenti, da poter affermare con certezza che rappresenta la struttura contrattile predominate, e quindi normale, dei tessuti muscoli. Studiando i vasti laterali di diversi uomini di età inferiore ai 40 anni si è accertato che nel 100% delle miofibrille ispezionate fossero presenti delle ramificazioni nei sarcomeri. Ovviamente si è andato a curiosare anche nei neonati da 1 a 14 giorni di vita; anche lì ogni miofibrilla presentava almeno un sarcomero ramificato. Quindi, anche nei neonati, la matrice miofibrillare rappresenta la struttura contrattile predominante.

Come avevo già anticipato il meccanismo primario è la scissione (3a). In sostanza alcuni filamenti di un unico sarcomero di separano fino a diventare due strutture miofibrillari distinte.  Il motivo, o il come si dividono non si conosce ancora; si presume che il drive possano essere delle forze di taglio distali che agiscono sulla fibra. ( vi rimanda un po’ alle staminali?)

Come e a che scopo si diramano i sarcomeri?

Un altro tipo di ramificazione, più rara, è basata sul trasferimento (3c). Detto alla spicciola, da un sarcomero si scollano dei miofilamenti che si vanno agganciare e fondere con quelli di un sarcomero indipendente e parallelo.

Nel primo caso si vanno a creare delle strutture contrattili aggiuntive (una sorta di iperplasia se vogliamo). Nel secondo si creano “solo” dei ponti di giunzione, che vanno ad alterare le dimensioni e la forma delle strutture miofibrillari già presenti, cosi che queste diventino molto più potenti. (una sorta di forma ipertrofica economica).

In apertura di articolo vi avevo rimandato ad Henneman ad Hebb ed ai presunti allenamenti fibra specifica. Grazie alla figura 3e e 3d sappiamo che non solo i trasferimenti di fibre tra due sarcomeri adiacenti (secondo tipo) sono bidirezionali, ma che la fusione avviene anche tra tipologie di fibre muscolari differenti. Alla faccia degli allenamenti che dovrebbero poter isolare le fibre bianche da quelle rosse; ma per chi mi legge non dovrebbe essere una novità.
Come se questo non bastasse, a dimostrare ulteriormente quanto già detto anni fa nell’articolo appena linkato, è stato pure accertato che sui muscoli a contrazione rapida; (fibra bianca, più potente ma energeticamente più dispendiosa), buona parte della matrice viene generata grazie a dei ponti provenienti da fibre a contrazione lente; ( ovvero le rosse, più economiche ma più deboli ). Per mettere la definitiva pietra tombale sull’argomento; la frequenza della ramificazione nei sarcomeri con fibre a contrazione lenta è  2.8 volte superiore rispetto alle fibre con contrazione rapida. Un ulteriore esempio di come il corpo tende a generare enormi volumi di forza e potenza sovraregolandosi per risparmiare risorse energetiche.

Andiamo al sodo.

Ormai anche i bambini sanno che le miofibrille sono collegate tra loro attraverso l’intera lunghezza della fibra muscolare con lo scopo di generare un’importante forza longitudinale diretta, ed hanno un preciso percorso di trasmissione.

Cioè, come vedremo in altro articolo, le ossa si giuntano tra loro creano degli snodi e le fibre muscolari sono ovviamente agganciate ad esse. Una porzione resta relativamente fissa e stabile, ed è definita come origine o prossimale, mentre la porzione opposta è situata su una struttura mobile che viene definita inserzione o distale .

Quando i muscoli vengono attivati accorciano le loro fibrille e le due estremità ossee a cui sono ancorate dai tendini si avvicinano, generando un movimento rotatorio (momento) sul fulcro dell’articolazione, la contrazione. Il meccanismo è simile a quello di un ponte levatoio. Ovviamente ogni muscolo ha le fibre orientate con uno specifico “verso” e quindi ognuno di essi trazionerà in una direzione precisa assolvendo ad un funziona specifica.

Implicazioni pratiche

Come ho appena scritto; le forze generate dalla contrazione dell’actina e della miosina, all’interno di ciascun sarcomero del sistema neuromuscolare, devono essere trasmesse ai tendini al fine di generare il movimento dell’apparato scheletrico. Per 200 anni si è creduto che la forza potesse essere trasmessa solo in una direzione, un po’ come la corda nel gioco del tiro alla fune  QUI .

Adesso però sappiamo che esistono delle connessioni che giuntano i sarcomeri creando di fatto un’unica matrice contrattile, e che quindi  la forza si trasferisce anche in larghezza.  Vien da sé che la forza “diretta” prodotta dell’azione “attiva” dell’actina e della miosina adesso lavora in tandem con la forza “passiva” generata dalla viscoelasticità e dal riflesso miotatico  Ne abbiamo discusso QUI

Ho scritto, e abbiamo letto fino alla noia, che la forza del muscolo è pari alla sua sezione traversa, cioè più è grosso/spesso un muscolo, più forza di traino possiede. Ma grazie alla scoperta del reticolo il concetto che avevamo di sezione traversa si espande drammaticamente. Infatti adesso non si può più valutare solamente l’aumento del diametro nei singoli sarcomeri, ma anche il loro inspessimento in parallelo QUI . Inoltre la scissione delle singole miofibrille contribuisce al processo di crescita muscolare, generando ulteriori miofibrille più piccole che potrebbero quindi continuare a crescersi a loro volta.

Torniamo l’ultima volta ad Henneman;

Le diramazioni che danno vita al reticolo sono 4 volte più frequentemente nei muscoli a fibra rossa piuttosto che in quelli a fibra bianca; ciò mette in relazione la necessità fisiologica della stratificazione, non tanto ai fini dell’aumento di massa muscolare, quanto alla necessità di differenziare, e rendere più economiche, le tipologie di fibre presenti.

In conclusione:

La scoperta di una singola matrice miofibrillare che unifica l’intero apparato contrattile, ci offe una comprensione molto diversa della funzione muscolare rispetto a quella attualmente riconosciuta.

Anche se da un punto di vista pratico per noi che ci alleniamo non cambia nulla, fa molta differenza quando si cerca di comprendere come funziona l’apparato neuromuscolare. Infatti tutto quello che sapevamo finora si basava sul presupposto che le miofibrille fossero isolate; la recente conoscenza della natura altamente collegata della matrice ci suggerisce che in realtà non ci sono affatto singole miofibrille all’interno del muscolo dei mammiferi. Difatti in tutte le fibre esaminate non è stato trovato nessun sarcomero, o estremità di miofilamento, parzialmente scollegato. Come avevamo visto in Infinity War; non solo i sarcomeri possono subire un’ipertrofia sia in serie che in parallelo, ma tra di loro si instaura un solido collegamento attraverso queste diramazioni che vanno a comporre la matrire/reticolo/rete.

Insomma a cosa serve a noi?

• Intanto a capire una volta per tutte che non possono esistere gli allenamenti per le fibre bianche e quelli per le rosse, dato che camminano a braccetto.
• Quando vedete una scheda con scritto x% neurale, x% metabolico, x% meccanico vi stanno prendendo per il culo; sempre per lo stesso motivo per cui non esiste una dominanza di fibra. Le fibre non solo sono mixate nello stesso fascio muscolare, ma facendo parte di un’unica matrice, anch’essa mista, non possono essere in alcun modo inscatolate e separate. Le fibre bianche mutano in fibre rosse; quelle che non mutano si mixano in matrice con le rosse, che a loro volte creano matrici con altre rosse. Tra di loro, bianche e rosse si accavallano di continuo.

Siamo più complessi di quanto si possa credere. Il Bodybuilding non può essere rinchiuso in un app o incellato in infinite variabili, tentarci è una bestemmia nei confronti della disciplina. Il nostro sport si fonda al 100% sulla nostra percezione, la correzione delle sensazioni, le propriocezioni e le cinestesie. Tutto quello che ci interessa viene da dentro di noi quindi non cercatelo fuori tra mille fogli di calcolo e tabelle.

Volete la sintesi della sintesi?

ALLENATEVI e zitti.

Tornate nelle sale a provare e riprovare, sperimentate, testate, fallite, poi ricominciate tutto d’accapo, ma con le nuove conoscenze acquisite; andate in cerca di nuovi sbagli che faranno ripartire ancora una volta il ciclo. La nostra è una disciplina che può germogliare solo alla luce della pratica, innaffiata dal sudore e concimata dalla passione.

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