Effetti di un Breve Allenamento di Resistenza Isocinetica Eccentrica sugli Adattamenti Neuromuscolari Indotti

1.1 Introduzione

I cambiamenti neuromuscolari e funzionali indotti dall'esercizio sono specifici del modo. Gli adattamenti muscolari indotti dall'esercizio possono essere influenzati dalla tensione meccanica, dal danno subcellulare e dallo stress metabolico. La contrazione eccentrica (ECC) avviene quando la forza esterna esercitata sul muscolo supera la forza momentanea generata dal muscolo. Di conseguenza, la forza del muscolo è sufficiente a superare il carico o la resistenza che causa l'allungamento del muscolo. Rispetto alle contrazioni concentriche (CON) o isometriche (ISO), l'allenamento ECC provoca una maggiore sollecitazione meccanica e microlesioni nei muscoli, il che può portare ad adattamenti muscolari più pronunciati. L'esercizio ECC è tradizionalmente eseguito contro un carico esterno costante o a velocità costante (isocinetica). A seconda del tipo di allenamento, ciò produce diverse richieste meccaniche, risultando in meccanismi di adattamento neuromuscolare e muscolo-tendineo distinti. A differenza delle contrazioni muscolari ISO o CON, il sistema nervoso centrale impiega una strategia neurale distinta per governare la contrazione del muscolo scheletrico. Diversi livelli di attivazione tra i muscoli sinergici durante le contrazioni ECC rispetto alle contrazioni CON, e il reclutamento preferenziale delle unità motorie a contrazione rapida, sono due esempi di come ciò si manifesta.

1.2 Dichiarazione del problema e razionale dello studio

Dati emergenti suggeriscono che l'adiposità è associata a debolezza muscolare e ridotta qualità muscolare. È stato dimostrato che l'allenamento di resistenza regolare (RT) migliora la capacità rigenerativa massima di un muscolo. Si ritiene che i meccanismi neurali contribuiscano principalmente ai guadagni iniziali (<2-4 settimane) nella produzione di forza muscolare durante l'allenamento di resistenza, seguiti da adattamenti nella morfologia muscolare (>5-8 settimane). Tuttavia, queste evidenze si basano sulla combinazione di esercizi di contrazione sia ECC che CON. Studi hanno dimostrato che la contrazione ECC provoca un maggiore adattamento neuromuscolare rispetto alla contrazione CON. Pertanto, il RT ECC è un approccio promettente per individui con debolezza muscolare, come gli obesi. Quindi, si postula che un breve allenamento di resistenza isocinetica eccentrica progressiva (ECCISO RT) aumenterà gli adattamenti neuromuscolari nelle donne obese non allenate rispetto all'allenamento di resistenza isocinetica concentrica (CONISO RT).

2.0 Revisione della Letteratura

2.1 Introduzione

La maggiore prevalenza di dolore muscoloscheletrico, carico meccanico, scarsa forma fisica muscolare e altri problemi muscoloscheletrici è legata all'obesità. I flessori e gli estensori degli arti inferiori sono responsabili dell'equilibrio, della mobilità e della capacità di svolgere compiti quotidiani. La forza e la resistenza dei muscoli scheletrici sono alterate dall'eccesso di massa grassa (FM). La quantità di muscolo nella coscia è circa 2,5 volte quella della massa grassa; tuttavia, le persone obese hanno più grasso intra- e intermuscolare, grasso tra le cellule muscolari, che ha un effetto dannoso sulla produzione di forza e sull'indipendenza funzionale. La capacità di produrre forza di un muscolo scheletrico può essere utilizzata per valutare la capacità funzionale del muscolo. La capacità di applicare forza, la forza assoluta di una persona, è necessaria per svolgere compiti quotidiani. È stato dimostrato che le persone obese hanno coppie di contrazione volontaria massima (MVC) assolute più elevate rispetto alle persone di peso normale. Tuttavia, hanno anche una forza muscolare relativa al peso corporeo e alla massa magra (FFM) inferiore.

2.2 L'impatto dell'obesità sulla composizione e sulla forza del muscolo scheletrico

Sebbene la massa muscolare totale sia più alta negli individui in sovrappeso e obesi, la forza muscolare relativa delle persone in sovrappeso e obese è significativamente inferiore a quella delle persone sane, il che può portare a una diminuzione della funzione fisica. L'obesità può aumentare la forza assoluta e la potenza dei muscoli portanti degli arti inferiori a causa della maggiore domanda (Marte Johannson, 2021). Tuttavia, quando la produzione di forza e la potenza in uscita sono normalizzate alla massa corporea totale, si osserva un declino con un BMI più alto, risultando in una ridotta qualità muscolare e resistenza alla fatica. Inoltre, l'impatto negativo degli adattamenti metabolici dipendenti dal tessuto adiposo, come lo stress ossidativo, l'infiammazione e la resistenza all'insulina, danneggia il metabolismo della massa muscolare.

La proporzione delle fibre muscolari differisce negli individui obesi. Esiste un'associazione positiva tra grasso corporeo e il rapporto delle fibre muscolari di tipo II, con un contenuto più elevato di fibre di tipo IIX riportato negli individui in sovrappeso. Le fibre muscolari di tipo II hanno spesso un numero minore di mitocondri, mioglobina e capillari rispetto alle fibre a contrazione lenta, rendendole più suscettibili alla fatica. Le fibre di tipo IIX (note anche come tipo IIB) generano la forza massima; tuttavia, sono altamente inefficienti a causa della loro elevata attività ATPasi della miosina, bassa capacità ossidativa e dipendenza dal metabolismo anaerobico. Le fibre di tipo IIA, comunemente chiamate fibre muscolari intermedie, combinano le fibre di tipo I e IIX con tensione equivalente. Queste fibre, che possono utilizzare sia fonti energetiche aerobiche che anaerobiche, hanno una maggiore capacità ossidativa e si affaticano più lentamente delle fibre di tipo IIX. Una proporzione aumentata di muscolo di tipo II è associata a un aumento (a) della resistenza all'insulina, (b) del rischio di iperinsulinemia, (c) della diminuzione della resistenza alla fatica/tolleranza all'esercizio, (d) della resistenza e (e) della mobilità.

Sia gli studi umani che animali hanno scoperto che le fibre muscolari di tipo II (specialmente IIx) sono più suscettibili a lesioni dopo attività ECC - un aumento delle fibre di tipo IIx e la sedentarietà sono associati a un maggiore danno muscolare tra gli individui in sovrappeso con allenamento ECC. Una singola sessione di esercizio ECC ad alta forza aumenta il contenuto e lo stato di attivazione delle cellule satellite (SCs) delle fibre muscolari nel tipo II. Le SCs sono essenziali nella crescita, riparazione e rigenerazione del tessuto muscolare scheletrico. Quindi, l'allenamento ECC è una tecnica di esercizio promettente per individui con limitazioni della funzione fisica, compresi individui in sovrappeso e obesi.

2.3 Effetti dell'allenamento di resistenza eccentrico sull'adattamento neuromuscolare

Rispetto all'esercizio tradizionale (CON), l'allenamento con esercizio ECC aumenta significativamente la forza muscolare. I guadagni di forza muscolare nell'allenamento ECC sono probabilmente attribuibili a una combinazione di fattori neurologici, morfologici e anatomici. Studi hanno dimostrato che la contrazione ECC provoca un maggiore adattamento neuromuscolare rispetto alla contrazione CON. Sebbene una recente meta-analisi non abbia trovato differenze statisticamente significative nei guadagni di forza tra l'allenamento ECC e CON, l'allenamento con esercizio ECC ha anche mostrato una tendenza verso maggiori miglioramenti nella forza CON rispetto all'esercizio CON. Ciò dimostra la specificità del modo degli adattamenti neuromuscolari e funzionali causati dall'esercizio ECC. L'allenamento ECC ha aumentato l'attività elettromiografica di superficie (EMG) durante le contrazioni ma non durante le contrazioni CON. Tuttavia, sono stati riportati risultati contrastanti. Si pensa che la stimolazione elettrica del muscolo sia rappresentata dall'EMG massimo (cioè, valori di picco della radice quadrata media [RMS] e tensione integrata dall'EMG [iEMG]) dopo l'allenamento (Douglas et al., 2017). Ciò è influenzato dalla quantità e dalla dimensione (cioè, fibre di tipo I vs tipo II) delle unità motorie reclutate, dalla frequenza di scarica delle unità motorie e dalla sincronia delle unità motorie.

Diversi studi hanno scoperto che il RT ECC migliora la potenza muscolare, misurata principalmente da varianti di salto degli arti inferiori. Uomini sani e allenati (N=24) sono stati assegnati casualmente a gruppi: RT ECC (n=12) e RT CON (n=12). La contrazione volontaria isometrica massima (MVCISO) dei quadricipiti, il salto verticale e i segnali EMG di superficie multicanale sono stati misurati pre- e post-RT. I segnali EMG grezzi sono stati utilizzati per calcolare la velocità di conduzione delle fibre muscolari (MFCV) e la radice quadrata media (RMS). Dopo il RT ECC, c'è stato un aumento statisticamente significativo nelle percentuali di salto verticale e MVCISO rispetto al RT CON. Allo stesso modo, il RT ECC ha aumentato l'EMG MFCV e RMS più dell'esercizio concentrico.

Venti soggetti maschi sani hanno subito 12 settimane di RT ECCISO su un dinamometro isocinetico, e valutazioni neuromuscolari degli estensori del ginocchio sono state eseguite ogni 4 settimane. Il RT ECCISO comprendeva 3 serie di 10 ripetizioni durante le settimane 1-4, 4 serie nelle settimane 5-8 e 5 serie nelle settimane 9-12. Un periodo di riposo di 1 minuto è stato rispettato tra le serie. Miglioramenti significativi sono stati osservati nella forza muscolare [PTECC (29%), PTISO (24%) & PTCON (15%)], nell'attività elettromiografica [ΣEMGECC (33%), EMGISO (29%)] e nella massa muscolare [Spessore muscolare dell'estensore del ginocchio (ΣMT 10%) e area della sezione trasversale anatomica del retto femorale (ACSA rf 19%)] post-allenamento. L'attivazione ECC e ISO è aumentata rispettivamente a 4 e 8 settimane di allenamento, mentre l'attivazione CON non è cambiata. Questi risultati implicano che l'aumento proporzionale nell'attivazione neuronale e nella massa muscolare spiega i guadagni di forza ECC e ISO attraverso 8 settimane di allenamento, mentre altri processi sembrano essere coinvolti negli incrementi nelle ultime 4 settimane di allenamento. Nel frattempo, l'aumento relativo in PTCON era trascurabile e non correlato all'adattamento neurale dopo RT ECCISO.

I muscoli sinergici mostrano adattamenti morfologici e neurofisiologici distinti in risposta al RT ECCISO. Maschi sani (N=20) sono stati valutati per l'adattamento neurale e muscolare nel vasto mediale (VM) e vasto laterale (VL) dopo RT ECCISO progressivo per 12 settimane. Gli adattamenti morfologici e neurali sono stati valutati utilizzando misurazioni ecografiche dello spessore muscolare di VL e VM a riposo e misurazioni elettromiografiche durante MVCISO. Post-allenamento, lo spessore di entrambi i muscoli è aumentato significativamente (VL: 6,9%; VM: 15,8%). Tuttavia, ci sono stati aumenti significativi nell'attività muscolare in VM (47,8%; p =.003) ma non in VL (19,8%).

2.4 Conclusione

Gli effetti avversi iniziali dell'esercizio eccentrico includono lesione muscolare subcellulare, disagio, diminuita eccitabilità delle fibre e indebolimento muscolare iniziale. Uno stimolo efficace per suscitare risposte di allenamento fisiologiche e neuronali è lo stiramento e il sovraccarico, come nelle contrazioni eccentriche. Il miglioramento nella funzione muscolare deriva da adattamenti indotti dall'esercizio eccentrico, inclusa la crescita muscolare, l'aumentata attività corticale e le modifiche nel comportamento delle unità motorie.