Fisiologia della contrazione muscolare: guida completa

La contrazione muscolare avviene quando le cellule muscolari ricevono un segnale e si “accorciano”, facendo muovere il muscolo.

Tutto ciò richiede un’insieme di segnali elettrici e chimici che vedremo nelle prossime righe, con un mix affascinante tra teoria e pratica.

PS. Ecco una mini-guida in video sulla contrazione muscolare >> Fisiologia della Contrazione Muscolare

Cos è la contrazione muscolare?

La capacità di un’efficace ed efficiente contrazione muscolare è una delle funzioni più affascinanti del corpo umano.

Per un Personal Trainer o un Preparatore Atletico, conoscere la teoria non basta. Servono applicazioni pratiche che sfruttino al meglio le proprietà meccaniche, il metabolismo e la resistenza alla fatica .

I muscoli, infatti, sono formati da cellule specializzate: le fibre muscolari.

Attualmente, queste fibre sono classificate in 7 tipologie:
I > Ic > IIc > IIac > IIa > IIax > IIx

Per facilitare lo studio, si è scelto di raggrupparle in base a due parametri principali:

1. Metabolismo (come producono energia)

2. Innervazione (come rispondono agli stimoli nervosi)

Fibre rosse di tipo I

• Lente ma resistenti: perfette per attività di endurance come la maratona ‍♂️.

• Ricche di mitocondri e mioglobina (da cui il colore rosso), hanno una scorta di ossigeno sempre disponibile.

• Metabolismo aerobico: lavorano a lungo senza affaticarsi, ma generano poca forza.

• Velocità nervosa lenta (fino a 80 m/s) e soglia di attivazione bassa.

• Diametro ridotto: ideali per sforzi prolungati, ma poco efficaci negli scatti.

Fibre intermedie (IIc-IIa) ⚪

• Ibride tra fibre lente e veloci: un compromesso perfetto .

• Metabolismo ossidativo-glicolitico: si adattano all’allenamento, migliorando resistenza o potenza.

• Velocità nervosa media (fino a 100 m/s).

• Versatili: con il giusto workout, possono “cambiare specializzazione”!

Fibre bianche di tipo IIx ⚡

• Esplosive ma poco resistenti: dominano negli sprint e nel sollevamento pesi ️‍♂️.

• Scarsa mioglobina (colore bianco) e metabolismo anaerobico.

• Velocità nervosa rapidissima (fino a 120 m/s) e soglia di attivazione alta.

• Diametro maggiore: generano forza elevata, ma si affaticano presto.

• Fondamentali per l’ipertrofia: stimolano la sintesi proteica, aumentando la massa muscolare.

Composizione del muscolo

• 75% acqua → l’idratazione è cruciale!

• 20% proteine (la miosina è la più abbondante).

• 5% sali minerali, enzimi, grassi e carboidrati → energia e recupero.

Come funziona la contrazione muscolare?

Ogni fibra muscolare è come un capolavoro di ingegneria biologica , contenente migliaia di miofibrille avvolte dal reticolo sarcoplasmatico. Queste ultime sono composte da:

 Miofilamenti sottili (actina) – i “binari” del movimento
Miofilamenti spessi (miosina) – i “motori” molecolari

L’unità base di tutto questo sistema? Il sarcomero, una struttura così perfetta che sembra uscita da un laboratorio di nanotecnologia!

La magia dell’ATP: la benzina dei muscoli ⚡
Il vero segreto del movimento sta in una molecola speciale: l’ATP (adenosina trifosfato). È come una batteria ricaricabile che fornisce energia ai nostri muscoli. Quando perde un gruppo fosfato, diventa ADP (adenosina difosfato) – una batteria scarica che deve essere ricaricata.

Il ciclo della contrazione, passo dopo passo

1. Attacco iniziale: le teste di miosina sono saldamente ancorate all’actina (come un arrampicatore attaccato alla roccia)

2. Arrivo dell’ATP: questa molecola energetica si lega alla miosina, facendole cambiare forma e staccarsi (come se l’arrampicatore ricevesse una spinta)

3. Trasformazione energetica: l’ATP si rompe in ADP + fosfato (Pi), rilasciando energia che fa riagganciare la miosina più avanti

4. Colpo di forza: il rilascio del fosfato scatena un vero e proprio colpo di frusta molecolare che fa scorrere l’actina

5. Reset: l’ADP viene rilasciato e il ciclo ricomincia, come un pistone

Il ruolo del calcio

La contrazione muscolare richiede due sostanze fondamentali che devono essere introdotte dall’esterno: l’ATP e il calcio.

• L’ATP

Questa è una molecola energetica che viene degradata durante la contrazione, producendo anidride carbonica come scarto.

Le cellule sintetizzano ATP principalmente da zuccheri e grassi, e in casi eccezionali dalle proteine.

Senza un adeguato apporto nutritivo, il meccanismo contrattile non potrebbe avvenire.

• Il calcio

Il calcio, invece, non ha funzione energetica ma agisce come innesco del processo.

Analogamente alla chiave di un’automobile, permette l’avvio della contrazione pur non essendo un “carburante”.

Nell’organismo, il 99% del calcio è depositato nelle ossa, mentre la piccola quota rimanente svolge funzioni cruciali nelle cellule muscolari e nel sangue.

Queste due sostanze permettono lo scorrimento reciproco delle miofibrille actina e miosina.

La miosina, con la sua caratteristica forma simile a una mano, si lega all’ATP ottenendo l’energia necessaria per staccarsi e riagganciarsi all’actina, tirandola ripetutamente.

Questo movimento determina l’accorciamento del muscolo.

Il calcio riveste un ruolo determinante nell’avviare il processo.

Quando giunge lo stimolo nervoso, gli ioni calcio fluiscono massicciamente nella cellula muscolare, attivando la miosina e dando inizio alla sequenza contrattile. Senza questo segnale, non sarebbe possibile alcuna contrazione volontaria.

In sintesi: l’ATP fornisce l’energia, il calcio dà il via al processo, e insieme permettono il complesso meccanismo dello scorrimento dei filamenti che genera la contrazione muscolare.

Il ruolo delle unità motorie

L’unità motoria rappresenta l’elemento funzionale fondamentale del sistema neuromuscolare, costituita da un motoneurone alfa e dall’insieme delle fibre muscolari da esso innervate.

Questo complesso opera secondo il principio del “tutto o nulla”, per cui tutte le fibre appartenenti alla stessa unità motoria si attivano simultaneamente in risposta allo stimolo nervoso.

La composizione delle unità motorie varia significativamente in base alla funzione muscolare specifica:

• Muscoli per movimenti precisi contengono unità motorie con poche decine di fibre

• Muscoli per movimenti potenti presentano unità con migliaia di fibre

Esiste una precisa correlazione tra le caratteristiche del motoneurone e il tipo di fibre innervate:

• Motoneuroni di grandi dimensioni innervano esclusivamente fibre a contrazione rapida

• Motoneuroni più piccoli controllano solo fibre a contrazione lenta

La soglia di attivazione è direttamente proporzionale alla dimensione del motoneurone, richiedendo stimoli più intensi per reclutare unità motorie maggiori.

Il principio di Henneman (o size principle) descrive come:

1. Contrazioni progressive reclutino gradualmente più unità motorie

2. All’aumentare dell’intensità si attivino preferenzialmente fibre rapide (fast twitch)

3. La forza massima dipenda da:

   • Velocità di reclutamento

   • Percentuale di fibre rapide

   • Dimensioni delle fibre

Il controllo della forza avviene attraverso due meccanismi integrati:

1. Reclutamento spaziale: attivazione di un numero crescente di unità motorie

2. Reclutamento temporale: aumento della frequenza di attivazione delle unità

Questi processi complementari garantiscono una regolazione fine della coordinazione intramuscolare, permettendo sia movimenti precisi che espressioni di forza massimale.

La loro interazione ottimizza l’efficienza del sistema neuromuscolare in base alle specifiche esigenze funzionali.

I tipi di contrazione muscolare

Quando pensi a un muscolo che si contrae, probabilmente immagini una fibra che si accorcia. Ma la realtà è molto più affascinante e dipende da come il tuo corpo interagisce con le forze esterne. Ecco cosa devi sapere.

1. Contrazione Concentrica (La “Vincente”)

✔ Cosa succede: I capi articolari si avvicinano
✔ Esempio: Sollevare un manubrio da disteso a piegato (curl)
✔ Caratteristica: Il muscolo genera forza superando una resistenza
✔ Effetto: È la contrazione che associamo alla “crescita muscolare”

“Come quando sollevi la spesa dal pavimento al tavolo”

2. Contrazione Eccentrica (La “Frenante”)

✔ Cosa succede: I capi articolari si allontanano nonostante la contrazione
✔ Esempio: Abbassare lentamente un manubrio dopo un curl
✔ Caratteristica: Il muscolo resiste a una forza esterna
✔ Effetto: Causa più danni microscopici alle fibre (e quindi più crescita a lungo termine)

“Come quando freni la discesa di una valigia pesante”

3. Contrazione Isometrica (La “Statua”)

✔ Cosa succede: La distanza tra i capi articolari non cambia
✔ Esempio: Tenere un bilanciere fermo a metà squat
✔ Caratteristica: Forza uguale alla resistenza esterna
✔ Effetto: Migliora la stabilità e la forza in posizioni specifiche

“Come quando tieni in pausa uno squat a 90°”

Come migliorare la contrazione muscolare?

Le espressioni di forza dipendono da due grandi categorie di fattori: componenti strutturali e neurogene.

In questa panoramica analizziamo cosa influenza la capacità di sviluppare forza, escludendo volutamente le espressioni condizionate dai processi metabolici, come la resistenza alla forza.

---

Componenti Strutturali

✅ Sezione trasversa del muscolo

L’ipertrofia aumenta la forza grazie a un maggior numero di miofibrille e sarcomeri in parallelo. Più sarcomeri = più forza generata complessivamente.

✅ Tipologia di fibre muscolari

• Tipo I: resistenti, poco potenti.

• Tipo IIx: molto potenti, ma si affaticano facilmente.

• Tipo IIa: intermedie.

La percentuale di fibre veloci è genetica, ma l’allenamento può modificarne le caratteristiche metaboliche.

---

⚡ Componenti Neurogene

✅ Coordinazione intra- e intermuscolare

• Intramuscolare: attivazione simultanea delle unità motorie.

• Intermuscolare: attivazione dei muscoli agonisti e rilassamento di quelli antagonisti.

Entrambe migliorano l’efficienza del gesto motorio.

✅ Frequenza di scarica (Hz)

Più impulsi al secondo = maggiore forza. Le fibre fast si attivano solo oltre una certa soglia di frequenza (60–100 Hz).

✅ Reclutamento e sincronizzazione

• Spaziale: attivare più unità motorie.

• Temporale: attivarle tutte insieme.

• Sincronizzazione: stimolare tutte le fibre nello stesso istante per picchi di forza rapidi.

Il circuito del Renshaw, un sistema di sicurezza, può essere desensibilizzato con l’allenamento.

---

Controlli Riflessi

✅ Riflesso miotatico

Mediato dai fusi neuromuscolari, si attiva quando un muscolo è stirato bruscamente. È utile per aumentare la forza nei gesti esplosivi, ma solo se lo stiramento è rapido (<70 ms).

✅ Corpuscoli tendinei del Golgi

Limitano la forza in presenza di tensioni eccessive. Anche questi possono essere desensibilizzati con l’allenamento specifico, migliorando la forza espressa.

Conclusioni

Nel contesto dell’allenamento della forza, la pratica conferma che è utile utilizzare stimoli protratti nel tempo (carichi elevati) sia per i principianti, sia per atleti evoluti ma lontani dal periodo competitivo.

Al contrario, esercitazioni esplosive sono più indicate in prossimità della competizione per soggetti esperti e solo in misura limitata per principianti.

Tuttavia, ciò che realmente fa la differenza è la capacità di transfert dell’esercitazione.

Ad esempio, in sport come la pallavolo o nel sollevamento pesi, lo squat ha un alto transfert funzionale, poiché la forza viene espressa in contesti simili: in verticale e con catene cinetiche chiuse.

Per un velocista, il discorso cambia: la prestazione alterna fasi in cui la forza è esplosiva, elastica o addirittura eccentrico-riflessa (dopo i primi 15–20 metri).

La correlazione tra forza massima e forza riflessa è debole e lo squat, in quanto gesto aciclico, ha basso transfert sul gesto ciclico della corsa.

In questi casi, la priorità va data a esercitazioni specifiche, che stimolino non solo il tipo di forza ma anche il gesto tecnico.

Un atleta con un Squat Jump (SJ) di 45 cm potrebbe non scendere sotto gli 11” nei 100 m, mentre i parametri individuati da Carlo Vittori richiederebbero lo stesso SJ per correre in 10”40-10”60.

Il motivo?

La forza verticale non si trasferisce automaticamente alla corsa se le leve e gli angoli articolari non sono ottimizzati.

La tecnica diventa quindi il veicolo principale per trasferire la forza in maniera utile alla performance.

Portare un atleta a 45 cm di SJ è semplice; renderlo in grado di correre i 100 m in 10”40 richiede un lavoro tecnico molto più raffinato.

Inoltre, l’uso di farmaci anabolizzanti negli sprinter è finalizzato a migliorare la capacità di recupero, rendendo possibile un volume di lavoro elevatissimo, fondamentale per affinare il gesto tecnico.

Bibliografia

• McArdle W. D., Katch F. I., Katch V. L., Fisiologia applicata allo sport. Aspetti energetici, nutrizionali e performance. II° edizione Casa Editrice Ambrosiana, Milano 2009.
• Sherwood L., Fondamenti di fisiologia umana. IV° edizione Piccin, Padova 2012.
• Stanfield C. L., Fisiologia. IV° edizione EdiSES, Napoli 2012.
• Wilmore I. H., Costill D. L., Fisiologia dell’esercizio fisico e dello sport. I° edizione Calzetti Mariucci Editori, Perugia 2005.
• Alloatti G., Antonutto G., Bottinelli R., Fisiologia dell’Uomo Edi-Ermes, 2010