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THE MOLECULAR BASIS OF TRAINING ADAPTATION (Coffey VG & Hawley JA, Sports Med 2007; 37: 737) CONTROL OF THE SIZE OF THE HUMAN MUSCLE (Rennie MJ, Wackerhage H, Spangerburg EE & Booth FW, Annu Rev Physiol 2004; 66: 799) I muscoli che non lavorano perdono massa e forza (ipotrofia, atrofia; sarcopenia) I muscoli sottoposti a tensione (attiva – contrazione, passiva – stiramento) aumentano massa e forza (ipertrofia) I muscoli sottoposti ad attività prolungata di bassa intensità aumentano la resistenza alla fatica e il consumo di ossigeno

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THE MOLECULAR BASIS OF TRAINING ADAPTATION (Coffey VG & Hawley JA, Sports Med 2007; 37: 737). CONTROL OF THE SIZE OF THE HUMAN MUSCLE (Rennie MJ, Wackerhage H, Spangerburg EE & Booth FW, Annu Rev Physiol 2004; 66: 799). - PowerPoint PPT Presentation

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THE MOLECULAR BASIS OF TRAINING ADAPTATION(Coffey VG & Hawley JA, Sports Med 2007; 37: 737)

CONTROL OF THE SIZE OF THE HUMAN MUSCLE(Rennie MJ, Wackerhage H, Spangerburg EE & Booth FW, Annu Rev Physiol 2004; 66: 799)

I muscoli che non lavorano perdono massa e forza (ipotrofia, atrofia; sarcopenia)

I muscoli sottoposti a tensione (attiva – contrazione, passiva – stiramento) aumentano massa e forza (ipertrofia)

I muscoli sottoposti ad attività prolungata di bassa intensità aumentano la resistenza alla fatica e il consumo di ossigeno

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ALLENAMENTO (TRAINING)

Effetti specifici dell’aumento di una funzione specifica:

miglioramento della funzione specifica

VARIABILI:

intensità

durata

frequenza

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EFFETTI: da carico in eccesso (overload)

Tutte le cellule si modificano (remodeling)

Distruzione/

rimozione

Ricostruzione/sintesi proteica

Dimensioni/funzioni

segnali

Distruzione/

rimozione

Ricostruzione/sintesi proteica

segnali

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ALLENAMENTO DELLA FORZA

Effetto della prima contrazione massimale

o ripetizioni submax

Forte dipendenza da condizioni iniziali:

scarsa attività

detraining

Fattore principale: volume muscolare,

sezione trasversa

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ALLENAMENTO DELLA FORZA

Importanza degli elementi non contrattili

Importanza della disposizione del muscolo

es. pennazione

La forza aumenta anche per migliore attivazione delle unità motorie

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ALLENAMENTO DELLA FORZA

La massima forza si esprime con una contrazione eccentrica

Per contrazioni isometriche 1/2 forza

Nelle contrazioni concentriche la forza è inversamente proporzionale alla velocità

Un movimento reale non può essere perfettamente isotonico, perché la rotazione intorno alle articolazioni modifica le leve

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ALLENAMENTO DELLA FORZA

Effetti:

•Sulla massa muscolare:

•ipertrofia

•iperplasia

•Sul fenotipo (tipi di fibre)

•Sul controllo motorio

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ALLENAMENTO DELLA FORZA

Ipertrofia

•Aumento dell’area di sezione: effetto diretto sulla forza sviluppata

•Aumento di lunghezza, per aggiunta di sarcomeri in serie: spostamento sulla curva tensione/lunghezza

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ALLENAMENTO DELLA FORZA

Iperplasia

•Aumento del numero di fibre: dimostrato solo in alcuni modelli animali

•Ruolo delle cellule satellite: vengono sicuramente attivate dallo sforzo

•Più importanti per l’ipertrofia: si fondono con le fibre mature, fornendo materiale strutturale, in particolare nuclei (e

mitocondri?)

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ALLENAMENTO DELLA FORZA

Ruolo del SNC

Strategie:

•Aumento della frequenza di scarica: tetano completo.

•Treni d’impulsi: frequenza impulsi nel treno

•durata treno

•aumento frequenza treni

•stimolazione tetanica continua

•Reclutamento di unità motorie

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ALLENAMENTO DELLA FORZA

Biologia molecolare

Tournover proteico: 1 g/kg/dì; semivita 7-15 gg

Distruzione/

rimozione

Ricostruzione/sintesi proteica

segnali

ForzaResistenza ()

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ALLENAMENTO DI RESISTENZA

MECCANISMI CENTRALI

Adattamenti cardiaci

> volume plasmatico

> concentrazione Hb (emoglobina)

*** anemia relativa dell’atleta: spiegazione aumento 2,3 DPG inganno meccanismo eritropoietina

Coronarie: densità capillare; flusso (ruolo NO)

Migliore distensibilità ventricolare in diastole

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ALLENAMENTO DI RESISTENZA

MECCANISMI periferici

> densità capillare (30-40%): migliore diffusione gas; ridotta velocità di transito

Mitocondri: > numero

> enzimi ossidativi capacità ossidativa

> uso FFA: ruolo di LPL endoteliali migliore economia energetica (ossidativa)

Accumulo (relativo) di glicogeno

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ALLENAMENTO DI RESISTENZA

MECCANISMI periferici

Aumento estrazione ossigeno (a-v O2)

Aumenta flusso muscolare massimo (iperemia metabolica): ruolo NO

Aumenta concentrazione mioglobina

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Cellula satellite: principale cellula staminale nel m. scheletrico. Fra la lamina basale e il sarcolemma

Stato di quiescenza: non si differenziano, non si moltiplicano

Attivazione fortissima per: esercizio, danno muscolare, malattie degenerative

Stem cells in postnatal myogenesis: molecular mechanisms of satellite cell quiescence, activation and replenishmentJ. Dhawan and T.A. Rando

TRENDS in cell biology (2005) 15:666-673

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Attiva ricostituzione delle cellule satelliti dopo attivazione per poter ripetere processi rigenerativi

Espressione di proteine tipiche (riconoscimento) – Miostatina: mantiene la condizione di quiescenza

Lo stato di quiescenza non è una condizione di semplice inattività, ma di controllo dei processi transcrizionali

Alterazioni della nicchia che contiene le cellule satelliti ne provocano l’attivazione: stadio intermedio altamente proliferativo (cell. Progenitrici)

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Nei soggetti anziani le cellule satelliti sono meno facilmente attivabili, ma quando attivate proliferano normalmente: il rallentamento correlato con l’età è legato a fattori modificabili della nicchia cellulare

Il numero di cellule satelliti rimane costante nell’adulto: alla prima moltiplicazione cellulare, solo una delle cellule figlie continua la differenziazione, mentre l’altra rimane allo stadio staminale

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Mechanotransduction and the regulation of protein synthesis in skeletal muscleT.A. Hornberger and K.A. Esser

Proc. Nutr. Soc. (2004) 63: 331-335

La tensione regola la massa muscolare, anche in vitro: aumenta la sintesi proteica e diminuisce specularmente la degradazione

Capacità intrinseca del muscolo scheletrico, a prescindere da fattori di regolazione come: testosterone, glucocorticoidi, fattori di crescita

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Meccanocezione: accoppiamento di informazione meccanica con eventi biochimici intracellulari. Interessa: A) la membrana; B) il complesso matrice extracellulare-integrina-citoscheletro

A) la membrana: bistrato lipidico allo stato semiliquido; resiste alla deformazione. Un aumento della superficie del 2-4% rompe la membrana. La membrana è sovrabbondante (100%), formando pieghe, microvilli, caveole. Questa è una riserva che previene la rottura

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Attraverso fessure della membrana avvengono scambi di liquido extra-intra cellulare, che attivano eventi intracellulari: questi sono segnali meccanocettivi

B) il complesso matrice extracellulare-integrina-citoscheletro. Punti di adesione focale (FA): accoppiamento fisico della matrice extracellulare con il citoscheletro – esempi: giunzioni muscolo-tendinee; giunzioni neuromuscolari; linee Z (costameri).

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Gli stimoli meccanici hanno effetti differenziati: allungamento allunga le fibre; sovraccarico aumenta la sezione

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Changes in muscle mass and phenotype and the expression of autocrine and systemic growth factors by muscle in response to stretch and overloadG. Goldspink

J. Anat. (1999; 194: 323-334)

Diversi tipi di cellule rispondono a stimoli meccanici. Generalmente definiti “meccanociti”: osteociti, fibroblasti, muscolo schletrico, cardiaco e liscio. L’espressione genica è influenzata da stimoli meccanici.La cellula muscolare rappresenta lo stadio teminale di differenziazione di cellule pluripotenti. Vi sono fattori di crescita e di inibizione (miostatine); la regolazione è positiva e negativa

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I fattori di crescita provvedono alla riparazione locale per tutta la vita.

L’ipertrofia indotta dall’allungamento è regolata da fattori di crescita autocrini

L’allungamento stimola la sintesi proteica (regolazione della lunghezza durante l’accrescimento). La combinazione di allungamento e forza (stimolazione) ha effetti additivi.

Documentato aumento di volume del 35% in 4 giorni; corrispondente aumento dell’RNA totale del 250%

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Fattori meccanici e fenotipo: la frequenza di stimolazione determina il tipo di fibra (esperimenti di innervazione crociata). Questo effetto è in parte indiretto, legato alla deformazione meccanica.

Tutte le fibre muscolari sarebbero veloci finché non sono sottoposte a stiramento e stimolazione.

Fra i fattori di crescita: IGF1 (insulin-like growth factor) di tipo muscolare.