L’ipertrofia muscolare è un evento biologico/fisiologico che prevede l'ipertrofia, cioè l'aumento del volume delle cellule che compongono un tessuto, sui vari tipi di tessuto muscolare. Si può parlare di ipertrofia del muscolo scheletrico, del muscolo cardiaco, o del muscolo liscio.
Ipertrofia muscolare scheletrica L'ipertrofia muscolare è un aumento delle dimensioni delle fibre muscolari e quindi della massa muscolare, osservato quando un muscolo raggiunge un diametro maggiore o una maggiore sezione trasversaleRussell et al. Form follows functions: how muscle shape is regulated by work. Journal of Applied Physiology 88: 1127-1132, 2000.. Attraverso l'esercizio fisico, il lavoro muscolare con sovraccarichi porta ad un aumento della massa muscolare mediante questo adattamento biologico. A livello cellulare, nell'ipertrofia muscolare negli esseri umani le proteine contrattili actina e miosina aumentano di dimensioni e di numeroSchoenfeld, BJ. The mechanisms of muscle hypertrophy and their application to resistance training. J Strength Cond Res. 2010 Oct;24(10):2857-72.
Avviene anche un aumento nel liquido (sarcoplasma), e il tessuto connettivo non contrattile si diffonde all'interno del muscolo, un concetto solitamente denominato ipertrofia sarcoplasmatica. Inoltre, con l'allenamento di tipo eccentrico, in cui il muscolo è sovraccaricato e allo stesso tempo si allunga, le cellule muscolari raggiungono anche sarcomeri (la più piccola unità funzionale delle fibre muscolari) longitudinalmente, aggiungendo così lunghezza anche alla lunghezza della fibra muscolareProske U, Allen TJ. Damage to skeletal muscle from eccentric exercise. Exerc Sport Sci Rev. 2005 Apr;33(2):98-104... In realtà, negli esseri umani non vengono create nuove fibre muscolari durante l'ipertrofia, anche se questo fenomeno è stato osservato in alcuni studi su animali a causa di notevoli differenze strutturali nell'anatomia muscolare tra le diverse speciePaul AC, Rosenthal N. Different modes of hypertrophy in skeletal muscle fibers. J Cell Biol. 2002 Feb 18;156(4):751-60. Epub 2002 Feb 11..
Sia il muscolo cardiaco (miocardio) che scheletrico si adattano a regolari stimoli di allenamento con carichi di lavoro crescenti che superano la capacità di carico iniziale della fibra muscolare. Con il muscolo cardiaco, il cuore diventa più efficiente nel far fluire il sangue all'interno delle sue cavità, mentre il muscolo scheletrico diventa più efficiente nel trasmettere le forze attraverso le inserzioni tendinee alle ossa. Il muscolo scheletrico ha due funzioni fondamentali, statiche e dinamiche: contrarsi per favorire il movimento del corpo, e fornire stabilità per mantenere la postura del corpo. Ogni muscolo scheletrico deve essere in grado di contrarsi a diversi livelli di tensione per eseguire queste funzioni. I sovraccarichi progressivi sono un metodo che prevede di provocare stress intermittenti e di varia natura sul muscolo scheletrico, il che gli permette di adattarsi generando quantità proporzionali di tensione. Il muscolo è in grado di adattarsi aumentando la dimensione e la quantità di proteine contrattili, che comprendono le miofibrille all'interno di ogni fibra muscolare, portando ad un aumento delle dimensioni delle singole fibre muscolari e la loro conseguente produzione di forza.
L'ipertrofia muscolare è un processo multidimensionale, con numerosi fattori coinvolti. Si tratta di una complessa risposta di segnali cellulari tra le cellule satellite, il sistema immunitario, i fattori di crescita, e gli ormoni, con le singole fibre muscolari di ciascun muscolo. Tre particolari segnali (via calcio-dipendente, mitogen-activated protein-chinasi, e via mTOR) spostano la cella in una condizione di sintesi proteica, mentre inibiscono il catabolismo proteico. Proteine segnale chiamate citochine, provenienti dal sistema immunitario, interagiscono con i recettori specializzati sui muscoli per promuovere la crescita del tessuto. Alcuni ormoni anabolici (che promuovono la crescita muscolare), includono l'IGF-1, il testosterone, e ormone della crescita (GH), che giocano un ruolo primario nel promuovere l'ipertrofia.
È importante notare che la forza guadagnata nel primo paio di mesi di allenamento mirato a creare l'ipertrofia muscolare è principalmente data dagli adattamenti neurali. Nelle fasi iniziali del programma di allenamento, il muscolo acquisisce un maggiore input neurale, denominato unità neurale (neural drive). Alla base di questo maggiore input neurale sono i modelli di reclutamento delle unità motorie dei tipi di fibre muscolari. Ogni unità motoria rappresenta un singolo nervo e le numerose fibre muscolari che innervaGabriel DA, Kamen G, Frost G. Neural adaptations to resistive exercise: Mechanisms and recommendations for training practices. Sports Med. 2006;36(2):133-49..
La tensione meccanica, il danno muscolare, e lo stress metabolico, sono i tre principali fattori che favoriscono l'ipertrofia dall'esercizio. La tensione meccanica è direttamente correlata all'intensità dell'esercizio, che è la chiave per stimolare la crescita muscolare. L'ipertrofia massima viene ottenuta con carichi tra l'80 e il 95% di 1 RM (Repetition Maximum)Fry AC. The role of resistance exercise intensity on muscle fibre adaptations. Sports Med. 2004;34(10):663-79., equivalenti di circa 2 e 6 ripetizioni massime a cedimento. Un altro importante fattore che determina la maggiore ipertrofia muscolare è la scelta del tipo di esercizio: gli esercizi che coinvolgono più parti corporee (come gli esercizi bilaterali, poliarticolari, e a catena cinetica chiusa), hanno dimostrato di produrre un maggiore incremento degli ormoni anabolici e della forza rispetto agli esercizi che ne coinvolgono meno (come gli esercizi monolaterali, monoarticolari, e a catena cinetica aperta)Hansen et al. The effect of short-term strength training on human skeletal muscle: the importance of physiologically elevated hormone levels. Scand J Med Sci Sports. 2001 Dec;11(6):347-54.. Il danno muscolare, avvia una risposta infiammatoria dalla fase di allenamento, che attiva processi di crescita delle cellule satellite. Negli ultimi anni la letteratura scientifica risulta concorde nell’affermare che i tipici dolori muscolari post-allenamento (DOMS) non siano causati dal danno al tessuto muscolare ma dallo stiramento dei fusi neuromuscolari, particolarmente sollecitati nelle fasi eccentriche degli esercizi.
Inoltre, lo stress metabolico che è il risultato dei sottoprodotti del metabolismo anaerobico (cioè, ioni idrogeno (H+), lattato, e fosfati inorganici) si crede ora sia coinvolto nel promuovere fattori ormonali che portano alla ipertrofia muscolare. In aggiunta, gli arti superiori tendono a mostrare una maggior crescita ipertrofica rispetto agli arti inferioriSchoenfeld. The use of specialized training techniques to maximize muscle hypertrophy. Strength and Conditioning Journal, 2011. 33(4), 60-65.. L'esercizio di resistenza può stimolare in maniera intensa l'ipertrofia cellulare e lo sviluppo della forza. Tuttavia il guadagno dell'ipertrofia è relativamente lento, richiedendo generalmente diverse settimane o mesi per essere visibileRasmussen BB, Phillips SM. Contractile and nutritional regulation of human muscle growth. Exerc Sport Sci Rev. 2003 Jul;31(3):127-31..
Bisogna sottolineare come l'ipertrofia non è il primo meccanismo che viene messo in atto dal corpo per migliorare la risposta ad un allenamento di tale entità, infatti inizialmente vi è un adattamento neurale che permette di reclutare un numero maggiore di fibrocellule tramite l'attivazione di un maggiore numero di unità neuromotorie, di una loro maggiore sincronizzazione e capacità di stimolazione delle stesse, successivamente dopo questo adattamento neurale avviene la risposta fisiologica sulla morfologia muscolare, ottenibile principalmente con esercizi ad esaurimento esasperato.
Sintesi Riassumendo, ci sono molteplici meccanismi che sono responsabili dello stimolo della crescita muscolare e, probabilmente, ognuno di questi meccanismi può essere stimolato mediante metodi di allenamento diversi. Questi meccanismi sono:
un aumento della tensione muscolare o sollecitazioni meccaniche sul tessuto muscolare; la deplezione di substrati energetici intramuscolari (fosfati, glicogeno) dovuta alle esigenze metaboliche;
Questo porta in una cascata di eventi, che è stata definita come upstream signalling (segnalazione a monte), la quale provoca effetti a valle (downstream)Spiering et al. Resistance exercise biology: manipulation of resistance exercise programme variables determines the responses of cellular and molecular signalling pathways. Sports Med. 2008;38(7):527-40.. Questa cascata di eventi che comprende i seguenti:
sollecitazioni meccaniche e metaboliche che portano a danni strutturali (micro-traumi) segnalazioni dallo stress meccanico sulle fibre muscolari; risposta ormonale (testosterone, GH, MGF, IGF-1, cortisolo), e risposta infiammatoria; sintesi proteica che porta alla ipertrofia muscolare;
I diversi tipi di ipertrofia muscolare L'attuale letteratura scientifica riconosce essenzialmente due tipi di ipertrofia muscolare scheletrica:Zatsiorsky V., Kraemer W. Science and practice of strength training. Human Kinetics, 2006. ISBN 0-7360-5628-9. ipertrofia funzionale o miofibrillare, cioè l'aumentato del numero di miofibrille per fibra muscolare e quindi un aumento dei sarcomeri in parallelo; ipertrofia non funzionale o sarcoplasmatica, ovvero la crescita nel sarcoplasma e nessuna crescita diretta delle proteine contrattili;
L'ipertrofia funzionale determina un aumento della forza o della capacità di aumentare la forza, e ciò non avviene per l'ipertrofia non funzionaleWinkelman N. Theoretical and practical applications for functional hypertrophy: development of an off-season strategy for the intermediate to advanced athlete. Professional strength and conditioning. 2006. Issue 16: 4-11..
Inoltre diverse fibre vengono stimolate a subire l'ipertrofia attraverso diversi tipi di allenamento: i body builder mostrano preferenzialmente un'ipertrofia delle fibre di tipo I e IIa, mentre i weightlifter e i powerlifter stimolano prevalentemente un'ipertrofia delle fibre di tipo IIb (o IIx), che sono più adatte per prestazioni di forza e potenza. Pertanto entrambi i metodi di allenamento riescono a portare allo sviluppo di una maggiore massa muscolare, ma in maniera diversa.
Ipertrofia funzionale I neofiti sono soliti eseguire solo 4 x 3 o 3 x 4 (serie x ripetizioni) durante i periodi di allenamento per lo sviluppo della forza massimale. In realtà tali parametri sono inferiori al volume necessario richiesto per l'ipertrofia. Semplicemente aumentando il numero delle serie e riducendo gli intervalli di riposo in modo che il 3 x 4 diventi 8 x 4, verrà prodotto il ricercato effetto ipertrofico. Un carico minimo relativo all'85% di 1 RM (cioè 4-5 RM) è necessario per reclutare un maggior numero di unità motorie, nonché stimolare il guadagno della forzaPeterson et al. Maximizing strength development in athletes: a meta-analysis to determine the dose-response relationship. J Strength Cond Res. 2004 May;18(2):377-82., e questo in teoria verrebe permesso da un tipo protocollo di allenamento con un tale numero di serie e ripetizioni. Inoltre, viene ampiamente accettato tra gli scienziati e ricercatori dello sport ed esercizio fisico che come l'intensità (la percentuale di una ripetizione massima, 1 RM) aumenta, così aumenta la velocità di degradazione delle proteine muscolari, fornendo così un potente stimolo per la crescita. Tuttavia, sulla base di questo principio, il miglior numero di ripetizioni per ottenere ipertrofia sarebbe una ripetizione. Questo non è il caso, perché anche se il tasso di degradazione è massimizzato, il totale tempo sotto tensione (TUT, Time Under Tension) per ogni serie sarebbe troppo basso, e quindi viene richiesto un minimo assoluto di tre ripetizioni per serie.