Forza Muscolare: Cos’è, come funziona e come aumentarla

Spesso, nel mondo del fitness, viene ad essere netta la distinzione tra allenamenti di forza e allenamenti di ipertrofia. Ciò deriva da strette convinzioni datate o da una mancata analisi e/o conoscenza dei principi sottostanti all’allenamento, allo stimolo ipertrofico e alla capacità di espressione di forza, arrivando poi a considerare specifici esercizi come supremi per l’ipertrofia, mentre altri dei “must do” per la forza.

La capacità di espressione di forza è una abilità strettamente correlata a un elevato numero di variabili, a prescindere dall’esercizio scelto. Esiste un certo grado di correlazione tra forza e ipertrofia, infatti quest’ultima è una delle molteplici variabili che influenzano la nostra capacità di produrre forza.

Cos’è la forza?

La forza consiste in una grandezza fisica vettoriale la quale si manifesta attraverso l’interazione tra due o più corpi, determinando scambi di energia e accelerazione. Nel contesto specifico dell’allenamento, l’analisi delle varie forze in gioco, e come interagiscono tra loro, avvengono attraverso lo studio della cinematica.

La capacità di espressione della forza nell’uomo deriva da molteplici fattori, principalmente di origine muscolare e neurale, implicando un assoggettamento della produzione di forza esprimibile. A influenzare la capacità di produrre una forza possono essere non solo fattori interni, ma anche implicazioni correlate all’ambiente esterno o fattori di ordine psicologico.

Lo strength training è il processo nel quale alleniamo e aumentiamo la capacità di produrre delle forze. Questo porta a strutturare programmi di allenamento finalizzati a ciò, attraverso l’utilizzo di differenti velocità di contrazione, angoli di lavoro, tipologie di contrazioni (eccentrica o concentrica), e range di ripetizioni.

La forza muscolare è una abilità altamente specifica. Nel momento in cui lavoriamo ad un determinato angolo di lavoro, con una certa quantità di carico e velocità, aumenteremo la forza prevalentemente in queste specifiche condizioni, anche se, in maniera limitata, vi possono essere dei transfer su un più ampio range.

Seguire protocolli di allenamento basati su un’ampia diversificazione di questi fattori, o comunque esercizi molto differenti tra loro, porta una più grande diversificazione di espressione di forza e, al contempo, una minore specificità. Questo si traduce in una ridotta massimizzazione di forza in un dato gesto con specifiche modalità. Ciò evidenzia come lo strength training produce differenti effetti in relazione alla tipologia di allenamento che viene eseguito.

La convinzione comune che la forza si allena esclusivamente a basse ripetizioni è errata. In tal caso, l’utilizzo di basse ripetizioni ed elevato carico, va a incrementare l’espressione di forza massima, ma non è l’unica capacità di forza possibile da allenare.

Fattori che influenzano l’espressione di forza

Vi sono molteplici fattori che influenzano l’abilità di espressione di forza, i quali, una gran parte, non sono correlati all’azione muscolare. L’ambiente esterno, sistema nervoso, stato psicologico, possono avere la capacità di incidere ed influenzare il modo in cui la forza è prodotta.

Al fine di comprendere come le forze possono essere esercitate, diviene rilevane indentificare differenti meccanismi, ovvero, length-tension relationship, force-velocity relationship e aumento di produzione di forza durante l’allungamento del muscolo.

Length – tension relationship

La length tension relationship consiste nel rapporto tra effort espresso e lo stato di allungamento dalle fibre muscolari. Le fibre hanno una lunghezza ottimale nel quale esprime il maggior grado di forza dovuto alla sovrapposizione dei miofilamenti di actina e miosina all’interno delle singole fibre. Nello stato di estremo allungamento ed estremo accorciamento vi è una inefficienza di espressione di forza da parte delle singole fibre, ciò a causa di una elevata distanza tra le proteine di actina e miosina, per quanto riguarda fibre in estremo allungamento, mentre a causa di un esaurimento della possibilità di ulteriori legami tra actina e miosina (crossbridge) nello stato di eccessivo accorciamento del muscolo.

Length tension può essere un utile strumento per la selezione degli esercizi. Ad esempio, nel momento in cui si vuole ottimizzare lo stimolo ipertrofico, un utile metodo può essere quello di cercare una sovrapposizione (matching) tra la length tension relationship e il profilo di resistenza dell’esercizio (strength curve) al fine di rendere la scelta dell’esercizio il più efficiente possibile.

Inoltre ciò evidenzia anche un lavoro angolo specifico, dove la capacità di espressione di maggiore forza è correlato ad un angolo di lavoro determinato. L’angolo di lavoro può subire degli spostamenti in seguito ad allenamenti eseguiti con ampia lunghezza muscolare. Ciò sembra succedere a causa di un aumento della lunghezza del muscolo derivante dall’aumento dei sarcomeri in serie, comportando conseguentemente uno spostamento dell’angolo nel quale si esprime il più alto effort.

Force – velocity relationship

La force-velocity relationship indica la quantità di espressione di forza in relazione alla velocità eseguita.

Nel momento in cui eseguiamo un’alzata ad elevata velocità di esecuzione, il livello di effort derivante dalle singole fibre muscolari risulterà basso. Differentemente quado eseguiamo ripetizioni vicino al 1RM, il quale carico si muove molto lentamente e l’effort per singola unità sarà alto.

L’espressione di forza è dipesa dal numero di formazione di cross-bridge, ed è strettamente influenzato dalla velocità di contrazione delle fibre. Determinante nell’espressione di forza è il grado di distacco dei crossbridge formati in precedenza. Questo aumenta linearmente all’aumentare della velocità, riducendo la forza espressa. Più una contrazione viene ad essere eseguita in maniera rapida, più la formazione di cross-bridge avvenuta deve staccarsi rapidamente, incidendo sulla risultata forza finale.

Attraverso questo meccanismo, possiamo allenare differenti tipologie di forze, in maniera specifica alla velocità prodotta. Ad esempio, allenamenti pliometrici o balistici, essendo esecuzioni esplosive e veloci, incidendo prevalentemente sui livelli di scarica del sistema nervoso (rate coding) al fine di attivare le fibre muscolari. Eseguire gesti molto rapidi porta all’attivazione di unità motorie ad elevata soglia, quindi un ingente numero di fibre attivate, anche se l’effort espresso dalle singole fibre risulta essere basso. Ciò differisce nel momento in cui volgiamo aumentare la nostra forza massima, vicina all’1RM, o se il nostro obiettivo risulta essere lo stimolo ipertrofico, in quanto in entrambi i casi oltre ad un elevato numero di fibre attivate, è di fondamentale importanza che ogni singola fibra reclutata esprimi un elevato effort (tensione meccanica).

Fase eccentrica ed espressione di forza

Durante la fase di allungamento (eccentrica), il muscolo ha la capacità di produrre fino al 50% in più rispetto alla forza prodotta nella fase concentrica. Anche se la maggiore forza risulta di solo all’incirca il 25 – 30%, ciò dovuto a differenti meccanismi neurali inibitori, probabilmente legati all’attività della cellula di Renshaw. Questa maggiore forza espressa in fase di allungamento molto probabilmente è dovuta alla presenza di titina e differenti elementi strutturali, implicando la formazione di tensione passiva

Fattori che influenzano l’espressione di forza sono numerosi, e spesso non visibili. Anche se vi è una correlazione diretta tra espressione di forza e taglia muscolare, quest’ultimo non è l’unico fattore presente.  Esiste infatti una molteplicità di questi, sia neurali che coordinativi e strutturali, come:

Aumento nel diametro delle fibre muscolari;

Aumento nella lunghezza delle fibre muscolari;

Conversione delle fibre muscolari (es. dalla tipologia IIa a IIx) ;

Variazione angolo di pennazione;

Differenti aumenti nella lunghezza o diametro del muscolo, angolo di pennazione in differenti parti del muscolo (ipertrofia regionale) ;

Aumento trasmissione di forza laterale tra le fibre ;

Aumento del muscle-tendon stiffness;

Miglioramento coordinativo tra muscoli antagonisti e agonisti;

Miglioramenti e rapidità di attivazione dei muscoli principali (agonisti) ;

Riduzione di attivazione dei muscoli antagonisti, il quale potrebbero frenare la capacità di espressione di forza;

Aumento nell’attivazione dei muscoli sinergici, che permetto al corpo di esprime al meglio la forza prodotta;

Miglioramento rate coding, aumento numero dei capillari;

Questi sono alcuni dei cambiamenti che avvengono quando accumuliamo esperienza in relazione alla tipologia di forza allenata, ciò a sottolineare che l’espressione di forza, differentemente dall’ipertrofia è una skill che può essere migliorata non agendo in maniera diretta sull’ipertrofia.

Differenza tra taglia muscolare e guadagni di forza

Come abbiamo visto, numerosi fattori influenzano la capacità di produrre una forza.

Quando eseguiamo protocolli allenanti basati sullo strength training, diventiamo più forti negli esercizi che stiamo allenando oltre a mettere anche una certa quantità di massa muscolare. Ma ciò non sempre accade. Infatti si possono osservare situazioni laddove un aumento di forza muscolare è correlata all’assenza di sviluppo ipertrofico.

Al contempo, l’ipertrofia ha un gande impatto sull’aumento della produzione di forza. Un’ottima strategia, soprattutto nei soggetti neofiti, è lavorare sull’aumento della taglia muscolare a fine di aumentare la forza prodotta. Ovviamente, questo avrà maggiore impatto su coloro che hanno bassi livelli di ipertrofia. Inoltre, in termini pratici, è un parametro facilmente valutabile.

Sezione trasversale del muscolo

Un aumento della sezione trasversale, riflette la larghezza del muscolo. Una maggiore diametro di una singola fibra indica una maggiora capacità di espressione di forza. Di conseguenza, un aumento di larghezza del muscolo può comportare una maggiore espressione di forza nella maggioranza degli atleti, ciò avviene prevalentemente quando il soggetto/atleta ha poca massa muscolare. Allenamenti prettamente ipertrofici, però, possono comportare una conversione della tipologia di fibre (shift dal tipo IIx a IIa), impattando in maniera negativa sull’espressione di forza ad alte velocità. Attenzione, ciò non significa che l’ipertrofia sia limitante nello high-velocity strength training, anzi, è di fondamentale importanza e spesso particolarmente trascurata.

Aumento della lunghezza delle fibre muscolari

Il muscolo, oltre ad aumentare in larghezza, esperisce ipertrofia anche in lunghezza, attraverso l’aumento del numero di sarcomeri in serie, comportando un allungamento dei fascicoli.

Questo avviene prevalentemente nella fase eccentrica di una alzata e comporta uno spostamento dell’angolo nel quale avviene il picco di forza.

Variazione angolo di pennazione

L’angolo di pennazione consiste nell’angolo formato dalla singola fibra muscolare in relazione all’asse longitudinale. Si riferisce alla direzionalità delle fibre all’interno di un muscolo. Attraverso lo strength training, l’angolo di pennazione aumenta, permettendo un migliore adattamento delle fibre in un determinato ammontare di spazio, generando cosi una maggiore forza e ridurre la trasmissione di forza di ogni singola fibra muscolare sul tendine.

Lunghezza moment arm del muscolo

Il moment arm muscolare è determinato da caratteristiche anatomiche individuali, ma anche dalla taglia muscolare, implicando una azione diretta sull’espressione di forza. Consiste nella distanza della linea di azione del muscolo dall’asse di rotazione dell’articolazione. L’espressione di forza (torque) è la risultante della forza muscolare moltiplicato per la lunghezza del moment arm del muscolo.

Tipologia delle fibre muscolari

In relazione alla tipologia di attività conseguita, diversi studi hanno evidenziato un cambiamento nella distribuzione della tipologia di fibre. Nello specifico, si è notato come al conseguire allenamenti di forza tendente al massimale (1RM) o allenamenti eseguiti con elevata esplosività e velocità, si evidenziava un aumento della presenza di fibre di tipo IIx. Al contempo eseguire allenamenti, maggiormente ipertrofici, si evidenziava una tendenza di conversione di fibre dalla IIx a quelle di tipo IIa, influenzando negativamente la produzione di forza, nello specifico nelle contrazioni veloci. Al contempo, questo processo di conversione delle fibre non è stato mostrato nel momento in cui si eseguivano nello stesso microciclo o macrociclo sia allenamenti ipertrofici che allenamenti di forza e/o esplosività.

Trasmissione di forza laterale

La trasmissione di forza nelle fibre muscolari avviene prevalentemente in maniera laterale, creando collegamenti tra le varie fibre, e trasmettendo forza attraverso gli strati di collagene che ricoprono le fibre muscolari. In seguito a strength training, noi aumentiamo il numero di collegamenti, definiti come costameri. Questo aumenta l’abilità di efficienza di trasmissione di forza.

Densità delle fibre muscolari

Uno dei meccanismi i quali la forza potrebbe aumentare è attraverso un accrescimento della densità delle fibre muscolari, ovvero aumento del volume delle componenti contrattili presenti all’interno delle fibre muscolari. Ciò e correlato alla formazione di un’ipertrofia maggiormente miofibrillare, anziché sarcoplasmatica.

Stiffness tendinea

La stiffness tendinea, si riferisce al grado di rigidità, e quindi di allungamento, dei tendini. In seguito allo strength training, prevalentemente a carichi molto elevati, si è notato un aumento della stiffness tendinea, implicando così un movimento più lento in accorciamento e, conseguentemente, producendo maggiori forze. Se il tendine e molto rigido, i muscoli si accorciano lentamente in relazione al grado di variazione dell’angolo articolare, mentre se il tendine di riferimento risulta non rigido, i muscoli possono accorciarsi in maniera più rapida alla variazione dell’angolo articolare. Questo implica quindi che al fine di esprimere una maggiore forza, il movimento deve essere lento nel permettere la formazione di un elevato numero di cross-bridge e produrre così un elevato effort per ogni singola fibra attivata. Molto probabilmente, la rigidità tendinea contribuisce ad un aumento di espressione di forza sotto molteplici condizioni.

Fattori neurali che influenzano l’espressione di forza

Oltre a fattori di origine muscolare, numerosi e maggiormente complessi sono fattori correlati al sistema nervoso e alle modalità con il quale si correla l’impulso neurale e la sensibilità dei ricettori allo stimolo di produzione di forza e le possibili influenza e implicazioni che possono verificarsi.

Attivazione volontaria

Uno dei principali fattori correlati alla produzione di forza è l’attivazione volontaria, ovvero il grado di impulsi elettrici derivanti dal sistema nervoso, il quale comporta una massima contrazione volontaria. Inizialmente è raggiunta attraverso un aumento di reclutamento di unità motorie, prevalentemente a elevata soglia di attivazione e, successivamente, all’aumentare del livello di rate coding del sistema nervoso centrale. Una completa attivazione implica l’impossibilità di produrre ulteriore forza.

Coordinazione intra e inter muscolare

La coordinazione ha maggiormente impatto nell’espressione di forza massimale, prevalentemente esercizi multiarticolari. Infatti, molto probabilmente, la coordinazione è strettamente legata al carico, e quindi risulta molto importante un’implicazione di questo fattore nella capacità di espressione di forza. Inoltre può avere una funzione anche nell’espressione di forza veloce, principalmente nei movimenti complessi.

Coattivazione dei muscoli antagonisti

L’attivazione dei muscoli antagonisti, come oppositori dei muscoli agonisti, ovvero quelli addetti ad esprimere la forza nello specifico gesto preso di riferimento, sono un fattore limitante nell’espressione di massimo grado di forza, anche se vi è comunque un aumento di attivazione o anche di taglia muscolare dei muscoli agonisti. Generalmente, l’attivazione dei muscoli antagonisti avviene ad un elevato grado nel momento in cui eseguiamo allenamenti con carichi tendenti o al massimale (5RM-1RM), ciò probabilmente dovuto al fine di mantenere un certo grado di stabilità. Mentre tende a diminuire in allenamenti high-velocity strength training, ovvero quando si esprimono forze ad elevate velocità. Ciò probabilmente dovuto ad una ridotta necessità di mantenere elevata stabilità nel gesto.

Muscoli sinergici

I muscoli sinergici, svolgono la funzione di stabilizzatori, simile ai muscoli antagonisti. Al contempo, se per quanto riguarda i muscoli antagonisti, hanno una implicazione negativa nell’espressione di forza, i muscoli stabilizzatori hanno un impatto positivo nell’aumentare la capacità di produrre forza, permettendo anche un minor grado di coinvolgimento dei muscoli antagonisti, permettendo così una migliore azione di forza.

Takeaway

L’espressione di forza è una abilità soggetta a una molteplicità di fattori, i quali possono essere modificati al fine di raggiungere un grado massimo di espressione. Anche se molti metodi di allenamento supportano tesi secondo cui l’ipertrofia sia il principale driver nell’aumentare la produzione di forza, o viceversa, dove un lavoro di forza (intesa come forza tendente al massimale) è il fattore fondamentale per lo stimolo ipertrofico, ciò risulta errato e smentito da numerose evidenze scientifiche. Lo stimolo ipertrofico avviene secondo un processo ben determinato (ad oggi la tensione meccanica esperita dalle singole fibre risulta essere la tesi maggiormente avvalorata), lo sviluppo della forza è influenzato da un elevato numero di fattori, la quale ipertrofia risulta essere uno di questi.

Inoltre, la forza è prodotta non solo ad un basso numero di ripetizioni è carichi alti, ma ogni qualvolta che avviene un gesto o un movimento, anche se la resistenza esterna è solo quella gravitazionale, evidenziando differenti tipologie di forze e l’elevato grado di specificità di quest’ultime.