Che cos’è la Memoria Muscolare?

Che cos’è la Memoria Muscolare?

La memoria muscolare è un fenomeno di cui si è già parlato in questo blog, dal sottoscritto all’inizio del 2019. Questo articolo riscrive e aggiorna il precedente con nuove evidenze e un approccio più didattico del precedente.

Vuoi sapere che cos’è la memoria muscolare? Non te lo perdere!

Che cos’è

La memoria muscolare è un concetto coniato dagli atleti che hanno percepito che dopo una pausa (a causa di un infortunio o altri motivi) in cui hanno perso massa muscolare, sono stati in grado di recuperare il loro volume muscolare precedente molto più velocemente di quando sono iniziati.

Levrone

Figura I. Cambiamenti di Kevin Levrone. Prima immagine degli anni ‘90, seconda immagine 2008, terza immagine 2017.

Questo fenomeno empirico è stato valutato in diverse occasioni in prove scientifiche, ed è stato provato che esiste sicuramente, ma com’è possibile?

Memoria muscolare, niente di nuovo all’orizzonte?

Il corpo è efficiente e uno dei principi biologici che governano la vita è quell’efficienza.

Il corpo si adatta alle crescenti richieste che gli imponiamo per diventare più efficiente, ad esempio:

Quando ci spostiamo in un luogo che si trova a un’altitudine molto più alta sul livello del mare di quanto ci troviamo normalmente, la pressione parziale dell’ossigeno diminuisce e il nostro corpo aumenta l’eritropoiesi per compensare la diminuzione dell’assorbimento di ossigeno dall’ambiente e prevenzione dell’ipossia tissutale.

Concentrazioni di emoglobina

Figura II. Cambiamenti nelle concentrazioni di emoglobina dopo 16 giorni di acclimatazione a + 5000 m di altitudine e dopo essere tornati per 7 e 21 giorni al livello originale.

Quando torniamo al nostro posto abituale, le concentrazioni di emoglobina tornano al loro stato iniziale, perché non abbiamo più bisogno di quell’adattamento.

Lo stesso accade con il tessuto muscolare:

Date le crescenti richieste di produzione di forza, e tenendo conto che la dimensione del muscolo è uno dei maggiori determinanti di esso, i nostri tessuti si adattano al danno prodotto ricevendo nuovi nuclei che possono aiutare per riparare le fibre muscolari.

Cellule satelliti

Figura III. Processo di proliferazione, chemiotassi e fusione di cellule satelliti in fibra muscolare danneggiata.

Per comprendere questo processo, è importante capire che le cellule muscolari sono cellule polinucleate e che ciascuno di questi nuclei controlla l’attività trascrizionale di una certa area del muscolo (chiamata dominio nucleare) , immaginiamolo così:

Ipertrofia

Figura IV. 3 possibili fenotipi di ipertrofia muscolare dopo uno stimolo (allenamento).

Come se fosse una costruzione su un perimetro circolare, e ogni punto blu è un operaio che si occupa di costruire una certa area, quando iniziano a lavorare (ci alleniamo), gli operai si stancano (danno muscolare), e quando si rendono conto che c’è molto lavoro chiamano più collaboratori.

In altre parole, i nuovi lavoratori che non hanno lavorato in questo edificio ma che vengono in aiuto (punti verdi che sono nuclei dati dalle cellule satellite), poiché ci sono più lavoratori, possono lavorare più velocemente, sopportano più lavoro (perché ognuno ha un’area più piccola) e può rendere un edificio più grande e più bello.

Questo comunque non è inequivocabile e può capitare che 4 operai (ipotesi al centro dell’immagine) si usino per fare la costruzione.

Perfetto, questo è uno dei principi dell’ipertrofia, il che spiega che ogni nucleo controlla l’attività di sintesi proteica (trascrittomica) di un’area della cellula, più mionuclei, maggiore è la capacità di tollerarne un maggiore impatto dello stimolo dell’allenamento e più forte sarà la successiva (netta) sintesi proteica, cioè più si ipertrofizzerà.

Fattori

Figura V. Fattori che regolano la dimensione della fibra (ipertrofia/atrofia).

Ciò è stato dimostrato in diverse prove, dove è stato dimostrato che la dimensione delle fibre muscolari mantiene una correlazione quasi perfetta con il numero di mionuclei

Fibre muscolari

Figura VI. Relazione tra la dimensione delle fibre muscolari e il numero di mionuclei per fibra.

Un esempio di memoria muscolare

Staron et al., (1991) hanno condotto uno studio molto interessante su donne sane in cui hanno dimostrato che la memoria muscolare esisteva davvero.

L’immagine seguente lo mostra perfettamente:

Grafico

Figura VII. Cambiamenti nelle dimensioni delle fibre di tipo I (barre nere) e di tipo II (non importa perché la classificazione attualmente utilizzata è obsoleta), prima e dopo l’allenamento e il ri-allenamento.

Le donne al loro stato iniziale (Pre-20) sono state sottoposte a 20 settimane di allenamento di forza (Post-20) e, come osservato, hanno aumentato le dimensioni di tutti i loro tipi di fibre muscolari; Successivamente sono state sottoposte a 30-32 settimane di deallenamento, dove come si può vedere le loro fibre muscolari, soprattutto quelle più glicolitiche (tipo II) sono diminuite di dimensioni (pre-6), successivamente sono state sottoposte ad un programma di ri-allenamento di 6 settimane (post-6) con cui hanno recuperato lo stato precedente.

Quindi, succede qualcosa, c’è qualcosa in modo che in 6 settimane possiamo riguadagnare la massa muscolare persa che avevamo impiegato 20 settimane per guadagnare, vero?

Teoria della permanenza mionucleare

In passato si credeva che durante il periodo di distensione, i mionuclei fusi nelle cellule muscolari durante l’allenamento subissero un processo apoptotico, cioè, poiché non erano più necessari, andavano perduti.

Deallenamento ri-allenamento

Figura VIII. Ipotesi originale del processo di deallenamento e ri-allenamento.

Successivamente, è stato osservato in test su animali in vivo che il deallenamento non riduceva il numero di mionuclei:

Mionuclei

Figura IX. Immagine in vivo del numero di mionuclei prima e dopo 21 giorni di distensione in una cellula muscolare di un modello animale.

Questo ha dato una giustificazione logica alla teoria della memoria muscolare: guadagniamo massa muscolare più velocemente perché non dobbiamo investire tempo nel processo di migrazione delle cellule satellite per aumentare il numero di mionuclei, tutto qui.

Ipotesi mionuclei

Figura X. Ipotesi del dominio/permanenza dei mionuclei.

E così apparve la teoria, dove si spiega che le fibre muscolari diminuiscono la loro dimensione, ma non il numero di nuclei che hanno acquisito, in modo che quando le richieste di produzione di forza aumentano di nuovo, il tessuto recupererai il tuo volume di allenamento precedente senza i grandi sforzi inizialmente richiesti.

Questa teoria sarebbe perfetta, infatti era quella che avevo sollevato come spiegazione nel primo articolo, se non fosse che non è convalidata negli esseri umani, e infatti l’unico studio che attualmente esiste sugli esseri umani in -vivo (Psilander et al., 2019) non è stato in grado di trovare cambiamenti nel contenuto del mionucleo durante il primo periodo di allenamento, deallenamento o re-allenamento.

La mia solita sfortuna!

Inoltre, i modelli animali sono molto eterogenei, ciò è dovuto alla varietà di metodi analitici utilizzati per discriminare i veri mionuclei da altre strutture cellulari (come fibroblasti o cellule satellite) che possono alterare i risultati.

Nella revisione di Snijders et al. (2019) puoi consultare tutti i dettagli di questa analisi critica.

Quello che voglio dire è che secondo la teleologia biologica, i risultati contrastanti nei roditori e l’assenza di test che dimostrano questa teoria negli esseri umani (mentre ci sono test che mostrano che il contenuto di mionuclei non è stabile per tutta la vita):

Cambiamento numero dei mionuclei

Figura XI. Cambiamenti nel numero di mionuclei per fibra in soggetti giovani adulti, sessantenni e settantenni. L’età riduce il numero di mionuclei.

Sembra improbabile, o almeno prematuro, affermare che questa è la ragione della memoria muscolare.

Teoria epigenetica

Nel primo articolo che ho scritto ne ho parlato, ma non sono entrato in questa possibilità vista la complessità dell’argomento, anche così, attualmente è (forse) la teoria che presenta più forza per spiegare, almeno, parte dei motivi che sono alla base della memoria muscolare negli esseri umani.

L’epigenetica è la scienza che studia i cambiamenti genetici che siamo in grado di indurre attraverso il nostro comportamento, cioè non siamo nati con quella configurazione in quanto tale. In questo articolo ti spieghiamo l’influenza dell’esercizio di questo.

Sicuramente avrai mai sentito dire che il fumo aumenta il rischio di cancro ai polmoni, questo è un processo di induzione epigenetica, poiché dall’esposizione agli inquinanti presenti nel fumo di sigaretta, il corpo subisce una serie di cambiamenti genomici che ti portano a sviluppare una patologia.

E se l’allenamento della forza producesse cambiamenti genomici? Certo che sì!

L’allenamento con i pesi è in grado di modulare la risposta trascrittomica delle cellule del tessuto muscolare, tra l’altro, per aumentare la sintesi proteica e diventare più grande ed esercitare più forza (come ho spiegato prima).

Alcuni di questi cambiamenti genetici si verificano solo con l’esposizione a un’intensa sessione di allenamento!

Altri geni richiedono l’esposizione allo stimolo (allenamento) per un tempo più lungo per subire cambiamenti nella loro attivazione (metilazione), mentre altri potrebbero non essere alterati, o non ancora siamo stati in grado di dimostrarlo.

Questi cambiamenti in alcuni geni modulano la risposta di un gran numero di vie di segnalazione.

Infatti, lo studio di Seaborne et al., (2018) mostra che l’ipometilazione di alcune serie di geni valutati indotta dall’allenamento di resistenza è associata ad un aumento dell’attività trascrizionale del percorso PI3K-AKT-mTORC1.

Igf1

Figura XII. Via metabolica che regola il turnover proteico mediante l’attivazione del recettore IGF-1 e della cascata IRS-1/PI3K/Akt.

La principale via metabolica di regolazione della sintesi proteica e di cui ho già discusso nei miei articoli: AMPK e mTOR, e influenza sul volume di allenamento sull’ipertrofia. Puoi consultarli per maggiori informazioni.

Ovvero:

La regolazione di alcuni geni mediante l’esercizio fisico spiega in parte il motivo per cui si cresce muscolosamente, e va anche oltre alle radici del processo di fusione dei mionuclei che abbiamo spiegato in precedenza.

L’articolo di Seaorne et al. (2018) hanno dimostrato che quando un gruppo di uomini è stato sottoposto a un programma di allenamento di 7 settimane, la loro massa muscolare è aumentata.

Nel momento in cui hanno smesso di allenarsi per 7 settimane, hanno perso praticamente tutto e quando sono tornati ad allenarsi per altre 7 settimane hanno recuperato e superato la loro forma migliore precedente.

Studio

Figura XIII. Rappresentazione grafica del protocollo e dei risultati dello studio.

Gli autori hanno valutato i cambiamenti genetici verificatisi durante lo studio e hanno osservato una tendenza molto interessante per un gran numero di CpG valutati (regioni di determinati geni) ad essere ipometilati, qualcosa che presumibilmente aumenta l’attività genica.

Metilazione

Figura XIII. Cambiamenti nella metilazione di CpG dopo il primo periodo di allenamento, deallenamento e ri-allenamento.

Come si può vedere nell’immagine, dopo il primo periodo di allenamento 17.365 CpG (su 850.000 valutati) hanno subito cambiamenti nella metilazione, la maggior parte dei quali ipometilata.

Questo è rimasto praticamente intatto durante il periodo di distensione, ed è aumentato notevolmente durante il periodo di ri-allenamento, raggiungendo 18.816 CpG ipometilati.

Gli autori hanno osservato che c’erano gruppi di geni (e geni specifici) che mostravano una tendenza a variare il loro grado di metilazione a seconda che i soggetti fossero addestrati o meno (cluster A):

Mappa

Figura XIV. Mappa termica e grafico che mostra i cambiamenti nella metilazione di cluster (insiemi) di CpG (segmenti genetici) nelle diverse fasi dello studio. Il rosso è ipermetilato, il verde è ipometilato, il nero senza informazioni.

Mentre altri variavano bruscamente prima dell’allenamento e poi si sono normalizzati (Cluster D), altri hanno avuto una risposta tardiva (Cluster C) e altri sono cambiati prima dell’esposizione all’allenamento e sono stati già mantenuti durante l’intero processo (Cluster B).

Poiché il comportamento di tutti i loci non è identico (si può vedere nella mappa dei colori dell’immagine), gli autori hanno stabilito che alcune tendenze all’ipo- o iper-metilazione dei cluster genomici erano associate alla risposta ipertrofica del muscolo scheletrico, ed è per questo che i soggetti dello studio hanno riguadagnato massa muscolare così rapidamente.

Cioè, gli autori hanno accusato che i cambiamenti che la formazione ha indotto nell’attività dei geni (e che alcuni di essi come RPL35a/UBR5/SETDF3 e PLA2G16 erano particolarmente sensibili a questo) erano inequivocabilmente correlati a aumento del volume muscolare e ha spiegato le ragioni dei maggiori effetti attraverso il ri-allenamento.

Un riassunto di tutto

Sebbene la memoria muscolare esista indubbiamente nei modelli animali e sembri (almeno è visto in diversi studi) esistere negli esseri umani, le ragioni per cui si verifica sono tutt’altro che chiare.

Nonostante il fatto che nei roditori la teoria del dominio mionucleare (permanenza dei mionuclei) possa essere una possibilità reale in determinate circostanze, è necessario chiarire esattamente quali attraverso la standardizzazione delle tecniche utilizzate per evitare errori in i risultati e poi vedere se è replicabile negli esseri umani.

Abbiamo anche bisogno di valutare la teoria epigenetica (che attualmente è la più valida nell’uomo) su campioni molto più grandi, poiché lo studio di Seaorne et al. (2018) utilizza solo 8 adulti, e devono essere ricercate tutte le metilazioni e gli aumenti dell’attività trascrizionale dell’intero genoma, oltre a indagare gli effetti che hanno sull’organismo e l’entità di questi, per determinare se la relazione è realmente causale.

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Valutazione Memoria Muscolare

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Specialista in allenamento in fisiopatologia metabolica e in effetti biomolecolari dell’alimentazione e esercizio fisico, vi parlerá nei suoi articoli del complesso mondo della nutrizione sportiva e clinica, in modo semplice e con senso critico.
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