È corretto allenare un muscolo in base al tipo di fibre? Cosa cambia tra un allenamento leggero e uno pesante?

– Correlazioni tra proprietà anatomiche e fisiologiche di un muscolo e risposte al protocollo di carico –

Lo studio in questione è uno studio in doppio cieco randomizzato (capiremo man mano di cosa si tratta), che parte delineando le principali caratteristiche del muscolo scheletrico umano. Questo è composto da due tipi primari di fibre: tipo I e tipo II. In linea di massima, le fibre di tipo I possiedono proprietà orientate alla resistenza, con tempi lenti per raggiungere il picco di tensione e un’alta capacità di resistere alla fatica (Talbot & Maves, 2016). Al contrario, le fibre di tipo II sono orientate alla potenza e possono raggiungere maggiori valori di picco di tensione e velocità di accorciamento, ma si affaticano più rapidamente rispetto a quelle di tipo I (Talbot & Maves, 2016). 

Caratteristiche delle fibre e studi in merito

La maggior parte dei muscoli del corpo sono costituiti da fibre di tipo miste, che sono utilizzate dal corpo come una riserva di adattamento, utili per la sostituzione dei tessuti danneggiati. Hanno differenti sigle e famiglie di derivazione, spesso sono delle cellule, muscolari satelliti. Essenzialmente molti muscoli sono costituiti da una proporzione approssimativamente uguale di fibre di tipo I e di tipo II, ma tuttavia, diversi muscoli posturali sono prevalentemente di tipo I, il che facilita la loro capacità di sostenere ripetute contrazioni muscolari nel tempo. 

• Le differenze nei tipi di fibra sono evidenti, ad esempio tra i muscoli del tricipite surale (polpaccio): il soleo è composto quasi interamente da fibre di tipo I (per circa l’80%), mentre il gastrocnemio ha una composizione simile di entrambi i tipi di fibre (Elder, Bradbury e Roberts, 1982; Gollnick, Sjodin, Karlsson, Jansson e Saltin, 1974; Johnson , Polgar, Weightman e Appleton, 1973). Ciò è coerente con il ruolo funzionale dei rispettivi muscoli, poiché il ruolo principale del soleo è di aiutare l’ortostatismo (posizione eretta) della persona, mentre il gastrocnemio ha un ruolo dinamico ed esegue i movimenti esplosivi sull’articolazione tibio-tarsica (Vandervoort & McComas, 1983), come nella tipica “griffè” dello sprinter nei 100 metri.

• L’ipertrofia indotta dall’allenamento di forza è maggiore nelle fibre di tipo II rispetto alle fibre di tipo I (Fry, 2004); la composizione delle fibre sembra svolgere un ruolo nelle prestazioni muscolari, per cui gli individui che possiedono una maggiore percentuale di fibre di tipo I sono in grado di eseguire più ripetizioni al 70% di una ripetizione massimale (1RM), rispetto a quelli con una percentuale più elevata di fibre di tipo II (Douris et al., 2006). 

• È stato proposto che si possano ottenere adattamenti muscolari superiori allenando i muscoli in cui predominano fibre di tipo I, con carichi più leggeri, rispetto a quelli in cui predominano fibre di tipo II, con carichi più pesanti (Fisher, Steele, Bruce-Low e Smith, 2011). 

• Si ipotizza che il maggiore potenziale ipertrofico delle fibre di tipo II, generalmente riportato in letteratura, possa derivare dagli studi comparativi, che impiegano alte intensità di carico e che l’allenamento a basso carico possa essere più efficace nel mirare alle proprietà di resistenza delle fibre di tipo I, per stimolare un’ulteriore crescita (Ogborn & Schoenfeld, 2014). A supporto di questa ipotesi, i dati sui roditori indicano una maggiore ipertrofia del muscolo soleo, prevalentemente a contrazione lenta, durante l’allenamento con carichi più leggeri, rispetto a quelli più pesanti (Padilha et al., 2019). 

• La ricerca ha aumentato la quantità di studi biopsici dei muscoli misti del quadricipite a fibre miste e ha prodotto risultati contrastanti sull’argomento, con alcuni studi che mostrano effetti ipertrofici differenti specifici in base al tipo di fibra, tra le condizioni di carico (Netreba et al., 2013; Vinogradova et al., 2013), mentre altri mostrano differenze trascurabili (Lim et al., 2019; Morton et al., 2016). Sebbene le discrepanze nei risultati non siano del tutto chiare, una possibile spiegazione potrebbe essere correlata alle differenze nell’intensità dello sforzo impiegato in questi studi. In particolare, negli studi che mostrano adattamenti differenziati tra i tipi di fibre, i soggetti non si sono allenati all’esaurimento muscolare (Netreba et al., 2013; Vinogradova et al., 2013), a differenza di quelli che non mostrano tali differenze di adattamento (Lim et al., 2019; Morton et al. 2016). Ciò ha rilevanza dato la prova che l’allenamento con un alto livello di sforzo è necessaria per massimizzare la risposta ipertrofica dell’allenamento di forza a basso carico (Burd et al., 2012; Lasevicius et al., 2019). Ad oggi, tuttavia, l’ipotesi non è stata testata empiricamente a tutto il quadro muscolare.

Lo scopo principale di questo nuovo studio è stato quello di valutare i cambiamenti longitudinali nella forza muscolare e nell’ipertrofia dei muscoli del polpaccio tra serie leggere (20-30/RM-LIGHT) e pesanti (6-10/RM-HEAVY) di allenamento di forza (RT), costituite da un esercizio di flessione plantare. 

Gli scienziati hanno ipotizzato che: 

1. i cambiamenti di forza sarebbero stati maggiori nell’arto che eseguiva HEAVY-RT;
2. l’ipertrofia mostrerebbe effetti differenti nel soleo e nel gastrocnemio in base all’entità del carico. 
3. LIGHT-RT che promuove una maggiore ipertrofia nel soleo e HEAVY-RT che promuove una maggiore ipertrofia nei gastrocnemi. 

Un obiettivo secondario era quello di confrontare gli adattamenti ipertrofici dei singoli muscoli del polpaccio per determinare se esistessero differenze tra i muscoli con una composizione a fibre miste (gastrocnemio) rispetto a una composizione di fibre contrazione prevalentemente lenta (soleo). 

Ho ritenuto interessante approfondire le modalità con cui è stato eseguita la scelta dei partecipanti allo studio, poiché ciò dimostra come in uno studio scientifico sia importante basare la statistica su metodi di scelta certi, che riescano ad allineare e rendere oggettivi i risultati.

Partecipanti 

I partecipanti in questo studio sono stati 30 volontari, reclutati tra gli universitari, con le relative misure medie di: altezza: 175,7 cm; peso: 77,3 kg; grasso corporeo: 20,5%; età: 22,5 anni. Interessante notare come questa dimensione del campione è stata motivata a priori da un’analisi di precisione simulata “Monte Carlo”. Il Metodo “Monte Carlo” è usato per trarre stime attraverso simulazioni e si basa su un algoritmo che genera una serie di numeri tra loro non correlati, che seguono la distribuzione di probabilità che si suppone abbia il fenomeno da indagare. La simulazione “Monte Carlo” calcola una serie di realizzazioni possibili del fenomeno in esame, con il peso proprio della probabilità di tale evenienza, cercando di esplorare in modo denso tutto lo spazio dei parametri del fenomeno. Una volta calcolato questo campione casuale, la simulazione esegue delle “misure” delle grandezze di interesse su tale campione (https://it.wikipedia.org/wiki/Metodo_Monte_Carlo). In questo studio la simulazione è stata basata sui seguenti presupposti, che sono coerenti con le misure di base, gli effetti e le relazioni osservate in letteratura (Chow et al., 2000; Schoenfeld, Peterson, Ogborn, Contreras, & Sonmez, 2015) e ciò che gli autori consideravano praticamente significativo:

1. il soleo con ipertrofia del 10 ± 10% dal basale nella condizione HEAVY-RT; 
2. il gastrocnemio mediale (MG) e il gastrocnemio laterale (LG) con ipertrofia del 10 ± 10% dal basale nella condizione di LIGHT-RT; 
3. i muscoli di entrambi gli arti inferiori hanno lo stesso valore atteso con una correlazione r=.9; 
4. Il soleo con ipertrofia del 15 ± 30% in più in LIGHT-RT rispetto alla condizione HEAVY-RT;
5. MG e LG con ipertrofia del 15 ± 30% in più nelle condizioni HEAVY-RT rispetto alle condizioni LIGHT-RT. 

L’analisi di precisione ha mostrato che 30 partecipanti erano sufficienti per ottenere un intervallo di compatibilità (CI) del 90% per entrambi gli effetti di interesse (di ± 0,1 unità z-score).

– Inoltre per essere inclusi nello studio, i partecipanti dovevano soddisfare dei criteri d’inclusione:

(a) avere un’età compresa tra 18 e 35 anni; 

(b) non avere disturbi muscoloscheletrici, disturbi neuromuscolari, dolore agli arti inferiori o lesioni traumatiche precedenti al tricipite surale/tendine d’Achille;

(c) essere liberi dal consumo di steroidi anabolizzanti o di qualsiasi altro agente legale o illegale noto per aumentare le dimensioni dei muscoli;

(d) non aveva eseguito allenamenti di RT agli arti inferiori negli ultimi 6 mesi; e (e) non erano attualmente in un programma atletico formale (ad es. atletica varsity, arti marziali, ecc.). Lo studio ha utilizzato un programma individuale randomizzato, in cui ciascun partecipante ha eseguito sia LIGHT-RT (20-30RM) che HEAVY-RT (6-10RM) per i muscoli del polpaccio. Una gamba è stata assegnata casualmente alla condizione LIGHT e la gamba controlaterale ha eseguito la condizione HEAVY, per tutto il periodo di studio. 

Procedure di allenamento (RT)

Per garantire la stimolazione di tutta la muscolatura del tricipite surale (Arampatzis et al., 2006) il protocollo RT consisteva nell’esecuzione degli esercizi da seduti e in piedi per 2 sedute settimanali, in giorni non consecutivi. É stata offerta una settimana per prendere confidenza prima della partenza effettiva dello studio, nella quale i partecipanti hanno eseguito questi esercizi a corpo libero, per 3 giorni non consecutivi, per 3 serie da 5 rip. nel primo giorno, 3 da 10 nel secondo e 3 da 15 nel terzo giorno. Questo modo di procedere a fasi graduali, ha ipoteticamente aiutato nel farsì che il dolore muscolare indesiderato, che sovviene solitamente con allenamento intenso, non interferisse con le prove allenanti dello studio (Clarkson & Sayers, 1999). 

Prima dell’allenamento, tutti i partecipanti sono stati sottoposti a test di RM per 8-RM e 25-RM, per determinare i singoli carichi di allenamento iniziali (rispettivamente per HEAVY e LIGHT) nei rispettivi arti inferiori. I test RM risultavano coerenti con le linee guida riconosciute stabilite dalla “National Strength and Conditioning Association” (Baechle & Earle, 2008). 

Dopo i test di forza, i partecipanti hanno intrapreso 8 settimane di allenamento intensivo dei flessori plantari, durante i quali sono stati eseguiti contemporaneamente i due tipi di programmi. 

I partecipanti hanno eseguito sia LIGHT-RT che HEAVY-RT nel primo esercizio, prima di passare al secondo esercizio, per il quale i partecipanti hanno seguito lo stesso ordine di caricamento del primo esercizio (vedere la Tabella 1). I partecipanti hanno eseguito ogni seduta quattro serie di ogni esercizio, con 90 secondi di recupero tra le serie e 3 minuti di recupero concessi tra ogni diverso esercizio. Le serie sono state eseguite fino ad “esaurimento muscolare concentrico” (definito anche come l’incapacità di eseguire un’altra ripetizione concentrica mantenendo l’esecuzione corretta). 

Il carico è stato regolato per ogni esercizio in base alle necessità delle serie successive per garantire il raggiungimento dell’esaurimento. Le ripetizioni sono state eseguite con una contrazione concentrica controllata e una contrazione eccentrica di circa 2 secondi monitorata dallo staff di ricerca. 

Tutte le sedute sono state supervisionate direttamente dagli assistenti di ricerca per garantirne il corretto svolgimento. Sono stati fatti tentativi per aumentare progressivamente i carichi ogni settimana entro i limiti di mantenimento dell’intervallo di ripetizione, per ciascuna condizione dell’RT. 

Ai partecipanti è stato chiesto di astenersi dall’eseguire qualsiasi allenamento addizionale  di forza per la parte inferiore del corpo, per tutta la durata dello studio, di cui la sequenza temporale è riportata nella Figura 1. 

Tabella 1: il protocollo è stato ripetuto per 4 volte per un totale di 16 sedute

Figura 1: sequenza temporale dello studio

Consigli dietetici

In questo studio ai partecipanti è stato consigliato di mantenere il regime nutrizionale abituale ed evitare di assumere integratori diversi da quelli forniti nel corso dello studio. I partecipanti sono stati istruiti su come registrare correttamente tutti gli alimenti e le rispettive quantità delle porzioni consumate, ogni alimento è stato inserito individualmente in un programma di annotazione della dieta e il programma ha fornito dati rilevanti sul consumo totale di energia, nonché la quantità di energia derivata da proteine, grassi e carboidrati. Per garantire il soddisfacimento del fabbisogno proteico nella dieta, i partecipanti hanno consumato un supplemento nei giorni di allenamento contenente 24 g di proteine ​​e 1 g di carboidrati (Iso100 Hydrolyzed Whey Protein Isolate, Dymatize Nutrition), sotto la supervisione dello staff di ricerca. Inoltre ai partecipanti è stato detto di astenersi dal mangiare 12 ore prima del test e non consumare alcol nelle 24 ore precedenti al test.

Misurazioni

Ai partecipanti è stato detto di astenersi da un intenso esercizio fisico nelle 24 ore precedenti. L’altezza dei partecipanti è stata misurata usando uno stadiometro (https://it.wikipedia.org/wiki/Stadiometro) con differenza vicino allo 0,1cm; il peso è stato valutato con uno scarto di 0,1 kg su una bilancia calibrata, che ha anche fornito una stima della percentuale di grasso corporeo (InBody 770; Biospace Co. Ltd.).

– Spessore muscolare

L’imaging ad ultrasuoni (ecografia) è stata utilizzata per ottenere misurazioni della Musle Thickness (MT) o spessore muscolare, di gastrocnemio mediale (MG), laterale (LG) e soleo. Un ecografo esperto ha eseguito tutti i test utilizzando un’unità di imaging a ultrasuoni B-mode (Sonoscape E1). Le immagini di MG e LG sono state usate per eseguire le rispettive misure prese dalla distanza dall’aponeurosi superficiale a quella profonda che confina con il soleo. Il soleo è stato misurato dall’aponeurosi superiore e inferiore che separa il muscolo. Nel tentativo di garantire che l’ipervolemia e il gonfiore dei muscoli durante l’allenamento non oscurasse i punti di misurazione, le immagini sono state ottenute dopo più di 48 passata la fase di adattamento, nonché dopo la sessione di allenamento finale. Ciò è coerente con la ricerca che mostra che aumenti acuti del MT tornano al basale entro 48 ore dopo una sessione di RT (Ogasawara, Thiebaud, Loenneke, Loftin e Abe, 2012) e che il danno muscolare risulta essere minimo dopo che si è stati sottoposti ripetutamente allo stesso stimolo esecutivo passate le 48 ore (Damas et al., 2016). 

Per garantire ulteriormente l’accuratezza delle misurazioni, sono state ottenute tre immagini per ciascun sito muscolare ed è stata fatta una media per ottenere un valore finale. I Coefficienti di Correlazione Intraclasse (ICC) del laboratorio per MG, LG e soleo sono stati di 0.990, 0.993 e 0.990, e i coefficienti di variazione sono rispettivamente del 3,1%, 3,3% e 3,0%.

– Forza muscolare

Per testare la resistenza isometrica della flessione plantare della caviglia, ogni partecipante è stato posizionato su una macchina isocinetica dinamometrica (Biodex Isokinetic Dynamometer System 4 Pro)(Figura 2), con angolo delle anche a flessione di 85°, le ginocchia in estensione completa (0°) e la caviglia a 90° (cioè con il piede a 90° rispetto alla tibia). 

Figura 2: isocinetica Biodex System 4 Pro

Ogni prova consisteva in un massimo sforzo isometrico volontario che è durato per 5 secondi, seguito da 30 secondi di recupero, sono state eseguite in totale quattro prove e  i soggetti sono stati incoraggiati verbalmente all’esecuzione, inoltre potevano guardare lo schermo per avere il feedback.

Per l’analisi è stato preso il valore medio del momento di picco massimo netto delle 4 prove. L’ICC del laboratorio per il test isometrico di forza della flessione plantare è stato 0,76, con un coefficiente di variazione del 9%. 

– Doppio cieco (“tenere all’oscuro”)

Come accade in molti studi cosiddetti “in cieco”, anche in questo studio per ridurre al minimo il potenziale pregiudizio, i ricercatori hanno incorporato due livelli di accecamento nella progettazione e nell’analisi. Innanzitutto, il ricercatore principale, che ha ottenuto le misurazioni del risultato primario, è stato tenuto all’oscuro sull’assegnazione del gruppo; il secondo, lo statistico ha eseguito analisi in cieco sotto forma di rimescolamento cellulare (MacCoun e Perlmutter, 2015). Ciò è stato ottenuto facendo in modo che lo statistico generasse assegnazioni di gruppo (ovvero, ID del partecipante all’ID del gruppo codificato) e comunicava quei gruppi codificati direttamente a uno degli assistenti di ricerca, che quindi assegnava veri gruppi non in base al nome (cioè, LEFT-HEAVY o RIGHT-HEAVY),  ma su etichette codificate numeriche (0 o 1). L’assistente di ricerca ha rinviato tre fogli di calcolo allo statistico per l’analisi; un foglio di calcolo aveva il corretto accoppiamento dei dati delle etichette e gli altri due contenevano etichette cambiate casualmente. Solo dopo aver completato le analisi l’assistente di ricerca ha scoperto quale serie di dati era quello corretto. 

Analisi statistiche – per chi volesse approfondire i parametri statistici con cui sono stati valutati gli effetti dello studio

Per valutare gli effetti differenziali di LIGHT ed HEAVY, tutti i dati sono stati analizzati in R (versione 3.6.1), in cui sono stati costruiti modelli lineari gerarchici (Bates, Mächler, Bolker e Walker, 2015). È stato costruito un singolo modello per ottenere due effetti, che ha seguito la forma: 

dove il livello 1 è ipertrofia (all’interno del partecipante), il livello 2 è tra- partecipante e β4j e β7j sono gli effetti di interesse. Queste sono stime dell’effetto differenziale del programma tra soleo vs MG e soleo vs LG, rispettivamente. Questo è stato stimato per entrambi i risultati nello stesso modello, poiché il soleo era il muscolo di riferimento (intercetta). I residui sono stati ispezionati visivamente per l’omoschedasticità (nella statistica, l’omoschedasticità è una proprietà che possiede una collezione di variabili aleatorie nel momento in cui hanno tutte la stessa varianza)(https://it.wikipedia.org/wiki/Omoschedasticità). Sono state eseguite analisi secondarie per valutare l’ipertrofia all’interno del muscolo (ad esempio, la differenza nell’ipertrofia del soleo tra HEAVY e LIGHT) e adattamenti della forza. Per ogni analisi il punteggio post-intervento era la variabile dipendente, l’intervento (cioè LIGHT o HEAVY) era la variabile indipendente, i punteggi pre-intervento erano una covariata e c’erano diverse intercette per ciascun partecipante in modo che tutte le analisi fossero all’interno-partecipante, in modo che il il modello lineare gerarchico ha assunto la seguente forma:

dove il livello 1 è forza o ipertrofia (all’interno del partecipante), il livello 2 è tra il partecipante e β2j è l’effetto di interesse.

Per tutte le analisi, il bootstrap con 500 replicati è stato utilizzato per ottenere parzialità corrette e intervalli di compatibilità (CI) accelerati al 90% della stima puntuale di ciascun effetto. Gli scienziati hanno analizzato i dati per protocollo, anziché per intenzione, poiché il loro interesse era sull’effetto dell’intervento, piuttosto che sulla sua prescrizione. Infine, per evitare interpretazioni dicotomiche dei risultati, non hanno utilizzato test di significatività dell’ipotesi nulla. Hanno invece cercato di comprendere l’entità di ciascun effetto e la gamma di effetti compatibili con i dati, siano essi vicini allo zero o meno; cioè, un approccio di stima (Gardner & Altman, 1986), in linea con i precedenti lavori del loro gruppo (Schoenfeld et al., 2019). Pertanto anziché interpretare gli effetti di un singolo test o serie di test, i risultati sono stati interpretati su un continuum usando tutti i risultati statistici, in combinazione con la teoria e le considerazioni pratiche (Gardner & Altman, 1986; McShane, Gal, Gelman, Robert, & Tackett, 2019).

Risultati – da leggere attentamente perché statistico-correlati

Un totale di 26 soggetti ha completato il protocollo di studio; 4 soggetti hanno abbandonato per vari motivi. Nonostante gli abbandoni, l’analisi della dimensione del campione di precisione è stata conservata; vale a dire, per un CI al 90% che comprende ± 0,1 SD. A causa di questi abbandoni e ipotesi forse ottimistiche, i CI risultanti per i risultati primari erano leggermente più ampi, ma non abbastanza per produrre differenze pratiche nell’interpretazione. Pertanto la dimensione del campione era sufficiente per trarre inferenze rilevanti sui risultati studiati. Tutte i soggetti che hanno completato lo studio hanno partecipato ad almeno l’85% delle sedute, con una frequenza media del 95%.

• Crescita differente nel soleo rispetto ai gastrocnemi

Per rispondere alla domanda primaria di ricerca, è stata valutata la crescita differenziale nel soleo rispetto ai gastrocnemi. Poiché i costrutti sono diversi, vale a dire, la MT nei diversi muscoli non è necessariamente comparabile, tutti i valori sono stati classificati in z rispetto agli spessori pre-intervento. Tutti gli effetti osservati erano di entità trascurabile. In particolare, la differenza del MG nella crescita tra LIGHT e HEAVY è stata di 0,03 SD maggiore del soleo (Figura 2a). L’IC al 90% era compatibile con punteggi z tra -0,17 e 0,24. Risultati simili sono stati osservati nel LG, che mostrava una differenza tra LIGHT e HEAVY che era 0,02 SD maggiore del soleo (Figura 2a). L’IC al 90% era compatibile con punteggi z tra -0,24 e 0,28. Le analisi di sensibilità esclusive non hanno rivelato straordinari valori anomali, con punteggi z che vanno da -0,01 a 0,08 per MG e da -0,05 a 0,10 per LG. 

Figura 2: risultati muscolari – effetto di carichi pesanti (HEAVY) e leggeri (LIGHT) sulla crescita muscolare del tricipite surale e sulla forza di flessione plantare. (a) Crescita del gastrocnemio mediale (MG), gastrocnemio laterale (LG) e soleo (SOL) in (superiore) e tra (inferiore) allenamenti pesanti. (b) Risultati della forza isometrica in (a sinistra) e tra (a destra) allenamenti pesanti e leggeri. Le distribuzioni sono distribuzioni bootstrap corrette e accelerate e le barre di errore sono CI al 90%. Tutti i punteggi non sono adeguati (rispetto ai nostri modelli statistici)

• Effetto della condizione sulla crescita all’interno del muscolo

La crescita muscolare tra le condizioni LIGHT e HEAVY è stata generalmente trascurabile (vedere la tabella 2). In particolare, la crescita del soleo era maggiore di 0,2 mm in condizioni LIGHT e i dati erano compatibili con valori compresi tra 0,3 mm in favore di HEAVY e 0,7 mm in favore di LIGHT (Figura 2b). Risultati simili sono stati ottenuti per entrambi i gastrocnemi: la crescita di MG era maggiore di 0,2 mm in condizioni LIGHT e i dati erano compatibili con valori compresi tra -0,2 mm in favore di HEAVY e 0,8 mm in favore di LIGHT; e la crescita di LG era maggiore di 0,2 mm in condizioni LIGHT e i dati erano compatibili con valori compresi tra -0,5 mm in favore di HEAVY e 0,8 mm in favore di LIGHT (Figura 2b). 

Tabella 2: effetto della condizione sulla crescita all’interno del muscolo e forza isometrica

• Effetto della condizione sulla forza isometrica

Analogamente ai cambiamenti nella crescita muscolare, sono state osservate differenze trascurabili nei cambiamenti di forza tra LIGHT e HEAVY, con una differenza di 1,2 N/m a favore di HEAVY (vedere Tabella 2). L’IC al 90% era compatibile con valori che vanno da 7,4 N/m a favore di HEAVY a 4,5 N/m a favore di LIGHT (Figura 2b).

• Crescita tra i muscoli, indipendentemente dalle condizioni

Abbiamo analizzato la crescita muscolare, indipendentemente dalla condizione, in unità z-score. Si è riscontrato che il soleo cresce di 0,33 SD, con il 90% di CI compatibile con punteggi z che vanno da 0,25 a 0,44. Il MG è cresciuto di 0,44 SD, con un CI al 90% compatibile con punteggi z che vanno da 0,30 a 0,65. LG è cresciuto di più, con 0,63 SD, con un CI al 90% compatibile con punteggi z che vanno da 0,52 a 1,00.

Discussione

Questo è il primo studio che verifica direttamente se esiste un beneficio nell’allenamento dei muscoli in base al loro tipo di fibra. 

– Lo studio ha prodotto numerosi risultati nuovi e notevoli, gli adattamenti muscolari sono stati simili per il soleo (un muscolo a contrazione prevalentemente lenta) e il gastrocnemio (un muscolo con una composizione mista di entrambi i principali tipi di fibre, indipendentemente dall’entità del carico utilizzato in allenamento. 

– In secondo luogo, ciascuno dei muscoli del polpaccio ha dimostrato una forte ipertrofia, con il LG che ha mostrato maggiori guadagni rispetto al MG e al soleo. 

– In terzo luogo, sia i carichi pesanti che quelli leggeri hanno provocato aumenti ipertrofici  simili nei tricipiti surali. 

– Infine gli aumenti della forza isometrica sono stati simili tra le condizioni di carico.

È stato proposto che i muscoli composti principalmente da fibre a contrazione lenta possano ottenere una maggiore ipertrofia dall’allenamento a carico leggero, mentre i muscoli composti principalmente da fibre a contrazione rapida possono avere ipertrofia in misura maggiore dall’allenamento a carico pesante (Fisher et al., 2011). I risultati del presente studio non supportano necessariamente questa ipotesi, poiché né LIGHT-RT, né HEAVY-RT hanno influenzato in modo differenziato l’ipertrofia nel soleo a fibre lente e nelle fibre miste, rispettivamente. I risultati sono in contrasto con quelli di Fujiwara et al. (2011), che ha riportato un aumento maggiore della MT del soleo rispetto al gastrocnemio (12,7% vs. 6,6%) in seguito all’esecuzione di una serie giornaliera di esercizio di flessione plantare a carico molto basso (con 100 ripetizioni) in uno studio di coorte di donne anziane in un periodo di studio di 2 mesi. 

Le discrepanze tra gli studi possono essere attribuibili a diversi fattori: 

• Per primo, i soggetti di Fujiwara e altri (2011) hanno eseguito un programma di allenamento a domicilio senza supervisione e quindi potrebbero non aver esercitato sforzi sufficienti durante le prestazioni tali da ottenere una risposta ipertrofica di rilievo nei gastrocnemi a dominante composizione di fibra più rapida; 

• Per secondo, questo studio ha utilizzato un allenamento supervisionato con i soggetti spinti sino al punto di un momentaneo esaurimento muscolare in ciascuna serie;

• Inoltre Fujiwara e altri (2011) hanno usato un range di ripetizione molto elevato, usando solo il peso corporeo come resistenza, mentre il range di ripetizione in questo studio, sebbene generalmente considerato elevato dagli standard RT, equivaleva a circa ¼ del numero di ripetizioni eseguite nel precedente protocollo. 

• Anche le differenze nelle categorie studiate (donne anziane rispetto a uomini più giovani) possono essere state un fattore, poiché il processo di invecchiamento provoca una graduale perdita di fibre a contrazione rapida, per cui l’intero muscolo sviluppa un fenotipo più lento con una ridotta capacità di generare forza (Waters, Baumgartner, Garry e Vellas, 2010). Tali cambiamenti legati all’età possono aver predisposto una maggiore dipendenza dal soleo nello studio di Fujiwara e altri (2011) visto lo stato anziano dei partecipanti. 

• Altre potenziali spiegazioni sui risultati incoerenti tra gli studi includono differenze nel volume di allenamento e nella gamma di movimento. Va notato che Fujiwara e altri (2011) non hanno confrontato gli adattamenti con un protocollo di carico più pesante e pertanto non è possibile trarre conclusioni sul fatto che l’entità del carico fosse responsabile dei risultati osservati.

La ricerca in fase acuta indica che il muscolo soleo ha un potenziale ipertrofico ridotto, apparentemente dovuto alla sua composizione prevalentemente a contrazione lenta. I dati raccolti nei roditori mostrano che il soleo mostra un segnale anabolico attenuato rispetto al tibiale anteriore a contrazione rapida, quando sottoposto a stimolazione elettrica ad alta frequenza (Nader & Esser, 2001). Inoltre i dati umani dimostrano che il tasso frazionario di sintesi proteica muscolare nel soleo in seguito all’esecuzione di nove serie di esercizi di flessione plantare è inferiore di circa il 200% a quello comunemente riportato nei protocolli di esercizio che coinvolgono i muscoli estensori del ginocchio (Trappe, Raue e Tesch, 2004). I dati longitudinali nei roditori mostrano generalmente che l’ipertrofia nelle fibre, a contrazione rapida, plantari supera quella del soleo, a seguito della mancata sinergia (Chale-Rush, Morris, Kendall, Brooks, & Fielding, 2009; Roberts et al., 2019); mancano dati umani longitudinali sull’argomento quando si eseguono i protocolli RT tradizionali. 

In questo studio i ricercatori mostrano che il soleo ha avuto un aumento medio di MT del 7,8%, indicando una risposta robusta all’allenamento di forza controllato. In effetti i cambiamenti nella MT erano simili tra il soleo e il MG a fibra mista (7,8% e 8,9%, rispettivamente), suggerendo che il tipo di fibra potrebbe non avere un ruolo nel potenziale ipertrofico di un muscolo secondo una allenamento di forza tradizionale. Al contrario, il LG ha mostrato una maggiore ipertrofia (13,7%) sia del soleo che del MG, offuscando la capacità di trarre conclusioni forti in merito. Le discrepanze tra i risultati possono essere attribuite, secondo gli autori, alle proprietà contrattili intrinseche dei rispettivi muscoli, in quanto è stato scoperto che il LG ha contrazioni significativamente più veloci rispetto agli altri muscoli del polpaccio (Vandervoort e McComas, 1983), che potrebbe far capire la crescita maggiore del LG nell’allenamento di forza che ha dimostrato che le fibre associate alle unità motorie a soglia più alta, hanno il massimo potenziale ipertrofico (Fry, 2004). Inoltre il LG è relativamente inattivo durante l’equilibrio in piedi e l’andatura rispetto al MG (Duysens, Wezel, Prokop e Berger, 1996; Heroux, Dakin, Luu, Inglis e Blouin, 2014), aumentando la possibilità che abbia una maggiore potenziale capacità di allenamento a causa del sotto utilizzo in condizioni normali. Queste ipotesi giustificano, secondo gli autori, ulteriori indagini.

Una recente meta-analisi ha scoperto che l’ipertrofia muscolare è simile tra i protocolli di allenamento ad alto carico (>60%1RM) e basso carico (≤60%1RM) (Schoenfeld, Grgic, Ogborn e Krieger, 2017). Tuttavia i risultati di questa meta-analisi erano limitati alla muscolatura della coscia e della parte superiore del corpo. Questo studio invece si aggiunge al corpus della letteratura, dimostrando che i risultati si estendono anche ai muscoli della parte inferiore della gamba, con aumenti simili di MT osservati per tutti e tre i muscoli del tricipite surale, indipendentemente dall’entità del carico utilizzato in allenamento (9,2% vs. 10,7% per HEAVY e LIGHT, rispettivamente). 

Collettivamente, le prove emergenti indicano che l’ipertrofia può essere raggiunta in un ampio spettro di intervalli di carico e sembra che questo paradigma sia vero per i principali muscoli del corpo, indipendentemente dal tipo di fibra che li compone.

Gli aumenti di forza con un allenamento di forza dinamico sono maggiori nei programmi che impiegano carichi più pesanti rispetto a carichi più leggeri, ma tuttavia, questi risultati sono specifici per i test dinamici di forza massima come 1RM (Schoenfeld et al., 2017); infatti c’è una grande discrepanza tra i cambiamenti isometrici e dinamici della forza a seguito di sedute d’allenamento (Jones, Rutherford e Parker, 1989). 

Il presente studio ha riscontrato cambiamenti simili nella forza isometrica tra le condizioni, con incrementi da circa il 16% al 18%. Questi risultati sono generalmente coerenti con i dati meta-analitici (Schoenfeld et al., 2017) che mostrano un vantaggio relativamente banale per un carico maggiore sulla forza (dimensione dell’effetto di 0,16) quando testato su uno macchinario isometrico. Se presi in considerazione con il corpus della letteratura, i risultati indicano che il trasferimento della grandezza del carico ai risultati di forza dipendono dal tipo di test impiegato; in particolare si osserva un trasferimento maggiore per carichi più pesanti quando il test è simile alle condizioni utilizzate nell’allenamento (ad esempio, RT dinamico ad alto carico ha un trasferimento maggiore sul dinamico, rispetto ai test di forza isometrica).

Questo studio, secondo gli autori, ha diversi limiti e delimitazioni che devono essere considerati quando si tenta di trarre inferenze pratiche. In primo luogo, i risultati sono specifici per il tricipite surale e non possono necessariamente essere generalizzati ad altri gruppi muscolari. In secondo luogo, i risultati sono specifici per i giovani inesperti e non possono necessariamente essere generalizzati a donne, adolescenti, anziani o persone con esperienza di RT costante. In terzo luogo, i ricercatori non hanno eseguito biopsie sui muscoli di interesse e quindi non possono escludere la possibilità che differenze individuali nel tipo di fibra tra i muscoli tricipiti surali possano aver influenzato i risultati. Tuttavia, date le prove convincenti che il soleo è un muscolo a contrazione prevalentemente lenta e che i gastrocnemi sono di tipo misto di fibre (Vandervoort e McComas, 1983), i nostri risultati possono essere presi con un alto grado di fiducia. In quarto luogo, la MT è stata misurata in un unico sito; è ipotizzabile che l’ipertrofia possa essersi manifestata in modo non uniforme, che non sarebbe stato rilevato dai metodi impiegati. In quinto luogo, i risultati sono limitati alle prime fasi di RT in individui non allenati; è possibile che il potenziale ipertrofico di diversi tipi di fibre venga ridotto con programmi di allenamento a lungo termine. Infine è ipotizzabile che un effetto di adattamento incrociato abbia influenzato gli adattamenti della forza, sebbene il supporto per un tale effetto in letteratura sia limitato a un arto controlaterale non allenato, rispetto a quando entrambi gli arti eseguono RT controllato.

Conclusione

I risultati di questo studio mettono in dubbio l’affermazione secondo cui l’allenamento dei muscoli basato sulla loro composizione fibrosa offra un ulteriore vantaggio per migliorare la forza muscolare o l’ipertrofia. I risultati indicano anche che i muscoli del tricipite surale rispondono in modo positivo all’esercizio controllato e che gli adattamenti associati sono indipendenti dal carico utilizzato nel programma di allenamento, a condizione che le serie siano eseguite con un alto livello di sforzo. Il muscolo soleo a contrazione prevalentemente lenta ha ottenuto aumenti simili di MT rispetto al muscolo con una composizione mista, cioè il MG; tuttavia l’ipertrofia del LG è risultata essere superiore agli altri muscoli studiati. 

Infine gli autori presentano ulteriori prove del fatto che LIGHT-RT sia una strategia praticabile per migliorare la forza isometrica e la dimensione del muscolo, poiché gli aumenti sono stati simili tra LIGHT-RT e HEAVY-RT, per entrambi i risultati. La ricerca futura che impiega la tecnica della biopsia muscolare per la tipizzazione formale delle fibre muscolari e un disegno di studio simile, possono aiutare a fornire chiarezza sugli effetti delle diverse grandezze di carico sui muscoli con tipologie di fibre diverse.

Approfondimento di:

Do the anatomical and physiological properties of a muscle determine its adaptive response to different loading protocols? Schoenfeld B.J., Vigotsky A.D., Grgic J., Haun C., Contreras B., Delcastillo K., Francis A.,  Cote G., Alto A., Physiological Reports, Volume 8, Issue 9, 27 April 2020