A muscle-force model with physiological bases

Il controllo della forza muscolare si basa principalmente su due fenomeni: il reclutamento di unità motorie e la regolazione della loro frequenza di scarica. Molti aspetti riguardanti i meccanismi coinvolti nel controllo delle unità motorie e nella generazione di forza muscolare restano ancora da investigare. Parte del lavoro di questa tesi ha riguardato lo studio del comportamento della frequenza di scarica delle unità motorie e dei parametri alla base dell’incremento delle fluttuazioni dell’output di forza durante l’esecuzione di contrazioni muscolari sostenute fino all’affaticamento. Inoltre, è stato analizzato il comportamento della frequenza di scarica delle unità motorie durante lo svolgimento di contrazioni muscolari a livelli di forza crescente fino alla massima forza di contrazione volontaria (a diverse velocità di incremento della forza); ed è stata messa a punto una equazione in grado di modellare il comportamento della frequenza di scarica in funzione dell’eccitazione ricevuta dal pool di unità motorie. I risultati di questa prima analisi sono serviti per creare un modello di produzione della forza muscolare basato su dati fisiologici verificabili. Il modello include il concetto di “common drive”, ovvero di un input oscillatorio comune ricevuto da tutte le unità motorie del pool; la dipendenza temporale dei “twitch” di forza delle unità motorie; ed un “feedback loop” per simulare la generazione di forza in contrazioni in “target-force tracking mode”. Si è dimostrato come il modello sviluppato sia in grado di simulare il pattern di forza e il comportamento delle unità motorie sperimentalmente osservati durante l’esecuzione di contrazioni prolungate e sostenute fino all’affaticamento. In particolare, si è potuto osservare come l’eccitazione ricevuta dal pool di unità motorie si modifichi in seguito ad un aumento o ad una diminuzione della capacità di produrre forza delle fibre muscolari e come la variazione dell’eccitazione comporti di conseguenza una diminuzione o un aumento della frequenza di scarica delle unità motorie e del numero di unità motorie attive. La simulazione di contrazioni muscolari prolungate ha anche evidenziato come la crescente variabilità della forza muscolare sia da attribuire al reclutamento di unità motorie caratterizzate da “twitch” di ampiezza maggiore e da un maggiore grado di cross-correlazione tra la frequenza di scarica delle unità motorie attive, mentre la variabilità della frequenza di scarica non sembra influire sull’output di forza.