Studio delle proprietà contrattili e molecolari delle singole fibre muscolari scheletriche umane

Le fibre muscolari scheletriche mostrano una notevole eterogeneità funzionale per quanto concerne i parametri contrattili, le vie metaboliche coinvolte nella generazione di ATP, nonché la capacità di resistere alla fatica. Questa eterogeneità funzionale è alla base dell'abilità del muscolo scheletrico di rispondere a richieste funzionali di diversa natura, quali il mantenimento della postura nel lungo termine con un minimo dispendio di energia, che compensa invece un più alto consumo energetico per la generazione e il mantenimento di movimenti rapidi e potenti. In differenti situazioni verranno dunque reclutate quelle fibre che avranno le caratteristiche più idonee al caso. La specializzazione delle fibre, tuttavia, non è permanente poiché esse mostrano una notevole capacità plastica che permette loro di modificare le proprietà strutturali e funzionali per meglio rispondere alle richieste funzionali che possono presentarsi. Pertanto il muscolo scheletrico adulto si presenta come un tessuto altamente malleabile in grado di rispondere a stimoli di varia natura, farmacologici, ambientali, meccanici, con adattamenti sorprendenti. Il lavoro riportato in questa tesi mira a comprendere come singole fibre muscolari modifichino le loro proprietà , alterando sia parametri meccanici e morfologici quali, rispettivamente, la tensione isometrica (Po) e l'area della sezione traversa (CSA), che gli aspetti molecolari riguardanti i processi di switch delle isoforme delle catene pesanti della miosina (MHC) e le conseguenti transizioni dei tipi di fibre. A tal proposito la nostra ricerca si è sviluppata in tre fasi, in ciascuna delle quali è stato valutato l'effetto indotto sul muscolo scheletrico umano da un diverso stimolo, al fine di caratterizzare i cambiamenti di plasticità a cui le singole fibre vanno incontro. Il primo compito affrontato è stato quello di identificare eventuali alterazioni a livello di singola fibra in seguito al processo di invecchiamento e, in modo specifico, al processo di sarcopenia, associato ad una progressiva perdita di massa e forza muscolare. Poiché la letteratura mostra dati contrastanti riguardo i cambiamenti a livello di singole fibre durante il processo di senescenza, in questa prima fase è stato operato un confronto tra tre gruppi di soggetti suddivisi in relazione all'età in: young- adult group, middle age group e elderly group. Singole fibre muscolari sono state sottoposte ad analisi meccaniche e molecolari. Successivamente sono stati studiati gli effetti di un allenamento di forza a livello di singole fibre. Questo tipo di allenamento viene utilizzato per aumentare la massa muscolare e migliorarne la performance. Sebbene la letteratura riporti numerosi studi sull'adattamento in seguito a programmi di resistance training (allenamento di forza) riguardanti i muscoli degli arti inferiori, pochi sono gli studi effettuati sui muscoli degli arti superiori. Per valutare l'effetto di un allenamento di forza su muscoli della spalla sono stati reclutati 18 soggetti (9 uomini e 9 donne) sottoposti ad allenamento 3 volte a settimana per due mesi. Questi sono stati ulteriormente divisi in due gruppi in base ad un differente apporto proteico. Singole fibre muscolari prelevate dai campioni bioptici sono state poi sottoposte ad analisi meccaniche e molecolari come nel caso dei campioni riguardanti la prima fase dello studio. Infine, nell'ultima parte della ricerca, sono stati valutati gli effetti di un allenamento svolto in condizioni di alta quota, durante una spedizione sul monte Manaslu (Himalaya). Sono state isolate singole fibre a partire da biopsie di 7 volontari, uomini, prelevate prima e dopo la spedizione, durante la quale per circa 30 giorni hanno vissuto ad elevate altitudini (5000 m), e sottoposte ad analisi meccaniche e molecolari.