Modifica delle strutture muscolo-tendinee - parte II
La maggior parte dei tessuti biologici come il muscolo ha un comportamento intermedio ai due precedentemente presentati, cioè è dotato di caratteristiche visco-elastiche.
Questi comportamenti dinamici, dipendenti dal tempo e caratteristici anche delle strutture muscolo-tendinee, impediscono variazioni troppo brusche della tensione e possono essere spiegati da due componenti che descrivono il comportamento visco-elastico del muscolo.
La componente in serie è rappresentata da tendini e aponeurosi, con i loro prolungamenti entro il muscolo, che viene attivata sia durante la contrazione (quando si accumula energia potenziale elastica che verrà restituita durante la fase di rilascio, in modo da consentire il ritorno alla lunghezza di riposo delle strutture contrattili) sia quando il muscolo viene stirato (cioè allungato oltre il valore normale) (Fig. 3.2 e 3.3). Questa componente visco-elastica, preserva l’integrità muscolare a seguito di brusche variazioni di tensione.
FIGURA 3.2 – MODELLO DELLA STRUTTURA MUSCOLO - TENDINEA: (G) elemento elastico, (η) elemento viscoso, (τ) forza di stiramento.
FIGURA 3.3 – (d): FORZA DEFORMANTE. CEDIMENTO VISCOSO CON RECUPERO PARZIALE DELLA LUNGHEZZA.
La deformazione del corpo visco-elastico si attua in parte istantaneamente al momento di applicazione dell’applicazione della forza (risposta elastica) e prosegue più lentamente (risposta viscosa) per tutto il tempo di carico (d) (Fig. 3.3). Al termine si ha una parziale ed immediata riduzione della deformazione (recupero elastico).
La componente visco-elastica in parallelo degli elementi contrattili è rappresentata dal connettivo intra-muscolare: peri-mio-fibrillare e dal sarcolemma stesso. Questa componente di tensione è generata dal materiale contrattile e viene espressa solo se il muscolo viene stirato, rilasciandosi invece nel caso di un accorciamento (Fig. 3.4 e 3.5).
FIGURA 3.4 – MODELLO DELLA STRUTTURA MUSCOLARE: (G) elemento elastico, (η) elemento viscoso, (τ) forza di stiramento.
FIGURA 3.5 – COMPORTAMENTO DEL MODELLO DI KELVIN. CEDIMENTO E RECUPERO SMORZATI DALL’ELEMENTO VISCOSO.
Come mostra la figura 3.5, applicando un carico al corpo di Kelvin si determina una deformazione progressiva nel tempo in quanto l’elemento viscoso contrasta l’istantaneo cedimento dell’elemento elastico. Alla rimozione del carico (freccia) si ha un completo ma lento recupero della lunghezza iniziale favorito dalla componente elastica e rallentato dall’elemento viscoso, svolgendo una funzione autolimitante sulla rapidità di deformazione.
Da notare che se il modello visco-elastico di Maxwell (Fig. 3.2) anziché essere sottoposto ad una forza costante di stiramento viene mantenuto in una deformazione costante di allungamento, la forza necessaria per mantenere la deformazione costante si riduce nel tempo. Questo comportamento è descritto dalla curva decrescente di destra mostrate in figura 3.5, comportandosi come il modello di Kelvin senza smorzamento iniziale della deformazione.
Il modello con le due componenti visco elastiche è mostrato in figura 3.6, mentre il comportamento visco-elastico è rappresentato in figura 3.7.
Nel momento in cui viene applicata una forza ad un muscolo in stato di riposo (b) essa provoca una deformazione elastica istantanea (b-c) seguita da un ulteriore progressivo allungamento (c-d) dovuto al contributo viscoso.
Al termine della trazione (d) si ha un accorciamento rapido della componente elastica della deformazione (d-e), seguito da una fase lenta di recupero della componente di scorrimento (e-f) che può essere completo (f1) o parziale (f2). Questa fase di recupero dipende: dalle caratteristiche del materiale biologico, dall’intensità, dalla durata della trazione esercitata e dalla temperatura interna del muscolo (Fig. 3.7).
FIGURA 3.6- MODELLO ‘STANDARD’ DEL MUSCOLO.
FIGURA 3.7- COMPORTAMENTI VISCO-ELASTICI DI UN MUSCOLO A SEGUITO DI UN ALLUNGAMENTO STATICO.
Nel modello del muscolo in figura 3.6: GS (elemento elastico in serie), rappresenta l’accorciamento istantaneo appena il carico viene bruscamente diminuito; CE (elemento contrattile) rappresenta la componente “graduale" dell’accorciamento, costituito da un generatore di forza (F0) con in parallelo uno smorzatore di forza (n, l’elemento viscoso) che si oppone all’accorciamento; GP (elemento elastico in parallelo) rappresenta la resistenza allo stiramento del tessuto passivo (foderi fibrosi); GT (elemento elastico tendineo) rappresenta la resistenza del tendine alla deformazione: F rappresenta la forza di stiramento.
Il muscolo, nel suo complesso, è un organo che presenta alcune caratteristiche ben definite:
- Estensibilità: capacità di variare la sua lunghezza attorno ai valori di riposo.
- Elasticità: proprietà passiva dipendente dalla componente connettivale che si associa alla proprietà attiva data dalla contrazione muscolare, minimizzando il costo energetico.
- Contrattilità: Capacità di generare tensione, con dispendio energetico proprio.