Stiffness muscolare: basi teoriche e applicazioni pratiche

Con il termine stiffness – generalmente tradotto come rigidità – in meccanica tradizionale si descrive il comportamento di un corpo deformabile il quale oppone una resistenza ad una forza esterna invece che cederne all’azione. L’opposto del concetto di stiffness è la compliance – termine generalmente tradotto come flessibilità – ossia l’atteggiamento di un corpo deformabile che cede all’azione di forze che si trovano ad agire su di esso.

Il tessuto muscolo-tendineo rappresenta un esempio di corpo deformabile, le cui proprietà sono descrivibili come visco-elastico.

Si definisce elastico in quanto, appunto, cede alle forze agenti su di esso andando incontro ad una deformazione perlopiù reversibile misurata come un allungamento rispetto alle condizioni di riposo.
Si definisce viscoso per via della sua consistenza semi-fluida, altamente suscettibile all’effetto della temperatura esterna e che aumenta o diminuisce il tasso di deformazione a cui il muscolo stesso va incontro quando esposto ad una forza esterna.

Stiffness attiva e passiva

A livello del complesso muscolo-tendineo – muscle-tendon complex (MTC) – si distingue:

STIFFNESS PASSIVA: dipende dalle proprietà strutturali del complesso muscolo tendineo in assenza di tensione muscolare (se non il tono muscolare residuo);
STIFFNESS ATTIVA: dipende dalle proprietà strutturali del complesso muscolo tendineo in relazione ai livelli di tensione isometrica muscolare in contrazione di tipo statico-dinamico.

Modello a tre elementi di Hill

Il fisiologo inglese Archibald Vivian Hill (1886-1977) vincitore del Premio Nobel per la fisiologia e la medicina nel 1922 ha spiegato il comportamento visco-elastico del tessuto muscolo-tendineo proponendo un modello di meccanica muscolare noto come modello a tre elementi:

CONTRACTILE COMPONENT (CC): si tratta della componente attiva del complesso muscolo-tendineo sotto la diretta influenza del sistema nervoso centrale;
ELASTIC COMPONENT (EC): a sua volta divisa in componente elastica in serie (serial elastic component, SEC), componente elastica in parallelo (parallel elastic component, PEC) il cui ruolo è per lo più passivo.

Misurazione Stiffness: Metodi diretti e indiretti

Esistono metodi diretti ed indiretti di misurazione della stiffness muscolare. Un metodo comunemente usato in laboratorio prevede la misurazione della lunghezza dei fascicoli di fibre muscolari usando una tecnologia ultrasuoni. Tuttavia, una metodica da laboratorio altrettanto valida si basa sulla misurazione dello spostamento verticale del centro di massa di un soggetto durante test di tipo pliometrico come un drop jump o un hop test.

Sarebbe tuttavia sbagliato associare la stiffness passiva con un processo del tutto privo di modulazione da parte del sistema nervoso centrale. Sebbene in maniera indiretta, un incremento di ioni calcio a livello del reticolo sarcoplasmatico favorisce un cambiamento conformazionale della titian, una proteina la cui funzione diretta è quella di irrigidire il sarcomero nel momento in cui un muscolo viene sottoposto ad uno stress di natura meccanica.