Cross-education effect: riflessioni allo “specchio”
L’effetto cross-training (CT), detto anche “cross-education” o “cross-transfer”, consiste nel miglioramento della prestazione di un arto non allenato a seguito di un periodo di esercizio dell’arto omologo controlaterale (Farthing et al. 2005). In termini più generici indica un adattamento bilaterale a una pratica motoria continuativa monolaterale (Farthing e Zehr 2014).
Tale adattamento è stato osservato sia in termini di acquisizione di abilità motorie che d’incremento di forza (Zhou 2000, Munn et al. 2004, Farthing 2009).
È noto che gli adattamenti neuromuscolari conseguenti all’allenamento della forza sono specifici, in altre parole le modificazioni strutturali e funzionali indotte sono confinate alle strutture bersaglio dell’esercizio. Il fenomeno del CT sembra contraddire il concetto di specificità in quanto è osservabile un adattamento nei muscoli controlaterali, non direttamente coinvolti nell’allenamento monolaterale (Zhou 2000). Ciononostante il CT mostra delle caratteristiche di specificità:
- l’adattamento si verifica per i muscoli omologhi controlaterali;
- il guadagno di forza controlaterale è maggiore quando le procedure di test riproducono le procedure di esercizio.
Il fenomeno del trasferimento controlaterale della forza è stato osservato oltre un secolo fa (Scripture et al. 1894) e successivamente riprodotto in diversi studi. Nell’ultimo ventennio è stato studiato sistematicamente con una varietà di protocolli, differenti per durata, intensità e modalità di allenamento: contrazioni volontarie o stimolate elettricamente, esercizi isometrici, concentrici o eccentrici.
Dall’analisi della letteratura l’entità media dell’effetto CT della forza sarebbe del 7,8%, corrispondente a circa il 52% dell’incremento di forza osservato nell’arto allenato (Carroll et al. 2006).
In realtà la grandezza dell’effetto varia notevolmente nei diversi studi: da non significativa (Davies et al. 1988, Housh et al. 1992) ad oltre il 77% per contrazioni volontarie eccentriche (Hortobagyi et al 1997) e 104% per contrazioni eccentriche in associazione all’elettrostimolazione (Hortobagyi et al. 1999).
Il trasferimento della prestazione è correlato con il guadagno di forza osservato nell’arto allenato: il guadagno controlaterale è generalmente compreso tra il 20,9 ed il 49,3% dell’incremento di forza del lato allenato (Munn et al. 2004). Questi valori sono piuttosto variabili e Farthing riporta un guadagno di forza uguale o superiore al 100% dell’incremento ottenuto nell’arto addestrato (Farting et al. 2005 e 2007).
Il trasferimento controlaterale della forza è stato osservato indipendentemente dalle dimensioni del muscolo allenato, con risultati comparabili tra i grandi muscoli estensori del ginocchio (Komi et al. 1978) e i muscoli intrinseci della mano (Yue e Cole 1992, Munn et al. 2004).
In letteratura è stato riportato un effetto CT mediamente superiore per gli arti inferiori rispetto agli arti superiori: 10,4% contro 3,8%, senza però una differenza statisticamente significativa (Munn et al. 2004).
Il fenomeno è stato indotto su entrambi i lati, ma, almeno per l’arto superiore, esiste l’evidenza di un’asimmetria legata alla dominanza, con un maggior trasferimento di forza dall’arto dominante a quello non dominante (Farthing 2009). La grande variabilità dei risultati potrebbe dipendere dal disegno dello studio o dal protocollo di allenamento impiegato (Munn et al. 2004; Hendy et al. 2012).
L’allenamento eccentrico si è ripetutamente dimostrato più efficace nel raggiungimento di tale obiettivo rispetto all’allenamento concentrico (Hortobágyi et al. 1997; Seger et al. 1998; Nickols-Richardson et al. 2007).
Kidgell (2015) sostiene che il meccanismo evidenziato alla base di tale supremazia dell’allenamento eccentrico possa risiedere a livello del sistema nervoso (diminuzione dell’inibizione dei meccanismi corticospinali).
I precisi meccanismi alla base del trasferimento controlaterale della forza muscolare non sono ancora state chiarite.
Sono ipotizzabili due possibili meccanismi attraverso i quali un esercizio monolaterale potrebbe determinare un incremento della forza nel lato opposto non allenato (Carroll et al. 2006):
- l’allenamento monolaterale della forza potrebbe indurre una diffusione controlaterale (SPILL-OVER) di impulsi nervosi capace di indurre un adattamento nel sistema di controllo dell’arto non allenato;
- l’allenamento monolaterale potrebbe indurre nel sistema di controllo dell’arto allenato un adattamento direttamente accessibile anche all’arto non allenato.
Questi meccanismi potrebbero non essere mutuamente esclusivi ed essere entrambi coinvolti nel trasferimento controlaterale della forza (Carroll et al. 2006).
Un adattamento muscolare controlaterale potrebbe essere mediato dalle alterazioni ormonali determinate dall’esercizio monolaterale ma questo meccanismo non sembra giocare un ruolo primario nell’effetto CT per diverse ragioni:
- il trasferimento di forza è specifico per muscoli omologhi controlaterali
e tale specificità è difficilmente spiegabile con l’effetto di mediatori
sistemici; - l’entità dell’effetto cross-training non è correlata con le dimensioni del muscolo testato, nonostante l’allenamento di grossi gruppi muscolari induca acutamente una maggiore risposta ormonale (Kraemer e Ratamess 2005).
L’allenamento della forza può indurre diversi adattamenti nel muscolo bersaglio responsabili dell’incremento della forza del muscolo allenato. Tali adattamenti non sono evidenziabili attraverso misurazioni antropometriche (anche assistite da tecniche di diagnostica per immagini) o esami istologici, in muscoli che hanno dimostrato un incremento di forza a seguito dell’allenamento di muscoli omologhi controlaterali (Moritani e DeVries1979, Narici et al. 1989, Ploutz et al. 1994, Hortobagyi et al. 1996, Houston et al. 1983).
Questo fatto pur non escludendo la possibilità di un effetto sul muscolo, suggerisce che la plasticità muscolare non giocherebbe un ruolo primario nel fenomeno del CT.
Accettato che i meccanismi di adattamento muscolare non contribuiscono in maniera sostanziale al cross-training, l’effetto deve essere mediato da cambiamenti nel modo in cui i muscoli sono attivati dal sistema nervoso centrale, attraverso un incremento degli impulsi nervosi ai muscoli agonisti o sinergici, o una riduzione verso i muscoli antagonisti.
Possibili meccanismi per questo tipo di adattamento includono: cambiamenti nello schema o pattern di attivazione neurale associato al comando motorio e adattamenti nei circuiti neurali coinvolti nella pianificazione ed esecuzione motoria (Carroll et al. 2006). A questo proposito ci si può aspettare che i meccanismi neurali alla base del cross-training, riproducano in qualche misura gli adattamenti neurali che inducono l’incremento di forza nell’arto allenato direttamente. Ma, come già sottolineato, la precisa natura del meccanismo adattativo neurologico responsabile dell’incremento di forza nel muscolo allenato non è ben chiara (Carroll et al. 2006, Folland e William 2007) e pertanto, le considerazioni riguardo il meccanismo che porta al trasferimento controlaterale di forza si focalizzano sull’identificazione dei siti anatomici di una possibile interazione “crociata” per i due lati (midollo spinale, corteccia cerebrale e nuclei della base).
Questo mese è stato pubblicato un nuovo originale studio dal titolo: “Mirror Training Augments the Cross-education of Strength and Affects Inhibitory Paths” (Zult et al, 2016).
Dati i presupposti ampiamente sovracitati nell’articolo, gli autori di questa ricerca si sono proposti di testare se le esaltazioni delle afferenze sensoriali date dall’utilizzo dell’auto-visualizzazione mediante uno specchio durante il training, fossero in grado di migliorare l’effetto “cross-education” e la modulazione dell’eccitabilità neuronale.
I soggetti coinvolti furono suddivisi in due gruppi:
- un mirror training group (MG, N =11)
- un no-mirror training group (NMG, N=12).
I partecipanti presero parte a 15 sessioni di allenamento nell’arco di 3 settimane durante le quali eseguirono un totale di 640 contrazioni dei muscoli flessori del polso destro ad un intensità dell’80% della contrazione massima volontaria.
Pre e post periodo di allenamento furono rilevate la massima contrazione volontaria (MVC) e, mediante la stimolazione magnetica transcranica (TMS), alcuni valori attinenti all’eccitabilità neuronale durante contrazioni al 60% della MVC.
I risultati dimostrarono un incremento medio in ambo i gruppi della MVC del 72%, mentre l’effetto di cross-education si dimostrò maggiore nel gruppo MG (61%) rispetto al NMG (34%, p<0,05).
Tra i dati ottenuti dalla stimolazione magnetica transcranica che hanno raggiunto un valore di significatività, si è rilevata una maggiore riduzione della inibizione nelle aree corticali innervanti i muscoli controlaterali nel gruppo MG rispetto al NMG.
Nelle conclusi i ricercatori giungono ad affermare che l’allenamento unilaterale eseguito con la visualizzazione dei muscoli allenati mediante uno specchio è in grado di aumentare il “cross-education effect” e come tale può essere un valido potenziale aiuto nell’accelerare il recupero di un arto danneggiato ad es. a seguito di un ictus o di una frattura.
Gli stessi autori, in un articolo di 3 anni fa (Howatson G, Zult T et al, 2013) hanno ipotizzato che i meccanismi neuro-fisiologici alla base dell’incremento di forza dell’arto controlaterale tramite l’auto-osservazione allo specchio siano da ricercarsi nell’attivazione del sistema dei neuroni specchio (mirror neuron system, MNS). Mi soffermerò su questo ed altri lavori in un prossimo articolo.
BIBLIOGRAFIA essenziale:
– Hortobágyi, T., Lambert, N. J., & Hill, J. P. (1997). Greater cross education following training with muscle lengthening than shortening. Medicine & Science in Sports & Exercise, 29(1), 107.
– Howatson G, Zult T, Farthing JP, Zijdewind I, Hortobágyi T. Mirror training to augment cross-education during resistance training: a hypothesis. Front Hum Neurosci. 2013 Jul 24;7:396.
– Kidgell, D. J., Frazer, A. K., Rantalainen, T., Ruotsalainen, I., Ahtiainen, J., Avela, J., & Howatson, G. (2015). Increased cross-education of muscle strength and reduced corticospinal inhibition following eccentric strength training. Neuroscience, 300, 566-575.
– Pisanu Francesco, Valutazione degli effetti dell’allenamento controlaterale sulla performance dei muscoli dorsiflessori della caviglia in soggetti sani. Tesi di Dottorato in Scienze Biomediche, Università degli Studi di Sassari, 2014.
– Zult T, Goodall S, Thomas K, Solnik S, Hortobágyi T, Howatson G. Mirror Training Augments the Cross-education of Strength and Affects Inhibitory Paths. Med Sci Sports Exerc. 2016 Jun;48(6):1001-13.
