Area della sezione trasversale fisiologica (PCSA) Modifica

Un vantaggio dei muscoli pennati è che più muscoli le fibre possono essere impacchettate in parallelo, consentendo così al muscolo di produrre più forza, sebbene l’angolo della fibra rispetto alla direzione di azione significhi che la forza massima in quella direzione è leggermente inferiore alla forza massima nella direzione della fibra. (linea blu nella figura 1, nota anche come area della sezione trasversale anatomica o ACSA) non rappresenta accuratamente il numero di fibre muscolari nel muscolo. Una stima migliore è fornita dall’area totale delle intersezioni perpendicolari alle fibre muscolari (linee verdi in figura 1). Questa misura è nota come area della sezione trasversale fisiologica (PCSA), ed è comunemente calcolata e definita dalla seguente formula (una definizione alternativa è fornita nell’articolo principale):

PCSA = volume muscolare lunghezza fibra = massa muscolare ρ ⋅ lunghezza della fibra, {\ displaystyle {\ text {PCSA}} = {{\ text {volume muscolare}} \ over {\ text {lunghezza della fibra}}} = {{\ text {massa muscolare}} \ over {\ rho \ cdot {\ text {fiber length}}}},}

dove ρ è la densità del muscolo:

ρ = massa muscolare volume muscolare. {\ displaystyle \ rho = {{\ text {massa muscolare}} \ over {\ text {volume muscolare}}}.}

La PCSA aumenta con l’angolo di pennata e con la lunghezza del muscolo. In un muscolo pennato, la PCSA è sempre più grande dell’ACSA. In un muscolo non pennato, coincide con ACSA.

Relazione tra PCSA e forza muscolare Modifica

La forza totale esercitata dalle fibre lungo la loro direzione obliqua è proporzionale alla PCSA. Se la tensione specifica delle fibre muscolari è nota (forza esercitata dalle fibre per unità di PCSA), può essere calcolata come segue:

Forza totale = PCSA ⋅ Tensione specifica {\ displaystyle {\ text {Forza totale} } = {\ text {PCSA}} \ cdot {\ text {Tensione specifica}}}

Tuttavia, solo una componente di quella forza può essere utilizzata per tirare il tendine nella direzione desiderata. Questa componente, che è la vera forza muscolare (chiamata anche forza tendinea), viene esercitata lungo la direzione di azione del muscolo:

Forza muscolare = Forza totale ⋅ cos ⁡ Φ {\ displaystyle {\ text {Forza muscolare} } = {\ text {Forza totale}} \ cdot \ cos \ Phi}

L’altra componente, ortogonale alla direzione di azione del muscolo (forza ortogonale = forza totale × sinΦ) non viene esercitata sul tendine, ma stringe semplicemente il muscolo, tirando le sue aponeurosi l’una verso l’altra.

Si noti che, sebbene sia praticamente conveniente calcolare la PCSA in base al volume o alla massa e alla lunghezza della fibra, la PCSA (e quindi la forza totale della fibra, che è proporzionale alla PCSA) non è proporzionale alla sola massa muscolare o alla lunghezza delle fibre. Vale a dire, la forza massima (tetanica) di una fibra muscolare dipende semplicemente dal suo spessore (area della sezione trasversale) e dal tipo. In nessun modo dipende solo dalla sua massa o lunghezza. Ad esempio, quando la massa muscolare aumenta a causa dello sviluppo fisico durante l’infanzia, ciò può essere dovuto solo a un aumento della lunghezza delle fibre muscolari, senza alcun cambiamento nello spessore della fibra (PCSA) o nel tipo di fibra. In questo caso, un aumento della massa non produce un aumento della forza.

Velocità di accorciamento inferioreModifica

In un muscolo pennato, come conseguenza della loro disposizione, le fibre sono più corte di lo sarebbero se corressero da un’estremità all’altra del muscolo. Ciò implica che ogni fibra è composta da un numero minore N di sarcomeri in serie. Inoltre, maggiore è l’angolo di pennatura, più corte sono le fibre.

La velocità alla quale una fibra muscolare può accorciarsi è in parte determinata dalla lunghezza della fibra muscolare (cioè da N). Pertanto, un muscolo con un angolo di pennato ampio si contrarrà più lentamente di un muscolo simile con un angolo di pennato più piccolo.

Rapporto di trasmissione architettonico Modifica

Rapporto di trasmissione architettonico, anche chiamato rapporto di trasmissione anatomico, (AGR) è una caratteristica del muscolo pennato definita dal rapporto tra la tensione longitudinale del muscolo e la tensione delle fibre muscolari. A volte è anche definito come il rapporto tra la velocità di accorciamento muscolare e la velocità di accorciamento delle fibre:

AGR = εx / εf

dove εx = deformazione longitudinale (o velocità di accorciamento muscolare) e εf è la tensione delle fibre (o velocità di accorciamento delle fibre).

Inizialmente si pensava che la distanza tra le aponeurosi non cambiasse durante la contrazione di un muscolo pennato, richiedendo quindi alle fibre di ruotare mentre si accorciano. Tuttavia, lavori recenti hanno dimostrato che ciò è falso e che il grado di variazione dell’angolo delle fibre varia in diverse condizioni di carico. Questo ingranaggio dinamico si sposta automaticamente per produrre la velocità massima con carichi bassi o la forza massima con carichi elevati.