Riepilogo Le prestazioni atletiche si basano sui tendini, che consentono il movimento trasferendo le forze dai muscoli allo scheletro. Tuttavia, non è chiaro come le strutture portanti dei tendini percepiscano e si adattino alle esigenze fisiche. Qui, eseguendo l’imaging del calcio (Ca2+) in espianti di tendini caricati meccanicamente di ratti e in cellule tendinee primarie di ratti e esseri umani, mostriamo che i tenociti percepiscono le forze meccaniche attraverso il canale ionico meccanosensibile PIEZO1, che rileva gli stress. taglio indotto dalla fibra di collagene. scivolare. Attraverso esperimenti di perdita di funzione e guadagno di funzione mirati ai tenociti nei roditori, mostriamo che la ridotta attività di PIEZO1 diminuisce la rigidità del tendine e che l’elevato meccanismo di segnalazione PIEZO1 aumenta la rigidità e la forza del tendine, apparentemente attraverso la reticolazione del collagene sovraregolata. Mostriamo anche che gli esseri umani portatori della mutazione di guadagno di funzione PIEZO1 E756del mostrano un aumento medio del 13,2% nell’altezza di salto normalizzata, presumibilmente a causa di un aumento del tasso di generazione della forza o del rilascio di una maggiore quantità di energia. elastico immagazzinato. Una maggiore comprensione della meccanoregolazione della rigidità dei tendini mediata da PIEZO1 dovrebbe aiutare la ricerca nella medicina muscolo-scheletrica e nelle prestazioni sportive. |
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I tendini sono ciò che collega i muscoli alle ossa. Sono relativamente sottili ma devono resistere a forze enormi. I tendini necessitano di una certa elasticità per assorbire carichi elevati, come gli shock meccanici, senza rompersi. Tuttavia, negli sport che prevedono sprint e salti, i tendini rigidi sono un vantaggio perché trasmettono le forze impiegate nei muscoli più direttamente alle ossa.
Un allenamento adeguato aiuta a raggiungere una rigidità ottimale del tendine.
I ricercatori dell’ETH di Zurigo e dell’Università di Zurigo, che lavorano presso l’Ospedale universitario Balgrist di Zurigo, hanno ora decifrato come le cellule dei tendini percepiscono lo stress meccanico e come sono in grado di adattare i tendini alle esigenze del corpo. I loro risultati sono stati appena pubblicati sulla rivista Nature Biomedical Engineering [https://doi.org/10.1038/s41551-021-00716-x].
Al centro del meccanismo appena scoperto c’è un sensore di forza molecolare nelle cellule dei tendini che consiste in una proteina del canale ionico. Questo sensore rileva quando le fibre di collagene, che compongono i tendini, si muovono l’una accanto all’altra. Se si verifica un movimento di taglio così forte, il sensore consente agli ioni di calcio di fluire nelle cellule del tendine. Ciò promuove la produzione di alcuni enzimi che legano le fibre di collagene. Di conseguenza, i tendini perdono elasticità e diventano più rigidi e forti.
La variante genetica reagisce in modo eccessivo
È interessante notare che la proteina del canale ionico responsabile di ciò si trova in diverse varianti genetiche negli esseri umani. Alcuni anni fa, altri scienziati scoprirono che una particolare variante chiamata E756del si raggruppa in individui di origine africana occidentale . A quel tempo non era ancora nota l’importanza di questa proteina per la rigidità dei tendini.
Un terzo delle persone di origine africana porta questa variante genetica, mentre è rara in altre popolazioni.
Questa variante genetica protegge i suoi portatori dai casi gravi di malaria, una malattia tropicale. Gli scienziati presuppongono che grazie a questo vantaggio la variante sia riuscita a prevalere in questa popolazione.
I ricercatori guidati da Jess Snedeker, professore di biomeccanica ortopedica all’ETH di Zurigo e all’Università di Zurigo, hanno ora dimostrato che i topi portatori di questa variante genetica hanno tendini più rigidi. Credono che i tendini "superino" la loro risposta adattativa all’esercizio a causa di questa variante.
Grande vantaggio in termini di prestazioni
Ciò ha effetti diretti anche sulla capacità delle persone di saltare, come hanno dimostrato gli scienziati in uno studio condotto su 65 volontari afroamericani. Dei partecipanti, 22 portavano la variante E756del del gene, mentre i restanti 43 no. Per tenere conto di diversi fattori che influenzano la capacità di saltare di una persona (compresi fisico, allenamento e forma fisica generale), i ricercatori hanno confrontato le prestazioni durante un salto lento e un salto veloce.
I tendini svolgono solo un ruolo minore durante le manovre di salto lento, ma sono particolarmente importanti durante i salti veloci. Con il disegno del loro studio, gli scienziati sono stati in grado di isolare l’effetto della variante genetica sulle prestazioni di salto.
Ciò ha dimostrato che i vettori della variante E756del hanno ottenuto risultati migliori in media del 13%. "È affascinante che una variante genetica, selezionata positivamente a causa dell’effetto antimalarico, sia allo stesso tempo associata a migliori capacità atletiche. Sicuramente non ci aspettavamo di trovare questo quando abbiamo avviato il progetto", afferma Fabian Passini . dottorando nel gruppo di Snedeker e primo autore dello studio.
Può darsi che questa variante genetica spieghi in parte perché gli atleti che provengono da paesi con un’alta frequenza di E756del eccellono nelle competizioni sportive di livello mondiale, tra cui lo sprint, il salto in lungo e il basket. Ad oggi non è stata condotta alcuna ricerca scientifica per stabilire se questa variante genetica sia sovrarappresentata tra gli atleti d’élite. Tuttavia, uno studio del genere sarebbe di interesse scientifico, afferma Passini.
Importanti per la fisioterapia sono anche le scoperte sul sensore di forza e sul meccanismo attraverso il quale i tendini possono adattarsi alle esigenze fisiche. "Ora abbiamo una migliore comprensione di come funzionano i tendini. Ciò dovrebbe anche aiutarci a trattare meglio le lesioni ai tendini in futuro", afferma Snedeker. A medio termine, potrebbe anche essere possibile sviluppare farmaci che coinvolgano il sensore di forza del tendine recentemente scoperto. Questi potrebbero un giorno aiutare a curare le tendinopatie e altri disturbi del tessuto connettivo.
