Un’unità motoria è costituita da un neurone alfa motore insieme a tutte le fibre muscolari che stimola. Poiché il corpo umano contiene, in media, 250,000,000 di cellule muscolari e circa 420,000 motoneuroni, un’unità motoria sarà generalmente costituita da un singolo motoneurone accoppiato con molte fibre muscolari. Nell’allenamento della forza, i primi guadagni di forza visti dai novizi spesso non sono aumenti di dimensioni o numero di fibre muscolari, ma attivazione di unità motorie che erano state precedentemente dormienti.
Il motoneurone è un tipo specializzato di cellula nervosa che corre tra il sistema nervoso centrale e i muscoli. I neuroni consistono tipicamente di un corpo cellulare – l’assone – e i dendriti. Se un neurone dovesse essere visto come un albero, l’assone sarebbe analogo al tronco e i dendriti ai rami. I neuroni trovati nel cervello normalmente hanno assoni relativamente corti, ma i neuroni che fanno parte di un’unità motoria – poiché devono connettersi ai muscoli del corpo – hanno assoni allungati che attraversano il midollo spinale e si estendono alle fibre muscolari associate. Ogni fibra muscolare è connessa a un particolare dendrite ed è attraverso i dendriti che i messaggi vengono trasmessi tra il sistema nervoso centrale e la fibra muscolare.
Le fibre muscolari sono cellule allungate, specializzate per svolgere le funzioni dei muscoli specifici di cui fanno parte. Questo è vero per i muscoli cardiaci del cuore, i muscoli lisci che compongono il rivestimento di molti organi interni e i muscoli scheletrici. Solo i muscoli scheletrici, tuttavia, sono sotto controllo cosciente. La dimensione e la forma della fibra muscolare dipendono dalla sua funzione, con le cellule muscolari lisce che vengono appiattite e simili a piastrelle; cellule muscolari scheletriche, lunghe e simili a corde; e cellule muscolari cardiache aventi alcune proprietà delle altre due.
Un singolo muscolo di solito consiste in un numero di unità motorie che lavorano insieme, noto come pool di motori. Quando il sistema nervoso centrale richiede un contratto muscolare, un segnale elettrico viene inviato lungo il motoneurone, stimolando la contrazione delle fibre muscolari. Normalmente, ogni contrazione è seguita da un breve periodo di rilassamento delle fibre muscolari, e questo schema si ripete in uno schema ondulato, noto come contrazione. Le fibre muscolari scheletriche possono essere suddivise in fibre a contrazione lenta e a contrazione rapida, a seconda del tempo richiesto per la contrazione e il rilassamento. Le fibre a contrazione lenta sono associate alla resistenza, mentre le fibre muscolari a contrazione rapida sono associate alla potenza.
Gli individui possono avere una preponderanza di un tipo di fibra muscolare o dell’altro, o una combinazione dei due. Tutte le fibre muscolari all’interno di un’unità motoria saranno di un solo tipo, ovvero contrazione rapida o contrazione lenta. Ciò può includere fino a 1,000 fibre muscolari, come nei grandi muscoli quadricipiti della coscia, o meno di dieci, come si vede nelle unità motorie che richiedono un alto grado di precisione, come i muscoli che controllano il movimento degli occhi.
Dopo la contrazione, l’unità motoria più piccola, cioè quella associata con il minor numero di fibre muscolari, è normalmente la prima attivata. Man mano che la contrazione avanza, vengono messe in gioco unità motrici più grandi. La contrazione muscolare efficiente dipende dal fatto che le unità motorie all’interno di un muscolo lavorano efficacemente insieme. Un regolare allenamento fisico facilita questo tipo di coordinazione.
Occasionalmente, un’unità motoria riceve una serie di stimolazioni contrattili rapide in una successione così rapida che la piscina del motore non ha tempo di entrare nella fase di rilassamento di ogni contrazione. Quando ciò si verifica, può accumularsi in uno stato di contrazione massima, noto come contrazione tetanica. Significativamente più forte di una contrazione naturale, la contrazione tetanica può derivare da una serie di cause, come la malattia o una reazione avversa al farmaco. Uno dei motivi più noti di questo fenomeno è associato alle infezioni da tetano.