Sono state proposte due cause principali per i crampi muscolari e, a seconda di quale un individuo sottoscrive, sarà determinata la scelta delle strategie di prevenzione e trattamento. Questo suggerisce una dicotomia o/o, e questo è il modo in cui la letteratura è spesso presentata, con voci forti che esprimono opinioni fortemente sostenute su entrambi i lati. Si dovrebbe però riconoscere che il quadro non è affatto chiaro, e le prove su entrambi i lati del dibattito sono deboli. È improbabile che un singolo meccanismo possa spiegare tutti i crampi in tutte le situazioni, quindi la ricerca di un singolo meccanismo causale è probabilmente inutile. Ne consegue che le strategie per la prevenzione e il trattamento della condizione sono anche improbabili per essere unidimensionale. Tuttavia, qualunque sia la causa primaria, è chiaro che il crampo è accompagnato da una contrazione attiva del muscolo afflitto, come evidenziato da alti livelli di attività elettrica muscolare.

Disturbi dell’idratazione e dell’equilibrio elettrolitico

Il ruolo dei cambiamenti dello stato di idratazione e dell’equilibrio elettrolitico come fattore nell’eziologia della EAMC è stato respinto da Schwellnus, che ha detto che “Le prove scientifiche a sostegno delle ipotesi di ”deplezione elettrolitica” e ”disidratazione” per l’eziologia dell’EAMC provengono principalmente da osservazioni cliniche aneddotiche, serie di casi per un totale di 18 casi, e un piccolo (n =10) studio caso-controllo” . Questa valutazione delle prove è stata ripetuta in molte pubblicazioni successive: per esempio, Qiu e Kang hanno scritto che “le sue prove di supporto provengono principalmente da osservazioni aneddotiche e relazioni di casi”. La prova più forte che gli squilibri elettrolitici legati al sudore siano un fattore di alcuni crampi muscolari si trova negli studi osservazionali e prospettici su larga scala sui lavoratori industriali – principalmente studi su minatori, fuochisti, operai edili e operai di acciaierie che sono stati condotti negli anni ’20 e ’30 – dove la somministrazione di bevande saline o compresse di sale era in grado di ridurre notevolmente l’incidenza dei crampi. Questi studi erano inevitabilmente limitati dai metodi disponibili all’epoca, ma avevano il vantaggio di avere accesso a grandi popolazioni e la tenuta di accurate registrazioni mediche relative alla produttività. È facile liquidare gran parte della vecchia letteratura, ma alcune delle osservazioni erano estese e meticolose. Dovrebbero anche essere lette nel contesto delle normali convenzioni editoriali dell’epoca.

Anche se le metodologie erano limitate, alcune delle osservazioni erano acute e talvolta notevolmente preveggenti. Per esempio, Moss ha pubblicato un ampio rapporto in cui ha documentato i casi di crampi tra i minatori di carbone e i fattori che possono aver contribuito allo sviluppo di questi crampi. Attribuì l’insorgenza dei crampi, che in alcuni casi erano seriamente debilitanti, a (1) alte temperature dell’aria; (2) eccessivo consumo di acqua causato dalla secchezza della bocca e della gola; e (3) continuo duro lavoro.

Ha anche osservato che i crampi tendevano a verificarsi durante la seconda metà di un turno di lavoro e negli uomini che erano meno fisicamente in forma, implicando così non solo le perdite di sudore ma anche la fatica nella eziologia. Va notato che il crampo non è stato attribuito alla disidratazione o all’aumento delle concentrazioni di elettroliti nel siero, ma piuttosto “ad una forma di avvelenamento idrico dei muscoli causato dalla combinazione di una grande perdita di cloruro con la sudorazione, l’eccessivo consumo di acqua e la paralisi temporanea dell’escrezione renale”. Il cloruro era normalmente misurato nei fluidi corporei, poiché non c’era un buon test per il sodio a quel tempo, ma c’è una stretta relazione tra la concentrazione di sodio e cloruro nel sudore. Questo non implica la disidratazione, come dice la maggior parte degli autori successivi (ad esempio Bergeron), ma piuttosto l’assunzione inappropriata, e forse eccessiva, di acqua semplice in combinazione con grandi perdite di elettroliti nel sudore. Schwellnus si riferisce alle teorie della “disidratazione” e della “deplezione degli elettroliti”, mentre Qiu e Kang dicono che “questa teoria suggerisce che la sudorazione eccessiva e quindi la perdita di elettroliti può causare il malfunzionamento dei muscoli e dei nervi che li innervano, producendo così crampi muscolari”. Questo non è un vero riflesso delle teorie proposte durante gli anni ’20 e ’30.

Non è nemmeno corretto dire che non ci sono stati studi prospettici su larga scala per valutare il ruolo dell’equilibrio di acqua e sale nell’eziologia dei crampi muscolari. Dill et al. hanno riportato i risultati di studi di intervento condotti nel sito di costruzione della diga di Hoover e nelle acciaierie di Youngstown, Ohio. In entrambe queste località, un gran numero di uomini svolgeva quotidianamente un duro lavoro fisico in ambienti estremamente caldi. Hanno scoperto che quelli che soffrivano di crampi mostravano le seguenti caratteristiche: (1) disidratazione; (2) minore concentrazione di sodio e cloruro nel plasma sanguigno; (3) poco o nessun sodio o cloruro nelle urine; (4) maggiore concentrazione di proteine nel siero; (5) maggiore numero di globuli rossi; e (6) pressione osmotica normale.

Questo presenta un quadro complesso: alcuni di questi risultati sono tipici della disidratazione (1, 4 e 5), mentre altri sono coerenti con la sovraidratazione (2, 3). Tuttavia, hanno anche riferito che l’iniezione di soluzione salina isotonica ha normalizzato il profilo ematico e ha portato immediato sollievo dai sintomi. Nel più grande studio di intervento, riportato nello stesso documento, hanno aggiunto la soluzione salina all’acqua data ai 12.000 uomini impiegati in uno dei mulini, mentre quelli nei mulini vicini hanno continuato ad essere forniti di acqua normale; questo è stato efficace nell’abolire quasi completamente i casi di crampi muscolari, anche se negli anni precedenti, e in altri mulini nello stesso anno dove veniva data acqua normale, fino a 12 casi di crampi hanno richiesto il ricovero in un solo giorno.

In un ambiente controllato, una severa restrizione dell’assunzione di sodio con la dieta può provocare iponatremia e può essere associata a crampi muscolo scheletrici generalizzati in assenza di esercizio. Alcuni studi più recenti hanno valutato i cambiamenti nello stato di idratazione e le concentrazioni di elettroliti plasmatici in atleti che hanno sperimentato crampi muscolari; questi studi hanno incluso maratoneti, partecipanti a una corsa su strada di 56 km, concorrenti in un triathlon Ironman e partecipanti a un’ultramaratona di 161 km. Nessuno di questi ha mostrato alcuna associazione tra il crampo e le variazioni di elettroliti nel siero, ma è importante notare che le concentrazioni di elettroliti nel siero possono essere di scarsa rilevanza. Le concentrazioni locali intracellulari ed extracellulari degli elettroliti possono essere rilevanti in quanto influenzano il potenziale di membrana a riposo sia del muscolo che del nervo, ma è improbabile che i cambiamenti nelle concentrazioni plasmatiche possano seguire questi cambiamenti; ci sono buone prove che i cambiamenti nella concentrazione plasmatica di questi elettroliti non riflettono i cambiamenti intramuscolari locali durante un esercizio intenso o prolungato. È anche il caso che i campioni di sangue di solito non sono stati raccolti al momento del crampo, ma solo più tardi, di solito una volta che il crampo si è risolto; in alcuni casi, questo era diverse ore dopo la risoluzione dei crampi, quindi l’assenza di qualsiasi associazione è forse non sorprendente. Schwellnus et al. hanno riconosciuto che i disturbi nelle concentrazioni di elettroliti possono portare ad alterazioni nell’eccitabilità neuromuscolare, e questo può avere un ruolo nei crampi generalizzati dei muscoli scheletrici riportati in alcuni contesti industriali, ma sostengono che la maggior parte delle EAMC colpisce solo i muscoli coinvolti nel compito di esercizio, suggerendo che i disturbi sistemici devono interagire con i cambiamenti locali che si verificano all’interno dei muscoli attivi.

C’è qualche evidenza sperimentale che i singoli atleti che perdono grandi quantità di sale nel loro sudore possono essere più inclini a crampi muscolari. A differenza delle precedenti registrazioni industriali su larga scala, questa prova deriva principalmente da piccoli studi, relazioni di casi e rapporti aneddotici, ed è quindi inevitabilmente piuttosto debole . Stofan et al. hanno trovato che le perdite di sodio del sudore durante le sessioni di allenamento erano più grandi nei giocatori di calcio inclini ai crampi (n = 5) che in un gruppo di giocatori senza storia di EAMC. Successivamente, lo stesso gruppo di ricerca ha studiato un gruppo di riferimento di giocatori di football americano (n = 8) senza una storia di crampi, e un gruppo soggetto a crampi (n = 6). La concentrazione di sodio nel sangue intero (come dichiarato dagli autori, ma in realtà si tratta della concentrazione di sodio nel plasma) è rimasta invariata dopo l’allenamento nel gruppo di controllo (138,9 ± 1,8 a 139,0 ± 2,0 mmol/L), mentre tendeva a diminuire (137,8 ± 2,3 a 135,7 ± 4,9 mmol/L) nei giocatori con crampi. Inoltre, tre soggetti in questo gruppo hanno registrato valori inferiori a 135 mmol/L. Quelli nel gruppo incline ai crampi hanno consumato una percentuale maggiore del loro fluido totale come acqua piuttosto che bevande sportive contenenti elettroliti (anche se la differenza nell’assunzione di sodio era piccola) e hanno avuto una concentrazione di sodio più alta di sudore (52.6 ± 29.2 mmol/L contro 38.3 ± 18.3 mmol/L), quindi incorrendo in un maggiore deficit di sodio nel corso della sessione di allenamento.

A sostegno di un ruolo dei disturbi dell’equilibrio idrico e salino come fattore causale, Ohno e Nosaka hanno dimostrato che un deficit di liquidi corporei del 3% della massa corporea indotto dall’esposizione intermittente alla sauna senza esercizio fisico ha aumentato il numero di soggetti che hanno sviluppato EAMC durante un test di crampi muscolari nei flessori delle dita dei piedi, ma non negli estensori del ginocchio. Jung et al. hanno fatto eseguire ai partecipanti un protocollo di affaticamento dei muscoli del polpaccio per indurre le EAMC. In una prova, i soggetti hanno consumato una bevanda elettrolitica a base di carboidrati a un tasso simile a quello del sudore, mentre nell’altra prova, non è stato consumato alcun liquido e si è sviluppata una lieve (1% di perdita di massa corporea) ipoidratazione. Nove partecipanti hanno sperimentato crampi nella prova di carboidrati-elettroliti, rispetto a sette nella prova di ipoidratazione. Dei sette individui che hanno avuto EAMC in entrambe le prove, il tempo di insorgenza è stato più che raddoppiato nella prova di carboidrati-elettroliti (36,8 ± 17,3 min) rispetto alla prova di ipoidratazione (14,6 ± 5,0 min). I soggetti che hanno avuto crampi hanno sudato di più (2,0 ± 0,9 L/min) rispetto a quelli che non hanno sudato (1,3 ± 0,6 L/min). Non è chiaro se in questi studi ci fosse un effetto dell’ordine di trattamento che avrebbe potuto confondere i risultati (questo è discusso più avanti).

Anche se numerosi articoli hanno contestato i risultati di cui sopra, due pubblicazioni recenti sembrano riaprire il dibattito sul ruolo dei disturbi dell’equilibrio idrico e salino nello sviluppo dei crampi muscolari. Ohno et al. hanno studiato sistematicamente la suscettibilità delle EAMC indotte volontariamente nei bicipiti femorali dopo un’ipoidratazione dell’1, 2 e 3% della massa corporea indotta dall’esposizione alla sauna senza esercizio. Nessuna EAMC si è verificata nei nove partecipanti nella condizione di controllo o dopo l’1% di disidratazione; tre soggetti hanno sperimentato EAMC nella condizione del 2% e sei nella condizione del 3%. Nello studio di Lau et al. 10 uomini hanno corso in discesa in un ambiente caldo fino a perdere il 2% della loro massa corporea iniziale. Dieci minuti dopo aver completato la corsa, hanno ingerito acqua normale o una soluzione di reidratazione orale (ORS) disponibile in commercio contenente sodio (50 mEq/L), cloruro (50 mEq/L), potassio (20 mEq/L), solfato di magnesio (2 mEq/L), lattato (31 mEq/L) e glucosio (18 g/L) in un volume pari alla massa persa. La suscettibilità dei muscoli del polpaccio al crampo indotto elettricamente è stata valutata con un test di frequenza di soglia (TF) applicato al basale prima della corsa, immediatamente dopo la corsa, e 50 e 80 minuti dopo l’ingestione della bevanda. La suscettibilità al crampo muscolare valutata da TF non è cambiata dal basale a subito dopo la corsa in entrambe le condizioni, ma TF è diminuita dopo l’assunzione di acqua di 4,3 Hz (a 30 min) e 5,1 Hz (a 60 min dopo la corsa), ma è aumentata dopo l’assunzione di ORS di 3,7 e 5,4 Hz, rispettivamente. Gli investigatori hanno riferito che le concentrazioni di sodio e cloruro nel siero sono diminuite dopo l’assunzione di acqua, ma sono state mantenute dopo l’ingestione della bevanda contenente elettroliti.

In accordo con i meccanismi proposti da Moss, Haldane e altri negli anni ’20, questi risultati suggeriscono che la combinazione di perdita di sudore e assunzione di acqua rende i muscoli più suscettibili al crampo muscolare indotto da simulazione elettrica, ma la suscettibilità al crampo muscolare diminuisce quando viene ingerita una bevanda con un alto contenuto di elettroliti. È interessante notare che il crampo è un accompagnamento riconosciuto dell’iponatremia (definita come una concentrazione sierica di sodio < 135 mmol/L) in ambito clinico. Tuttavia, la vasta letteratura sull’iponatremia associata all’esercizio generalmente non fa menzione dei crampi muscolari.

Mentre il crampo è spesso associato a grandi perdite di sudore durante l’esercizio prolungato nel calore, si verifica anche in ambienti freschi con poca o nessuna perdita di sudore, suggerendo che la perdita di sudore da sola e i conseguenti disturbi dell’equilibrio elettrolitico non possono spiegare tutti i crampi. Nonostante queste osservazioni, ci sono prove schiaccianti dalle impostazioni industriali su larga scala che i crampi si verificano più frequentemente in ambienti che sono caldi (anche se non necessariamente umido) e dove le perdite di sudore sono elevati. prove di supporto che disturbi dell’equilibrio elettrolitico può essere implicato in crampi muscolari può essere trovato in alcuni contesti non-esercizio. Per esempio, l’uso di fluidi per dialisi a basso contenuto di sodio durante la dialisi di mantenimento può provocare crampi nei pazienti renali, e la normalizzazione dell’osmolalità plasmatica e della concentrazione di sodio mediante l’uso della tecnica di profiling del sodio può ridurre significativamente la frequenza dei crampi durante la dialisi. Se questo sia rilevante per la situazione di esercizio però è incerto.

Alterato controllo neuromuscolare

L’idea che la causa del crampo sia neurologica piuttosto che essere collegata direttamente agli eventi che si verificano all’interno del muscolo non è nuova. Il crampo del telegrafista, che colpisce i piccoli muscoli della mano coinvolti nei movimenti ripetitivi di chi opera uno strumento di codice Morse, è stato oggetto di un’inchiesta parlamentare britannica che ha pubblicato i suoi risultati nel 1911. Il comitato ha scritto che “Alcune autorità lo hanno considerato come un disturbo muscolare; altri come una malattia del sistema nervoso periferico; altri come una malattia del sistema nervoso centrale”. Hanno inoltre scritto che “Dopo un’attenta considerazione di queste teorie antagoniste del crampo dei telegrafisti, e l’esame di un certo numero di telegrafisti affetti dalla malattia, il Comitato accetta l’ultimo punto di vista, vale a dire, che il crampo dei telegrafisti è una malattia del sistema nervoso centrale, ed è il risultato di un indebolimento o rottura del meccanismo di controllo cerebrale in conseguenza dello sforzo su un determinato set di muscoli”. Come si vedrà in seguito, questo è notevolmente simile al meccanismo proposto nei crampi muscolari indotti sperimentalmente. Tuttavia, i risultati dell’inchiesta parlamentare sembrano essere stati ampiamente dimenticati, insieme a gran parte della vecchia letteratura.

Negli anni ’80 e ’90 si sono accumulate prove che il crampo si verificava spesso durante l’esercizio in assenza di sostanziali perdite di sudore o di gravi disturbi dell’equilibrio elettrolitico, si è cercata una causalità alternativa. Schwellnus et al. ipotizzarono che il crampo fosse causato da “un’attività riflessa spinale anormale sostenuta che sembra essere secondaria all’affaticamento muscolare”. In particolare, la EAMC è stata attribuita a un’anomalia dell’attività sostenuta dei motoneuroni alfa dovuta a un’anomalia del controllo dei motoneuroni alfa a livello della colonna vertebrale, ma ciò non permette ancora di identificare la causa di questa anomalia. L’affaticamento muscolare è stato implicato attraverso un effetto eccitatorio sull’attività afferente del fuso muscolare (tipo Ia e II) e un effetto inibitorio sull’attività afferente dell’organo del tendine di tipo Ib (Fig. 1). Prove indiziarie a sostegno di questo suggerimento sono emerse dall’osservazione che l’allungamento passivo del muscolo durante un episodio di crampo può alleviare i sintomi come risultato di un’inibizione autogenica da parte del riflesso dell’organo tendineo. Tuttavia, questo ancora non spiega perché il crampo non è una conseguenza inevitabile dell’esercizio fisico che causa fatica, perché sembra verificarsi più frequentemente in ambienti che impongono un elevato stress termico, o perché alcuni individui sono colpiti mentre altri no.

La prova più forte di un controllo neuromuscolare alterato proviene da studi di laboratorio su piccoli muscoli nell’uomo e in modelli animali. In ognuno di questi due diversi scenari, si può fare una storia, ma in ogni caso la storia è incompleta. Poiché l’EAMC è notoriamente imprevedibile, sono stati sviluppati modelli di laboratorio in cui il crampo può essere indotto in modo più affidabile, sia dall’attivazione volontaria dei muscoli che da contrazioni evocate elettricamente. È stato riportato che il crampo si verifica più frequentemente quando il muscolo viene attivato mentre è già accorciato (anche se non sono state presentate prove a sostegno di questa affermazione). Varie forme di questo modello sperimentale sono state utilizzate in studi di laboratorio sui crampi, anche se questo potrebbe non riflettere i modelli di movimento degli atleti. Questo è coerente con la proposta di Schwellnus et al. come delineato sopra, come una riduzione della tensione nel tendine muscolare ridurrà il feedback inibitorio dall’organo tendineo Golgi; questo a sua volta ha il potenziale per aumentare la spinta motoria al neurone motore alfa. Coerentemente con questa proposta, Khan e Burne hanno scoperto che il crampo indotto dall’attivazione massima volontaria del gastrocnemio mentre era tenuto in una posizione accorciata potrebbe essere inibito dalla stimolazione elettrica delle afferenze tendinee nel muscolo crampiforme. Tuttavia, anche in condizioni che favorivano i crampi, 5 dei loro 13 soggetti non potevano indurre i crampi, e in altri due non persistevano abbastanza a lungo per le misurazioni da effettuare.

Gli atleti che sono inclini ai crampi muscolari sono riportati per dimostrare una soglia inferiore per i crampi muscolari evocati dalla stimolazione elettrica dei nervi motori. Il blocco dei nervi motori con un anestetico non abolisce questi crampi evocati elettricamente, ma quando il nervo è bloccato, è necessaria una maggiore frequenza di stimolazione per indurre il crampo e la durata del crampo è ridotta; le caratteristiche di scarica delle unità motorie alterate sono coerenti con l’esistenza di un ciclo di feedback positivo che coinvolge l’input afferente dai muscoli colpiti e l’unità motoria a quei muscoli.

Forte obiezioni alla teoria della disidratazione/perdita di elettroliti sono state sollevate da studi che hanno fornito liquidi per prevenire la disidratazione e hanno scoperto che questo non influenza l’insorgenza di crampi evocati elettricamente. Tuttavia, questi risultati sono contraddetti da altri studi di cui sopra. Va notato che l’ipernatriemia marcata sviluppata come risultato della disidratazione negli studi di Miller et al. e Braulick et al., e questo può essere protettivo contro lo sviluppo di crampi. Anche la fatica da sola è improbabile che sia la causa, anche se può essere un fattore che contribuisce. Nei maratoneti, il crampo tende a verificarsi più frequentemente verso la fine delle gare; tuttavia, tutti sono affaticati nelle fasi successive di eventi di resistenza come una gara di maratona, ma relativamente pochi sperimentano crampi muscolari. La natura della fatica che si verifica nei velocisti è molto diversa da quella sperimentata verso la fine di una maratona, ma il crampo può verificarsi in entrambe le situazioni.

Pertanto, piuttosto che concentrarsi su un approccio “uno contro uno”, ci sono buone ragioni per suggerire che diversi meccanismi possono applicarsi in situazioni diverse. Siamo tutti inevitabilmente influenzati dalle nostre esperienze e queste possono farci propendere verso una causa come più probabile o più comune di un’altra, ma la questione chiave è come trattare o prevenire un attacco. Per quanto riguarda il trattamento e la prevenzione, è importante notare che un meccanismo plausibile può aiutare a identificare trattamenti efficaci, ma non è necessario comprendere i meccanismi per sapere se un trattamento è efficace o meno.