I MECCANISMI ENERGETICI A LIVELLO MUSCOLARE BREVE TRATTAZIONE A SCOPO DIVULGATIVO

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1 I MECCANISMI ENERGETICI A LIVELLO MUSCOLARE BREVE TRATTAZIONE A SCOPO DIVULGATIVO Il nostro organismo è in grado di produrre energia soprattutto in virtù del sistema muscolare, che può essere considerato una macchina che trasforma energia chimica in energia meccanica. Questa trasformazione avviene durante la contrazione muscolare. L'unico processo energetico che il muscolo può utilizzare direttamente per la contrazione è la scissione, tramite un enzima specifico detto ATPasi, dell'acido adenosintrifosforico o ATP in acido adenosindifosforico o ADP e fosfato inorganico (P): ATP(ATPasi) ADP + P + energia Questa reazione libera un certo quantitativo di energia, parte della quale viene trasformata in lavoro, e parte degradata in calore. In altri termini, l'atp è una sostanza chimica che rappresenta l 'unica ed immediata fonte di energia che i muscoli possono utilizzare per compiere le diverse forme di lavoro. Data però la limitata concentrazione di ATP nei muscoli (tale da consentire un lavoro per 1-3 secondi), perché questi possano compiere lavori prolungati nel tempo, è necessario che l'atp, che si è scissa durante la contrazione, venga continuamente ricostituita. A tale ricostruzione l'organismo provvede attraverso tre diversi sistemi: Sistema anaerobico alattacido Sistema anaerobico lattacido Sistema aerobico Lo scopo di questi meccanismi è di mantenere la concentrazione di ATP nel muscolo a valori pressoché costanti. Per ognuno di questi dobbiamo considerare quattro aspetti importanti: 1. Potenza - Massima energia prodotta nell'unità di tempo. 2. Capacità - Quantità totale di energia prodotta indipendentemente dal tempo. 3. Latenza - Tempo necessario per ottenere l'erogazione e la massima potenza. 4. Ristoro (o recupero) - Tempo necessario per il ripristino del sistema energetico. SISTEMA ANAEROBICO ALATTACIDO Tale processo è così denominato poiché avviene in assenza di ossigeno e senza produzione di acido lattico. Esso costituisce il sistema di rifornimento di energia più potente, ma di più bassa capacità in quanto la resintesi avviene tramite la scomposizione della fosfocreatina (CP), che, così come l'atp, è contenuta nel muscolo in quantità molto limitata, in grado di assicurare energia per un'attività motoria di durata tra 4-8. Grazie a tale sistema dunque la fosfocreatina (CP), formata da creatina e fosfato inorganico, in presenza di un enzima particolare (creatinfosfochinasi) si scinde in creatina (C) e fosfato inorganico (P), liberando l'energia necessaria per la risintesi dell'atp: CP(creatinfosfochinasi) C + P (energia per la resintesi) di ADP + P in ATP Un vantaggio di questo sistema energetico è quello di fornire energia in tempi rapidissimi.

2 Come secondo vantaggio, ha una grande capacità di potenza, cioè è capace di fornire al muscolo una grande quantità di energia per secondo. Per queste caratteristiche, il sistema anaerobico alattacido o dei fosfati è impiegato principalmente in attività come scatto, velocità, salto, lancio, pesistica, brevi sprint nelle discipline cicliche, cioè movimenti in cui la potenza e rapidità hanno un ruolo preminente. Il sistema anaerobico alattacido è caratteristico delle fibre muscolari a contrazione rapida (dette anche bianche o IIB), che per ruolo, sono le uniche ad avere le capacità di incaricarsi del lavoro muscolare molto intenso e breve. Durante un tipo di attività breve e intensa, il decremento della forza è collegato all'esaurimento delle riserve muscolari di fosfocreatina (CP). Caratteristiche del sistema anaerobico alattacido in sintesi sono: Potenza: Elevata ( Kcal/min). Capacità: Molto bassa (5-10 Kcal), per un'autonomia energetica di 4-8 (fino a 15 al massimo). Latenza: Minima o nulla (la CP si degrada appena cala la concentrazione di ATP). Ristoro: Rapido, l'energia spesa viene ripristinata dopo circa 3 minuti, anche se, al cessare dello sforzo o al diminuire dell'intensità gran parte della creatina viene rifosforilata a CP in circa 10". SISTEMA ANAEROBICO LATTACIDO Se un impegno massimale si protrae oltre 7-8, il sistema anaerobico alattacido non è più in grado di ricostruire l'atp consumato. A questo punto interviene allora un altro sistema di riproduzione di ATP, quello anaerobico lattacido o glicolisi, che consiste nella degradazione degli zuccheri, in assenza di ossigeno e con produzione di acido lattico. Per questo motivo si chiama anaerobico lattacido, mentre il termine glicolisi è motivato dal fatto che questo sistema usa esclusivamente glicogeno per produrre energia necessaria per la resintesi dell'atp. La molecola di glicogeno, polisaccaride formato da una lunga catena di molecole di glucosio e che rappresenta la fonte di riserva del glucosio stesso negli animali, attraverso una serie di reazioni biochimiche, porta alla formazione di acido piruvico (piruvato) che, nel momento in cui risulta essere in eccesso in seguito ad un'alta richiesta energetica, viene trasformato in acido lattico (lattato) attraverso un enzima specifico (lattato deidrogenasi), liberando così energia per la resintesi dell'atp: Glicogeno - glucosio acido piruvico (lattato deidrogenasi) acido lattico + energia. L'accumularsi di acido lattico nel muscolo rallenta la velocità di scissione del glicogeno interferendo con il meccanismo coinvolto nella contrazione muscolare, che può diventare dolorosa e subentra il fenomeno della fatica. L'acidità muscolare causata dall'acido lattico (anche se questo non ne è la causa diretta), per valori di ph 6.5 (il ph normale è di 6.9) impedisce infatti la contrazione muscolare. Pertanto nel caso di sforzi protratti col sistema lattacido mediante glicolisi anaerobica, la durata media dell'attività è di in modalità massimale (inclusa l'iniziale attività alattacida) ed il soggetto sarà poi costretto a scegliere se ridurre notevolmente l'intensità per continuare lo sforzo facendo subentrare progressivamente il meccanismo aerobico, o interrompere l'attività muscolare. Caratteristiche del sistema anaerobico lattacido in sintesi sono:

3 Potenza: Intermedia (fino a 50 Kcal/min). Capacità: Intermedia (fino a 40 Kcal), per un'autonomia energetica da a circa (massima resa tra ). Latenza: (se l'esercizio è subito molto intenso, interviene in coda al sistema alattacido). Ristoro: Subordinato alla eliminazione dell'acido lattico con resintesi del glucosio, Il tempo di semipagamento del lattato è di circa 15'. Ciò significa che dopo 15' la concentrazione di lattato si è ridotta della metà e così via ogni quarto d'ora fino al ritorno a livelli basali. I sintomi da presenza di acido lattico, pertanto, in generale non sono assolutamente da confondere con quelli da indolenzimento muscolare ad insorgenza ritardata, meglio noto con l'acronimo anglosassone D.O.M.S. (Delayed Onset Muscle Soreness), i cui effetti colpiscono solo i muscoli scheletrici, e che solitamente si palesano tra le 12 e le 72 ore circa dallo sforzo fisico intenso, perdurando anche per 5-6 giorni consecutivi. SISTEMA AEROBICO Tale processo avviene in presenza di ossigeno, all'interno di organi cellulari specializzati detti mitocondri. Dipende dall'ossidazione degli zuccheri e dei grassi liberi che, una volta dissolti ad acido piruvico attraverso tutta una serie di reazioni a catena, si dissolvono completamente in acqua ed anidride carbonica, liberando una certa quantità di energia per la resintesi dell'atp. Se si stabilisce uno stato di equilibrio tra i fenomeni di scissione dell'atp e l'apporto di ossigeno, si ha lo steady state, cioè una condizione di parità tra energie spese e carburante prodotto, che consente di mantenere l'attività muscolare efficiente per lungo tempo: Glicogeno + lipidi + O2 (ossigeno) CO2 (anidride carbonica) + H2O (acqua) + energia. Il metabolismo aerobico dei carboidrati, cioè la glicolisi aerobica, ha inizio nello stesso modo della glicolisi anaerobica che caratterizza il metabolismo anaerobico lattacido. Tuttavia in questo caso, grazie alla sufficiente presenza di ossigeno, il piruvato non viene convertito in acido lattico ma entra in due lunghe serie di reazioni chimiche chiamate Ciclo di Krebs e Catena di trasporto degli elettroni. Questa serie di reazioni producono infine anidride carbonica che viene espirata dai polmoni, e acqua. Per attività prolungate (come la corsa blanda protratta per mezz'ora ed oltre), all'inizio viene usato prevalentemente il glucosio, mentre in una fase successiva (dopo circa 20 minuti) vengono utilizzati anche i grassi. Per tale motivo l'organismo umano lo utilizza solo quando il lavoro muscolare viene eseguito ad intensità moderata, anche se per lunga durata. Questa nozione spiega come per perdere peso, o più precisamente per eliminare una certa quantità di grasso superfluo, le esercitazioni più idonee siano quelle di intensità moderata, ma protratte per lungo tempo. Fra i tre meccanismi energetici, il sistema aerobico è quello che ha la capacità più grande, ma la potenza più ridotta (circa il 27% di quello anaerobico alattacido). Il sistema aerobico, come accennato in precedenza, dipende in maniera preponderante dalla quantità di O2 che può essere trasportato dall'esterno alle cellule muscolari; quindi dalla funzionalità degli apparati respiratorio e cardiocircolatorio. Infatti è proprio dalla maggiore o minore quantità di ossigeno che si potrà indurre nel circolo sanguigno e far pervenire ai tessuti muscolari durante l'esercizio fisico, che dipenderanno le possibilità di durata e di rendimento dell'esercizio stesso. Naturalmente la massima potenza aerobica dipenderà dal massimo

4 consumo di ossigeno (V02 max), ossia dalla massima quantità di ossigeno che il soggetto utilizza, nell'unità di tempo, per produrre energia. In altri termini, la massima potenza aerobica rappresenta la più alta intensità di lavoro in condizioni aerobiche. Se l'intensità viene aumentata oltre quella che corrisponde al V02 max, si avrà allora formazione di acido lattico per intervento del meccanismo della glicolisi. Caratteristiche del sistema aerobico in sintesi sono: Potenza: Bassa (fino a 20 Kcal/min). Capacità: Alta (fino a 2000 Kcal), per un'autonomia energetica potenzialmente illimitata. Latenza: Lenta 2' - 3' (inizia ad attivarsi da circa 50 di sforzo). Ristoro: Molto lungo (36-48 ore). Quadro riassuntivo Tempo Sistema energetico Prestazione fino a 8-10 anaerobico alattacido fino a anaerobico lattacido alta medio-alta fino a 3 diminuisce attività anaerobica aumenta quella aerobica medio-bassa oltre i 4 aerobico bassa INTERAZIONE TRA SISTEMI ENERGETICI In conclusione, nonostante una fonte energetica possa essere predominante in risposta ad una determinata attività muscolare (ad esempio il sistema alattacido per l'alzata massimale, o quello aerobico per la corsa o la maratona), in realtà tutte le tre fonti energetiche provvedono a fornire l'atp richiesta dal corpo in ogni momento. Perciò, il sistema dei fosfati interviene anche quando il corpo è in stato di riposo, mentre le fonti aerobiche intervengono anche durante l'alzata massimale. Anche in stato di riposo viene prodotta da muscoli una piccola quantità di lattato, che viene poi rilasciata nel sangue. Durante una maratona, anche se la maggior parte dell'energia viene apportata dalle fonti ossidative, una piccola parte dell'energia richiesta proviene dai sistemi anaerobici dei fosfati e del lattato. Sebbene tutti i tre sistemi forniscano energia per ricavare parte dell'atp richiesto per qualsiasi attività, come cambiano la durata o l'intensità dell'esercizio, cambia anche la predominanza tra uno dei tre sistemi. Non c'è un punto esatto in cui una fonte energetica provvede a fornire la maggior parte dell'atp per un'attività. Le variazioni nella percentuale dei contributi da parte dei tre sistemi viene condizionata dall'intensità e dalla durata dell'esercizio. Ad esempio, se un maratoneta durante un percorso incontra una salita, come risultato dell'aumento dell'intensità dello sforzo aumenta la componente anaerobica lattacida, il lattato si accumula nel corpo, e l'acido lattico contribuisce maggiormente a fornire energia nell'attività. Il contributo dei tre sistemi energetici nell'attività fisica è dinamico e varia con il variare della durata e dell'intensità.

5 Fonti consultate Gianni Leali - L'ALLENAMENTO SPORTIVO. Teoria e metodologia Giuseppe Cilia - L'EDUCAZIONE FISICA. Le basi scientifiche del controllo e dello sviluppo del movimento Andrea Lenzi, Gaetano Lombardi, Enio Martino - ENDOCRINOLOGIA E ATTIVITÀ MOTORIE