Bioenergetica e fisiologia dell esercizio 8. Risposte all allenamento: adattamenti biochimici e effetti sulla resistenza

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Alessandra Monti
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1 Bioenergetica e fisiologia dell esercizio 8. Risposte all allenamento: adattamenti biochimici e effetti sulla resistenza Prof. Carlo Capelli, Fisiologia Generale e dell Esercizio, Facoltà di Scienze Motorie, Università degli Studi di Verona

2 Obiettivi 1. Descrivere le modificazioni morfo-funzionali dei muscoli che causano l aumento della massima differenza a-vo 2 durante l allenamento di resistenza. 2. Descrivere le cause che inducono la caduta di V O 2 durante deallenamento. 3. Descrivere come le modificazioni capillari e mitocondriali muscolari che conseguono all allenamento di resistenza siano anche relate a modificazioni osservabili durante esercizio sottomassimale: i) DefO 2 minore, ii) aumento dell utilizzazione di FFA e risparmio di glicogeno; iii) riduzione della formazione di La - e H + ; iv) aumento della rimozione di La - 4. Discutere come il central command e il peripheral feedback siano in grado, dopo allenamento di endurance, di abbassare FC, la liberazione di catecolamine, e la ventilazione

Descrivere come le modificazioni capillari e mitocondriali muscolari che conseguono all allenamento di resistenza siano anche relate a modificazioni osservabili durante esercizio sottomassimale:

3 Effetti dell allenamento di resistenza sulla performance Mantenimento dell omeostasi Transizione più rapida da riposo a stato stazionario Ridotta utilizzazione delle scorte di glicogeno Adattamenti cardiovascolari e termoregolatori Adattamenti Neurali ed Ormonali Modificazioni morfologiche e biochimiche nel muscolo Numero dei mitocondri Densità capillare

di glicogeno Adattamenti cardiovascolari e termoregolatori Adattamenti Neurali ed

4 Adattamenti strutturali e biochimici all allenamento di resistenza Aumento della densità capillare Aumento del numero di mitocondri Aumento dell attività degli enzimi ossidativi Ciclo di Krebs (citrato sintetasi) Ciclo degli acidi grassi (β-ossidazione) Catena del trasporto degli elettroni-fosforilazione ossidativa Aumento della Spoletta del NADH Trasporto da citoplasma a mitocondrio di NADH più efficiente Modificazione del tipo di LDH

Ciclo degli acidi grassi (β-ossidazione) Catena del trasporto degli elettroni-fosforilazione ossidativa

5 Modificazione dell attività degli enzimi ossidativi

6 Cinetica degli adattamenti mitocondriali: allenamento e deallenamento Allenamento La massa mitocondriale raddoppia in 5 settimane di allenamento Deallenamento Circa 50% dell aumento di massa mitocondriale è perso dopo una settimana di deallenamento Tutti gli adattamenti scompaiono dopo 5 settimane Sono necessarie 4 settimane di riallenamento per riguadagnare le perdite accusate in 5 settimane di deallenamento

mitocondriale è perso dopo una settimana di deallenamento Tutti gli adattamenti scompaiono dopo 5

7 Cinetica degli adattamenti mitocondriali: allenamento e deallenamento

8 Effetti dell Intensità e della Durata sugli Adattamenti Mitocondriali Citrato sintetasi (CS) Marker della capacità ossidativa mitocondriale Esercizio leggero/moderato Aumento CS in fibre altamente ossidative Tipo I and IIa Esercizio intenso Aumento CS in fibre a bassa capacità ossidativa Tipo IIx

Esercizio leggero/moderato Aumento CS in fibre altamente ossidative Tipo I

9 Attività di CS e PDH ed esercizio

10 Adattamenti biochimici e DefO 2 La massa mitocondriale aumenta dopo training E sufficiente una [ADP] più bassa per aumentare la sintesi di ATP e V O 2 ([ADP] stimola la sintesi mitocondriale di ATP) DefO 2 è inferiore dopo allenamento Stesso V O 2 a [ADP] più bassa La richiesta energetica può essere meglio soddisfatta dalla produzione ossidativa di ATP all inizio dell esercizio diminuendo la produzione extramitocondriale di ATP Cinetica più rapida di V O 2 all inizio dell esercizio Minore produzione di lattato precoce e minore deplezione di PCr

richiesta energetica può essere meglio soddisfatta dalla produzione ossidativa di ATP all inizio dell esercizio diminuendo la produzione

11 La Regolazione del Metabolismo Ossidativo e Allenamento

12 Numero di mitocondri e concentrazione di ADP necessaria ad aumentare V O 2

13 L allenamento di resistenza riduce DefO 2

14 Deficit di O 2 e fibre shift La diminuzione del Deficit di O2 è correlata con lo shift fenotipico muscolare e l aumento del marker mitocondriale TOM 20 (Doria et al, J Appl Physiol 2012)

15 Adattamenti Biochimici e Concentrazione Plasmatica di Glucosio Aumento dell utilizzazione dei lipidi e risparmio di glucosio e glicogeno muscolare Trasporto di FFA nel muscolo Aumento della densità capillare Flusso ematico nei muscoli più basso e maggiore uptake FFA Trasporto di FFA dal citoplasma nei mitocondri Aumento del numero di mitocondri e della carnitina transferasi Aumento attività PDH Ossidazione mitocondriale di FFA Aumento degli enzimi della β-ossidazione Aumento della formazione di acetyl-coa Alti livelli di citrato inibiscono PFK e glicolisi

di FFA dal citoplasma nei mitocondri Aumento del numero di mitocondri e della carnitina transferasi Aumento attività PDH Ossidazione

16 Effetti dei Mitocondri e Utilizzazione di FFA e Glucosio

17 Adattamenti Biochimici e ph del Sangue Produzione di lattato durante esercizio pyruvate + NADH LDH lactate + NAD Aumento del numero di mitocondri Minore utilizzazione di carboidrati = minore formazione di piruvato Aumento delle spolette del NADH Meno NADH disponibile per la formazione di acido lattico Modificazione delle isoforme di LDH M 4 M 3 H M 2 H 2 MH 3 H 4 L isoforma cardiaca (H 4 ) ha minore affinità per il piruvato = minore formazione di acido lattico

spolette del NADH Meno NADH disponibile per la formazione di acido lattico Modificazione delle isoforme di LDH M 4

18 Adattamenti Biochimici e ph del Sangue

19 Adattamenti Biochimici e Rimozione del Lattato Rimozione del lattato Da parte di muscoli, fegato, reni Gluconeogenesi epatica Aumento della densità capillare I muscoli possono estrarre lo stesso O 2 con flusso ematico inferiore Maggiore perfusione nel fegato e nei reni Aumento della rimozione di lattato Sovraespressione di MCT1 e MCT4

muscoli possono estrarre lo stesso O 2 con flusso ematico inferiore Maggiore

20 Adattamenti Biochimici e Rimozione del Lattato

21 Relazioni tra la Fisiologia Sistemica e Muscolare Gli adattamanti biochimici all allenamento influenzano le risposte fisiologiche all esercizio SNA ( E/NE) Sistema cardiorespiratorio ( FC, V E ) Dovuti a: Riduzione del feedback dai chemocettori periferici Riduzione del numero di UM reclutate Dimostrato in studi one leg training Mancanza di trasferimento dell effetto allenante durante esercizio eseguito con arto non allenato

22 Assenza del Trasferimento degli Effetti

23 Controllo Periferico e Centrale delle Risposte Cardiorespiratorie Feedback periferico afferente dai muscoli in attività Fibre nervose gruppo III e gruppo IV Group III Rispondono a tensione (meccanocettori), temperatura, modificazioni chimiche Afferenze al centro di controllo cardiovascolare Central Command Corteccia motoria, cervelletto, gangli della base Reclutamento delle UM Stimola il sistema di controllo cardiorespiratorio

24 Controllo Periferico di FC, V E e Perfusione

25 Controllo Centrale delle Risposte Cardiorespiratorie

26 Bibliografia Dagli Abissi allo Spazio, Ambienti e Limiti Umani, Ferretti G e Capelli C, Edi.Ermes, Milano Capitolo 2: Ambiente esercizio - Effetti dell allenamento

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