Claudio Stefanelli Alma Mater Studiorum Università di Bologna

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1 Esercizio, stress cellulare e adattamenti all'allenamento Claudio Stefanelli Alma Mater Studiorum Università di Bologna

2 RICERCA DI BASE OSSERVAZIONI PRATICHE RICERCA APPLICATA ESERCIZIO BENESSERE SALUTE INFORMAZIONE CONSAPEVOLEZZA ATTIVITA FISICA POPOLAZIONE

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5 SEZIONE TRASVERSALE SEZIONE LONGITUDINALE

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7 Associati alla titina: Calpaina Titina cinasi Altre proteine un enzima proteolitico fosforila la titina in siti specifici 1. Meccanosensore 2. Regolazione della degradazione delle proteine sarcomeriche TURNOVER PROTEICO CONTROLLO DI QUALITA

8 NEI MAMMIFERI SONO PRESENTI 4 ISOFORME DELLA CATENA PESANTE DELLA MIOSINA : 1, 2A, 2B, 2X NELL UOMO: 1, 2A, 2X FIBRE I : FIBRE LENTE (MUSCOLO ROSSO) SPECIALIZZATE NEL METABOLISMO AEROBICO FIBRE II : IIa E IIx FIBRE RAPIDE (MUSCOLO BIANCO) FIBRE IIx SPECIALIZZATE NEL METABOLISMO ANAEROBICO FIBRE IIa HANNO CARATTERISTICHE INTERMEDIE

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10 ATP : Adenosina Trifosfato (nel muscolo circa 5 mmoli/kg) Consumo di ATP del tessuto muscolare scheletrico rispetto all intero organismo A riposo Nell esercizio circa 20% (turnover proteico, flussi ionici, normale metabolismo) fino a 90% (contrazione muscolare, flussi ionici)

11 ESERCIZIO esercizio aerobico, a bassa o media intensità, in cui l ATP è formato in massima parte nei mitocondri mediante la fosforilazione ossidativa che segue il catabolismo ossidativo. Questo esercizio è sostenuto principalmente dalle fibre di tipo I; MECCANISMI ENERGETICI 1 - CATABOLISMO OSSIDATIVO e FOSFORILAZIONE OSSIDATIVA esercizio anaerobico, ad alta intensità, in cui l ATP viene formato in massima parte nel sarcoplasma mediante i meccanismi anaerobici di fosforilazione diretta. Questo esercizio è sostenuto principalmente dalle fibre di tipo II. 2 - GLICOLISI ANAEROBICA Il glucosio è degradato a piruvato, che poi è massimamente convertito in lattato 3- SISTEMA DEI FOSFATI AD ALTA ENERGIA ATP presente fosfocreatina reazione della Miocinasi

12 - GLICOLISI : FOSFORILAZIONE A LIVELLO DEL SUBSTRATO ESERCIZIO ANAEROBICO: - FOSFATI AD ALTA ENERGIA - ATP PREESISTENTE - TRASFERIMENTO DI UN GRUPPO FOSFATO DALLA FOSFOCREATINA ADP + Fosfocreatina ATP + Creatina CK - REAZIONE DELLA MIOCINASI

13 ESERCIZIO AEROBICO GLI ELETTRONI SOTTRATTI NEL CORSO DEL CATABOLISMO OSSIDATIVO DI GLUCIDI LIPIDI AMINOACIDI CORPI CHETONICI Sono inviati alla catena respiratoria mitocondriale che li trasferisce all ossigeno: FOSFORILAZIONE OSSIDATIVA

14 INTENSITA DELL ESERCIZIO da Rapoport B.I. (2010) Metabolic Factors Limiting Performance in Marathon Runners. PLoS Comput. Biol. 6(10)

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17 BIOCHIMICA DELL ALLENAMENTO

18 SEGNALI CHE PORTANO ALL ADATTAMENTO

19 ESERCIZIO - ORMONI CIRCOLANTI: adrenalina, cortisolo, testosterone, aldosterone, angiotensina II, adiponectina, ormone della crescita (GH), IGF-I sistemico - ORMONI LOCALI (MUSCOLO): IGF-I e MGF Fattori angiogenici Miostatina

20 CONTRAZIONE: STRESS MECCANICO MECCANOSENSORI: - INTEGRINE (MEMBRANA) - CANALI ATTIVATI DA STIRAMENTO (MEMBRANA) - TITINA (SARCOMERO)

21 AUMENTO DEI LIVELLI DI Ca 2+ ESERCIZIO Contrazione IGF-I Ipossia ROS Ca 2+ : Entrata dall esterno Rilascio da reticolo sarcoplasmatico e mitocondri Ca 2+ citoplasmatico legame alla Calmodulina e attivazione di - Proteine cinasi Ca 2 +/calmodulina-dipendenti (CaMK) - Calcineurina

22 STRESS METABOLICO ATP AMP ATTIVAZIONE DI AMPK (Proteina cinasi attivata da AMP) ALTRE FORME DI STRESS METABOLICO: - ACIDIFICAZIONE - IPERIDRATAZIONE - IPOSSIA

23 IPOSSIA po 2 nel miocita: riposo mmhg. esercizio mmhg Ca 2+, ROS, HIF (Hypoxia Inducible Factor) Vie di segnalazione sintesi nuove proteine

24 STRESS OSSIDATIVO ESERCIZIO (0,1-0,2 % dell O 2 nella catena respiratoria può essere ridotto parzialmente) ROS e RNS STATO REDOX CELLULARE Regolazione della funzione e della sintesi delle proteine

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28 ALLENAMENTO ANAEROBICO Cellule satelliti fibrocellule muscolari IPERTROFIA Ronnie Coleman sette volte Mr. Olympia. 180cm. 127kg. 4.5% di massa grassa

29 ALLENAMENTO AEROBICO

30 ALLENAMENTO AEROBICO Aumento della capillarizzazione Lieve o nulla ipertrofia delle fibre I Aumento del trasportatore di glucosio GLUT-4 Aumento del glicogeno Aumento dei trasportatori di acidi grassi Aumento degli enzimi dell ossidazione degli acidi grassi Aumento dei triacilgliceroli intramuscolari Aumento degli enzimi del ciclo di Krebs Aumento del numero e della dimensione dei mitocondri Aumento notevole della capacità ossidativa Aumento glutatione perossidasi e Superossido dismutasi ALLENAMENTO ANAEROBICO ipertrofia delle fibre II Aumento lieve della capacità glicolitica Aumento del glicogeno Aumento lieve di Creatina Cinasi e Miocinasi Aumento della capacità tamponante intracellulare

31 Aerobic (Endurance) Resistance (Strength) Whole-Body and Metabolic Health Bone mineral density Percent body fat Lean body mass Resting insulin levels Insulin response to glucose challenge Insulin sensitivity Inflammatory markers Resting heart rate Stroke volume, resting and maximal Systolic Diastolic Cardiovascular risk profile Basal metabolic rate Flexibility Posture Ability in activities of daily living

32 Results of most epidemiological and laboratory studies suggest an inverse relationship between regular exercise and the risk of certain malignancies, such as intestinal, colon, pancreatic, breast, lung, skin, mammary, endometrial, and prostate cancer.

33 L esercizio attiva l AUTOFAGIA ORGANULI DANNEGGIATI, AGGREGATI PROTEICI E ALTRE STRUTTURE SONO INGLOBATI IN UN VACUOLO (AUTOFAGOSOMA) CHE POI SI FONDE A UN LISOSOMA, DOVE AVVIENE LA DIGESTIONE E IL RICICLAGGIO DEL CONTENUTO L AUTOFAGIA E IL PRINCIPALE MECCANISMO DI ELIMINAZIONE DI PROTEINE E ORGANULI DANNEGGIATI (SPECIALMENTE MITOCONDRI) L AUTOFAGIA CONTRIBUISCE A MANTENERE L OMEOSTASI CELLULARE LONGEVITA REGOLAZIONE DEL METABOLISMO

34 L ESERCIZIO MODULA LA FUNZIONE DELLA PROTEINA CINASI mtor mtor deregulation Metabolic diseases, obesity, diabetes Neurodegenerative diseases Cancer Heart disease

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