L'ATP E I MECCANISMI ENERGETICI Il nostro corpo, per poter compiere una qualsiasi attività, ha bisogno di energia. Questo bisogno energetico viene soddisfatto all'interno del nostro organismo grazie al metabolismo dei cibi cioè alla trasformazione dei carboidrati (gli zuccheri), del lipidi (i grassi) e, in casi particolari, degli aminoacidi (le proteine), che rappresentano i combustibili del nostro organismo. Dalla trasformazione di questi alimenti non si ottiene però direttamente energia; questa viene fornita da una particolare molecola che funziona da intermediario tra gli alimenti e l'energia prodotta, chiamata ATP (adenosintrifosfato), il composto chimico indispensabile per la contrazione muscolare e per tutte le altre funzioni vitali. Esso viene raccolto nelle cellule di tutto il corpo, quindi anche in quelle muscolari, e solo dalla sua demolizione le cellule ricavano l'energia per svolgere il proprio lavoro specializzato. L'ATP è formato da una molecola di adenosina (adenina + ribosio) e da tre molecole di fosfato inorganico. I legami esistenti tra le molecole di fosfato sono altamente energetici. Quando l'ultimo di questi legami viene spezzato attraverso un processo di idrolisi, si libera energia (circa 7 kcal per mole di ATP) e si forma ADP (adenosindifosfato) e fosfato inorganico (Pi). ATP + H 2 O ADP + H+ Pi + e (energia disponibile per la contrazione muscolare) Una parte dell'energia liberata viene utilizzata per la contrazione muscolare, la trasmissione di impulsi nervosi, il trasporto di sostanze attraverso le membrane cellulari, la sintesi delle proteine, la divisione cellulare e altro ancora, una parte invece degradata in calore. Purtroppo la quantità di ATP presente nel nostro organismo è molto limitata tanto da permetterci solo pochi secondi di attività. Partendo dalla molecola di ADP (adenosindifosfato), il nostro organismo si attiva di continuo per risintetizzare la molecola di ATP e per fare questo utilizza tre diversi meccanismi: - anaerobico alattacido, - anaerobico lattacido, - aerobico. Lo scopo di questi meccanismi è quello di mantenere la concentrazione di ATP nel muscolo a valori pressoché costanti. Anche se questi meccanismi non hanno le stesse caratteristiche nel risintetizzare l'atp, essi si integrano e si succedono nel sostenere lo sforzo fisico in base alle necessità. Saranno la durata e l'intensità
dello sforzo a far si che un meccanismo predomini sugli altri nel soddisfare le richieste. Per ognuno di questi meccanismi dobbiamo considerare quattro aspetti importanti: 1) Latenza: tempo di attivazione; 2) Potenza: massima energia prodotta nell'unità di tempo; 3) Capacità: quantità totale di energia prodotta indipendentemente dal tempo; 4) Ristoro: tempo necessario per il ripristino del sistema energetico. IL MECCANISMO 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), in presenza di un enzima particolare, si scinde in creatina (C) e fosfato inorganico (P), liberando l'energia necessaria per la risintesi dell'atp. CP C + P ADP + P ATP Un vantaggio di questo sistema energetico è quello di fornire energia in tempi rapidissimi. Come secondo vantaggio, ha una grande potenza, cioè è capace di fornire al muscolo una grande quantità di energia per secondo. Per queste caratteristiche, il sistema anaerobico alattacido 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. Le caratteristiche del sistema anaerobico alattacido in sintesi sono: Latenza: Nulla (la CP si degrada appena cala la concentrazione di ATP). Potenza: Elevata (80-100 Kcal/min). Capacità: Molto bassa (5-10 Kcal), per una durata di 6-8. Ristoro: Rapido, l'energia spesa viene ripristinata dopo circa 3 minuti (il 50% in 30 secondi). IL MECCANISMO ANAEROBICO LATTACIDO (GLICOLISI) 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 un altro sistema di risintesi dell'atp, quello anaerobico lattacido, chiamato anche della 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 attraverso una serie di reazioni biochimiche, si trasforma in glucosio, poi in fruttosio via via in altre molecole fino alla trasformazione in acido piruvico che, a sua volta se dovesse risultare in eccesso in seguito ad un'alta richiesta energetica, viene trasformato in acido lattico. Il risultato di queste reazioni è che, da una molecola di glucosio, si riesce a risintetizzare 2 molecole di ATP. Glicogeno glucosio acido piruvico acido lattico 2ATP L'accumularsi di acido lattico nel muscolo rallenta e interferisce la contrazione muscolare, che diventa dolorosa costringendo il soggetto a scegliere se ridurre notevolmente l'intensità per continuare lo sforzo facendo subentrare progressivamente il meccanismo aerobico, o interrompere l'attività muscolare. Le caratteristiche del sistema anaerobico lattacido in sintesi sono: Latenza: 15-30. Potenza: Abbastanza elevata (fino a 50 Kcal/min). Capacità: Intermedia (fino a 40 Kcal), per un'autonomia energetica da 10-15 a circa 90-120 (massima resa tra 15-50 ). Ristoro: Subordinato alla eliminazione dell'acido lattico con resintesi del glucosio, Il tempo per dimezzare il 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. Questo avviene in poco più di un'ora (70' / 90'). IL MECCANISMO AEROBICO Tale processo avviene in presenza di ossigeno, all'interno di organi cellulari specializzati detti mitocondri. Dipende dall'ossidazione degli zuccheri e dei grassi che, una volta trasformati in acido piruvico, attraverso tutta una serie di reazioni chimiche (Ciclo di Krebs e Catena di trasporto degli elettroni), si dissolvono completamente in acqua ed anidride carbonica, liberando una certa quantità di energia per la resintesi dell'atp. Il risultato di queste reazioni è che da una molecola di glucosio si riescono a risintetizzare 38 molecole di ATP, un'enormità rispetto ai meccanismi anaerobici. Esiste però il rovescio della medaglia: a fronte di una capacità elevatissima, la potenza che questo sistema riesce a sviluppare è la più ridotta dei tre sistemi (circa un terzo rispetto a quello anaerobico alattacido) e ciò è dovuto alla complessità dei processi attivati per la scomposizione delle molecole utilizzate. Nel meccanismo aerobico vengono utilizzati in prevalenza i carboidrati in condizioni di esercizio fisico moderato (intensità: > 60% FC max), mentre vengono utilizzati in prevalenza i grassi in condizioni di esercizio fisico modesto (intensità: < 60% FC max) e per attività superiori i 30', meglio ancora se superiori a un'ora. Carboidrati / Lipidi / (Proteine) + O 2 38 ATP + CO2 + H 2 O Nel meccanismo aerobico si stabilisce anche uno stato di equilibrio tra i fenomeni
di scissione dell'atp e l'apporto di ossigeno da parte dell'organismo; si crea cioè una situazione chiamata steady state che consente di mantenere l'attività muscolare efficiente per lungo tempo in quanto non vi è accumulo di acido lattico. Le caratteristiche del sistema aerobico in sintesi sono: Latenza: Lenta 2' - 3' (inizia ad attivarsi da circa 50 di sforzo). Potenza: Bassa (fino a 20 Kcal/min). Capacità: Alta (fino a 2000 Kcal), per un'autonomia energetica potenzialmente illimitata. Ristoro: Molto lungo (36-48 ore). Esiste anche un meccanismo aerobico utilizzato in condizioni estreme: si tratta del meccanismo proteico che entra in funzione quando i carboidrati scarseggiano e si deve mantenere uno sforzo molto prolungato nel tempo (per esempio più di tre ore). In questo caso si può dire che i muscoli vengono "smontati" per produrre energia. INTERAZIONE TRA SISTEMI ENERGETICI Nonostante una fonte energetica possa essere predominante in risposta ad una determinata attività muscolare (ad esempio il sistema alattacido per salti, quello aerobico per la corsa di durata), in realtà tutte le tre fonti energetiche provvedono a fornire l'atp richiesta dal corpo in ogni momento. L'intensità e la durata farà si che una intervenga maggiormente rispetto alle altre. Durata % Anaerobico Alattacido % Anaerobico Lattacido % Aerobico 10 secondi 60 38 2 30 secondi 30 50 20 1 minuto 20 30 50 5 minuti 2 8 90 30 minuti 0 5 95 60 minuti 0 4 96 180 minuti 0 2 98 PERCHÈ DOPO UNO SFORZO INTENSO HO IL FIATONE? Durante l'attività motoria, la richiesta energetica viene fornita nei minuti iniziali dai meccanismi anaerobici (inizialmente alattacido e successivamente lattacido) in quanto il meccanismo aerobico non è subito disponibile. Questa fase si chiama deficit d'ossigeno. Col passare del tempo il meccanismo aerobico si attiva sostituendosi a quelli anaerobici. Terminata l'attività, il nostro organismo deve però in qualche modo rimpiazzare le riserve di fosfocreatina e di glicogeno muscolare utilizzate. E' il meccanismo aerobico che si preoccupa di fornire energia per tale ripristino; infatti, sebbene i muscoli abbiano cessato di contrarsi (a fine gara siamo fermi), essi continuano a consumare ossigeno ad una portata elevata al fine di ricavare energia necessaria allo svolgimento dei processi di ripristino dei meccanismi
anaerobici (compreso l'eliminazione dell'acido lattico nei muscoli). Ecco spiegato perché abbiamo il fiatone a fine gara. Quest'ultima fase viene chiamata debito di ossigeno in quanto il meccanismo aerobico rimane a disposizione per saldare quanto speso nella fase iniziale o di massimo sforzo dai meccanismi anaerobici. ALCUNE DEFINIZIONI DA RICORDARE LO STEADY-STATE Consiste nello svolgere in regime aerobico un'attività in una situazione di equilibrio tra ossigeno introdotto e ossigeno consumato: in questo modo non si accumula acido lattico nei muscoli e la prestazione può essere prolungata a lungo anche se ad un ritmo non troppo elevato. LA SOGLIA AEROBICA Indica un aumento della concentrazione di acido lattico all'interno del sistema aerobico (si passa da 1 a 2 mmol/l circa) dovuto all'attivazione delle fibre muscolari a contrazione rapida (tipo IIa) a supporto delle fibre a contrazione lenta (tipo I) nel sostenere lo sforzo. Questo ha portato i ricercatori a pensare che la soglia aerobica coincida anche con il punto in cui da un dispendio prevalentemente lipidico si passa ad un dispendio prevalentemente glucidico durante l'attività aerobica. L'ACIDO LATTICO E' il prodotto finale della glicolisi e comunemente si attribuisce a questa sostanza la causa di vari malesseri come nausea o senso di vomito alla fine di una gara. LA SOGLIA ANAEROBICA Corrisponde alla massima attività gestibile da un atleta nonostante la presenza di una concentrazione di acido lattico abbastanza alta nel sangue e nei muscoli. Questo valore varia molto da atleta ad atleta (gli studiosi tendono a far corrispondere questa soglia ad valore di 4 mmol/l). Quando l'intensità però diventa eccessiva, il lattato nel sangue aumenta e l'atleta è costretto ad interrompere la prova o a ridurre drasticamente la velocità. Questi parametri sono molto utili nella gestione degli allenamenti perché ci permettono di calibrare con precisione l'intensità del lavoro svolto.