30 Metabolismo energetico nel muscolo a riposo e in esercizio

Muscolo scheletrico

Metabolismo energetico in condizione di “riposo” e durante l’esercizio

Quali substrati sono utilizzati dal m. scheletrico quando è a riposo e quando sta compiendo qualche es.

I miociti nel m. liscio hanno una struttura fusiforme mononucleata e non presentano striature, presenti invece nel miocita del m. striato. Nel m. scheletrico inoltre i miociti creano sincizi e sono sotto il controllo del SN volontario.

Le proteine presenti nei 3 tipi muscolari sono nella stessa quantità e devono consentire la funzione predominante di queste cellule = contrazione.

Tessuto muscolare

Dati composizionali del tessuto muscolare

Tra le proteine vanno distinte:

• Le proteine strutturali
• Le proteine miofibrillari a funzione contrattile
• Le proteine regolatorie
• Le proteine enzimatiche che sostengono il metabolismo muscolare

Metabolismo energetico nei miociti

Acidi grassi, glucosio, ATP, glicolisi-ossidazione in condizioni anaerobiche e in condizioni aerobiche, piruvato, lattato, corpi chetonici, acetil-CoA, NADH(H), FADH₂, scheletro carbonioso degli aminoacidi, fosforilazione ossidativa, ciclo TCA, AMP, miochinasi, creatina fosfato, ADP, glucosio.

• Per effettuare contrazione serve ATP, che può essere prodotto a partire dal glucosio attraverso il processo glicolitico che può produrre lattato in condizioni anaerobiche e acetil-CoA in condizioni aerobiche. Anche il lattato può essere utilizzato come fonte di piruvato e poi trasformato in acetil-CoA in presenza di O₂ nel muscolo.
• Acidi grassi: producono ATP attraverso la β-ossidazione che produce acetil-CoA e i coenzimi ridotti che, andando a riossidarsi, producono ATP.
• Corpi chetonici: sono prodotti dal fegato e, in condizioni estreme, dal rene. Producono anch’essi acetil-CoA.
• Aminoacidi: l’utilizzo di aminoacidi richiede invece la loro deamminazione e quindi sono meno utilizzati.
• Creatina: la creatina è prodotta quasi esclusivamente dal fegato, in parte anche dal pancreas; è messa in circolo e captata dai tessuti periferici, primo fra tutti il muscolo, che la trasforma in creatina fosfato = deposito per creare ATP quando ce ne sia bisogno.
• Miochinasi: si può produrre ATP anche partendo dalla miochinasi che forma una molecola di AMP e una di ATP a partire da 2 molecole di ADP.

=> I miociti possono produrre ATP in condizioni sia di aerobiosi che di anaerobiosi: dispongono di vie metaboliche ossidative e in assenza di O₂. Una o l’altra via è attivata dalla presenza o meno di un determinato substrato, ma anche in base al miocita che si sta considerando.

Ormoni peptidici che regolano l’omeostasi degli ioni Ca e fosfato

Ormoni peptidici che regolano l’omeostasi degli ioni Ca e fosfato²⁺, con il calcitriolo.

Paratormone

Secreto per esocitosi dalle paratiroidi, sintetizzato in forma di pre-pro-paratormone (115 aminoacidi) e convertito per doppia proteolisi in paratormone attivo (84 aminoacidi) nelle vescicole del Golgi.

Esplica una:

• Azione “diretta” a livello renale, dove previene il riassorbimento degli ioni fosfato aumentando la loro eliminazione con le urine, e stimola il riassorbimento di Ca²⁺.
• Azione “indiretta” a livello renale, in quanto induce la sintesi dell’idrossilasi renale che catalizza l’idrossilazione del calcidiolo in calcitriolo.

Ormone ipercalcemizzante

La biosintesi e secrezione del paratormone è regolata dalla calcemia, ma non è dipendente dai livelli di calcitriolo.

Calcitonina

Secreta per esocitosi dalle cellule C parafollicolari della tiroide, sintetizzata in forma di pro-ormone, è attivata per proteolisi (32 aminoacidi) nelle vescicole del Golgi.

La calcitonina riduce la calcemia e la fosfatemia esplicando solo una:

• Azione “diretta” a livello renale, dove diminuisce il riassorbimento degli ioni fosfato aumentando la loro eliminazione con le urine, e degli ioni Ca²⁺.
• Azione a livello osseo, dove diminuisce il rilascio di ioni fosfato e di ioni Ca²⁺.

Ormone ipocalcemizzante

La biosintesi e secrezione della calcitonina è regolata dalla calcemia e dal calcitriolo.

Metabolismo del m. scheletrico nello stato post-prandiale

L’ATP necessario in questo stato dipende dall’utilizzo del glucosio: i miociti contribuiscono all’abbassamento della glicemia perché in stato post-prandiale possono aumentare la captazione del glucosio aumentando i trasportatori GLUT4 sulla membrana.

=> Aumenta il processo glicolitico e la glicogenosintesi: l’eccesso di glucosio che entra viene depositato per andare a ripristinare le scorte deplete durante un esercizio fisico o uno stato di digiuno; contemporaneamente si inattiva la glicogenolisi, se è attivo un enzima è inattivo l’altro.

Aumenta anche la captazione di aminoacidi, soprattutto quelli a catena ramificata: provengono dalla dieta, sono trasportati al fegato con la vena porta, il fegato li utilizza e poi quelli che non utilizza li rimette in circolo; questi sono utilizzati dal muscolo per ripristinare le sue proteine.

Anche gli acidi grassi sono captati in questa situazione per aumentare il processo di β-ossidazione.

=> In questo stato gli aminoacidi non sono utilizzati a scopo energetico, ma sono utilizzati solo per ripristinare la quantità di proteine, acidi grassi e glucosio invece sono utilizzati a scopo energetico. Prevale l’utilizzo di uno o dell’altro substrato in base alla dieta: maggior uso di uno o dell’altro in base alla quantità ingerita con il pasto.

Tutte queste vie sono regolate dall’azione dell’insulina: il metabolismo energetico post-prandiale del muscolo è regolato dagli alti livelli di insulina, che va a stimolare tutti questi enzimi e inibire la glicogeno fosforilasi.

A “riposo” il muscolo scheletrico consuma circa il 30% dell’O₂ totale consumato dall’organismo.

Metabolismo energetico nei miociti del muscolo scheletrico in stato post-prandiale, a “riposo”

Trigliceridi, chilomicroni e VLDL, insulina, acidi grassi, trasportatore del glucosio attivato dall’insulina, sintesi delle proteine degradate durante il periodo di mancato apporto di nutrienti.

1. Captazione del glucosio (GLUT4), glicolisi (PFK1, PK, PDH), glicogenosintesi (glicogeno sintasi), glicogenolisi (glicogeno fosforilasi).
2. Captazione aminoacidi, soprattutto aminoacidi a catena ramificata, sintesi proteica.
3. Captazione di acidi grassi (LPL), β-ossidazione.

Metabolismo energetico nei miociti del muscolo scheletrico in condizioni di digiuno, a “riposo”

Trigliceridi dal tessuto adiposo, glucagone, corpi chetonici dal fegato, adrenalina, acidi grassi, cortisolo, trasportatore del glucosio attivato dall’insulina, corpi chetonici, degradazione di proteine e utilizzo degli aminoacidi a scopo energetico.

1. Captazione del glucosio (GLUT4), glicolisi (PFK1, PK, PDH).
2. Glicogenolisi (glicogeno fosforilasi), glicogenosintesi (glicogeno sintasi).
3. Captazione degli acidi grassi, β-ossidazione.
4. Utilizzo dei corpi chetonici.
5. Degradazione delle proteine muscolari, deaminazione degli aminoacidi e utilizzo degli scheletri carboniosi a scopo energetico, rilascio di aminoacidi, soprattutto Ala, Gln e aminoacidi a catena ramificata.

Funzioni della vitamina D

Metabolismo del m. scheletrico in condizioni di digiuno

In condizioni di digiuno si ha una diminuita utilizzazione del glucosio perché diminuisce la sua captazione, manca insulina e prevale il glucagone => diminuisce il processo glicolitico perché il glucagone inibisce gli enzimi attivati dall’insulina nel processo glicolitico.

La glicogenolisi inoltre permette una produzione di glucosio necessaria non per la glicolisi, ma utilizzato per fornire ossalacetato che con