Riassunto per esame fisiologia dello sport

Il muscolo scheletrico e i sistemi energetici

Fosfati ad alta energia

Il muscolo scheletrico ha bisogno di più energia in esercizio che a riposo. Esistono 3 sistemi utili per la contrazione muscolare:

• Circa 5 mmoli di ATP e 15-20 mmoli di fosfocreatina per kg di muscolo.
• Ogni muscolo contiene un deposito.
• Queste quantità possono essere utili all’inizio, ma non di lunga durata. Sistema di pronto utilizzo.
• In alcuni esercizi è la principale e unica fonte di energia per tutta la durata di esercizio. (100m di corsa, nuoto 25 m, powerlifting).
• Allenabile, basandosi su scatti ad elevata potenza.
• Le quantità di creatinfosfato nei nostri muscoli non si possono modificare con l’allenamento.
• La molecola di ATP libera energia quando perde un fosfato. L'ATP si idrolizza in presenza di ATPasi, e si trasforma in ADP + un po’ di energia. La molecola di ADP viene ritrasformata attraverso la fosfocreatina. Il creatinfosfato si trasforma in creatina. La trasformazione è caratterizzata dalla creatin-chinasi (dona il suo gruppo fosfato all'ADP).

Sistema anaerobico

• L’energia proviene dal glicogeno attraverso glicolisi, produce acido lattico; il glicogeno si trasforma in piruvato.
• Non necessita di ossigeno.
• Il piruvato entra in una reazione catalizzata dall'LTH che trasforma il piruvato in acido lattico. Il piruvato può anche entrare nel ciclo di Krebs, che necessita di ossigeno.
• LTH è contenuto nelle fibre bianche, di tipo 2, veloci: metabolismo glicolitico. Il piruvato entra nel ciclo di Krebs per essere usato come substrato metabolico nel sistema aerobico.
• Il sistema anaerobico crea energia rapidamente.
• Le reazioni non sono numerose e quindi la produzione di piruvato avviene in tempi rapidi.
• Produce piccole quantità di energia.
• Sistema prevalente con esercizi superiori ai 10 secondi (qualche minuto), accelerazioni, esercizio sovra-massimale (ultima fase di una corsa in cui voglio accelerare).

Tutte le volte che si forma il piruvato si forma anche il lattato. Si forma anche a riposo o in esercizio moderato, non si accumula perché viene prodotto ma subito rimosso da altri sistemi:

• Viene utilizzato da fibre diverse da quelle che lo producono.
• Raggiunto il sangue, viene portato alle cellule cardiache che hanno una capacità ossidativa, e quindi possono utilizzarlo come substrato metabolico.
• Arriva anche a fegato e reni, dove può essere convertito in glicogeno.

Soglia del lattato: punto in cui il lattato inizia ad accumularsi troppo.

Sistema aerobico

L'energia viene dal glicogeno attraverso la glicolisi aerobica o la fosforilazione ossidativa, o anche dagli acidi grassi attraverso la beta-ossidazione. Il glucosio viene trasformato in piruvato, questo trasformato in acetil-CoA che entra nel ciclo di Krebs, la fosforilazione avviene nei mitocondri e necessita di ossigeno. Da una molecola di glucosio otteniamo 36 molecole di ATP. Tempi lenti ma tanta energia.

• Solo in presenza di ossigeno.
• Tanta energia.
• No acido lattico.
• Esercizi di intensità medio-elevata che hanno una lunga durata (+ di 2 minuti).
• Allenabile.

Deve funzionare bene anche il sistema di trasporto di ossigeno. L’ossigeno si lega ai globuli rossi, raggiunge il cuore e il cuore ha la funzione di portare l'ox a livello dei nostri tessuti e muscoli, dove l'ox verrà usato per la fosforilazione ossidativa.

Capacità e potenza dei sistemi esoergonici

• Fonte alattacida.
• Anaerobiche lattacida.
• Aerobiche.

I sistemi si attivano tutti insieme, ma in base all’esercizio e alla durata si attivano in diversa quantità.

Debito di ossigeno

A riposo consumiamo circa 2 ml al minuto di ossigeno. Nei primi 2 minuti aumenta in stato esponenziale e poi rimane costante, circa 16 ml di ossigeno per kg di peso al minuto. Questo consumo di ossigeno costante viene indicato come stato stazionario. Il debito è definito come la differenza tra il consumo reale durante l’esercizio e il totale che sarebbe stato consumato se il sistema si sarebbe adattato subito alle necessità dell’esercizio. All’inizio il sistema non si adatta subito all’esercizio, perché è un sistema lento.

EPOC: consumo di ossigeno durante il recupero

Dobbiamo ripagare il debito verso gli altri sistemi che hanno sostenuto l’esercizio nei primi minuti. Con esercizio leggero ci vogliono 90 secondi per tornare al consumo di ossigeno basale. In esercizio moderato e intenso, nel recupero, serviranno ore per recuperare il debito di ossigeno. In esercizio submassimale, avremmo superato il VO2 max, in questo caso il recupero sarà molto lento, fino a 24 ore.

• Resintesi di ATP e CP (nel esercizio leggero è il 100% del debito di ossigeno che si deve recuperare, nell’esercizio intenso è solo la fase rapida del pagamento totale).
• Fase lenta del pagamento totale dei debiti:
  • Riconversione lattato in glicogeno.
  • Riossigenazione del sangue e mioglobina.
  • Mantenimento ventilazione e FC elevata.
  • Effetto termogenico all’aumento della T corporea.
  • Effetto termogenico dovuto all’azione degli ormoni.
  • Normalizzazione delle concentrazioni ioniche in muscoli e liquidi corporei.

La comprensione dell’EPOC fornisce una base per strutturare intensità dell’esercizio e recupero nel migliore dei modi.

Procedure per il recupero funzionale

• Recupero passivo:
  • Durante la fase di recupero non viene compiuto lavoro.
  • Risulta indicato nel recupero che non causa accumulo di lattato.
  • Resintesi di ATP e CP.
  • Ossigenazione sangue e mioglobina.
• Recupero attivo:
  • Durante il recupero bassa attività aerobica.
  • Prevenzione di crampi o rigidità.
  • Perfusione degli organi in grado di muovere il lattato.

Calcolo per calorimetria indiretta

Utile anche per calcolare CO2 prodotta durante l’esercizio. Possiamo calcolare anche il QR: quoziente respiratorio: RER=VCO2/VO2. In relazione al substrato:

• Carboidrati QR di 1.
• Lipidi: QR di 0.7.
• Proteine: QR di 0.8.

In base al RER ricaviamo l’equivalente calorico per l’ossigeno, ossia le kcal consumate per ogni litro di ossigeno utilizzato.

Massimo consumo di O2

Massima capacità di sintesi dell’ATP per via esclusivamente ossidativa

VO2 Max:

• Misurato in l/min.
• Parametro determinante ma non sufficiente nel garantire la prestazione sportiva di atleti praticanti discipline aerobiche di lunga durata.
• Parametro di fondamentale importanza dal punto di vista clinico perché è una misura globale integrata di quei meccanismi che presiedono al trasporto di ossigeno fino alla sua utilizzazione all’interno degli organi.

Fattori limitanti

• Polmonari (10%):
  • La ventilazione alveolare.
  • Capacità di diffusione dei gas respiratori attraverso la membrana.
• Fattori cardiocircolatori (70-80%):
  • Capacità di trasporto dei gas nel sangue.
  • Gettata cardiaca, circolazione periferica muscolare.
• Fattori tissutali (10-20%):
  • Capacità diffusione dei gas.
  • Capacità utilizzazione gas dei muscoli.

Fattori che influenzano il VO2 Max

• Tipo di esercizio:
  • Specificità nella misura di VO2 max: ogni esercizio avrà un VO2 max diverso, il valore massimo si ottiene nella corsa su treadmill. Tutto questo dipende dai muscoli attivati.
  • Effetto dell’allenamento: in soggetti non allenati al nuoto il VO2 max misurato potrà essere anche molto inferiore a quello su treadmill. In campioni di nuoto sarà uguale rispetto a quello su treadmill.
• Fattore genetico:
  • Ruolo significativo: capacità diversa per la prestazione, per la risposta all’allenamento.
• Livello di allenamento.
• Genere: nelle femmine il VO2 max è circa il 40% inferiore.
  • Diversa taglia e composizione (70%).
  • Diverso livello di attività fisica (10%).
  • Diversa biologia: diverso livello di testosterone e di emoglobina.
• Taglia e composizione corporea.
• Età: verso i 16 anni la differenza tra maschio e femmina si fa più netta in quanto i livelli di testosterone nei maschi aumentano notevolmente.

Gli atleti caratterizzati dai più elevati valori di VO2 max sono in genere i fondisti. Potremmo aumentare il VO2 max anche fino al 50% con l’allenamento. Oltre alla misura di VO2 max risulta essere utile la rilevazione del consumo di O2 con carichi submassimali, purché si sia raggiunto un equilibrio in cui tutti i meccanismi di supporto al metabolismo aerobico, raggiungono la piena attivazione e si realizza un equilibrio tra spesa e produzione di energia.

La misura di VO2 con carichi submassimali permette la determinazione di alcuni parametri come il polso d’ossigeno, equivalente respiratorio che forniscono indicazione sull’efficienza di soggetti nel trasformare l’energia chimica in meccanica e sull’efficienza del sistema cardiocircolatorio e respiratorio.

Polso O2= VO2/FC= indice di efficienza cardiocircolatoria

Equivalente ventilatorio: dopo il punto di rottura ventilatorio siamo in una zona di VO2 max, il nostro sistema ossidativo è attivato al massimo, e la nostra ventilazione non serve più a introdurre ossigeno per fornirlo alle reazioni ossidative, ma serve per eliminare l’anidride che si forma alle reazioni ossidative, ma soprattutto che si forma dall’acido lattico.

K acido lattico viene formato dalla glicolisi anaerobica, si dissocia in ioni H⁺ + ioni lattato.

Ione bicarbonato: HCO₃^-

Valutazione della prestazione sportiva

Specificità

• I soggetti differiscono nella capacità di erogare potenza con i sistemi esoergonici.
• La capacità di erogare potenza non si mantiene costante ma dipende dal tipo di attività fisica effettuata che svolge una funzione allenante.
• Esiste un alto grado di specificità per quanto riguarda gli effetti dell’allenamento.

Generalità

• Soggetti che presentano la capacità di erogare potenza sfruttando un dato sistema in un’attività fisica manifestano la stessa caratteristica anche in altre attività.

Prestazione = W/C

• W= potenza.
• C= costo energetico.
• Per migliorare la prestazione o si migliora la potenza o il costo energetico.
• L'economia del movimento definisce il costo energetico della prestazione. È la richiesta per un’intensità di lavoro costante.

Economia di movimento

Richiesta energetica per un’intensità di lavoro costante. Parametro determinante ma non sufficiente nel garantire la prestazione sportiva di atleti praticanti discipline aerobiche. Dipende anche da:

• Biomeccanica del gesto.
• Tipologie di fibre muscolari.

Valutazione dei sistemi esoergonici

Misura della potenza aerobica

• Metodo diretto: eseguito su treadmill.
• Metodo indiretto: un metodo prevede la misura della FC e consumo di ossigeno per esercizi submassimali. Per ogni intensità di esercizio, si misura la FC, si disegna la retta, si fa continuare (linea tratteggiata) fino a raggiungere la frequenza cardiaca max. Il punto di intersezione sarà il VO2 max.

Step test

Salita e discesa da un gradino nel tempo più veloce possibile, si mantiene per circa 3 min. Misura nei primi 15 sec durante il recupero. Errore del 16%. Più è bassa la FC nei primi 15 sec, maggiore sarà la VO2 max del soggetto.

Misura della potenza anaerobica alattacida

• Metodo diretto: misurare ATP e creatinfosfato nei muscoli.
• Metodo indiretto: esecuzioni di test massimali alattacidi: salti, corsa su 40m.

Test fisiologici

• Deplezione pool intracellulare di ATP e CP in seguito a esercizio submassimale (serve biopsia muscolare).

Misura potenza anaerobica (generale)

Test al cicloergometro:

• Massimo numero di pedalate in 30-50 secondi.
• Picco di potenza= energia liberata dal sistema anaerobico alattacido.
• Media di potenza: energia dal sistema anaerobico lattacido.

Potenza anaerobica lattacida

Test fisiologici:

• Livello di lattato ematico:
  • Quantità di lattato misurato nel sangue durante un esercizio non riflette necessariamente quella prodotta nel muscolo.
• Deplezione di glicogeno:
  • Bisognerebbe fare una biopsia muscolare o risonanza magnetica.
  • Il glicogeno immagazzinato nel muscolo sostiene il sistema anaerobico lattacido.

Fattori che influenzano la capacità anaerobica

• Età: la potenza anaerobica è più bassa nei bambini per bassa concentrazione di glicogeno e enzimi della via anaerobica.
• Genere: la potenza anaerobica è più bassa nelle donne per taglia corporea, massa magra e biologia differente.
• Allenamento: negli atleti di alto livello: maggiore lattato, motivazione, aumento glicogeno, attività degli enzimi della via anaerobica.

La pompa respiratoria

È costretta a incrementare la potenza meccanica per garantire gli scambi gassosi a livello degli alveoli polmonari. Questo porta ad aumentare il costo energetico.

• L’aliquota più importante è sostenuta sia a riposo che durante esercizio dal diaframma.
• A riposo nel corso di lavoro leggero il fabbisogno energetico è relativamente basso, circa il 2% del VO2 max.
• Nel lavoro massimale il fabbisogno dei muscoli respiratori diventa tra l'11 e l'8% del VO2 max.
• Il costo è superiore in un anziano.

Il costo della respirazione rappresenta un limite alla prestazione aerobica? I fattori polmonari non sono quelli limitanti del VO2 max, quello principale è quello cardiocircolatorio. In un soggetto in buona salute la massima potenza aerobica non è mai influenzata dalla pompa respiratoria.

• In condizione di mancanza d’aria, i nostri muscoli respiratori hanno tutto l'ox necessario. Non vanno incontro ad esaurimento.

Volumi polmonari statici

• Legati a: Età, genere, dimensioni corporee
  1. L’aumento della ventilazione prevede una maggiore profondità del respiro, principalmente a spesa della riserva inspiratoria e in minor misura a spese di quella espiratoria.
  2. In esercizi di notevole intensità il volume corrente aumenta ma non supera il 60% della capacità vitale.
  3. La capacità vitale non si modifica con l’esercizio fisico.

La capacità vitale viene modificata?

• Non esistono differenze significative tra campioni e soggetti “normali”.
• Il nuoto e la specialità dei tuffi possono indurre un aumento della capacità vitale, in questo caso abbiamo un allenamento dei muscoli inspiratori che si allenano a lavorare contro l’azione di compressione esercitata dall’acqua sul torace.

Volumi polmonari dinamici

• FEV1: volume max di aria espirata in un secondo partendo dalla max inspirazione.
• FEV1/CVF x 100.
• Stato di pervietà delle vie aeree.
• Grado di elasticità del sistema toracopolmonare.
• Potenza e forza muscoli respiratori.

Massima ventilazione volontaria (MVV)

Massimo volume di aria che può essere ventilato dal soggetto nell’unità di tempo. La max ventilazione da esercizio (MVE) raggiunge il 60% del MVV.

Modificazioni indotte dall’allenamento

• L’allenamento aerobico migliora la capacità di mantenere per lungo tempo livelli di ventilazione elevati.
• I muscoli respiratori aumentano la capacità ossidativa e quindi la loro resistenza alla fatica in seguito all’allenamento.

Ventilazione polmonare

Uguale a prodotto tra frequenza respiratoria e volume corrente. La frequenza respiratoria è 12/min x 0.5L = 6 l/min (ventilazione polmonare a riposo).

Il contributo della frequenza respiratoria all’aumento di ventilazione è maggiore nei soggetti sedentari rispetto agli atleti. Gli atleti aumentano la ventilazione polmonare principalmente aumentando la profondità del respiro.

Ventilazione alveolare

Aria che entra ed esce solo a livello degli alveoli. La porzione che entra in scambio respiratorio con il sangue. È la porzione di aria più importante, in grado di donare ossigeno e di prendere la CO2 e eliminarla.

La ventilazione alveolare è uguale a:

VC – volume spazio morto respiratorio x FR = (500 ml-150 ml) x 12 min = 4.2 l/min

Controllo ventilazione polmonare

2 tipi di chemiocettori:

• Chemiocettori centrali: vicini al centro di controllo del respiro, SNC
• Chemiocettori periferici: su arco aorta, biforcazioni delle carotidi

La ventilazione polmonare a riposo è regolata su base chimica, informazioni che arrivano: chemiocettori aortici e carotidei:

• PO2
• PCO2
• pH

H₂ + HCO₃^- → H₂CO₃ → H₂O + CO₂

Ventilazione polmonare durante esercizio fisico

Esercizio aerobico carico costante mantenuto: cosa controlla la ventilazione polmonare? Il meccanismo principale non è legato alle afferenze dei chem...