Appunti fisiologia dello sport

La degradazione del tessuto adiposo dà energia (principio di conservazione

dell'energia) ma la massa (legge di conservazione della massa o legge di Lavoisier: la

massa dei reagenti è uguale a quella dei prodotti) che viene ossidata e si trasforma in

CO2 (84%) e H2O (16%). La bioenergetica ha a che fare con la trasformazione

dell'energia nei sistemi biologici (principalmente da chimica a biologica), quando noi

facciamo attività stiamo trasformando energia che viene dal sole (le piante la usano

per sintetizzare macro nutrienti facendo un processo contrario a quello che noi

facciamo nello "smaltimento di tessuto adiposo", energia che poi noi utilizziamo per la

nostra attività). A livello energetico i processi che producono energia sono quelli che

trasformano i carboidrati in glicogeno e i trigliceridi in acidi grassi, sostanze

immagazzinate come riserva ma non possiamo poi usarle così, dobbiamo passare

attraverso l'ATP per qualsiasi tipo di lavoro, si ottiene energia dall'ATP attraverso

l'idrolisi (usando H2O).

Per misurare l'energia del cibo bisogna bruciarla e misurare quanto scalda l'acqua in

un sistema chiuso in cui avviene questa combustione, sono stati fatti questi calcoli

aggiustandoli in base a quello che viene utilizzato dal nostro corpo.

Nel nostro corpo l'energia viene estratta attraverso tappe successive (e non in un

singolo evento) che ovviamente causa una perdita/dissipazione di energia sotto forma

di calore, questi step sono catalizzati e facilitati da enzimi (proteine, i coenzimi sono

vitamine) specifici per i substrati. Se non c' è un processo di ricostituzione dell'ATP il

ponte miosinico non viene scisso (vigor mortis), per ricostituire l'ATP c'è la scissione

della fosfocreatina, la glicolisi aerobica/anaerobica, la degradazione degli amminoacidi

e dei grassi. (Slide the threee sources of ATP production riassume tutto ciò che bisogna

sapere di oggi)

La produzione anaerobica dell'ATP è nel citoplasma (sarcoplasma nel muscolo), quella

aerobica avviene nei mitocondri. I granuli neri (glicogeno) sono concentrati intorno ai

tubuli T e alle cisterne sarcoplasmatiche, hanno quindi anche un ruolo strutturale! La

creatin chinasi sintetizza ATP dalla fosfocreatina e l'ATPasi …. Queste reazioni vanno in

entrambi i sensi, quando facciamo sforzi molto intensi

Vengono prodotti 4 ATP (ma se ne consumano 2) e dei NADH, se non c'è ossigeno il

piruvato viene trasformato in lattato ricostituendo il NAD che poi rientrerà nel punto 6

del processo, il lattato è sempre stato legato a qualcosa di negativo ma è

fondamentale per far continuare il processo ricostituendo il NAD, solitamente gli ioni H

vengono ricevuti dall'O2 per formare H2O e ricostituirebbe il NAD, in situazione

anaerobica questo non avviene e quindi diventa fondamentale il lattato.

L'acidità non è data dall'acido lattico che se rimanesse associato non darebbe

problemi, è quando si scinde in lattato e H che può dare questo problema.

3 fasi per la produzione di ATP:

Formazione acetil coenzima A (sia dal piruvato che dagli acidi grassi, avviene

 nella matrice tra le due membrane)

Ciclo di Krebs

 Catena di trasporto degli elettroni (sulla membrana interna)



Nella fase anaerobica della glicolisi l'acido piruvico viene trasformato in acetil

coenzima A che genere indirettamente NDH2 (energia anche questa), poi l'acetil entra

nel ciclo di Krebs che forma GTP (che può caricare una molecola di ATP) e "tira via

atomi di carbonio e ioni idrogeno dal glicogeno, NDH e FADH vanno poi nella catena di

trasporto degli elettroni e producono energia tramite una modalità chemiosmotica

dove viene creato un gradiente di ioni idrogeno grazie a delle proteine che li spingono

fuori e poi rientrano da un'altra proteina e trasformano questo potenziale in energia

chimica legando un altro fosfato all'ADP trasformandolo in ATP (questa fase produce

34 ATP per molecola di glucosio).

Lipolisi

I lipidi sono immagazzinati come trigliceridi (una molecola di glicerolo e tre acidi

grassi), gli acidi grassi entrano nel processo di beta ossidazione, il glicerolo può

entrare nella glicolisi, gli acidi grassi alla fine vengono trasformati in acetil coenzima A

e quindi anche esso entra nel ciclo di Krebs e produce energia come il glucosio, un

acido grasso medio alla fine del processo produce 138 molecole di ATP.

Metabolismo proteico

Dal punto di vista energetico è quasi irrilevante (a meno che non sia un soggetto

malnutrito o un ultramaratoneta), possono essere degradati in piruvato o in acetil

coenzima A tramite la deamminazione, ma avviene solo in condizioni estreme.

Tutti e tre i macronutrienti possono diventare quindi acetil coenzima A

Catabolismo proteico

È importante per tantissimi motivi, nel corpo c'è un turnover (catabolismo ed

anabolismo) molto alto, riciclo continuo, da un punto di vista energetico in condizioni

normali è molto basso (circa il 2%) ed il suo apporto viene solitamente ignorato. Per

poter essere degradato al fine di produrre ATP deve essere deaminato (eliminato

l'azoto) nel citoplasma e nel fegato e la maggior parte entra nel ciclo di Krebs. Il

metabolismo delle proteine è aerobico, non anaerobico (come i grassi), in situazioni di

digiuno prolungato o ultramaratone il suo apporto sale anche al 5/10%

Schema sommario delle vie metaboliche:

Nel citoplasma abbiamo la biosintesi di ATP a partire da fosfocreatina, la glicolisi

anaerobica (a partire da glicogeno o glucosio) il cui prodotto finale è il piruvato che

può diventare lattato o acetil coenzima-A, gli acidi grassi liberi diventano acetil

coenzima A, il glicerolo può entrare nella glicolisi od essere convertito in glucosio.

Controllo vie metaboliche (a livello cellulare)

Enzimi che limitano il tasso di produzione energetica attraverso una via

 metabolica

Livelli di ATP e ADP+P, se il livello di ATP è alto viene interrotta la produzione di

 ATP, se è basso ed è alto quello di ADP e fosfati liberi ne stimolano la produzione

Anche il calcio stimola la produzione di ATP perché indirettamente mi segnala

 che sto contraendo il muscolo

Tabella importante sul controllo delle vie metaboliche

Dal punto di vista pratico ci sono altri due fattori molto importanti per la regolazione

enzimatica, la più importante è la temperatura, la maggior parte degli enzimi

funzionano bene tra i 37 e i 40 gradi, la temperatura è una misura di movimento delle

molecole, se aumento la temperatura aumento questo movimento e facilito l'incontro

enzima-substrato, se alzo troppo la temperatura però peggiora perché le proteine si

iniziano a denaturare, l' effetto più grosso del riscaldamento è sulla potenza

muscolare, aumenta la prestazione, tutte le reazioni vengono facilitate dalla

temperatura un po' più alta del normale; l'altro è il pH, l'idrolisi include l'H e accumula

ioni idrogeno che causano questo cambiamento di pH, anche qui c'è una fascia

ottimale a riposo e ci sono regolatori che bloccano la discesa esagerata del pH, sistemi

tampone molto utili per attività anaerobiche lattacide.

Capacità e potenza dei sistemi energetici, la grandezza della vasca è la capacità

mentre il diametro del rubinetto è la potenza, a livello di potenza l'ATP e il sistema dei

fosfati sono quelli con la maggior potenza, la beta ossidazione è quello con la minore,

però questo è inverso alla capacità (si considera l'esaurimento completo delle riserve

di energia che però non è realmente raggiungibile, si muore prima), il glucosio ematico

non è una vera riserva energetica, è un modo per dare energia alle cellule.

Durante l'esercizio c'è una interazione tra i diversi sistemi energetici, non sono

compartimenti stagni, tutte queste reazioni metaboliche avvengono in contemporanea

(già a riposo).

Come si misura il dispendio energetico (calorimetria)

Noi non siamo efficienti al 100%, circa il 60% dell'energia dei cibi viene dissipata in

calore e c'è una relazione tra energia dissipata e quella spesa (conoscendo appunto

questo rapporto), l'ossidzione del cibo dà quindi ATP e calore (proporzionale al tasso di

energia), misurando quindi il calore abbiamo una misurazione diretta di energia ed

una cosa simile alla bomba calorimetrica è la creazione di stanze chiuse con un

circuito d'acqua intorno per misurare i cambiamenti di temperatura causati dalla

persona dentro la stanza sia a riposo che durante l'esercizio, a riposo non ci sono

grossi problemi, con l'attività fisica ad alta intensità si sottostima il tutto a causa del

nostro accumulo di calore ma viene comunque considerato il metodo più preciso.

La calorimetria indiretta utilizza gli studi della calorimetria diretta, ad una certa

quantità di consumo di ossigeno corrisponde una certa quantità di dispendio

energetico, è una stima, si può misurare in due modi, a circuito chiuso (una persona

respira da un recipiente ed espira sempre in essa ma l'anidride carbonica viene filtrata

ed alla fine misuri l'ossigeno rimasto nella tanica) o aperto (ci sono varie tecniche, uno

contiene tutta l'aria espirata, con dei sacchettoni grossi, però inspiro dall'atmosfera di

cui però conosciamo la composizione; oppure con una mascherina che misura respiro

per respiro dove viene misurato il volume di ogni respiro e la composizione dell'aria,

alla fine bisogna sommare tutti i respiri, il problema è che vanno allineati tutti i

segnali).

Per essere precisi bisogna sapere quale substrato stai consumando, da un punto di

visto del consumo di ossigeno consumare grassi invece che glucidi è meno efficiente,

serve più ossigeno per la stessa quantità, se io faccio diete a basso contenuto di

carboidrati il mio metabolismo cambia e quando vado a correre a parità di velocità ho

uno svantaggio logistico nel trasporto del cibo (specialmente con distanze molto

lunghe dove devo portarmi dietro il cibo). A parte condizioni estreme noi consumiamo

un misto di carboidrati e grassi quindi le differenze sono molto piccole quindi si può

assumere che consumiamo 5kcal ogni litro di ossigeno. La ratio la CO2 prodotta e l'O2

consumato ci può dire cosa stiamo metabolizzando perché il quoziente respiratorio per

il glucosio è 1, per il grasso è 0.7 perché consumiamo più ossigeno per metabolizzare

il grasso piuttosto che l'ossigeno perché nei carboidrati c'è già più ossigeno rispetto al

carbonio, nei grassi è il contrario e io dovrò aggiungere più ossigeno per estrarre il

carbonio.

Con l'eccezione dell'esercizio ad alta intensità dove c'è un'iper ventilazione che falsa il

QR (quoziente respiratorio), c'è una relazione lineare tra consumo di ossigeno e carico

di lavoro che mi permette di stimare il dispendio energetico (che cambia con

l'intensità dell'esercizio) che a volte viene espresso in multipli di met (quante volte il

dispendio è multiplo di quello a riposo).

Basal metabolic rate è il metabolismo basale, quello minimo per rimanere in vita,

bisogna considerare il tempo dall'ultimo pasto, va misurato a riposo (almeno 12 ore)

per eliminare l'effetto termico del cibo, l'energia consumata per digerire il cibo e

bisogna essere in una condizione termoneutrale, se è troppo freddo ci possono essere

dei brividi o comunque una minima attività muscolare che aumenta il metabolismo e

stessa cosa se è troppo caldo, se non si riescono ad avere queste condizoni viene

chiamato resting metabolic rate che è leggermente più alto di quello basale. La

maggior parte del consumo energetico giornaliero è comunque il metabolismo basale,

l'attività fisica è quella più variabile che solitamente va dal 15 al 20%.

Se il mio entroito energetico è uguale al dispendio avrà una massa corporea stabile, se

l'ingresso è maggiore aumenterò la massa, se è minore diminuirà.

Il metabolismo basale a riposo può essere influenzato da vari fattori, il più importante

è la quantità di massa magra, perdere peso è facile ma è difficile mantenere questa

perdita per una riduzione/non aumento della massa magra ed in più c'è un

adattamento del corpo che avvertendo una diminuzione dell'introito calorico abbassa il

metabolismo basale. Anche le malattie (disease) e traumi aumentano il metabolismo.

Appena inizio l'esercizio fisico la richiesta energetica si alza immediatamente, non

aspetta che aumenti il consumo di ossigeno che non si adatta immediatamente, c'è un

ritardo di almeno 2/4 minuti per raggiungere lo stato stazionario, tutta l'energia che

serve nel frattempo non può venire dal meccanismo aerobico ma da quelli anaerobici

che quindi non servono solo quando la potenza richiesta supera quella del sistema

ossidativo ma sono anche essenziali nella fase di passaggio tra riposo e adattamento

del consumo di ossigeno. L'importante è che l'allenamento può cambiare la cinetica

iniziale dell'ossigeno, la persona allenata (soprattutto di endurance) ha una risposta

più veloce, raggiunge lo steady state più velocemente. Un esercizio intenso innalza la

mia temperatura e di conseguenza il mio metabolismo basale, la frequenza cardiaca e

la respirazione dopo un esercizio intenso non tornano subito all'attività basale e

durante il periodo di recupero l'attività di questi muscoli coinvolti continua, anche

l'aumento di catecolammine.

La componente veloce rappresenta la risintesi aerobica della PC, quella lenta … il

principale determinante dell’EPOC totale, è l’intensità dell’esercizio, sono

direttamente proporzionati.

La fast componente corrisponde al vecchio debito alattacido, la slow component

invece quello lattacido.

Ci sono due vie di ossidazione del lattato:

Il muscolo produce acido lattico durante l’esercizio che viene nel sangue

arrivando al fegato, dove può essere immagazzinato nel fegato stesso come

glicogeno oppure parte del glicogeno prodotto può essere riportato nel sangue in

situazione di richiesta di energia dove verrà ossidato per ottenere energia. Le

fibre di tipo I del muscolo possono prendere il lattato prodotto dalle fibre di tipo II

ed utilizzarlo per energia immediatamente.

In attività molto intensa

Tra i 2 e i 20 “ l’ATP viene prodotto principalmente da

In un esercizio prolungato solitamente si ha lo steady state, ma questo dipende

soprattutto dall’intensità e dalle condizioni ambientali (se caldo umide a volte non

si va in steady state).

Più di 10’:

 Più di:

 Le cause della componente lenta (non dell’EPOC, MA DEL GRAFICO IN CUI IL

VO2MAX NON VIENE RAGGIUNTO MA CONTINUA A SALIRE perché IN WURRTO

GRAFICO NON SI RAGGIUNGE LO STEADY STATE PER L’ALTA INTENSITà

DELL’ESERCIZIO. SE L’INTENSITà è BASSA NON SI HA LA COMPONENTE LENTA

DELLA CINETICA ON, MA SOLO QUELLA RAPIDA)sono:

Produzione di lattato durante l’esercizio fa si che nel recupero essa debba

 essere ossidata quindi richiede più ossigeno (in realtà è stato visto che non sono

correlati)

Adrenalina

 Ventilazione: si ha un’iperventilazione durante l’esercizio per tamponare

 l’acidosi metabolica

Temperatura:

 La causa principale della componente lenta è che durante l’esercizio intenso per

 via dell’affaticamento muscolare peggiora il reclutamento delle fibre veloci

perché diventano meno efficienti. C’è una correlazione positiva tra la componente

lenta della cinetica di ossigeno e la componente lenta delle fibre muscolari che

hanno una maggior ampiezza di segnale EMG che indica un loro maggior

reclutamento

In uno studio non sulla cinetica di O2 non sono cambiati i dati ottenuti tra soggetti

pre affaticati e soggetti non pre affaticati (tipo componente rapida e lenta della

cinetica on).

All’80% del VO2max, come potrebbe essere in una maratona fatta da un atleta,

80% carboidrati e 20% grassi.

Ad un’intensità lenta si ha una minor uso dei grassi col tempo perché gli

intermedi del ciclo di krebs sono ridotti quindi si ha una riduzione dell’ossidazione

dei grassi.

Incrementale a step viene utilizzato maggiormente per la misurazione della soglia

del lattato. Si inizia ad un intesità per un tot di tempo, poi si aumenta l’intensità

con lo stesso tempo e ancora aumento.

VO2max

Hill, che era anche un corridore, aveva notato che facendo corsa ad intensità

crescenti, sopra i 16km/h il consumo di O2 non aumentava più e aveva teorizzato

che quello fosse il massimo consumo di O2 che un essere umano potesse avere.

Ora sappiamo che non è così. Assumendo una relazione lineare tra consumo ed

intensità, quindi all’aumentare di una aumenta anche l’altra, ma non è così,

infatti ad una certa intensità si assiste ad un Plateau. Pur aumentando la velocità.

Più spesso si trovano grafici in cui non si ha un vero e proprio Plateau ma una

perdita di linearità della curva (Plateau-like-beaveur). C’è un limite del corpo

umano a fornire O2 ai muscoli e dei muscoli di utilizzare l’O2. A volte non si vede

il Plateau perché in soggetti non abituati (anche psicologicamente) non sono

riusciti a raggiungere un lavoro sufficiente.

Cosa determina il nostro VO2max?

La via dell’O2 inizia dal sistema respiratorio.

Ditemi centrali:

 Cuore

 Sangue



 Periferici:

 Utilizzazione

 Muscolare

