Fisiologia dello sport

Sistemi energetici

Sistema fosfageno o anaerobico alattacido

L'ATP, presente in tutte le cellule dell'organismo, costituisce l'intermediario tra l'energia fornita dagli alimenti e l'energia necessaria alla contrazione muscolare. La struttura dell’ATP si compone di 3 elementi principali: l'adenina, il ribosio, e 3 molecole di fosfato inorganico. Il legame tra i suoi 2 ultimi radicali fosforici è un legame altamente energetico la cui rottura, od idrolisi, libera energia pari a 7.2 cal per mole di ATP. L'ATP privato di uno dei suoi 3 radicali fosforici diventa ADP (adenosin-difosfato).

Non è possibile stoccare grandi quantità di ATP a livello muscolare quindi diventa necessaria una continua ricarica dell'ATP. Esistono dei meccanismi di ripristino immediato dell'ATP consumato.

Sistema anaerobico alattacido o fosfageno è il meccanismo energetico in sforzi di massima intensità 6 - 10 sec (es. 100m) e viene utilizzato quando si inizia una qualsiasi attività fisica: è per un pronto utilizzo. Ogni Kg di muscolo contiene -> 5 mmoli di ATP e 15 - 20 mmoli di PCr. È il sistema di ripristino energetico più semplice ed immediato e si basa sull'utilizzo della fosfocreatina (PCr). La rottura del legame fosforico del PCr (reazione di Lohman) permette di ricostituire l'ATP secondo la seguente reazione: PCr + ADP —> Cr + ATP. Questo meccanismo è un sistema di ripristino energetico che può fornire molta potenza ma una capacità limitata.

Sistema anaerobico lattacido

È il sistema che permette di resintetizzare l'ATP a partire dalla degradazione del glicogeno attraverso la glicolisi anaerobica. Sistema prevalente in:

• Esercizio superare 10 sec - 2 minuti
• Accelerazioni
• Esercizio sopramassimale (muscoli hanno raggiunto VO2 Max e esaurito PCr)

La glicolisi avviene in 10 reazioni (fase preparatoria + fase di recupero energetico): 1 molecola di glucosio è scissa —> 2 molecole da 3 atomi, piruvato. Da questa scissione si ottengono 2 molecole di ATP. Il piruvato può avere 2 destini: fermentazione o respirazione cellulare. Nella glicolisi anaerobica il piruvato va incontro a fermentazione lattica: tramite l'enzima lattato deidrogenasi si trasforma in acido lattico —> questo processo rigenera NAD+ che alimenta il processo di scissione del glucosio in piruvato.

Svantaggio:

• Questo processo libera solo il 5% di energia derivante da glucosio.
• Il meccanismo limitante della glicolisi è l'accumulo di acido lattico (lattato).

L'acido lattico nel corpo si dissocia rilasciando ioni H+. Esso provoca un'acidificazione del muscolo, inibendo il rilascio degli ioni calcio molto importanti nell'attività contrattile del muscolo —> causa della fatica muscolare. Il composto rimanente La- si lega ad uno ione sodio o potassio + e forma il lattato. L'acido lattico in condizioni di esercizio moderato o riposo può essere smaltito:

• Essere utilizzato dalle fibre slow (alta capacità ossidativa): riconversione in piruvato —> Acetil-CoA —> utilizzato nel metabolismo aerobico
• Attraverso l'immissione del lattato nel circolo ematico, provvedere alla sua riconversione in glicogeno grazie all'attività del fegato (ciclo di Cori)
• Essere utilizzato dal cuore come substrato energetico (cellule ad elevata capacità ossidativa)

Se l'accumulo è troppo, la contrazione muscolare viene impedita (spasmo muscolare). Durante una breve ma intensa attività muscolare, l'ossigeno non può essere trasportato al muscolo nella quantità necessaria per ossidare il piruvato e produrre la quantità di ATP richiesta nella contrazione muscolare. Il lattato prodotto a livello muscolare deve essere metabolizzato o al termine dello sforzo, oppure nei momenti di minore intensità di lavoro. L'acido lattico si scompone in 2 ioni: ione lattato (La-) e lo ione idrogeno (H+).

Metabolismo aerobico

Il sistema aerobico fornisce energia per la contrazione muscolare principalmente dal glicogeno attraverso la glicolisi aerobica o fosforilazione ossidativa o ciclo di Krebs, ma può provenire anche dagli acidi grassi attraverso la beta-ossidazione. Permette la produzione di energia:

• In tempi lenti (perché le reazioni sono numerose)
• Solo in presenza di ossigeno
• Porta alla produzione di elevate quantità di energia (36 ATP)
• Non porta produzione di lattato

Il nostro sistema attinge maggiormente a questo sistema quando facciamo esercizi di media intensità di lunga durata (superiore a 2 minuti). È un sistema allenabile tramite allenamento aerobico —> si migliora la capacità ossidativa delle cellule muscolari. Il ciclo di Krebs avviene nei mitocondri e necessita di ossigeno. Attraverso queste reazioni da 1 molecola di glucosio si ottengono 36 ATP. Per funzionare ha bisogno di ossigeno —> quindi il sistema di trasporto e utilizzo dell'ossigeno (ventilazione polmonare, concentrazione di emoglobina, gittata cardiaca, flusso del sangue ai tessuti, metabolismo aerobico) deve funzionare bene.

Debito di ossigeno

Si definisce "debito di ossigeno" la differenza tra il volume di O2 effettivamente consumato all'inizio del lavoro e il volume consumato in un tempo uguale, ma allo stato stazionario.

Fase EPOC

Fase veloce: Resintesi di ATP e CP (nel caso di esercizio leggero e di breve durata rappresenta il 100% del debito contratto, nel caso di esercizio di intensità superiore il pagamento costituisce la fase rapida del pagamento totale del debito).

Fase lenta:

• Riconversione del lattato in glicogeno
• Riossigenazione del sangue e della mioglobina
• Mantenimento di una ventilazione polmonare e di una frequenza cardiaca elevata
• Effetto termogenico legato all'aumento della temperatura corporea
• Effetto termogenico dovuto all'azione di ormoni liberati durante l'esercizio (catecolamine)
• Normalizzazione delle concentrazioni ioniche (calcio, potassio, sodio) nei muscoli e nei liquidi corporei

Procedure per accelerare recupero funzionale

Recupero passivo: durante la fase di recupero non viene compiuto lavoro - risulta indicato nel recupero seguente una attività fisica a intensità inferiore al 50% di VO2max che non causa accumulo di lattato (componente rapida di EPOC).

• Risintesi di ATP e CP
• Ossigenazione sangue e mioglobina

Recupero attivo (defaticamento): durante la fase di recupero viene compiuto un lavoro aerobico di bassa intensità (30%-40% di VO2max) - risulta indicato nel recupero seguente una attività fisica di intensità superiore al 60-75% di VO2max in cui si verifica un accumulo di lattato (componente rapida e lenta di EPOC).

• Maggiore perfusione degli organi in grado di rimuovere il lattato

Misurare metabolismo energetico

2 metodi:

• Calorimetria diretta: si misura calore prodotto dall'individuo con calorimetro
• Calorimetria indiretta: si misura il consumo di ossigeno
• Circuito chiuso (poco usata) —> respira ossigeno
• Circuito aperto —> respira aria ATM

Con la calorimetria indiretta a circuito aperto —> QR (Quoziente Respiratorio): QR = VCO2/VO2 —> calcola la miscela di macronutriente che l'organismo sta ossidando (1 carbo, 0.8 pro, 0.7 grassi: solitamente il QR è 0,82 —> riflette che miscela ossidata è composta da circa 40% carbo e 60% pro). Per ogni valore QR —> equivalente calorico per litro di ossigeno consumato: permette di risalire al costo energetico dell'attività. Per un VO2 = 5L/min e QR di 1 sarebbero 25 kcal/min.

MET: Equivalente metabolico

Multiplo del consumo di ossigeno a riposo —> 1 MET = 250 ml(O2)/min o 3,5 ml/kg/min

• Attività leggere: 1,6 - 4 MET
• Attività moderate: 4 - 6 MET
• Attività pesanti: 6 - 8 MET
• Attività molto pesanti: 8 - 10 MET

VO2 Max massimo consumo di ossigeno

È definito come la più alta intensità di sforzo in cui l'energia viene prodotta attraverso il meccanismo aerobico. Massima capacità di resintesi dell'ATP per via esclusivamente ossidativa. È un parametro determinante ma non sufficiente nel garantire la prestazione sportiva di atleti praticanti discipline aerobiche di lunga durata. È un parametro di fondamentale importanza anche dal punto di vista clinico perché è una misura globale ed integrata di quei meccanismi che presiedono al trasporto dell'ossigeno fino alla sua utilizzazione all'interno degli organi.

Fattori che limitano il VO2 Max

Fattori polmonari (10%):

• La ventilazione alveolare
• La capacità di diffusione dei gas respiratori attraverso la membrana alveolo-capillare

Fattori cardiocircolatori (70-80%):

• La capacità di trasporto dei gas da parte del sangue
• La gittata cardiaca
• La circolazione periferica muscolare

Fattori tissutali (10%):

• La capacità di diffusione dei gas
• La capacità di utilizzazione dell'O2 da parte dei muscoli

Un elevato valore di VO2 max ha il significato di un'ottima funzionalità globale degli apparati respiratorio, cardiocircolatorio e muscolare.

Fattori che influiscono sul VO2 Max

• Tipo di esercizio effettuato: Per un determinato soggetto i valori di VO2 max più elevati sono ottenuti nel corso del test di corsa all'ergometro trasportatore (differenze nella massa muscolare attivata)
• Fattore genetico
• Livello di allenamento: Il contributo dell'allenamento varia da 5-20% sulla resa del VO2 Max
• Genere: Nelle donne il valore è inferiore del 30% circa
• Taglia e composizione corporea
• Età: A partire dai 25 anni cala dell'1% anno negli uomini

Consumo O2 carichi sottomassimali —> polso di ossigeno

Polso O2 = VO /FC = quantità di ossigeno prelevata dai tessuti ad ogni battito cardiaco —> indice efficienza cardio circolatoria.

Equivalente ventilatorio per l'ossigeno

Ve/VO = quantità di ossigeno respirato per litro di ossigeno consumato —> indice di economicità della ventilazione.

Test per il massimo consumo di ossigeno

Metodo diretto: Il test consiste in un esercizio incrementale che si protrae finché il soggetto non è più un grado di sostenere lo sforzo (spesso la decisione di fermarsi è influenzata da fattori psicologici che non rispecchiano le potenzialità del soggetto —> incoraggiamento verbale per spingerli al massimo).

Metodo indiretto: Viene svolto esercizio submassimale. VO2 Max determinato tracciando relazione lineare tra i valori di FC submassimale registrata e consumo di ossigeno. La retta intercetta il valore massimo di FC (220 - età). —> pendenza è il polso d'ossigeno. Test usato per classificare popolazione di soggetti.

Volumi polmonari

Volumi polmonari statici durante esercizio fisico

L'aumento di ventilazione prevede una maggiore profondità del respiro (volume corrente) che si realizza principalmente a spese della riserva inspiratoria e in minor misura a spese di quella espiratoria. In esercizi di notevole intensità il volume corrente aumenta ma non supera il 60% della capacità vitale. La capacità vitale sostanzialmente non si modifica durante esercizio fisico (età, genere, dimensioni corporee).

Volumi polmonari statici dopo allenamento

La capacità vitale CV non viene modificata significativamente. Solo il nuoto e i tuffi possono indurre ad un aumento della capacità vitale (allenati a lavorare contro compressione dell'acqua).

Volumi polmonari dinamici

L'aumento della ventilazione dipende da 2 fattori:

• Profondità di respiro
• Frequenza respiratoria

FEV1: Volume massimo di aria espirata in 1 secondo partendo dalla massima inspirazione. FEV1/CVF * 100 è indice di capacità di generare flusso espiratorio: soggetti sani si attestano all'85% dipende da:

• Stato di pervietà vie aeree
• Grado di elasticità torace-polmonare
• Potenza e forza muscoli espiratori

L'allenamento non modifica FEV1.

Ventilazione volontaria (MVV) = massimo volume di aria che ...