Riassunto esame Fisiologia Generale, prof. Veicsteinas, libro consigliato Fisiologia dell'Uomo - cap. 22, 23

CAP 22 ENERGETICA DEL LAVORO MUSCOLARE

22.1. PROCESSI OSSIDATIVI

Costituiscono la fonte energetica quantitativamente più importante, e a lungo termine unica,

per la sintesi dell'adenosin-trifosfato (ATP).

A riposo consumiamo: 4 ml di O2*Kg → circa 200-300 ml per minuto

Il muscolo a riposo consuma il 20-30% del metabolismo a riposo; durante il lavoro

muscolare il consumo di O2 aumenta fino al 90% del totale.

All'inizio di un lavoro di intensità bassa e costante, si ha un incremento del consumo di O2

entrando in una fase detta “stato

(VO2) notevole per i primi 3min per poi stabilizzarsi

(VO2s) che può essere mantenuta per lunghi periodi di tempo (>10min).

stazionario”

In queste condizioni dette aerobiche, VO2s è proporzionale all'intensità del lavoro fino ad

un massimo, oltrepassato il quale, l'intensità non è più proporzionale al VO2s, quindi non

c'è più un aumento del VO2s; il VO2 corrispondente a questo massimo è detto “massimo

consumo di O2” (VO2max).

22.2 STATO STAZIONARIO

In questo stato l'atp viene resintetizzata a spese dei processi ossidativi.

–

Ogni mole di O2 consumato produce 5.6 6.2 moli di ATP

In questo stadio i parametri cardiocircolatori e ventilatori non variano significativamente. Le

scorte di glicogeno, il QR, continuano a modificarsi nel tempo anche se in modo nettamente

più lento rispetto ai processi di resintesi dell'atp attraverso la fosfocreatina.

22.2.1. Combustibile di scelta nel lavoro muscolare aerobico

Proteine circa 4% a riposo; il loro contributo diminuisce con l'aumentare dell'intensità.

L'energia per il lavoro muscolare proviene dai glucidi e lipidi:

– l'energia proveniente dai glucidi aumenta con l'intensità dal 25% del totale a riposo al

90% del lavoro prossime a VO2max.

– Intensità costante, l'utilizzo di glucidi è minore quanto minori sono le riserve di

glicogeno.

– Con intensità costante l'utilizzo dei glucidi diminuisce con la durata per la deplezione

delle riserve di glicogeno.

– Nei soggetti allenati l'utilizzo di glucidi è inferiore rispetto ai soggetti non allenati.

22.2.2. Tempo di esaurimento

Il tempo durante il quale un esercizio aerobico di intensità costante viene mantenuto,

diminuisce con l'aumentare della frazione di VO2max.

In soggetti allenati:

– VO2max → 5 h

60%

– 100% VO2max → 7-10 min

Per esercizi di intensità tra il 65% e il 90% di VO2max, il tempo di esaurimento non

dipende solo dall'intensità ma anche dalla quantità di glicogeno muscolare.

Per intensità inferiori al 60% di VO2max il glicogeno non sembra essere un fattore limitante

per la durata dell'esercizio, dato che a queste intensità il fabbisogno energetico è sostenuto

interamente dall'ossidazione dei grassi. In queste condizioni, altri fattori intervengono, come

stanchezza psicologica, microtraumi, termoregolazione.

22.3. FASI TRANSIENTI E DEBITO DI OSSIGENO

E' la differenza tra il volume di O2 consumato all'inizio del lavoro e il volume consumato

allo stato stazionario.

All'inizio di un esercizio “a onda quadra” (che prevede il raggiungimento immediato

dell'intensità voluta) l'ATP viene utilizzata istantaneamente fino a raggiungere un livello

stazionario per poi cadere bruscamente a fine attività.

Il consumo di O2 segue il tasso di utilizzazione di ATP con un certo ritardo; esso aumenta

fino a raggiungere lo stato stazionario in 2-4 min; quindi nei primi minuti di lavoro il

consumo di O2 è insufficiente alla resintesi di tutto l'ATP, perciò il muscolo deve utilizzare

processi differenti per la resintesi di ATP.

Il debito di O2 è una misura della quantità di energia che è presa in prestito da fonti

energetiche diverse dal consumo di O2, anche in un esercizio aerobico.

Alla fine del lavoro, mentre l'utilizzo dell'ATP cala istantaneamente, il consumo di O2

ritorno ai valori di riposo in modo simmetrico all'inizio.

Inizio → debito di O2 a contrazione

Fine → debito di O2 a pagamento

22.3.1. Fonti energetiche del debito di ossigeno

– l'idrolisi della Pcr

– produzione precoce di acido lattico

All'inizio del lavoro la concentrazione di Pcr diminuisce fino a raggiungere un livello

costante in circa 3min. L'idrolisi della Pcr è utilizzata per la resintesi di ATP utilizzata

durante la contrazione del debito di O2.

Dopo 100-150 sec. Il consumo di O2 ha raggiunto il 97% di VO2s.

In lavori aerobici con intensità al 60-70% di VO2max si osserva all'inizio una moderata

produzione di acido lattico, lattato precoce.

Alla fine del lavoro il VO2 ritorna a valori di riposo attraverso 3 componenti:

– componente rapida: di circa 40 sec che corrisponde alla resintesi della Pcr utlizzata

all'inizio del lavoro

– componente lenta: aumento del metabolismo di riposo dovuto all'esercizio precedente

– componente molto lenta: circa 20min, associata all'eliminazione dell'acido lattico nel

sangue (dipende dall'atleta e dalla quantità di acido lattico).

22.4. MASSIMO CONSUMO DI OSSIGENO

E' una misura della massima potenza aerobica e della massima intensità di esercizio che un

soggetto può tollerare per periodi di tempo abbastanza lunghi (max 10').

Atleti che praticano fondo sono sempre caratterizzati da elevati valori.

La VO2max dipende soprattutto da fattori genetici.

Aumento VO2max per allenamento → 15-20% in valori assoluti

Differenza tra un fondista e un atleta non fondista è del 50-75% fino a casi estremi del 100%

22.5. MODIFICAZIONI RESPIRATORIE E CARDIOCIRCOLATORIE DURANTE

IL LAVORO MUSCOLARE

VO2 (quantità di O2 consumata) = è data dalla differenza tra la quantità che entra per unità

di tempo e quella che esce, nello stesso tempo.

Riserve di O2 nell'organismo = 1 l

Il flusso inspirato (Vi) è uguale al flusso espirato (Ve) solo se VCO2 è uguale a VO2 ossia

solo se il QR è uguale all'unità. Di norma QR è <1 ma la differenza tra Vi e Ve è minima

perciò possiamo dire che Vi=Ve.

Dato che la ventilazione, inspirata o espirata, è uguale al rapporto tra il volume corrente (Vt)

per la frequenza respiratoria (fr) avremo:

–

VO2= fr * Vt * (Fi Fe) O2 [frazione di O2 nell'aria inspirata ed espirata]

quindi:

la quantità di O2 consumata è data dal rapporto tra la frequenza respiratoria per il volume

corrente per la frazione dell'O2 presente nell'aria inspirata ed espirata.

E' sufficiente raccogliere l'aria espirata in uno spirometro in un tempo dato (1min) per

determinare la composizione in O2, CO2 e misurarne il volume.

Per quanto riguarda la CO2 il procedimento è uguale solo che VCO2 nella equazione avrà

segno opposto rispetto a VO2 (produzione anziché consumo).

–

VCO2 = fr * Vt * (Fi Fe) CO2

Se per VO2 questa era la formula esatta per calcolare il consumo di O2 dato che le riserve di

O2 nell'organismo sono esigue, per la VCO2 non è sempre corretta. Le riserve di CO2 sono

maggiori 250-300 l.

Per esempio quando si ha la produzione di acido lattico, la CO2 eliminata con l'espirazione

è maggiore rispetto alla quantità prodotta dai tessuti.

Perchè? L'acido lattico sposta il CO2 dai bicarbonati plasmatici evitando una eccessiva

diminuzione del pH dei liquidi organici. Questo eccesso di CO2 viene eliminato con

l'espirazione.

– La Ve (flusso espirato) aumenta con l'aumentare del VO2 a valori del 75-80% del

VO2max.

– Per valori superiori la Ve aumenta di più del VO2. Questo valore è detto soglia

anaerobica ventilatoria ed è dovuto ad un aumento della lattacidemia con conseguente

diminuzione del pH. Il conseguente aumento della Ve conduce alla diminuzione della

pressione parziale del CO2 (PCO2) nel sangue arterioso riportando alla normalità il pH.

– Per moderate intensità (50% VO2max) aumento della Ve per l'aumento della fr e Vt.

– Per intensità medio-alte (65-70% VO2max) l'aumento della Ve è dovuto quasi

esclusivamente dall'aumento della fr (e quando la Vt ha raggiunto il 70%).

valori normali: Vt= 10-15% della capacità vitale

fr= 15 atti per minuto

valori a intensità medio-alte: Vt= 70%

fr= 40-45 atti/min

L'efficacia ventilatoria, cioè la capacità di estrarre O2 (e quindi di ottenere eneriga), da ogni

litro d'aria ventilata, diminuisce allorchè l'intensità metabolica superi la soglia anaerobica.

Nello stato stazionario → quantità di gas scambiato nelle vie aeree superiori= quantità di

gas trasportato dal sistema circolatorio.

– VO2max 30-40%: con questi valori la gittata sistolica aumenta fino a raddoppiare;

raggiunto questo valore no subisce altri aumenti.

– VO2max basse: l'aumento della frequenza cardiaca è modesto.

– VO2max >40%: l'aumento della frequenza cardiaca diventa lineare.

La frequenza cardiaca massima dipende soprattutto dall'età ed è circa 220/min meno l'età.

La frequenza cardiaca a riposo è molto variabile invece e dipende da vari fattori:

– condizione atletica

– allenamento

– tono vagale

In un soggetto di 20 anni con fc a riposo 50/min, l'incremento massimo possibile è pari a 4

volte. In un soggetto con fc di 80/min il suo aumento è di solo 2,5 volte.

Dato che la gittata sistolica no può aumentare più di 2 volte si avrà:

1° caso: 4*2=8 volte

2° caso: 2,5*2= 5 volte

Di conseguenza la capacità di trasportare ossigeno alla periferia sarà maggiore nel soggetto

la cui fc di riposo sarà inferiore. Ciò che contraddistingue l'atleta è la sua capacità di

pompare sangue ossigenato in periferia.

22.6. MECCANISMO LATTACIDO

Quando l'intensità di lavoro aumenta e supera la VO2max, si osserva un accumulo continuo

di lattato nel sangue. In queste condizioni il soggetto arriva all'esaurimento quando la

quantità di La arriva a 10-20 mmol/l; dipende dalla quantità di fibre bianche, grado di

allenamento, motivazione.

Quando la richiesta di energia del muscolo supera quella corrispondente a VO2max, la

quantità di ATP che non può essere resintetizzata dai processi ossidativi, viene prodotta dal

piruvato. In questo condizioni la produzione di piruvato dal glicogeno è maggiore

dell'ossidazione del piruvato in CO2 e H2O perciò l'eccesso di piruvato è trasformato