I MECCANISMI ENERGETICI A LIVELLO MUSCOLARE

I MECCANISMI ENERGETICI A LIVELLO MUSCOLARE
BREVE TRATTAZIONE A SCOPO DIVULGATIVO
Il nostro organismo è in grado di produrre energia soprattutto in virtù del sistema muscolare,
che può essere considerato una macchina che trasforma energia chimica in energia meccanica.
Questa trasformazione avviene durante la contrazione muscolare.
L'unico processo energetico che il muscolo può utilizzare direttamente per la contrazione è la
scissione, tramite un enzima specifico detto ATPasi, dell'acido adenosintrifosforico o ATP in acido
adenosindifosforico o ADP e fosfato inorganico (P):
ATP(ATPasi) → ADP + P + energia
Questa reazione libera un certo quantitativo di energia, parte della quale viene trasformata in
lavoro, e parte degradata in calore. In altri termini, l'ATP è una sostanza chimica che
rappresenta l 'unica ed immediata fonte di energia che i muscoli possono utilizzare per compiere
le diverse forme di lavoro.
Data però la limitata concentrazione di ATP nei muscoli (tale da consentire un lavoro per 1-3
secondi), perché questi possano compiere lavori prolungati nel tempo, è necessario che l'ATP,
che si è scissa durante la contrazione, venga continuamente ricostituita. A tale ricostruzione
l'organismo provvede attraverso tre diversi sistemi:
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Sistema anaerobico alattacido
Sistema anaerobico lattacido
Sistema aerobico
Lo scopo di questi meccanismi è di mantenere la concentrazione di ATP nel muscolo a valori
pressoché costanti. Per ognuno di questi dobbiamo considerare quattro aspetti importanti:
1. Potenza - Massima energia prodotta nell'unità di tempo.
2. Capacità - Quantità totale di energia prodotta indipendentemente dal tempo.
3. Latenza - Tempo necessario per ottenere l'erogazione e la massima potenza.
4. Ristoro (o recupero) - Tempo necessario per il ripristino del sistema energetico.
SISTEMA ANAEROBICO ALATTACIDO
Tale processo è così denominato poiché avviene in assenza di ossigeno e senza produzione di
acido lattico. Esso costituisce il sistema di rifornimento di energia più potente, ma di più bassa
capacità in quanto la resintesi avviene tramite la scomposizione della fosfocreatina (CP), che, così
come l'ATP, è contenuta nel muscolo in quantità molto limitata, in grado di assicurare energia
per un'attività motoria di durata tra 4”- 8”. Grazie a tale sistema dunque la fosfocreatina (CP),
formata da creatina e fosfato inorganico, in presenza di un enzima particolare (creatinfosfochinasi)
si scinde in creatina (C) e fosfato inorganico (P), liberando l'energia necessaria per la risintesi
dell'ATP:
CP(creatinfosfochinasi) →C + P → (energia per la resintesi) di ADP + P in ATP
Un vantaggio di questo sistema energetico è quello di fornire energia in tempi rapidissimi.
Come secondo vantaggio, ha una grande capacità di potenza, cioè è capace di fornire al muscolo
una grande quantità di energia per secondo. Per queste caratteristiche, il sistema anaerobico
alattacido o dei fosfati è impiegato principalmente in attività come scatto, velocità, salto, lancio,
pesistica, brevi sprint nelle discipline cicliche, cioè movimenti in cui la potenza e rapidità hanno
un ruolo preminente.
Il sistema anaerobico alattacido è caratteristico delle fibre muscolari a contrazione rapida (dette
anche bianche o IIB), che per ruolo, sono le uniche ad avere le capacità di incaricarsi del lavoro
muscolare molto intenso e breve. Durante un tipo di attività breve e intensa, il decremento della
forza è collegato all'esaurimento delle riserve muscolari di fosfocreatina (CP).
Caratteristiche del sistema anaerobico alattacido in sintesi sono:
Potenza: Elevata (60-100 Kcal/min).
Capacità: Molto bassa (5-10 Kcal), per un'autonomia energetica di 4”- 8” (fino a 15” al massimo).
Latenza: Minima o nulla (la CP si degrada appena cala la concentrazione di ATP).
Ristoro: Rapido, l'energia spesa viene ripristinata dopo circa 3 minuti, anche se, al cessare dello
sforzo o al diminuire dell'intensità gran parte della creatina viene “rifosforilata” a CP in circa 10".
SISTEMA ANAEROBICO LATTACIDO
Se un impegno massimale si protrae oltre 7”- 8”, il sistema anaerobico alattacido non è più in
grado di ricostruire l'ATP consumato. A questo punto interviene allora un altro sistema di
riproduzione di ATP, quello anaerobico lattacido o glicolisi, che consiste nella degradazione degli
zuccheri, in assenza di ossigeno e con produzione di acido lattico. Per questo motivo si chiama
anaerobico lattacido, mentre il termine glicolisi è motivato dal fatto che questo sistema usa
esclusivamente glicogeno per produrre energia necessaria per la resintesi dell'ATP.
La molecola di glicogeno, polisaccaride formato da una lunga catena di molecole di glucosio e che
rappresenta la fonte di riserva del glucosio stesso negli animali, attraverso una serie di reazioni
biochimiche, porta alla formazione di acido piruvico (piruvato) che, nel momento in cui risulta
essere in eccesso in seguito ad un'alta richiesta energetica, viene trasformato in acido lattico (lattato)
attraverso un enzima specifico (lattato deidrogenasi), liberando così energia per la resintesi dell'ATP:
Glicogeno - glucosio →acido piruvico (lattato deidrogenasi) →acido lattico + energia.
L'accumularsi di acido lattico nel muscolo rallenta la velocità di scissione del glicogeno
interferendo con il meccanismo coinvolto nella contrazione muscolare, che può diventare
dolorosa e subentra il fenomeno della fatica. L'acidità muscolare causata dall'acido lattico (anche
se questo non ne è la causa diretta), per valori di pH 6.5 (il pH normale è di 6.9) impedisce
infatti la contrazione muscolare.
Pertanto nel caso di sforzi protratti col sistema lattacido mediante glicolisi anaerobica, la durata
media dell'attività è di 30”- 40” in modalità massimale (inclusa l'iniziale attività alattacida) ed il
soggetto sarà poi costretto a scegliere se ridurre notevolmente l'intensità per continuare lo sforzo
facendo subentrare progressivamente il meccanismo aerobico, o interrompere l'attività
muscolare.
Caratteristiche del sistema anaerobico lattacido in sintesi sono:
Potenza: Intermedia (fino a 50 Kcal/min).
Capacità: Intermedia (fino a 40 Kcal), per un'autonomia energetica da 10”-15” a circa 90”-120”
(massima resa tra 15”- 50”).
Latenza: 15” - 30” (se l'esercizio è subito molto intenso, interviene in coda al sistema alattacido).
Ristoro: Subordinato alla eliminazione dell'acido lattico con resintesi del glucosio, Il tempo di
“semipagamento” del lattato è di circa 15'. Ciò significa che dopo 15' la concentrazione di
lattato si è ridotta della metà e così via ogni quarto d'ora fino al ritorno a livelli basali. I sintomi
da presenza di acido lattico, pertanto, in generale non sono assolutamente da confondere con
quelli da indolenzimento muscolare ad insorgenza ritardata, meglio noto con l'acronimo
anglosassone D.O.M.S. (Delayed Onset Muscle Soreness), i cui effetti colpiscono solo i muscoli
scheletrici, e che solitamente si palesano tra le 12 e le 72 ore circa dallo sforzo fisico intenso,
perdurando anche per 5-6 giorni consecutivi.
SISTEMA AEROBICO
Tale processo avviene in presenza di ossigeno, all'interno di organi cellulari specializzati detti
mitocondri. Dipende dall'ossidazione degli zuccheri e dei grassi liberi che, una volta dissolti ad
acido piruvico attraverso tutta una serie di reazioni a catena, si dissolvono completamente in
acqua ed anidride carbonica, liberando una certa quantità di energia per la resintesi dell'ATP. Se
si stabilisce uno stato di equilibrio tra i fenomeni di scissione dell'ATP e l'apporto di ossigeno, si
ha lo steady state, cioè una condizione di parità tra energie spese e carburante prodotto, che
consente di mantenere l'attività muscolare efficiente per lungo tempo:
Glicogeno + lipidi + O2 (ossigeno) →CO2 (anidride carbonica) + H2O (acqua) + energia.
Il metabolismo aerobico dei carboidrati, cioè la glicolisi aerobica, ha inizio nello stesso modo
della glicolisi anaerobica che caratterizza il metabolismo anaerobico lattacido. Tuttavia in questo
caso, grazie alla sufficiente presenza di ossigeno, il piruvato non viene convertito in acido lattico
ma entra in due lunghe serie di reazioni chimiche chiamate Ciclo di Krebs e Catena di trasporto
degli elettroni. Questa serie di reazioni producono infine anidride carbonica che viene espirata
dai polmoni, e acqua. Per attività prolungate (come la corsa blanda protratta per mezz'ora ed
oltre), all'inizio viene usato prevalentemente il glucosio, mentre in una fase successiva (dopo circa
20 minuti) vengono utilizzati anche i grassi. Per tale motivo l'organismo umano lo utilizza solo
quando il lavoro muscolare viene eseguito ad intensità moderata, anche se per lunga durata.
Questa nozione spiega come per perdere peso, o più precisamente per eliminare una certa
quantità di grasso superfluo, le esercitazioni più idonee siano quelle di intensità moderata, ma
protratte per lungo tempo.
Fra i tre meccanismi energetici, il sistema aerobico è quello che ha la capacità più grande, ma la
potenza più ridotta (circa il 27% di quello anaerobico alattacido).
Il sistema aerobico, come accennato in precedenza, dipende in maniera preponderante dalla
quantità di O2 che può essere trasportato dall'esterno alle cellule muscolari; quindi dalla
funzionalità degli apparati respiratorio e cardiocircolatorio. Infatti è proprio dalla maggiore o
minore quantità di ossigeno che si potrà indurre nel circolo sanguigno e far pervenire ai tessuti
muscolari durante l'esercizio fisico, che dipenderanno le possibilità di durata e di rendimento
dell'esercizio stesso. Naturalmente la massima potenza aerobica dipenderà dal massimo
consumo di ossigeno (V02 max), ossia dalla massima quantità di ossigeno che il soggetto
utilizza, nell'unità di tempo, per produrre energia. In altri termini, la massima potenza aerobica
rappresenta la più alta intensità di lavoro in condizioni aerobiche. Se l'intensità viene aumentata
oltre quella che corrisponde al V02 max, si avrà allora formazione di acido lattico per intervento
del meccanismo della glicolisi.
Caratteristiche del sistema aerobico in sintesi sono:
Potenza: Bassa (fino a 20 Kcal/min).
Capacità: Alta (fino a 2000 Kcal), per un'autonomia energetica potenzialmente illimitata.
Latenza: Lenta 2' - 3' (inizia ad attivarsi da circa 50” di sforzo).
Ristoro: Molto lungo (36-48 ore).
Quadro riassuntivo
Tempo
Sistema energetico
Prestazione
fino a 8” - 10” anaerobico alattacido
alta
fino a 45”- 60” anaerobico lattacido
medio-alta
fino a 3’
diminuisce attività anaerobica
medio-bassa
aumenta quella aerobica
oltre i 4’
aerobico
bassa
INTERAZIONE TRA SISTEMI ENERGETICI
In conclusione, nonostante una fonte energetica possa essere predominante in risposta ad una
determinata attività muscolare (ad esempio il sistema alattacido per l'alzata massimale, o quello
aerobico per la corsa o la maratona), in realtà tutte le tre fonti energetiche provvedono a fornire
l'ATP richiesta dal corpo in ogni momento. Perciò, il sistema dei fosfati interviene anche
quando il corpo è in stato di riposo, mentre le fonti aerobiche intervengono anche durante
l'alzata massimale. Anche in stato di riposo viene prodotta da muscoli una piccola quantità di
lattato, che viene poi rilasciata nel sangue. Durante una maratona, anche se la maggior parte
dell'energia viene apportata dalle fonti ossidative, una piccola parte dell'energia richiesta
proviene dai sistemi anaerobici dei fosfati e del lattato. Sebbene tutti i tre sistemi forniscano
energia per ricavare parte dell'ATP richiesto per qualsiasi attività, come cambiano la durata o
l'intensità dell'esercizio, cambia anche la predominanza tra uno dei tre sistemi. Non c'è un
punto esatto in cui una fonte energetica provvede a fornire la maggior parte dell'ATP per
un'attività. Le variazioni nella percentuale dei contributi da parte dei tre sistemi viene
condizionata dall'intensità e dalla durata dell'esercizio. Ad esempio, se un maratoneta durante
un percorso incontra una salita, come risultato dell'aumento dell'intensità dello sforzo aumenta
la componente anaerobica lattacida, il lattato si accumula nel corpo, e l'acido lattico
contribuisce maggiormente a fornire energia nell'attività. Il contributo dei tre sistemi energetici
nell'attività fisica è dinamico e varia con il variare della durata e dell'intensità.
Fonti consultate
Gianni Leali - L'ALLENAMENTO SPORTIVO. Teoria e metodologia
Giuseppe Cilia - L'EDUCAZIONE FISICA. Le basi scientifiche del controllo e dello sviluppo del movimento
• Andrea Lenzi, Gaetano Lombardi, Enio Martino - ENDOCRINOLOGIA E ATTIVITÀ MOTORIE
• www.my-personaltrainer.it
• www.nonsolofitness.it
• www.pianetaciclismo.com
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