Esercizio, stress cellulare e
adattamenti all'allenamento
Claudio Stefanelli
Alma Mater Studiorum
Università di Bologna
RICERCA DI
BASE
OSSERVAZIONI
PRATICHE
RICERCA
APPLICATA
ESERCIZIO
BENESSERE SALUTE
INFORMAZIONE
CONSAPEVOLEZZA
ATTIVITA’ FISICA
POPOLAZIONE
SEZIONE TRASVERSALE
SEZIONE LONGITUDINALE
Associati alla titina:
Calpaina
un enzima proteolitico
Titina cinasi fosforila la titina in siti specifici
Altre proteine
1. Meccanosensore
2. Regolazione della degradazione delle proteine sarcomeriche
TURNOVER PROTEICO
CONTROLLO DI QUALITA’
NEI MAMMIFERI SONO PRESENTI 4 ISOFORME DELLA CATENA PESANTE
DELLA MIOSINA :
1, 2A, 2B, 2X
NELL’UOMO: 1, 2A, 2X
FIBRE I : FIBRE LENTE (MUSCOLO ROSSO) SPECIALIZZATE NEL
METABOLISMO AEROBICO
FIBRE II :
IIa E IIx FIBRE RAPIDE (MUSCOLO BIANCO)
FIBRE IIx SPECIALIZZATE NEL METABOLISMO ANAEROBICO
FIBRE IIa HANNO CARATTERISTICHE INTERMEDIE
ATP : Adenosina Trifosfato
(nel muscolo circa 5 mmoli/kg)
Consumo di ATP del tessuto muscolare scheletrico rispetto all’intero organismo
A riposo
Nell’esercizio
circa 20% (turnover proteico, flussi ionici, normale metabolismo)
fino a 90% (contrazione muscolare, flussi ionici)
ESERCIZIO
• esercizio aerobico, a bassa o media
intensità, in cui l’ATP è formato in massima
parte nei mitocondri mediante la
fosforilazione ossidativa che segue il
catabolismo ossidativo. Questo esercizio è
sostenuto principalmente dalle fibre di tipo I;
• esercizio anaerobico, ad alta
intensità, in cui l’ATP
viene formato in massima parte nel
sarcoplasma mediante i meccanismi
anaerobici di fosforilazione diretta. Questo
esercizio è sostenuto principalmente dalle
fibre di tipo II.
MECCANISMI ENERGETICI
1 - CATABOLISMO OSSIDATIVO e
FOSFORILAZIONE OSSIDATIVA
2 - GLICOLISI ANAEROBICA
Il glucosio è degradato a piruvato, che poi è
massimamente convertito in lattato
3- SISTEMA DEI FOSFATI AD ALTA ENERGIA
ATP presente
fosfocreatina
reazione della Miocinasi
ESERCIZIO ANAEROBICO:
- GLICOLISI :
FOSFORILAZIONE A
LIVELLO DEL SUBSTRATO
- FOSFATI AD ALTA ENERGIA
- ATP PREESISTENTE
- TRASFERIMENTO DI UN GRUPPO
FOSFATO DALLA FOSFOCREATINA
- REAZIONE DELLA MIOCINASI
ADP + Fosfocreatina ↔ ATP + Creatina
CK
ESERCIZIO AEROBICO
GLI ELETTRONI SOTTRATTI NEL
CORSO DEL CATABOLISMO
OSSIDATIVO DI
GLUCIDI
LIPIDI
AMINOACIDI
CORPI CHETONICI
Sono inviati alla catena respiratoria
mitocondriale che li trasferisce
all’ossigeno:
FOSFORILAZIONE OSSIDATIVA
INTENSITA’ DELL’ESERCIZIO
da Rapoport B.I. (2010) Metabolic Factors Limiting Performance in
Marathon Runners. PLoS Comput. Biol. 6(10)
BIOCHIMICA DELL’ALLENAMENTO
SEGNALI CHE PORTANO ALL’ADATTAMENTO
ESERCIZIO
- ORMONI CIRCOLANTI:
adrenalina, cortisolo, testosterone,
aldosterone, angiotensina II, adiponectina,
ormone della crescita (GH), IGF-I sistemico
- ORMONI LOCALI (MUSCOLO):
IGF-I e MGF
Fattori angiogenici
Miostatina
CONTRAZIONE: STRESS MECCANICO
MECCANOSENSORI:
- INTEGRINE (MEMBRANA)
- CANALI ATTIVATI DA STIRAMENTO (MEMBRANA)
- TITINA (SARCOMERO)
AUMENTO DEI LIVELLI DI Ca2+
ESERCIZIO
Ca2+ :
Contrazione
Entrata dall’esterno
IGF-I
Ipossia
Rilascio da reticolo
ROS
sarcoplasmatico e
mitocondri
-
Ca2+
citoplasmatico
legame alla Calmodulina
e attivazione di
Proteine cinasi Ca2+/calmodulina-dipendenti
(CaMK)
- Calcineurina
STRESS METABOLICO
ATP
AMP
ATTIVAZIONE DI AMPK (Proteina cinasi attivata da AMP)
ALTRE FORME DI STRESS METABOLICO:
- ACIDIFICAZIONE
- IPERIDRATAZIONE
- IPOSSIA
IPOSSIA
pO2 nel miocita:
riposo 22-25 mmHg.
esercizio 10-15 mmHg
Ca2+, ROS , HIF (Hypoxia Inducible Factor)
Vie di
segnalazione
sintesi nuove
proteine
STRESS OSSIDATIVO
ESERCIZIO
(0,1-0,2 % dell’O2 nella catena respiratoria
può essere ridotto parzialmente)
ROS e RNS
STATO REDOX CELLULARE
Regolazione della
funzione e della sintesi
delle proteine
ALLENAMENTO ANAEROBICO
Cellule satelliti
fibrocellule muscolari
IPERTROFIA
Ronnie Coleman sette volte Mr. Olympia.
180cm. 127kg. 4.5% di massa grassa
ALLENAMENTO AEROBICO
ALLENAMENTO AEROBICO
Aumento della capillarizzazione
Lieve o nulla ipertrofia delle fibre I
Aumento del trasportatore di glucosio
GLUT-4
ALLENAMENTO ANAEROBICO
ipertrofia delle fibre II
Aumento lieve della capacità glicolitica
Aumento del glicogeno
Aumento del glicogeno
Aumento dei trasportatori di acidi grassi
Aumento degli enzimi dell’ossidazione
Aumento lieve di Creatina Cinasi e
degli acidi grassi
Miocinasi
Aumento dei triacilgliceroli
Aumento della capacità tamponante
intramuscolari
intracellulare
Aumento degli enzimi del ciclo di Krebs
Aumento del numero e della dimensione
dei mitocondri
Aumento notevole della capacità
ossidativa
Aumento glutatione perossidasi e
Superossido dismutasi
Aerobic (Endurance)
Resistance (Strength)
Whole-Body and Metabolic Health
Resting insulin levels
↑↑
↓↓
↔
↓
↑↑
↓
↑↑
↓
Insulin response to glucose
challenge
↓↓
↓↓
Resting heart rate
↑↑
↓↓
↓↓
↑↑
↓
↔
Stroke volume, resting and
maximal
↑↑
↔
Posture
↔↓
↔↓
↓↓↓
↑
↑
↔
↔
↔↓
↓
↑↑
↑
↑
Ability in activities of daily
living
↔↑
↑↑
Bone mineral density
Percent body fat
Lean body mass
Insulin sensitivity
Inflammatory markers
Systolic
Diastolic
Cardiovascular risk profile
Basal metabolic rate
Flexibility
Results of most epidemiological and
laboratory studies suggest an inverse
relationship between regular exercise and
the risk of certain malignancies, such as
intestinal, colon, pancreatic, breast, lung,
skin, mammary, endometrial,
and prostate cancer.
L’esercizio attiva l’AUTOFAGIA
ORGANULI DANNEGGIATI, AGGREGATI PROTEICI E ALTRE STRUTTURE SONO INGLOBATI
IN UN VACUOLO (AUTOFAGOSOMA) CHE POI SI FONDE A UN LISOSOMA, DOVE
AVVIENE LA DIGESTIONE E IL RICICLAGGIO DEL CONTENUTO
L’AUTOFAGIA E’ IL PRINCIPALE MECCANISMO DI ELIMINAZIONE DI PROTEINE E
ORGANULI DANNEGGIATI (SPECIALMENTE MITOCONDRI)
L’AUTOFAGIA CONTRIBUISCE A MANTENERE L’OMEOSTASI CELLULARE
LONGEVITA’
REGOLAZIONE DEL METABOLISMO
L’ESERCIZIO MODULA LA FUNZIONE DELLA
PROTEINA CINASI mTOR
mTOR deregulation
Metabolic diseases, obesity, diabetes
Neurodegenerative diseases
Cancer
Heart disease
