BIOENERGETICA
FONDAMENTI DI FISIOLOGIA
NEUROMUSCOLARE
NOZIONI DI FISIOLOGIA
CARDIORESPIRATORIA
ALLENAMENTO FISICO
ASPETTI AMBIENTALI
NUTRIZIONE E CONTROLLO DEL PESO
CORPOREO
La FISIOLOGIA DELL’ESERCIZIO è
un aspetto della medicina dello sport
che è rivolto a studiare in che modo
il corpo, dal punto di vista funzionale,
risponde, si aggiusta e si adatta
all’esercizio fisico
ENERGIA come la capacità di eseguire un lavoro
LAVORO come l’applicazione di una forza lungo una distanza
ENERGIA E LAVORO SONO
CONCETTI INSEPARABILI
FORME DI ENERGIA
CHIMICA
TERMICA
LUMINOSA
ELETTRICA
NUCLEARE
MECCANICA
Il ciclo biologico dell'energia.
L'energia arrecata dalla luce solare viene utilizzata dalle piante per fabbricare
molecole alimentari a partire da C02 e H20, con liberazione di ossigeno. Sia le
piante stesse che gli animali, compresi gli esseri umani, usano ossigeno per
demolire gli alimenti onde ricavarne l'energia di cui necessitano per vivere.
A. Struttura semplificata dell'ATP, nella quale vengono evidenziati i legami
fosfatici ad alto livello energetico. B. Scissione dell'ATP in ADP e fosfato
inorganico (Pi), con liberazione di energia utilizzabile. La demolizione di 1
mole di ATP fornisce tra 7 e 12 kilocalorie (kcal) di energia.
Nel muscolo operano gli stessi sistemi
metabolici di base di tutte le altre parti
dell’organismo.
Si tratta:
del Sistema del FOSFAGENO
del Sistema GLICOGENO-ACIDO LATTICO
del Sistema AEROBICO
La fonte base dell’energia per la contrazione muscolare è l’ATP
Adenosina-PO3 ~ PO3 ~ PO3 –
I legami che uniscono gli ultimi 2 radicali fosforici alla molecola indicati
con ~ sono legami fosforici ricchi di energia.
L’energia impegnata in ciascuno di essi è di 7300 calorie per mole di
ATP.
Perciò la rimozione del I radicale fosforico della molecola libera 7300
calorie che possono essere utilizzate per fornire energia alla
contrazione muscolare.
L’ATP si trasforma in ADP e quindi in AMP.
Altra energia si ricava dalla FOSFOCREATINA o CREATINFOSFATO la
quale si scinde in creatina e ione fosfato e libera una grande quantità di
energia (10.300 calorie per mole)
Il sistema del fosfageno rappresenta la fonte di
ATP
più
rapidamente
disponibile
per
l’utilizzazione da parte del muscolo.
Alcuni dei motivi di ciò sono che:
1) Esso non dipende da una lunga serie di
reazioni chimiche
2) Non dipende dal trasporto dell’ossigeno che
respiriamo
3) Sia l’ATP che la PC sono immagazzinati
direttamente
all’interno
del
meccanismo
contrattile dei muscoli
Il glicogeno immagazzinato nel muscolo può essere
scisso in glucosio e questo utilizzato poi a scopo
energetico.
Lo stadio iniziale di questo processo viene chiamato
GLICOLISI ANAEROBICA.
Il glucosio viene scisso in ACIDO PIRUVICO con
liberazione di energia e formazione di ATP.
L’ ACIDO PIRUVICO reagisce con l’ossigeno formando
molte altre molecole di ATP.
Quando, però, non vi è ossigeno sufficiente l’acido
piruvico viene convertito in ACIDO LATTICO.
Il sistema aerobico fornisce energia
mediante
l’ossidazione
di
substrati
energetici nei mitocondri. Glucosio, acidi
grassi ed aminoacidi provenienti dagli
alimenti,
dopo
vari
processi
del
metabolismo intermedio, si combinano con
l’ossigeno liberando grandi quantità di
energia che vengono impegnate nella
sintesi di ATP.
M di ATP/min
A. SISTEMA DEL FOSFAGENO 4
B. SISTEMA GLICOGENO-ACIDO LATTICO
C. SISTEMA AEROBICO 1
Per quanto riguarda la resistenza:
A. 8-10 secondi
B. 1,3-1,6 minuti
C. illimitato (fino a che sono disponibili nutrienti)
2,5
il sistema A è utilizzato dal muscolo per
sviluppare picchi di potenza di pochi
secondi, mentre per un’attività atletica
prolungata deve essere impegnato il
sistema aerobico.
Il sistema B interviene specialmente per
fornire altra potenza durante gare di media
durata come le corse di 200-800 m.
1) Le fibre rapide hanno un diametro circa 2 volte
maggiore
2) Gli enzimi che promuovono la liberazione rapida di
energia dal sistema del fosfageno e da quello
glicogeno-acido lattico sono 2-3 volte più attivi nelle
fibre rapide che nelle fibre lente, in modo che le I
possono sviluppare una potenza massimale circa il
doppio di quella delle seconde.
3) le fibre lente sono organizzate per le attività muscolari
protratte, in particolare per generare energia aerobica.
Hanno più mitocondri e contengono più mioglobina.
Le fibre RAPIDE possono sviluppare potenze
estremamente elevate per breve tempo, le
fibre LENTE forniscono, invece, prestazioni
durevoli, poiché sviluppano una forza di
contrazione che può essere mantenuta per
molti minuti o ore.
I muscoli pallidi sono atti a contrazioni rapide come
nel salto, nella corsa, nell’arrampicamento, nella
fuga, nella lotta, servono cioè per manifestazioni di
tipo fasico.
I muscoli rossi, invece, sono responsabili delle
reazioni tonichecome quelle che si verificano nei
meccanismi antigravitari, per il mantenimento della
stazione eretta e della postura
Elemento base di ogni attività atletica è la capacità
funzionale dei muscoli, cioè quanta forza possono
sviluppare al momento dovuto, quanta potenza
possono raggiungere nell’esecuzione di un lavoro e
per quanto tempo possono continuare nella loro
attività.
La forza di un muscolo dipende principalmente
dalle sue dimensioni, con un massimo di forza
contrattile di 3-4 Kg per cm2 dell’area della sua
sezione traversa.
Così, chi è ben dotato di TESTOSTERONE
ed è perciò provvisto di muscoli
corrispondentemente ben sviluppati sarà
molto più forte di chi non gode di questo
vantaggio ormonale.
Avrà una forza muscolare maggiore l’atleta
che attraverso un adeguato programma di
allenamento abbia fatto aumentare le
dimensioni dei propri muscoli.
In un sollevatore di pesi di livello mondiale, ad
es., il muscolo quadricipite può avere una
sezione traversa con una superficie che può
raggiungere i 150 cm2 sicchè può sviluppare
una forza contrattile massimale di 525 Kg.
L’acido lattico determina fatica estrema.
La sua rimozione avviene in 2 modi:
•una parte viene riconvertita in acido piruvico che
viene poi metabolizzato per via ossidativa da tutti i
tessuti dell’organismo
•il resto viene trasformato in glucosio principalmente
nel fegato ed il glucosio usato per reintegrare le
riserve di glicogeno dei muscoli
Durante l’attività fisica viene presto esaurita la
potenzialità energetica aerobica del soggetto
per cui si hanno 2 conseguenze:
•Debito di ossigeno
•Deplezione delle riserve di glicogeno
dei muscoli
Effetto della qualità della dieta sulla velocità di restauro delle
riserve di glicogeno muscolare dopo un’attività fisica protratta
Dalle figg. si può dedurre che è importante,
prima di una prova impegnativa, che la dieta
dell’atleta sia ricca di carboidrati e che è
assolutamente da evitare un impegno fisico
estenuante durante le 48 ore che precedono
la prova atletica.
Il muscolo durante la contrazione
contrae un debito di ossigeno e che
lo paga a raccorciamento avvenuto
Il processo di ristoro di un muscolo
comprende
tutte
quelle
reazioni
biochimiche che gli consentono, non
solo di eliminare i prodotti della fatica,
ma di effettuare una resintesi di principi
energetici indispensabili per la sua
attività
RENDIMENTO MECCANICO DELLA
CONTRAZIONE MUSCOLARE
Lavoro
RENDIMENTO = --------------------Energia spesa
Il rendimento del muscolo scheletrico non è alto: in genere
si aggira intorno intorno al 20-25%; ciò significa che il 7580% dell’energia somministratagli va dissipata in calore per
vincere l’attrito interno
TIPI DI CONTRAZIONE
CONTRAZIONE ISOMETRICA
CONTRAZIONE ISOTONICA
CONTRAZIONE ISOCINETICA
CONTRAZIONE ISOMETRICA o statica: è
una contrazione in cui la lunghezza del
muscolo è costante. Si opera una contrazione
isometrica quando si regge un peso in una
posizione fissa oppure si cerca di spostare un
oggetto inamovibile. (Nell’attività sportiva
contrazioni isometriche si hanno durante la
lotta, nel sollevamento pesi, nel reggere
l’arma del tiro al bersaglio, ecc.)
CONTRAZIONE ISOMETRICA:
a lunghezza costante
CONTRAZIONE ISOTONICA: è una
contrazione a tensione costante e
avviene solitamente in due fasi. Nella
prima aumenta la tensione che viene
prodotta negli elementi elastici fino a
superare di poco la resistenza opposta
dal peso applicato. A questo punto inizia
la
seconda
fase
che
prevede
l’accorciamento del muscolo.
CONTRAZIONE ISOTONICA:
a tensione costante
La
contrazione
è
definita
ISOCINETICA quando la velocità
di accorciamento è costante (es.
movimento rotatorio del braccio
nel nuoto).
Entrambi i tipi di contrazione, isotonica e
isocinetica, sono definiti concentrici in
quanto la loro esecuzione comporta una
riduzione della lunghezza del muscolo con
avvicinamento degli estremi verso il centro.
Al
contrario
quando,
durante
la
contrazione, il muscolo viene allungato,
per esempio durante la deposizione a
terra di un peso posto ad una certa
altezza, si parla di contrazione eccentrica.
LA CONTRATTURA è una contrazione di lunga
durata non controllata dalla trasmissione di
impulsi nervosi, ma reversibile. In questa forma
di contrazione duratura non si osserva, al
contrario del tetano fisiologico, alcun potenziale
d’azione trasmesso. (es. contrattura da potassio,
o contrattura da caffeina).
LO STRETCHING o stiramento viene esercitato
passivamente sull’unità muscolo-tendinea ed ha
l’effetto
di
modificare
le
caratteristiche
viscoelastiche del tessuto connettivo in essa
contenuto. La componente contrattile di
conseguenza andrà incontro ad una minore
tensione con minor spesa energetica.
La scossa muscolare semplice è
la risposta del muscolo ad uno
stimolo liminare o sopraliminare
FATICA MUSCOLARE
La fatica muscolare è un fenomeno
reversibile e transitorio che si
dilegua con il riposo
La fatica dipende:
• Dall’accumulo di cataboliti es. CO2,
ac. Lattico, ac. Piruvico
• Dall’esaurimento delle fonti di
energia, cioè ATP, CP e glicogeno
La fatica insorge prima
nella placca motrice
che nel muscolo stesso
L’aumento del volume del muscolo,
indotto
dall’adozione
di
un
programma di allenamento con
pesi, è dovuto ad un aumento di
superficie della sezione trasversa
delle singole fibre muscolari
Tale aumento è detto ipertrofia
L’ipertrofia delle singole fibre muscolari può essere
attribuita ad una o più delle seguenti modificazioni:
•Incremento del numero e delle dimensioni delle miofibrille
contenute in ciascuna fibra muscolare
•Incremento del quantitativo totale di proteine contrattili, in particolar
modo dei filamenti miosinici
•Incremento della densità dei capillari per fibra
•Incremento della quantità e della robustezza dei tessuti connettivi,
tendinei e legamentosi
Il TONO MUSCOLARE è quello stato di lieve contrazione
basale che posseggono i muscoli a riposo
Esso dipende dal sistema nervoso centrale e periferico.
E’ un tipico riflesso miotatico, che soggiace, però, al
controllo dei centri più rostrali del nevrasse.
Il TONO POSTURALE è invece la condizione di
contrazione di certi muscoli o gruppi di muscoli
scheletrici responsabili del mantenimento della stazione
eretta o di altre posizioni del corpo. Anch’esso è un
fenomeno riflesso (riflesso miotatico) che si estrinseca
tramite motoneuroni e fibre muscolari di tipo tonico.
Il TONO MUSCOLARE è quello stato di lieve contrazione
basale che posseggono i muscoli a riposo
Esso dipende dal sistema nervoso centrale e periferico.
E’ un tipico riflesso miotatico, che soggiace, però, al
controllo dei centri più rostrali del nevrasse.
Il TONO POSTURALE è invece la condizione di
contrazione di certi muscoli o gruppi di muscoli
scheletrici responsabili del mantenimento della stazione
eretta o di altre posizioni del corpo. Anch’esso è un
fenomeno riflesso (riflesso miotatico) che si estrinseca
tramite motoneuroni e fibre muscolari di tipo tonico.
Oltre ai complessi meccanismi centrali e periferici che stanno
alla base del tono posturale, vi sono altre reazioni riflesse di
tipo squisitamente tonico, a punto di partenza dei
propriocettori del labirinto vestibolare e da altri ubicati nei
muscoli e nelle articolazioni cervicali, le quali hanno il compito
di
contribuire
al
mantenimento
dell’equilibrio
ed
all’aggiustamento della postura quando l’animale o l’uomo, in
piedi, si inclinano nelle varie direzioni, avanti o indietro, verso
destra o sinistra.
Si distinguono riflessi tonici labirintici e cervicali sugli arti, sul
collo e sugli occhi.
La locomozione è una
delle azioni volontarie
più automatiche
La locomozione è caratterizzata
da movimenti coordinati degli arti,
in particolare da ritmici e alternati
movimenti
di
flessione
ed
estensione
Richiede per la sua estrinsecazione alcune
reazioni riflesse spinali:
•L’innervazione reciproca
•Il riflesso ipsilaterale flessorio e il riflesso
controlaterale estensorio
Il controllo della locomozione coinvolge tre
strutture:
1.Midollo spinale
2.Tronco dell’encefalo
3.Centro sub-talamico
Il MIDOLLO SPINALE è sede del
“GENERATORE DELLA
LOCOMOZIONE”
Il Midollo spinale controlla e coordina i
movimenti
reciproci
degli
arti
nella
deambulazione e nella corsa. E’ azionato da un
programma intrinseco (pacemaker), che fa
capo a interneuroni situati nella lamina VII, cui
convergono informazioni da recettori periferici
(propriocettori
articolari
ed
esterocettori
cutanei) e da centri sopraspinali
Nel Tronco dell’encefalo vi è il “Centro
della locomozione”, il quale si identifica
con il nucleo cuneiforme, indispensabile per
mantenere in atto la locomozione
Il generatore della locomozione è sotto il
controllo eccitatorio di tale struttura
Il centro della locomozione tramite vie
discendenti
reticolo-spinali,
FASCIO
LOCOMOTORE LATERALE, è capace di
indurre la locomozione attivando e
controllando l’intensità della locomozione
che si esplica a livello spinale. Nella parte
centrale del tronco dell’encefalo esistono
aree in grado di facilitare o inibire il centro
della locomozione.
Il CENTRO SUB-TALAMICO è
implicato
nell’avvio
dell’atto
deambulatorio
•Il ritmo di base della locomozione è generato a
livello centrale da reti neuronali spinali,
•la transizione della fase di appoggio e quella di
oscillazione vengono regolate da segnali afferenti
provenienti dai muscoli flessori ed estensori delle
gambe
•segnali discendenti provenienti dal cervello
regolano l’intensità della locomozione e modificano i
movimenti del passo a seconda delle caratteristiche
del suolo sul quale l’animale cammina
ANIMALE DECEREBRATO
ANIMALE SPINALE
ANIMALE SPINALE
Si ottiene effettuando una sezione trasversa completa
del midollo spinale.
EFFETTI DELLA SEZIONE DEL MIDOLLO SPINALE
Si distinguono tre stadi:
1. SHOCK SPINALE
2. STADIO DELL’ATTIVITA’ RIFLESSA O DELL’AUTOMATISMO MIDOLLARE
3. STADIO TERMINALE
1. SHOCK SPINALE
• Paralisi di tutti i muscoli innervati dal segmento
di midollo caudale alla sezione.
• Anestesia totale ovvero perdita della sensibilità
tattile, profonda e termodolorifica nelle zone
cutanee innervate dal segmento di midollo
caudale alla sezione.
• Abolizione di tutti i riflessi superficiali e profondi.
• Perdita del controllo della volontà sulla minzione
e sulla defecazione.
• Caduta della pressione arteriosa.
2. STADIO DELL’ATTIVITA’ RIFLESSA
•
•
•
•
Ricomparsa dei riflessi spinali.
Comparsa della motilità involontaria.
Ricomparsa del tono muscolare.
Riflessi di difesa o di automatismo midollare.
3. STADIO TERMINALE
•
•
•
•
•
Flaccidità muscolare
Atrofia muscolare
Scomparsa dei riflessi
Incontinenza rettale e vescicale.
Morte.
La postura è la posizione che
assume il corpo a riposo o in
movimento in opposizione alla forza
di gravità
Per contrastare la tendenza del corpo a
cadere, occorre che la forza di gravità sia
bilanciata in ogni articolazione esposta alla sua
azione, dalla contrazione continua “tonica” di
gruppi muscolari detti antigravitari, per la
funzione che svolgono
MUSCOLI ANTIGRAVITARI
1) Arto inferiore:
Sono estensori anatomici e fisiologici (antigravitari)
a) Glutei e il quadricipite, che estendono l’anca e il ginocchio
b) Muscoli posteriori della gamba, come il tricipite surale (soleo e
gastrocnemio) e il flessore lungo delle dita, sono estensori fisiologici
perché svolgono azione antigravitaria (estendono il piede e le dita), ma dal
punto di vista anatomico vengono considerati flessori plantari
2) Arto superiore:
I flessori anatomici del polso e del gomito sono normalmente antigravitari,
in quanto sostengono il peso dell’arto e dei carichi ad esso connessi.
Quando si usano le braccia come appoggio del tronco, diventano
antigravitari i muscoli estensori del gomito e del polso
3) Retrattori del collo
4) Elevatori della mandibola (masseteri)
5) Estensori del dorso e muscoli ventrali dell’addome
Le due posture principali sono:
1. La stazione eretta e le sue varianti (es. posizione seduta)
2. Stazione orizzontale (decubito)
La difficoltà a mantenere la posizione eretta
dipende dal rapporto tra:
L’ampiezza della base di supporto
L’Altezza del baricentro
Nella stazione eretta, il controllo posturale deve provvedere a:
1) Distribuire
la
forza
muscolare,
in
modo
da
controbilanciare la forza di gravità e impedire che arti e
tronco si flettano e cadano a terra (Riflesso miotatico
tonico)
2) Correggere ogni spostamento del centro di gravità (es.
movimenti della testa nello spazio, della testa rispetto al
tronco) (Riflessi stato-tonici o di posizione)
3) Recuperare la stazione eretta, dopo che è stata perduta
(Riflessi cinetici o di raddrizzamento)
RIFLESSI POSTURALI
AD AZIONE SUGLI
ARTI
TONICI
LABIRINTICI
POSTURALI
TONICI
STATICI
(Recettori stimolati da una
posizione del corpo – forze
gravitazionali – RIF LESSI
STATICO-TONICI)
TONICI
CERVICALI
AD AZIONE SUL
COLLO
AD AZIONE SUGLI
OCCHI
AD AZIONE SUGLI
ARTI
DI RADDRIZZAMENTO
AD AZIONE SUGLI
OCCHI
ottici
Labirintici
Del corpo ad Del corpo ad
ad azione Del collo azione sulla azione sul
sui muscoli ad azione testa
corpo
sul corpo
del collo
CINETICI
(stimolo adeguato
prodotto da un
movimento. Provocati da
una accelerazione
angolare o retto-lineare)
ACCELERAZIONE
ANGOLARE
ACCELERAZIONE
RETTO-LINEARE
Riflessi di rotazione sugli
occhi
Pronta reattività alla caduta
Reazione dell’ascensore
SIGNIFICATO DEI RIFLESSI
POSTURALI
La regolazione del tono posturale è legata a informazioni
che provengono da:
1. Propriocettori muscolari
2. Propriocettori articolari
3. Propriocettori tendinei
4. Propriocettori labirintici
5. Recettori pressori (riflessi cutanei)
6. Recettori visivi
Gli aggiustamenti posturali vengono compiuti
per mezzo di due principali tipi di meccanismi:
a) I TIPO, ANTICIPATORI; ruolo dei meccanismi
anticipatori è quello di generare aggiustamenti
posturali prima dell’inizio del movimento. Vengono
modificati dall’esperienza e la loro efficacia
aumenta con l’esercizio
b) II TIPO, RISPOSTA COMPENSATORIA, vengono
evocati da stimoli sensoriali a seguito della perdita
dell’equilibrio
MECCANISMI NERVOSI INTERESSATI
AL CONTROLLO POSTURALE
1. CONTROLLO SPINALE
2. CONTROLLO VESTIBOLARE
3. CONTROLLO VISIVO
a) Riflesso da stiramento
(miotatico tonico)
CONTROLLO SPINALE
(propriocettori muscolari)
b) Riflessi tonici del collo
c) Riflesso estensorio crociato
d) Reazione positiva di sostegno
e) Reazione di piazzamento
Il LABIRINTO VESTIBOLARE (canali semicircolari,
utricolo e sacculo) rispondono alle accelerazioni
retto-lineari, alle variazioni della gravità e alle
accelerazioni angolari
I Riflessi vestibolari informano il SNC:
• sulla direzione della forza di gravità
• sull’accelerazione retto-lineare
La funzione delle risposte evocate da questi recettori sono:
9 controllare l’orientamento del capo nello spazio
9 posizione del capo e degli occhi in rapporto al tronco
9 posizione degli arti e degli occhi in rapporto alla
posizione della testa
e contribuiscono a:
9 mantenere l’orientamento del corpo nello spazio rispetto
alla forza di gravità
9 riportare il corpo ad una posizione eretta quando si
altera la postura
