Aerobico ed anaerobico sono due accezioni utilizzate per distinguere i processi di produzione dell'energia cellulare che si attivano in presenza o assenza di ossigeno all'interno di un organismo vivente. In generale, l'insieme dei processi di produzione di energia che avvengono in una cellula costituisce quello che viene definito metabolismo cellulare.
Attraverso il metabolismo, la cellula ottiene i nutrienti ed elimina i rifiuti. Una volta assunte le biomolecole attraverso il cibo, esse vengono degradate fino ad ottenere sostanze più semplici quali acqua ed anidride carbonica. Anaerobico ed anaerobico sono termini utilizzati anche per definire i microrganismi che sono capaci di vivere in ambienti in cui l'ossigeno è presente o meno.
In particolar modo parliamo di microrganismi batterici che hanno sviluppato processi metabolici che gli permettono di produrre energia anche in assenza di ossigeno, oppure di quei batteri che riescono a produrre energia in presenza ed assenza di ossigeno grazie alla attivazione di differenti processi metabolici.
Respirazione Cellulare: Il Fondamento del Metabolismo Energetico
La respirazione cellulare è un processo metabolico per la maggior parte di tipo aerobico che avviene all'interno dei mitocondri negli eucarioti e sulla membrana citoplasmatica nei procarioti. Questo meccanismo consente il trasporto di elettroni e protoni dal glucosio all'ossigeno formando H2O; in più gli atomi di carbonio vengono liberati sotto forma di CO2. Questo consente di produrre energia (ATP) e degradare le molecole complesse derivate dall'ingestione del cibo.
In maniera generale possiamo dividere la respirazione cellulare in tre fasi:
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- Glicolisi: è l'unica parte anaerobica del processo di respirazione cellulare. Questo processo avviene all'interno del citosol cellulare e consente di scindere una molecola di glucosio in due molecole di acido piruvico o piruvato attraverso dieci differenti reazioni catalizzate da diversi enzimi.
- Ossidazione del piruvato: è il secondo passaggio della respirazione cellulare che avviene nella matrice mitocondriale. Attraverso dei catalizzatori enzimatici il piruvato (con tre atomi di C) viene convertito in un gruppo acetilico a due atomi di carbonio (Acetil Coenzima A). Questa molecola entra nel ciclo dell'acido citrico (anche detto ciclo di Krebs) ove viene ossidata completamente in CO2. Contemporaneamente viene prodotta ATP poiché ad ogni ciclo, gli elettroni disponibili vengono trasferiti a NAD+ e FAD i quali sono ridotti in NADH e FADH2.
- Fosforilazione Ossidativa: si tratta dell'ultimo passaggio della respirazione cellulare che avviene sempre a livello mitocondriale. Tutti gli elettroni immagazzinati dalle molecole trasportatrici di NAD+ e FAD vengono trasferiti all'O2 generando un gradiente di ioni H+ che viene sfruttato per sintetizzare l'ATP a partire dall'enzima ATP sintasi.
Fermentazione: Un Percorso Anaerobico Alternativo
La fermentazione è il processo metabolico che si attiva in assenza di ossigeno e pertanto risulta essere di tipo anaerobico. In questo processo avviene regolarmente la glicolisi ma non si attiva la fosforilazione ossidativa con relativo trasferimento di elettroni all'O2.
- Lattica: il piruvato prodotto dalla glicolisi viene convertito in lattato il quale accumula in maniera temporanea gli elettroni e quando l'ossigeno torna a livelli normali, viene riconvertito in piruvato e NADH così da poter cedere gli elettroni alla catena di trasporto.
- Alcolica: Il piruvato prodotto dalla glicolisi viene convertito in alcol etilico e CO2 in un processo a due passaggi in cui anche il NADH viene convertito in NAD+. La fermentazione alcolica è quel processo che avviene nella panificazione durante la lievitazione.
Organismi Aerobici e Anaerobici: Una Classificazione
Come abbiamo accennato in precedenza, vi sono organismi che possono sopravvivere in assenza o in presenza di ossigeno ma anche in entrambi i casi:
- Anaerobi obbligati: sono organismi che vivono solo in ambienti che non presentano alcuna traccia di ossigeno poiché privi di enzimi necessari alla fosforilazione ossidativa. Tra questi vi sono i batteri che causano il botulismo (Clostridium Botulinum ) ed il tetano (Clostridium Tetani).
- Anaerobi facoltativi: sono organismi che possono scegliere di utilizzare la via ossidativa o fermentativa a seconda della disponibilità di ossigeno nell'ambiente. Tra questi possiamo citare il batterio Escherichia Coli che colonizza il tratto gastrointestinale umano ed i batteri del genere Lactobacillus utilizati per produrre lo yogurt e il siero del latte.
- Aerobi obbligati: sono organismi che vivono solo in ambienti in cui domina l'ossigeno. Questi infatti non hanno la possibilità di effettuare le reazioni di fermentazione poiché sprovvisti degli enzimi necessari.
Metabolismo Aerobico: L'Utilizzo dell'Ossigeno per l'Energia
Il metabolismo aerobico "consuma" glucosio, acidi grassi e amminoacidi, sfruttando l'azione dell'ossigeno. Non produce molecole di scarto ad azione limitante sulla performance e l'unico fattore limitativo è la disponibilità di glucosio. In poche parole l'energia è prodotta aerobicamente fino a quando l'ossigeno fornito ai muscoli durante l'esercizio attraverso il sistema cardiovascolare è sufficiente.
Durante il riposo, ma anche durante sforzi moderati, i vostri muscoli lavorano in modo aerobico, perché consumano in prevalenza ossigeno. L'attività aerobica, come camminare, correre, nuotare o andare in bicicletta, è efficace nel bruciare un elevato numero di calorie durante l’esercizio.
Esempi classici sono la corsa, il nuoto, il ciclismo o la camminata veloce. Durante gli esercizi di natura aerobica, che tendono ad essere di intensità moderata ma prolungata, cuore e polmoni sono impegnati attivamente nel fornire l’ossigeno necessario.
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L’allenamento aerobico offre molti vantaggi oltre al miglioramento della resistenza fisica. Favorisce la salute cardiovascolare, abbassando la pressione sanguigna e migliorando il profilo lipidico. Un ulteriore punto a favore dell’allenamento aerobico sta nella perdita di peso.
Adattamenti all'Allenamento Aerobico
- Se l'allenamento è prevalentemente aerobico a bassa o media intensità e prolungato: avviene un miglioramento della capacità aerobica di base, con miglior efficienza cardiaca, una più intensa capillarizzazione dei muscoli interessati, aumento della fitness bronco-polmonare, specializzazione delle unità motorie nella via ossidativa e quindi aumento dei mitocondri e degli enzimi deputati.
- Migliorano colesterolemia, glicemia, trigliceridemia e pressione sanguigna. Si assiste a una riduzione statistica del rischio di patologie metaboliche, aterosclerosi ed eventi vascolari.
- Il costo energetico è basso nell'unità di tempo, ma è possibile protrarre lo sforzo fino ad ottenere alti costi calorici complessivi. L'EPOC (Excess Postexercise Oxygen Consumption) è modesto e il bisogno di recupero rigenerativo altrettanto moderato.
- Se l'allenamento è di base aerobico ma oltrepassa la soglia anaerobica: tutti gli effetti sopra indicati aumentano, a patto che il volume di allenamento rimanga considerevole. Migliorano ovviamente le capacità anaerobiche lattacide. L'autonomia si riduce, aumentano l'EPOC e la necessità di recupero rigenerativo tra gli allenamenti, mentre il monte calorico speso complessivamente si riduce.
Metabolismo Anaerobico: Energia Senza Ossigeno
Il sistema anaerobico fornisce la maggior parte dell'energia indispensabile per gli allenamenti di forza. Pertanto, i nostri muscoli scheletrici continuano a produrre energia anche quando il sistema cardiovascolare non è in grado di fornire abbastanza ossigeno ai muscoli, generando energia anaerobicamente, cioè senza ossigeno.
Qui, la storia è un po’ diversa. Questo tipo di esercizio è caratterizzato da attività brevi e ad alta intensità, dove l’energia è prodotta senza l’uso diretto dell’ossigeno. Durante gli esercizi anaerobici il corpo è sottoposto a uno sforzo intenso per un breve lasso di tempo, necessitando così di una fonte immediata di energia. Questa energia deriva da riserve già presenti e prontamente disponibili all’interno del corpo, come l’adenosintrifosfato (ATP) e il glucosio muscolare.
L’allenamento anaerobico è eccellente per migliorare la forza muscolare, la potenza e la massa muscolare. Diversamente dall’aerobico, l’allenamento anaerobico non utilizza l’ossigeno per produrre energia. Definito come esercizio a “fiato corto”, si identifica in attività brevi e intense. Sprint, sollevamento pesi ed esercizi di forza in generale rientrano in questa categoria. La pratica regolare porta a un aumento della massa muscolare, il che può contribuire a un metabolismo basale più elevato, consentendo di bruciare più calorie anche a riposo. Il lavoro anaerobico serve principalmente per potenziare e definire i muscoli.
L’esercizio anaerobico è un tipo di attività che si contraddistingue per gli sforzi intensi ma di breve durata come per esempio gli scatti, la corsa veloce, i salti, il sollevamento pesi, ossia attività durante le quali il fisico viene portato vicino al limite della propria forza o della velocità. Questo tipo di esercizio ha bisogno di momenti di riposo prima di essere ripetuto.
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L’attività anaerobica è finalizzata ad aumentare la potenza della parte del corpo sottoposta a sforzo e costruisce massa muscolare a discapito della massa grassa; inoltre rafforza i tendini, i legamenti, le ossa e le articolazioni.
Sistemi Anaerobici
Il metabolismo anaerobico si divide in due tipi:
- alattacido con utilizzo dei fosfageni muscolari (adenosin tri fosfato e creatin fosfato) e senza la rimanenza di acido lattico (utilizzata soprattutto nell'espressione di forza massimale e velocità pura).
- lattacido con utilizzo del glucosio e rimanenza di acido lattico (utilizzata ogni qual volta il precedente metabolismo, oppure quello aerobico, non risultano in grado di coprire la domanda energetica).
Sistema ATP-PC (Anaerobico Alattacido)
Il sistema ATP-PC (anaerobico alattacido) è predominante nei primi secondi di attività intensa, ma il suo contributo diminuisce molto rapidamente. Nel meccanismo anaerobico alattacido l'ossigeno non interviene e proprio a questa caratteristica si deve l'aggettivo "anaerobico".
Il sistema anaerobico alattacido ha una latenza molto breve, una potenza elevata ed una capacità estremamente ridotta. Le riserve di fosfocreatina, infatti, si esauriscono rapidamente (circa 4-5 secondi). Durante l'attività muscolare intensa e di breve durata, il decremento della forza sviluppata è direttamente collegato al depauperamento delle riserve muscolari di fosfocreatina.
ATP e fosfocreatina stivate nei muscoli vengono usate contemporaneamente nel corso di sforzi brevi ed intensi. Anche questo sistema energetico non utilizza ossigeno. Il primo ovvero quello alatacido viene usato in attività come sollevamento pesi, scatto, salto, per uno sforzo intenso ma limitato nel tempo. In questo caso viene utilizzato il CP (creatin-fosfato o fosfocreatina), una bomba energetica che viene usato per un impegno muscolare che dura 10 secondi. Il CP dà il massimo dell'energia che dopo 10 secondi è consumato.
Glicolisi Anaerobica (Anaerobico Lattacido)
La glicolisi anaerobica prende il sopravvento subito dopo, fornendo energia per un periodo più esteso rispetto all’ATP-PC, ma anch’essa diminuisce progressivamente. Nel citoplasma delle cellule il glucosio muscolare viene trasformato in acido lattico attraverso una serie di 10 reazioni catalizzate da enzimi.
Dal momento che il piruvato in presenza di O2 partecipa alla produzione di ATP, la glicolisi è anche la prima fase della degradazione aerobica dei carboidrati. Sono presenti nei muscoli isoforme di LDH che favoriscono la conversione di piruvato in lattato tipico delle fibre veloci.
Entra in gioco il metabolismo "latacido" con il glicogeno, che sarebbe un accumulo di zuccheri nei muscoli. Si divide in acido piruvico (sostanza buona) e acido lattico. Quest'ultimo crea difficoltà alla contrazione muscolare, avvelena i muscoli momentaneamente e determina l'indolenzimento dei muscoli.
Adattamenti all'Allenamento Anaerobico
- Se l'allenamento è anaerobico di media durata: più l'intensità aumenta, calando il volume, meno cospicui si rivelano gli adattamenti citati nel punto uno. Aumentano le caratteristiche d'oltre-soglia anaerobica, la capacità di utilizzare il glucosio e la gestione dei carboidrati alimentari. Si riduce drasticamente l'impiego dei grassi durante la sessione, aumenta l'EPOC, aumenta il bisogno di recupero rigenerativo e si abbatte il costo calorico globale.
- Se l'allenamento è anaerobico di breve durata: subentra la prevalenza del metabolismo anaerobico alattacido. Non si verificano gli adattamenti aerobici del punto 1. Migliorano la forza e/o la velocità, aumenta il trofismo muscolare e viene prevenuto il catabolismo dello stesso (come avviene con la terza età), si garantisce un ottimo mantenimento della massa ossea, ne trae solitamente vantaggio la funzionalità globale - ma questo dipende molto dal tipo di esercizi scelti e dalla condizione di base della persona.
Tabella Comparativa: Metabolismo Aerobico vs. Anaerobico
| Caratteristica | Metabolismo Aerobico | Metabolismo Anaerobico |
|---|---|---|
| Utilizzo di Ossigeno | Sì | No |
| Durata dell'Attività | Prolungata | Breve |
| Intensità dell'Attività | Moderata | Alta |
| Fonti di Energia | Glucosio, grassi, amminoacidi | ATP, glucosio (glicogeno) |
| Prodotti di Scarto | Acqua, anidride carbonica | Acido lattico (nel metabolismo lattacido) |
| Esempi di Attività | Corsa, nuoto, ciclismo | Sprint, sollevamento pesi |
| Benefici Principali | Resistenza cardiovascolare, consumo calorico | Forza, potenza, massa muscolare |
Considerazioni Finali: Integrare Aerobico e Anaerobico
È tuttavia importante comprendere che è concettualmente più corretto considerare gli esercizi aerobici e anaerobici come estremi di un continuum, piuttosto che come categorie nettamente separate. Questa scala va da attività “prevalentemente aerobiche” a quelle “prevalentemente anaerobiche”. Molti sport e forme di esercizio fisico, infatti, incorporano elementi di entrambi. Un esempio classico è la combinazione di una camminata, che è per lo più un’attività aerobica, con l’aggiunta di brevi sprint, che sono invece prevalentemente anaerobici.
In conclusione, mentre l’attività aerobica è spesso considerata più efficace per la perdita di peso immediata data la sua capacità di bruciare un grande numero di calorie, l’attività anaerobica è altrettanto importante per aumentare la massa muscolare e migliorare il metabolismo nel lungo termine.
Al fine di ottenere dei risultati concreti in termini di dimagrimento, consumare calorie attraverso l’attività aerobica prolungata è importante, ma non è sufficiente. Bisogna anche produrre le condizioni affinché si verifichi un innalzamento del metabolismo basale, attraverso l'aumento della massa muscolare a discapito di quella grassa tramite l’attività fisica anaerobica.
In conclusione quindi possiamo dire che è bene alternare i due tipi di attività fisica, prevedendo nel proprio piano settimanale momenti di attività fisica aerobica e altri finalizzati all’aumento della massa muscolare. Ogni forma di attività fisica, se ben organizzata ed eseguita, è in grado di apportare numerosi benefici psicofisici.
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