Il nostro corpo è in grado di produrre energia per sostenere qualsiasi attività che svolgiamo, dalla respirazione alle prestazioni atletiche grazie a tre principali sistemi energetici: il sistema anaerobico alattacido, il sistema anaerobico lattacido e il sistema aerobico. Ogni sistema ha un ruolo specifico e si attiva in base alla durata e all’intensità dell’attività fisica che svolgiamo. A seconda del tipo e della durata dello sforzo si passa dal primo (sforzi brevi ed esplosivi di breve durata), al secondo, per finire al terzo (sforzi prolungati di breve intensità).
Il metabolismo anaerobico indica l'insieme dei processi biochimici che permettono di produrre energia senza l' utilizzo dell' ossigeno. Quindi permettono nell' uomo, di ottenere una molecola di ATP senza l' ausilio della fosforilazione ossidativa, si ha invece una fosforilazione a livello del substrato (cioè si genera una molecola di ATP attraverso un trasferimento diretto su una molecola di ADP di un gruppo fosfato).
Fisiologia: Metabolismo Anaerobico Lattacido Il metabolismo, sistema o meccanismo anaerobico lattacido o anaerobico glicolitico, è uno dei tre sistemi energetici adoperati dal muscolo scheletrico per la produzione di Adenosin tri-fosfato (ATP), ovvero la molecola energetica necessaria per l’attività muscolare. L’anaerobico lattacido è il sistema energetico utilizzato nelle attività che richiedono forza e resistenza per un tempo attorno al minuto (il culmine è raggiunto mediamente tra i 40-45 s). Il suo nome è dovuto alla mancata richiesta di ossigeno (O2) per ossidare alcun substrato energetico (anaerobico), e alla produzione acido lattico (lattacido).
Il Processo del Metabolismo Anaerobico Lattacido
Dal punto di vista biochimico il metabolismo anaerobico lattacido è costituito dalle 10 reazioni enzimatiche che implicano la lisi del glucosio, tale processo avviene a livello cellulare nel citoplasma in assenza di O2, per questo viene anche definito glicolisi anaerobica. Il Metabolismo Anaerobico Lattacido produce energia per la risintesi dell’ATP (Adenosin- Trifosfato l’unica fonte di energia per la contrazione muscolare) attraverso la GLICOLISI, processo di degradazione del glucosio in assenza di ossigeno (fermentazione), che avviene nel citosol, zona del citoplasma della cellula.
Durante il processo di glicolisi 1 molecola di Glucosio, molecola a 6 atomi di carbonio, viene scissa in: 2 molecole di Acido Piruvico, molecola a 3 atomi di carbonio, liberando energia per la sintesi di 2 molecole di ATP e la riduzione di 2 molecole di NAD+ a NADH. In assenza di ossigeno le 2 molecole di Acido Piruvico, attraverso l’enzima Lattico Deidrogenasi, vengono trasformate in 2 molecole di Acido Lattico. Da qui il nome di Metabolismo Anaerobico Lattacido.
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Quando si ha una prevalenza del metabolismo anaerobico lattacido, le ingenti richieste energetiche non permettono all’organismo di assumere e distribuire sufficienti quantitativi di O2, quindi non sarà possibile utilizzare l’acido piruvico nella decima reazione glicolitica, che permetterebbe di ottenere Acetil-CoA da veicolare in quelle che saranno poi le fasi del metabolismo aerobico. Per questo dall’acido piruvico viene prodotto acido lattico.
Quando prodotto, l’acido lattico diffonde rapidamente attraverso la membrana plasmatica e mediante la circolazione viene inviato al fegato dove mediante il ciclo di Cori verrà utilizzato per produrre nuovamente glucosio (processo definito gluconeogenesi). Qualora il lavoro muscolare raggiunga un intensità tale da avere un ritmo di produzione di lattato, notevolmente superiore al ritmo di smaltimento è possibile che si verifichi un accumulo a livello della fibra muscolare, la natura acida del composto altera notevolmente l’ambiente cellulare compromettendone la capacità contrattile anche fino a un livello incompatibile con l’attività fisica. In condizioni fisiologiche, una volta terminata l’attività fisica, l’acido lattico viene normalmente rimosso dal muscolo e metabolizzato con tempistiche che vanno da 30 a 120 minuti in relazione all’attività svolta e alle modalità di recupero: i tempi saranno più lunghi in caso di completo riposo mentre saranno più brevi in caso di recupero attivo.
Il Ruolo dell'ATP e del Glucosio
La cellula muscolare ha a disposizione riserve limitate di ATP (2,5 g/Kg di muscolo, per un totale di circa 50g). Tali riserve sono sufficienti soltanto per lavori massimali della durata di circa un secondo. Nel muscolo, come in altre cellule, esiste una riserva importante di gruppi fosforici attivi chiamata fosfocreatina o creatina fosfato (CP) o fosfageno. La creatina fosfato si forma nel muscolo a riposo associando ad una molecola di creatina una molecola di fosfato inorganico.
Mentre si sta eseguendo la fase anaerobica alattacida, comincia la produzione di acido lattico. In questo momento il muscolo, per continuare ad avere scorte di ATP, deve bruciare substrati. Il primo substrato che viene demolito è il glucosio (gli zuccheri). Il glucosio processato nei processi litici può derivare dalla circolazione ematica o dalle scorte immagazzinate a livello epatico e a livello muscolare sotto forma di glicogeno, ovvero una catena altamente ramificata che permette di stoccare in spazi piuttosto ridotti una notevole quantità di glucosio. Nell’intero organismo si stima che possano essere mediamente presenti tra i 500 e i 750 g di glicogeno.
Interazione con Altri Sistemi Energetici
Anche se i tre sistemi energetici sono distinti nella teoria, nella realtà non lavorano mai veramente in isolamento l’uno dall’altro. Durante qualsiasi attività fisica i sistemi anaerobico alattacido, lattacido e aerobico interagiscono per soddisfare le esigenze energetiche del corpo. L’intensità dell’esercizio è un fattore chiave per capire quale sistema energetico viene utilizzato. La durata dell’esercizio è il punto essenziale per capire quanto a lungo i sistemi anaerobici possono essere utilizzati prima che il sistema aerobico diventi quello dominante. Gli atleti ben allenati hanno una maggiore capacità di utilizzare efficacemente i sistemi energetici.
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Notiamo per l'ennesima volta, come ATP e fosfocreatina (CP) abbiano un ruolo essenziale nei primi secondi di esercizio (attività di potenza) e come tra i 15 ed i 50 secondi subentri il massimo contributo della glicolisi anaerobica, con produzione di lattato.
Esempi di Attività e Sistemi Energetici Coinvolti
Facciamo una rapida panoramica delle diverse attività fisiche, per capire quale sistema energetico possa essere predominante in ognuno di essi. Nell’atletica, ogni specialità richiede un mix unico dei tre sistemi energetici oppure si focalizza su un sistema specifico. Ad esempio, i velocisti si affidano principalmente ai sistemi anaerobici, mentre i fondisti dipendono maggiormente dal sistema aerobico.
Pensa ad esempio ad un giocatore di basket. Si richiede il sistema anaerobica alattacido per veloci sprint per correre magari in difesa o in attacco, o salti esplosivi per afferrare un pallone. Quando un’azione difensiva o offensiva dura diversi secondi si inizia a passare al sistema lattacido. Mentre ovviamente per tutta la partita è essenziale avere un buon allenamento aerobico.
Per quanto riguarda l’allenamento coi pesi, a seconda dello sport esiste un sistema energetico predominante, oppure un mix di questi. Powerlifting e Weightlifting sono sport in cui il sistema anaerobico alattacido è ovviamente il predominante, in quanto la prova da gara consiste in una singola alzata massimale. Gli allenamenti poi ovviamente necessitano anche del metabolismo lattacido, in quanto gran parte del tempo lo si spende comunque su un range superiore alle 5 ripetizioni. Nello strongman e nel crossfit il metabolismo fondamentale è sia quello lattacido che alattacido.
I sistemi energetici sono la chiave per comprendere come il corpo umano riesca a svolgere attività fisiche di diversa intensità e durata. Conoscere e allenare questi sistemi è fondamentale non solo per atleti professionisti, ma per chiunque voglia migliorare la propria efficienza energetica e prestazione fisica.
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Meccanismo Anaerobico Lattacido Dettagliato
Prima di passare a descrivere nei dettagli i meccanismi anaerobici è giusto fare una piccola premessa: il metabolismo umano è aerobico. L' utilizzo dell'anaerobico è necessario nel caso in cui l ‘intensità del lavoro muscolare è tale che i mitocondri non hanno il tempo di ossidare i substrati, traendo da quest' ultimi energia (ATP). Ciò vuol dire che il meccanismo aerobico esiste sempre e quelli anaerobici vanno in aggiunta al normale metabolismo. L' intensità del lavoro svolto, segnala quando attivare quest' ultimi.
Dopo questa breve premessa passiamo a descrivere i meccanismi di produzione energetica senza l' utilizzo dell' ossigeno, che possono essere divisi in due grandi famiglie: - Anaerobico alattacido - Anaerobico lattacido
Il meccanismo anaerobico lattacido, invece produce acido lattico. La sua produzione è dovuta alla riduzione del piruvato in lattato al fine di liberare il coenzima NAD. Da questo processo si ottengono due molecole di ATP e la sua durata in media non supera i 40 secondi.
La nostra intensità di lavoro è tale da non permettere ai mitocondri di liberare la quantità di energia richiesta attraverso la fosforilazione ossidativa (cioè ossidando i substrati), metabolismo aerobico. Tale meccanismo, infatti ha una durata pressoché illimitata, ma non libera molta potenza (si ricorda che la potenza è la forza sviluppata nell' unità di tempo). Quindi si ha la necessità di produrre energia in maniera diversa. Vediamo come.
Il punto di partenza è una molecola di glucosio, normalmente presente nelle cellule. Tale molecola di glucosio attraverso un processo biochimico detto glicolisi, si trasforma in piruvato. Da una molecola di glucosio si ottengono due molecole di piruvato, quindi da una molecola a 6 atomi di carbonio se ne ottengono due a 3 atomi di carbonio, il piruvato appunto. Senza entrare nei dettagli della reazione ebbene dire che dal glucosio alle due molecole di piruvato c'è un surplus di 2 atomi di idrogeno per ogni molecola di piruvato prodotta. Ecco che allora interviene un' altra molecola il coenzima NAD, che cattura i due ioni idrogeno in più, riducendosi, diventando NADH+H.
Attraverso questo processo ottengo al netto due molecole di ATP. Questo processo si svolge nel citosol della cellula e senza alcun consumo di ossigeno. Se l' intensità del lavoro svolto lo permette ed ho a disposizione abbastanza ossigeno, il piruvato darà origine all' AcetilCoenzimaA che procede la sua corsa verso la matrice mitocondriale dove attraverso un' altra serie di reazioni darà origine al ciclo di Krebs e alla fosforilazione ossidativa (nella membrana mitocondriale interna) al fine di produrre ATP.
Ma se, come nel nostro caso, l' intensità di lavoro muscolare è tale da non permettere il completamento di questo processo, allora avviene la seguente reazione: Il piruvato viene ridotto in lattato attraverso l' aggiunta di due ioni idrogeno, che provengono dal coenzima NADH+H (ridotto), di conseguenza il NAD viene liberato dagli ioni H e il ciclo può ricominciare.
Acido Lattico: Mito e Realtà
L' acido lattico, non è il responsabile del dolore muscolare avvertito il giorno seguente ad allenamenti intensi (soprattutto da persone non allenate), tale dolore è causato da micro-lacerazioni del tessuto connettivo che danno origine a processi flogistici post-traumatici. Così come non è responsabile della fatica muscolare, anzi secondo studi recenti, svolgerebbe una funzione protettrice nei confronti delle fibrocellule muscolari permettendo al muscolo di esprimersi ad alte intensità per più tempo.
L'acido lattico non viene utilizzato dalle fibrocellule che lo producono (fibre bianche), bensì si diffonde nel torrente ematico che lo trasporta al cuore (lo utilizza direttamente), al fegato (ciclo di cori) e alle fibrocellule rosse nelle vicinanze (dove viene riconvertito in glucosio). Quando l'intensità dell'esercizio aumenta notevolmente, a quel punto si accumula più acido lattico, di quello che viene eliminato (riconvertito) e come detto prima il meccanismo si blocca, di conseguenze bisogna fermarsi o ridurre l' intensità dell' attività.
Il livello di acido lattico nel sangue, quindi, aumenta con l'aumentare dell'intensità dell'esercizio. Se si mantiene alto questo livello di intensità si raggiunge un livello, definito come soglia del lattato che indica il punto in cui il livello di acido lattico nel sangue è maggiore di quello che l'organismo è in grado di metabolizzare.
Ricapitolando, il confine tra lavoro aerobico e anaerobico è segnato dal consumo di ossigeno ed è direttamente correlato con l' intensità dell' esercizio. Ciò significa che man mano che aumento la mia intensità di lavoro, di pari passo aumenta il consumo di ossigeno.
Il Meccanismo Anaerobico Lattacido in Sintesi
A livello chimico la molecola di glucosio viene demolita inizialmente in piruvato e successivamente, dal piruvato può essere prodotto AcetilCoa oppure Lattato. Nel primo caso (AcetilCoa) viene attivato il meccanismo aerobico di cui abbiamo parlato precedentemente, mentre nel secondo caso (Lattato) è attivato il meccanismo anaerobico lattacido. La "molla" che fa scattare la produzione di Lattato piuttosto che AcetilCoa è rappresentata dal ph del muscolo: più il ph è acido più Lattato viene prodotto.
Ma quand'è che si verifica un'elevata acidità nel muscolo? La scissione dell'ATP comporta la liberazione di un protone (H+); l'aumento della concentrazione di protoni nel muscolo fa diminuire il ph e di conseguenza aumentare l'acidosi. Quando l'utilizzazione del meccanismo aerobico (ovvero la produzione di AcetilCoa dal piruvato) raggiunge una certa consistenza si ha, per la conseguente liberazione di protoni, un'elevata acidosi muscolare. Il ph acido è praticamente il "campanello d'allarme" per le cellule che a questo punto cominciano a produrre Lattato anzichè AcetilCoa, poichè il regime aerobico è ormai a pieni giri.
Riepilogando: quando il piruvato prodotto dalla demolizione dei carboidrati è maggiore (alta richiesta energetica) di quello che viene utilizzato per via aerobica (AcetilCoa), la parte eccedente viene degradata a Lattato a causa dell'alta acidosi muscolare prodotta dal lavoro aerobico.
Il meccanismo anaerobico è utilizzato significativamente per esercizi submassimali della durata variabile tra 8" e 5', dopodichè partecipa in maniera meno rilevante alla produzione di energia. La teoria dell'allenamento ha studiato molto attentamente la zona di soglia anaerobica (o soglia del lattato), ovvero l'intensità alla quale corrisponde un accumulo significativo (circa 4 mmol/L) di lattato che ben presto (20-40 min) porta alla fatica muscolare.
L'allenamento che prevede lo stimolo del metabolismo anaerobico lattacido nelle discipline di forza e velocità si basa sulla rapidità con la quale il muscolo è in grado di produrre energia ed acido lattico; in tal caso, la potenza LATTACIDA è la capacità più importante da sviluppare e l'attivazione o meno del metabolismo aerobico assume un ruolo pressoché marginale.
Al contrario, l'allenamento che prevede lo stimolo del metabolismo anaerobico lattacido nelle discipline di mezzofondo o in quelle che implicano variazioni di ritmo/scatti brevi ma ravvicinati, si basa sulla capacità di produrre energia ed acido lattico al di sopra della capacità di smaltimento endogeno, quindi oltre la soglia anaerobica, ma comunque in condizioni di aerobiosi significativamente sollecitata o addirittura massimale.
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