Metabolismo Energetico Anaerobico: Definizione e Fasi

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.

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).

Respirazione Cellulare: Un Processo Aerobico e Anaerobico

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:

Leggi anche: Approfondimento sul metabolismo.

1. 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.
2. 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.
3. 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.

Il Ruolo della Fermentazione

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. Esistono due tipi principali di fermentazione:

1. 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.
2. 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 Anaerobici e Aerobici

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 Anaerobico Alattacido

Il metabolismo anaerobico ALAttacido è un metodo di produzione energetica, tipico del tessuto muscolare, che non prevede l'utilizzo di ossigeno e NON produce acido lattico; esso utilizza il substrato creatin fosfato (CP) ed è in grado di funzionare appieno solo per alcuni secondi. E' un sistema metabolico tipico degli sforzi di brevissima durata che NON prevede lo scarto di molecole acide.

Il sistema anaerobico alattacido è il più rapido meccanismo di produzione energetica nel corpo umano. Questo sistema utilizza l’adenosina trifosfato (ATP) e la fosfocreatina (PCr) immagazzinati nei muscoli per produrre energia immediatamente disponibile.

A Cosa Serve?

Il metabolismo anaerobico ALAttacido è un metodo di produzione energetica utile esclusivamente nella contrazione muscolare tipica delle prestazioni di FORZA, sia che si tratti di forza pura (massimale), forza esplosiva (potenza), forza veloce e forza elastica. NB. Nella forza resistente, il metabolismo anaerobico ALAttacido svolge un ruolo marginale rispetto al metabolismo anaerobico lattacido.

Leggi anche: Approfondimenti sul Metabolismo delle Proteine

Tuttavia, nonostate paia un meccanismo estremamente semplice, rapido ed efficace, il metabolismo anaerobico ALAttacido possiede un limite: l'entità delle scorte muscolari di fosfocreatina. Esse sono sufficienti a caricare ATP solo per un centinaio di scosse muscolari, quindi circa per 8-10 secondi (con le dovute differenze soggettive), ed un prolungamento dell'attività necessita l'intervento di uno od entrambi gli altri metabolismi.

Il suo recupero è abbastanza rapido, dopo l’esaurimento delle riserve di fosfocreatina, il corpo può ripristinarle rapidamente durante il riposo.

Sport e Allenamento

In quali sport viene coinvolto e come si allena il metabolismo anaerobico ALAttacido? Il sistema anaerobico ALAttacido è un meccanismo di produzione energetica tipico degli sport che prevedono l'erogazione massima dell'energia in un tempo piuttosto breve; è il caso del sollevamento pesi e delle contrazioni di forza elastica ed esplosiva: corsa nei 100 metri piani o ad ostacoli, salti (in alto e in lungo), lanci (peso, giavellotto, martello e disco) ecc.

Il metabolismo anaerobico ALAttacido deve essere allenato attraverso due metodiche distinte ma complementari:

• Svolgimento dell'attività di muscolazione
• Trasformazione della capacità generale ottenuta nel gesto atletico specifico

Dal punto di vista teorico e metodologico, la via metabolica della fosfocreatina è allenabile soprattutto mediante tabelle di sviluppo della forza. Volendo scindere come sopra la preparazione muscolare generale da quella specifica, nella fase iniziale dell'anno assume un ruolo fondamentale l'utilizzo dei sovraccarichi, mentre avvicinandosi al periodo gara è essenziale che i risultati ottenuti nello sviluppo della forza vengano trasformati nel gesto atletico specifico.

Leggi anche: Metabolismo Basale: Quale Equazione Scegliere?

In definitiva, il metabolismo anaerobico ALAttacido può migliorare sensibilmente grazie allo sviluppo della forza; quest'ultimo, grazie allo stimolo allenante (che si attesterà approssimativamente intorno ai 10 secondi - max 8 ripetizioni nell'utilizzo dei pesi) determina un esaurimento delle scorte muscolari di CP che, per il principio della supercompensazione, dovrebbero ricostituirsi in maniera completa e, pur di poco, maggiore.

Alimentazione ed Integrazione

Migliorare il metabolismo anaerobico ALAttacido con alimentazione ed integratori? Il substrato del metabolismo anaerobico ALAttacido è la creatin fosfato, anche detta guanidinacetato. Dal punto di vista chimico la CREATINA è un amminoacido introducibile con la dieta perché presente nella carne e nel pesce, ma risulta anche facilmente sintetizzabile dall'organismo (fegato, rene e pancreas) a partire da arginina, metionina e glicina. La fosfocreatina presente nel muscolo scheletrico rappresenta il 60% del totale, mentre quella in forma libera il 40%.

NB. La degradazione non enzimatica della creatina origina la creatinina, un composto filtrato dai reni ed espulso con le urine.

Dal punto di vista integrativo, l'assunzione di creatina può assumere un ruolo utile o inutile in base alla predisposizione del soggetto. E' stato dimostrato che il 30% degli atleti che integrano con creatina NON migliora l'efficacia del metabolismo anaerobico ALAttacido in quanto non la assorbe e/o non la metabolizza in maniera corretta; pertanto l'integrazione può risultare assolutamente inutile.

Dando per scontato che l'atleta non rientri in quel 30%, per essere efficace, l'integrazione di creatina deve svolgersi in maniera corretta ed ottimale; innanzitutto si consiglia di far uso di prodotti già tamponati o di associare alcalinizzanti alla creatina semplice in modo da favorirne l'integrità al passaggio gastrico e l'assorbimento intestinale. In secondo luogo, sarebbe opportuno associarvi una fonte glucidica ad alto indice glicemico per creare un picco insulinico utile alla metabolizzazione della creatina circolante; la modalità più corretta prevede l'assunzione di 20g di glucosio ogni grammo di creatina da prendere in momenti separati: prima i carboidrati (al fine di creare il giusto ambiente anabolico) e dopo 30 minuti la creatina tamponata.

I Sistemi Energetici del Corpo Umano

I tre sistemi energetici del corpo umano sono: il sistema anaerobico alattacido, il sistema anaerobico lattacido e il sistema aerobico.

• Sistema anaerobico alattacido: il più rapido meccanismo di produzione energetica nel corpo umano.
• Sistema anaerobico lattacido: entra in gioco quando l’attività fisica si prolunga oltre i limiti del sistema alattacido, ma è ancora troppo intensa per essere sostenuta dal sistema aerobico. Questo sistema sfrutta la glicolisi anaerobica, un processo che degrada il glucosio senza ossigeno, e che produce energia, ma anche acido lattico come prodotto di scarto.
• Sistema energetico aerobico: il più complesso dei tre e coinvolge il consumo di ossigeno per la produzione di ATP. Questo sistema utilizza carboidrati, grassi e, in misura minore, proteine per generare energia, sostenendo attività di lunga durata e intensità moderata. A differenza dei sistemi anaerobici, il sistema aerobico può sostenere l’attività fisica per periodi molto lunghi, purché vi sia un apporto continuo di nutrienti e ossigeno.Il sistema aerobico è predominante in attività come la maratona, il ciclismo a lunga distanza e il nuoto di fondo.

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.

Esempi di Sistemi Energetici in Diverse Attività Fisiche

Facciamo una rapida panoramica delle diverse attività fisiche, per capire quale sistema energetico possa essere predominante in ognuno di essi.

• 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.
• 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.
• 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.

Il Sistema Aerobico e le Sue Fasi

Il sistema aerobico si sviluppa in tre fasi, ognuno dei quali prevede la produzione di ATP.

1. Glicolisi aerobica: prevede la stessa serie di reazioni della glicolisi anaerobica (veloce), ma differisce nel risultato perché è presente ossigeno sufficiente. viene creato il piruvato come prodotto finale della scomposizione del glucosio.
2. Acetil-coenzima A: gli acidi grassi (dai grassi) e gli aminoacidi (dalle proteine) vengono convertiti in acetil-coenzima A attraverso una serie di complesse reazioni chimiche. Entrano nel circolo di Krebs insieme all’acetil-coenzima A dalla glicolisi e vengono scomposte. L’idrogeno prodotto nel ciclo di Krebs più l’idrogeno prodotto durante la glicolisi, lasciati senza controllo, causerebbero una maggiore acidità cellulare.
3. Catena di trasporto degli elettroni: è il percorso più complesso e produttivo dell’intero sistema energetico aerobico. Dove il sistema anaerobico glicolitico sintetizza solo due molecole di ATP, quello aerobico ne produce 38, sebbene in maniera molto lenta.

Allenamento Aerobico

Con il termine allenamento aerobico si fa riferimento all’impiego di energia che utilizza ossigeno per produrre ATP, fornita poi alle fibre muscolari che lavorano. Il sistema aerobico è quello che produce il maggior quantitativo di energia per ogni tipo di attività non esplosiva in natura. Detto in maniera scarna e sintetica, l’allenamento aerobico è la base di ogni tipo di allenamento.

Tutte le attività che non prevedono un periodo di riposo che duri per un tempo compreso tra il minuto e il minuto e mezzo richiedono l’intervento del sistema aerobico per una ulteriore fornitura di energia. Al contrario, se è necessario una rapida iniezione di energia ai muscoli per uno sforzo intenso, entra in gioco il sistema energetico anaerobico per la fornitura di ATP.

Un sistema anaerobico non virtuoso limita molto anche le prestazioni anaerobiche; impiega infatti più tempo a rimuovere gli scarti dei prodotti del sistema anaerobico e a stoccare di nuovo materiale utile alla produzione di energia anaerobica.

Il sistema aerobico può essere allenato e sviluppato in diversi modi, con allenamenti differenti:

• Interval training: l’allenamento ad intervalli per la resistenza sul lungo periodo del sistema aerobico dovrebbe avere un rapporto lavoro-riposo pari a 1:1 o 1:2.
• Allenamento fartlek: (termine svedese che si traduce con l’espressione gioco di velocità): un tipo di allenamento ad intervalli in cui chi lo pratica varia la velocità e lo sforzo in base a quanto pensa di poter continuare a quel livello. corsa di due minuti a velocità moderata o alta, seguita da due minuti a bassa intensità (recupero attivo).

Premessa: tutti i metabolismi energetici sono sempre attivi e partecipano contemporaneamente alla produzione di energia; ciò che cambia è il loro contributo percentuale, in base all’intensità e alla durata dell’attività svolta.

Nonostante ciò, non farti trarre in inganno. Inoltre, allenamenti HIIT (brevi ed intensi) si sono rilevati efficaci per potenziare il sistema aerobico, migliorando proprio la capacità di recupero dei sistemi energetici.

ATP e Fosfocreatina

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.

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.

Glicolisi Anaerobica

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.

Ristoro e Capacità

Ristoro: subordinato alla eliminazione dell'acido lattico con resintesi di glucosio, con energia fornita dai processi ossidativi (pagamento del debito di O2 lattico); questo sistema di resintesi è importante nelle attività intense, di durata compresa tra i 15" e 2' (es.

In condizioni di riposo od esercizio fisico moderato la risintesi di ATP è garantita dal metabolismo aerobico.

Capacità: alta (fino a 2000 Kcal). Dipende da riserva di glicogeno e di lipidi. Soprattutto la durata di utilizzo dipende da intensità di esercizio e grado di allenamento.

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.

tags: #metabolismo #energetico #anaerobico #definizione #e #fasi