Metabolismo
Il metabolismo è un insieme di eventi che si svolgono nel corpo umano per creare energia e altre sostanze necessarie alle sue attività. Nel nostro organismo ci sono processi catabolici e anabolici.
Il catabolismo è un processo durante il quale la materia organica viene scomposta e l’energia viene contemporaneamente rilasciata. È caratterizzato dalla mancanza di riserve di glicogeno e dalla mobilitazione di fonti di energia non saccaridiche – grassi e proteine. Il catabolismo ha luogo durante l’aumento dell’attività motoria ed è necessario per sostenere le funzioni vitali.
L’anabolismo, d’altra parte, è un processo che consuma energia durante il quale vengono create sostanze. La fornitura di substrati supera il bisogno immediato. L’organismo crea riserve di energia, i tessuti vengono creati e rinnovati. I processi anabolici sono prevalenti in situazioni di ridotta attività fisica.
I nutrienti di base (carboidrati, lipidi, proteine) sono presenti nel cibo che mangiamo. Questi vengono trasformati e assorbiti attraverso l’apparato digerente. I carboidrati si scompongono in carboidrati individuali (monosaccaridi) dove il glucosio è tra i più importanti. I lipidi si scompongono in acidi grassi liberi e glicerolo. Le proteine si scompongono in aminoacidi. Questi agenti semplici possono poi essere coinvolti in processi più complicati.
I carboidrati sono utilizzati in attività sia anaerobiche che aerobiche. L’ATP si risintetizza dal glicogeno (glicogeno muscolare, glicogeno epatico) che si trasforma in glucosio. Le scorte di glicogeno nel corpo umano sono limitate. I lipidi sono utilizzati nell’attività di movimento di resistenza a bassa intensità. Mentre l’uso delle proteine nella risintesi dell’ATP è molto limitato, gli acidi grassi liberi sono utilizzati in larga misura. Il glucosio è generato attraverso la gluconeogenesi.
Metabolismo muscolare
I muscoli hanno bisogno di energia per produrre contrazioni (Fig. 6). L’energia deriva dall’adenosina trifosfato (ATP) presente nei muscoli. I muscoli tendono a contenere solo quantità limitate di ATP. Quando si esaurisce, l’ATP deve essere risintetizzato da altre fonti, cioè creatina fosfato (CP) e glicogeno muscolare. Altre scorte di glicogeno sono immagazzinate nel fegato e il corpo umano è anche in grado di risintetizzare l’ATP dai lipidi, cioè dagli acidi grassi liberi. Vengono utilizzate diverse modalità di copertura energetica a seconda dell’intensità e della durata del carico di lavoro imposto all’organismo.
Figura 6 Energia per i muscoli
Il sistema ATP-CP
I suddetti ATP e CP sono le fonti di energia della contrazione muscolare (Fig. 7, 8, 9). La produzione di energia utilizzata nella contrazione muscolare avviene per via anaerobica (senza ossigeno).
Figura 7 Molecola di ATP
Figura 8 ATPasi (scomposizione dell’ATP e produzione di energia per la contrazione muscolare)
Figura 9 Risintesi dell’ATP dal CP
Glicolisi anaerobica
E’ un processo chimico durante il quale l’ATP si rinnova dal glicogeno, cioè dal glucosio in un ambiente anaerobico.Cioè il glucosio in modo anaerobico (senza accesso all’ossigeno). In questi processi si genera nei muscoli il lattato, cioè il sale dell’acido lattico. Questo sistema energetico produce 2 molecole di ATP. Glicolisi – trasformazione del glucosio in 2 molecole di piruvato generando il rendimento netto da molecole di ATP e 2 molecole di NADH (scomposizione anaerobica del glucosio in piruvato e lattato) – vedi. Fig. 10.
Sistema ossidativo
Questo è un processo chimico durante il quale la risintesi dell’ATP avviene per via aerobica (con accesso all’ossigeno). Sia il glicogeno o glucosio che gli acidi grassi liberi agiscono qui come fonti di energia.
La glicolisi aerobica ha luogo nel citoplasma della cellula dove 34 molecole di ATP sono generate dal glicogeno, cioè glucosio con la presenza di ossigeno (Fig. 10).
Figura 10 Glicolisi anaerobica e aerobica
Gli acidi grassi liberi presenti nei mitocondri delle fibre muscolari trasformati in acetil CoA sono utilizzati nella risintesi di ATP. L’acetil CoA entra nel ciclo di Krebs e così si generano molecole di ATP.
I sistemi energetici individuali vengono coinvolti a seconda dell’intensità dell’attività di movimento svolta. Se la prestazione è condotta al livello massimo, c’è un coinvolgimento graduale di tutti i sistemi (Fig. 11, 12).
Figura 11 Copertura energetica sotto il massimo carico di lavoro
Figura 12 Copertura energetica sotto il massimo carico di lavoro
Tipi di fibre muscolari
Le fibre muscolari umane hanno qualità diverse. Anche se al giorno d’oggi sono noti quasi 30 tipi di fibre muscolari presenti nel corpo umano, tendiamo a lavorare solo con i seguenti tre tipi:
Fibra muscolare rossa lenta I (SO – fibre ossidative lente)
La fibra muscolare rossa lenta è caratterizzata da un’alta capacità aerobica e resistenza alla fatica. Poiché la loro capacità anaerobica è lenta, non sono in grado di mostrare una grande forza muscolare. La contrazione muscolare tende ad essere lenta – 110 ms/contrazione muscolare. Un’unità motoria contiene circa 10-180 fibre muscolari.
Fibra muscolare rossa veloce IIa (FOG – fibre glicolitiche ossidative veloci)
La fibra muscolare rossa veloce condivide alcune qualità con una fibra lenta o una fibra di tipo IIx. Questa fibra è caratterizzata da una capacità aerobica media e da una resistenza alla fatica. Mostra anche un’alta capacità anaerobica ed è in grado di mostrare una grande forza muscolare. La velocità di contrazione è di 50 ms/contrazione muscolare. Un’unità motoria contiene circa 300-800 fibre.
Fibra bianca veloce IIx (FG – fibra glicolitica veloce)
A differenza dei tipi precedentemente menzionati la fibra bianca veloce è caratterizzata da una bassa capacità aerobica e dalla tendenza alla fatica veloce. D’altra parte, ha la maggiore capacità anaerobica ed è in grado di mostrare una notevole forza muscolare. La velocità di contrazione è di 50 ms/contrazione muscolare. Un’unità motoria contiene circa 300-800 fibre.
Il volume di questo tipo di fibre muscolari è dato geneticamente (fino al 90%) (Jančík et al., 2007) e varia nelle singole persone. Nella popolazione media il rapporto tra fibre lente e veloci è di 1:1. La seguente figura (Fig. 13) mostra il rapporto tra fibre lente e veloci in atleti impegnati in diverse discipline.
Figura 13 Rapporto tra fibre veloci (tipo FG e FOG) e lente (tipo SO) in diversi tipi di atleti
Nella contrazione muscolare i singoli tipi di fibre muscolari si attivano in base all’intensità del movimento muscolare. Durante l’esercizio a bassa intensità le fibre lente sono principalmente reclutate. Tuttavia, con l’aumento dell’intensità dell’esercizio si attivano le fibre veloci. È importante notare che il rapporto delle fibre differisce nei diversi muscoli del corpo umano. Per esempio, i muscoli posturali tendono a contenere più fibre lente.