Nozioni di fisiologia dello sport

Il metabolismo energetico

Fonti anaerobiche

Nell'uomo le reazioni metaboliche fondamentali avvengono, almeno nella prima parte, in assenza di ossigeno. In questa condizione (anaerobica), l'energia occorrente per la contrazione proviene da un composto fosfato ad alta energia: la fosfocreatina (PC).

Questo composto serve come forma di riserva temporanea di gruppi fosfato ad alta energia potendo trasferire il suo gruppo fosfato alla molecola che ne necessita, in questo caso l'ATP. Le fasi di trasformazione di questo composto sono rappresentate nella reazione di Lohman:

Fosfocreatina + ADP = creatina + ATP (reazione catalizzata dall'enzima creatina-chinasi ATPasi)

La fosfocreatina tiene la concentrazione di ATP, nelle cellule muscolari, a livelli costanti. Ogni volta che una parte di ATP della cellula muscolare è usato per la contrazione, si forma ADP. Attraverso la reazione dalla creatina-chinasi, la fosfocreatina cede il suo gruppo fosfato all'ADP per riportare a livelli normali la concentrazione di ATP.

Poiché il contenuto di fosfocreatina del muscolo è circa tre o quattro volte più alto dell'ATP, essa può conservare sufficienti gruppi di fosfato per tenere il livello di ATP costante durante brevi periodi di intensa attività. Durante il successivo periodo di recupero la creatina accumulata viene rifosforilata a fosfocreatina dall'ATP. Poiché non vi è nessuna altra via metabolica per la formazione e la distruzione della fosfocreatina, questo composto è adatto a funzionare come riserva temporanea di energia.

Nel secondo sistema la glicolisi anaerobica, o sistemo dell'acido lattico, fornisce ATP attraverso la degradazione incompleta di una delle sostanze nutrienti: il glucosio. Questo viene demolito anaerobicamente fino ad un composto chiave che è l'acido piruvico. In presenza di ossigeno l'acido piruvico è ossidato fino ad anidride carbonica (come vedremo più avanti parlando delle fonti aerobiche di ATP), se l'ossigeno non è disponibile esso viene trasformato in acido lattico che passa nel sangue. Questa è la degradazione parziale del glucosio ed è chiamata glicolisi ed il prodotto terminale è l'acido lattico. Il fatto che il muscolo si contrae anche in assenza di ossigeno è il segno che durante la glicolisi si libera energia, in queste condizioni, però, il muscolo si affatica rapidamente non solo per la "tossicità" dell'acido lattico, ma anche perché l'energia che il muscolo ricava dalla glicolisi anaerobica è assai minore di quella che viene prodotta durante l'ossidazione completa del glucosio.

Nell'organismo tutti i carboidrati vengono convertiti nello zucchero semplice, il glucosio, il quale può essere subito utilizzato od immagazzinato nel fegato o nel muscolo scheletrico, come glicogeno, per essere usato nei momenti di necessità.

Il glicogeno viene chimicamente demolito attraverso una serie di reazioni fino a formare acido lattico, durante questo processo viene liberata energia la quale viene usata per risintetizzare ATP. ⁸ Durante un'attività muscolare continua, la rigenerazione di ATP avviene in aerobiosi e l'energia necessaria per questo processo, come abbiamo visto, è fornita dall'ossidazione dei carboidrati o dei lipidi. Il sistema è stazionario quando la velocità di formazione dell'ATP è uguale alla velocità di consumo di ATP, in modo che il tasso di ATP intracellulare e della fosfocreatina rimane ad un livello costante. Durante un'attività sportiva di durata, la quantità di ATP che si scinde nel muscolo è proporzionata all'attività stessa ed è di 100-1000 volte maggiore che in condizioni di riposo. Pertanto il fabbisogno di 02 del tessuto muscolare è aumentato e corrispondentemente aumenta anche il catabolismo del glicogeno muscolare.

Il limite di durata dell'attività può essere, tuttavia, superato per breve tempo, come, per esempio, in uno scatto finale, quando è presente un addizionale catabolismo anaerobico del glicogeno.

Questo rende possibile una quota di scissione di ATP 2-3 volte superiore e con ciò anche una prestazione meccanica dei muscoli 2-3 volte maggiore, come nel caso di una prestazione continua (condotta solo in anaerobiosi). Lo sprinter raggiunge in breve tempo circa il doppio della velocità di quella ottenuta in una corsa di resistenza. Questa è ottenuta grazie ad un'elevata quota di produzione di ATP e quindi il grande lavoro meccanico può essere sostenuto solo per un breve periodo di tempo (30 sec.), perché le riserve di energia anaerobica sono limitate in quanto il prodotto della glicolisi, l'acido lattico, si accumula nei liquidi extracellulari e nel sangue con conseguente instaurarsi di una acidosi, in modo tale da aversi una limitazione dell'attività che causa la fatica.

I processi che forniscono energia in anaerobiosi non sono solo presenti al massimo dell'attività agonistica, ma si instaurano all'inizio di un'attività molto modesta. In questa fase di "partenza del lavoro fisico" il meccanismo ossidativo del metabolismo ed i processi della glicolisi richiedono un certo periodo di latenza. Infatti 1-2 minuti dopo il superamento del "punto morto", si ha una situazione stazionaria in cui per unità di tempo viene formato tanto ATP con la fosforilazione ossidativa, quanto è scisso dalla ATP-asi. Fino a quando non si raggiunge questa situazione stazionaria, l'ATP è formato da ADP e CI> secondo la reazione di Lohmann.

In base a questa reazione il tasso intracellulare di fosfocreatina andrà diminuendo fino a che la formazione aerobia di ATP non sarà tanto veloce da coprire il fabbisogno energetico. Il pool di CP verrà ripristinato alla fine della contrazione dall'inverso della reazione di Lohmann. L'ATP necessario utilizzato nei primi minuti di ristoro si riottiene con la fosforilazione ossidativa per la quale è indispensabile l'ossigeno. L'ossigeno che serve a tali processi causa un debito d'ossigeno, che corrisponde alla quantità di energia che il muscolo ha impiegato all'inizio o durante la sua attività anaerobia e che al momento non ha pagato con i processo aerobici.

"Recenti prove sperimentali hanno permesso di chiarire alcuni dei meccanismi che regolano l'importanza relativa del metabolismo glucidico o lipidico o di quello dei corpi chetonici nelle varie condizioni dell'attività muscolare. In effetti i livelli intracellulari di ATP, CP, ADP, P ed acido citrico hanno notevole importanza per il controllo dell'entità della glicolisi: un aumento dell'ADP e del P, provocherebbe un incremento dell'attività della fosfofruttochinasi (PFK), un enzima della glicolisi, che verrebbe invece inibito da alti livelli di ATP e CP. In condizioni di esercizio sottomassimale anche di lunga durata, essendo sufficiente il metabolismo lipidico e quello dei corpi chetonici, l'alto livello intracellulare di ATP e CP tenderebbe a bloccare, tramite la PFK la glicolisi in condizioni di maggiore richiesta di legami ad alto livello".

Il debito d'O2 causato unicamente dalla idrolisi (anaerobia) di creatinfosfato arriva fino a 4 litri; il guadagno di energia con la glicolisi, nel caso di un grande sforzo, fa aumentare tale debito fino a 20 litri, poiché il lattato prodotto e ceduto per via ematica può essere ematico solo in presenza di ossigeno. In parte il lattato viene ossidato dal muscolo cardiaco, in parte (soprattutto nel fegato) viene utilizzato è per la neo sintesi del glicogeno.