La sequenza inizia con l’attivazione del nervo motore da parte di un ordine impartito dalla corteccia. L’impulso si propaga lungo la superficie della fibra muscolare (sarcolemma), depolarizzandola. Successivamente ci sono nove fasi [3]:
1. Liberazione del mediatore chimico acetilcolina. Una volta diffuso nello spazio post sinaptico, va a legarsi ai recettori.
2. L’acetilcolina modifica la permeabilità dei canali di membrana, da cui risulta una variazione del potenziale di membrana, innescando un potenziale d’azione. Il potenziale d’azione si propaga sulla superficie cellulare e raggiunge il sistema dei tubuli T.
3. La depolarizzazione dei tubuli T provoca rilascio del calcio dalle cisterne del reticolo sarcoplasmatico.
4. Il calcio, si lega al complesso troponina-tropomiosina sull’actina e rimuove l’inibizione al legame tra actina e miosin-ATP.
5. L’actina si combina con il complesso miosina-ATP durante la contrazione. Si attiva anche l’enzima miosin-ATPasi che idrolizza ATP, la cui scissione libera energia per cambiare la conformazione strutturale dei ponti di
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miosina: effetto meccanico di scivolamento dei filamenti di actina e miosina.
6. Affinché si realizzi lo scivolamento, la miosina si deve staccare dall’actina, grazie ad un nuovo legame della miosina con l’ATP. A questo punto i due miofilamenti scorrono l’uno sopra l’altro e il muscolo si contrae.
7. L’attivazione dei ponti continua fino a che la concentrazione di calcio rimane sufficientemente alta da inibire la formazione del complesso troponina-tropomiosina (si riparte dalla fase 4).
8. Se la stimolazione nervosa viene arrestata, il calcio diminuisce rapidamente e ritorna alle cisterne tramite trasporto attivo.
9. La riduzione di calcio ripristina l’inibizione del complesso troponina- tropomiosina sull’aggancio actina-miosina. La condizione di sgancio si mantiene fino a che c’è ATP nel citoplasma [3].
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CAPITOLO 3
METABOLISMO
Il metabolismo consiste in una serie di reazioni enzimatiche organizzate in processi e comprende tutte quelle trasformazioni che convertono i nutrienti in energia. Il corpo umano utilizza questa energia per svolgere le funzioni biologiche.
Il metabolismo può essere diviso in due parti dal punto di vista bioenergetico:
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CATABOLISMO (degradazione), in cui i nutrienti sono degradati e scomposti per generare energia. Si ha demolizione da molecole complesse in molecole semplici. Questa fase produce energia.-
ANABOLISMO (biosintesi), ovvero l’insieme di reazioni che ci portano alla formazione di materiale cellulare, alla crescita e la produzione delle cellule. Si ha produzione di molecole complesse a partire da molecole semplici. Questa fase consuma energia.Quindi l’energia rilasciata dai processi catabolici viene utilizzata per mandare avanti i processi anabolici. Entrambi i processi hanno in comune la sintesi di un composto ad alta energia, l’ATP.
L’ATP (adenosina trifosfato) è considerata la valuta energetica della cellula e rappresenta il motore per tutti i processi cellulari che richiedono energia. Il suo
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doppio ruolo di accettore e donatore di energia rappresenta l’attività principale della cellula per:
1. Estrarre energia potenziale dagli alimenti e conservarla nei legami dell’ATP;
2. Estrarre e trasferire energia chimica della molecola di ATP per dare propulsione al lavoro biologico [3].
L’ATP viene di solito utilizzata nell’arco di un minuto dalla sua produzione ed il consumo corrisponde a circa 40 kg al giorno a riposo, mentre in caso di sforzo muscolare il consumo sale a 0,5 kg/min.
In ambito di esercizio fisico, l’energia utilizzata per la contrazione muscolare è fornita dalla scissione dell’ATP in ADP, cioè adenosina difosfato + Pi (fosfato inorganico) + energia. Per essere ricaricata in ATP, la molecola ADP riceve un gruppo fosfato, in un processo noto come ri-sintesi dell’ATP e può essere messo in atto dall’organismo mediante tre sistemi energetici:
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SISTEMA AEROBICO o ossidativo, è utilizzato per quelle attività che superano i 2-3 minuti ed è un meccanismo nel quale siamo in presenza di ossigeno per ossidare i substrati energetici e produrre ATP. I substrati utilizzati prevalentemente sono i lipidi e i carboidrati (stoccati nel muscolo scheletrico e nel fegato). Questo sistema è il meno potente dei tre, infatti non garantisce prestazioni di alta intensità, ma garantisce prestazioni a lunga durata, come per esempio corsa, ciclismo, attività aerobiche fitness. Per35
attività inferiori a 20 minuti di durata si parla di glicolisi aerobica, in cui il glicogeno (epatico e muscolare) viene ossidato per produrre ulteriore ATP. Per attività superiori ai 20 minuti si parla di lipolisi aerobica e l’organismo fa più affidamento ai grassi per produrre ATP. Riguardo a queste due nozioni c’è da fare un appunto. Il glicogeno viene utilizzato per attività inferiori ai 20 minuti e non protraibili oltre i 20 minuti, in cui si ha un’intensità alta tale che i grassi non vengono utilizzati.
Infatti i grassi vengono utilizzati per attività superiori a 20 minuti con intensità bassa, oppure in condizioni di riposo, perché devono essere mobilizzati, trasportati e ossidati. Quindi durante una corsa a bassa intensità protraibile oltre i 20 minuti, l’organismo utilizza principalmente acidi grassi e non esiste una “linea netta” che separa il consumo del glicogeno da quello dei lipidi passato un certo tempo [3].
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SISTEMA ANAEROBICO ALATTACIDO o dei fosfati, è il sistema energetico utilizzato per attività che richiedono grande velocità e potenza per brevissima durata (8-10 secondi), come salti, sprint, lanci e sollevamento pesi. A differenza del sistema aerobico, qui siamo in mancata presenza di ossigeno, da cui deriva il nome anaerobico. I substrati energetici utilizzati sono i fosfati, ovvero fosfocreatina (CP) e ATP. Questi forniscono energia immediata ai muscoli per eseguire sforzi rapidi e intensi, ma si esauriscono in un tempo molto breve.36
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SISTEMA ANAEROBICO LATTACIDO o glicolitico, è il sistema energetico utilizzato per attività che richiedono forza e resistenza per un tempo di circa un minuto (il culmine attorno ai 40-45 secondi), esempio classico i 400 metri. Come per il sistema anaerobico alattacido siamo in mancata presenza di ossigeno e si ha inoltre produzione di acido lattico, sottoprodotto del glicogeno trasformato attraverso reazioni catalizzate da enzimi. I substrati energetici utilizzati sono i carboidrati sotto forma di glicogeno, stoccato nel muscolo e nel fegato [3].RUOLO DEL
LATTATO
Nella glicolisi anaerobica, il piruvato, prodotto finale della glicolisi, subisce la riduzione a lattato, catalizzata dalla lattato deidrogenasi. Quando il muscolo è sottoposto ad esercizio intenso, la disponibilità di ossigeno è limitata e il NADH + H+, formatosi nella glicolisi, non può essere riossidato nella catena respiratoria. Il NADH allora viene riossidato nella reazione di riduzione catalizzata dalla lattato deidrogenasi, generando NAD+ e lattato [5].
Molto spesso acido lattico e lattato sono considerati come sinonimi, ma in realtà il lattato è una sostanza che si differenzia dall’acido lattico in quanto è priva di uno ione H+. L’acido lattico viene prodotto nei muscoli negli sforzi intensi e dopo una certa quantità, l’organismo non è più in grado di smaltirlo. Quando
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viene spostato dal muscolo al torrente ematico, perde uno ione H+ e prende il nome di lattato.
Il lattato prodotto dalle fibre ossidative di tipo I durante un esercizio ad alta intensità, terminato lo sforzo, può essere riconvertito in piruvato e riossidato all’interno della cellula stessa [5]. Invece, nel caso in cui il lattato venga prodotto in grandi quantità durante uno sforzo intenso dalla glicolisi anaerobica nelle fibre di tipo II, viene in gran parte trasportato all’esterno della cellula dove poi passa al circolo sanguigno, che lo trasporta ai tessuti per essere metabolizzato.
Quantitativamente, circa i 2/3 del lattato in circolo sono prelevati e ossidati da diversi organi (cuore, cervello, rene), mentre la restante parte è trasportata al fegato, che dopo la ri-ossidazione a piruvato, attraverso la gluconeogenesi lo converte in glucosio e potrà essere immagazzinato come glicogeno o rimesso in circolo per essere riutilizzato dal muscolo (ciclo di Cori Figura 9).
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La formazione del lattato ha diversi aspetti positivi. Un ruolo importante che veste è nella ri-ossidazione del NADH [5], reazione indispensabile per la prosecuzione della glicolisi anaerobica che altrimenti si arresterebbe in pochi secondi. Inoltre, la sua uscita dalla cellula permette di limitare e distribuire l’acidità al muscolo e all’intero organismo. L’aumento dell’acidità nei capillari che circondano la fibra muscolare diminuisce l’affinità dell’emoglobina per l’ossigeno, in modo da aumentare l’ossigenazione della cellula impegnata nell’esercizio.
Il lattato viene utilizzato anche come fonte energetica da altri organi, come il cuore, impegnato nello sforzo. Una piccola parte di lattato è eliminata con la sudorazione, mantenendo il pH acido della cute come meccanismo di difesa contro le infezioni.