Meccanismi di produzione energetica e valutazione di alcune discipline sportive.
Dr. Renato Rittatore
É intuitivo interpretare il lavoro nei campi di un contadino o la prestazione agonistica di un atleta in termini di consumo energetico, in quanto sappiamo che i muscoli, alla stregua di un motore di macchina trasformano in energia meccanica, e quindi lavoro, un altro tipo di energia. Un pò meno immediato risulta però riconoscere quale tipo di energia ľorganismo utilizza per questo scopo. Si tratta in effetti di energia chimica, ottenuta attraverso la demolizione e/o ossidazione di diverse sostanze: i cosiddetti substrati energetici. Come è noto le sostanze nutritive (tralasciando le vitamine e i sali minerali) sono suddivisibili da un punto di vista chimico:
• carboidrati (zuccheri o glicidi)
• proteine (protidi)
• grassi (lipidi)
In presenza di ossigeno, trasportato ai tessuti dal sangue tramite ľemoglobina contenuta nei globuli rossi, e in seguito a cicli metabolici complessi, si arriva in definitiva alla combustione completa dei substrati con produzione finale di acqua, anidride carbonica ed energia, immagazzinata in un composto chimico dal nome a prima vista un po’ difficile (acido adenosintrifosforico) ma che senz’altro ci è più familiare con la sua sigla: ATP. Sono proprio i gruppi fosforici presenti nella sua molecola che attraverso una successiva mobilizzazione, in caso di necessità, possono rendere nuovamente e immediatamente disponibile ľenergia immagazzinata.
In sintesi:
(ADP=acido adenosindifosforico P= gruppo fosforico inorganico staccatosi dalla molecola)
ĽATP prodotto può quindi essere impiegato, mano a mano che viene sintetizzato, dal muscolo scheletrico come dagli altri apparati delľorganismo al fine di esplicare la sua attività; una parte viene però immagazzinata nel muscolo stesso ove è presente in quantità variabili a seconda delle caratteristiche del soggetto. Esiste in realtà nel muscolo anche un’altra sostanza chimica in grado di liberare immediatamente energia: la fosfocreatina (PC). In presenza di un enzima, la creatinfosfochinasi, tale sostanza perde anch’essa un gruppo fosforico trasformandosi in creatina(C):
Le due reazioni riportate sono entrambe reversibili (come rappresentato dalla doppia freccia), il che significa che fornendo energia tramite i già ricordati processi ossidativi dei substrati è possibile ricostruire il pool energetico che altrimenti andrebbe ad esaurimento in brevissimo tempo. La disponibilità immediata di questi due substrati energetici permette pertanto al muscolo il passaggio istantaneo da una condizione di riposo a una di lavoro, anche minimo, il che non sarebbe altrimenti possibile tramite le reazioni ossidative, che richiedono sempre un certo tempo (delľordine di 60/120 secondi) per estrinsecarsi.
Possiamo quindi affermare che mentre in condizioni di equilibrio metabolico, cioè nello steady state di un esercizio fisico, ľenergia viene fornita esclusivamente dai processi ossidativi, sono invece i fosfati energetici di riserva presenti nel muscolo (ATP e PC) a permettere non solo ľinizio delľesercizio stesso, ma anche la possibilità di espletarlo, in caso di necessità, con la massima potenza disponibile dalľorganismo (superiore di circa tre volte a quella ottenibile sulla base dei processi ossidativi, che ďora in poi chiameremo aerobici).
Vi è però ancora un terzo meccanismo di produzione energetica, anch’esso indipendente dalľossigeno ovvero di tipo anaerobico, come quello riguardante la scissione dei fosfati energetici. Si tratta delľenergia cosiddetta lattacida, in quanto ľATP prodotto viene ricavato dalla degradazione anaerobica del glucosio proveniente dagli alimenti o da un suo polimero, il glicogeno, immagazzinato nei muscoli come sostanza di riserva, fino ad acido lattico.
Fondamentalmente non si ha produzione di acido lattico fino a quando il prezzo energetico dello sforzo viene pagato dalľenergia aerobica, cioè fino a quando non viene superata la soglia anaerobica: da questo momento in poi ogni ulteriore incremento delľintensità dello sforzo comporta un progressivo aumento della concentrazione di acido lattico nel sangue (fino a un valore limite oltre il quale il soggetto non è più in grado di continuare la prestazione) mentre non aumenta più il consumo di ossigeno, in accordo con ľavvenuto raggiungimento del massimo consumo possibile in quel momento da parte del soggetto.
Valutazione in chiave energetica di alcune discipline sportive. Come già visto possiamo riassumere le fonti energetiche, a seconda delľintervento o meno delľossigeno, in aerobiche ed anaerobiche; queste ultime, a loro volta si distinguono ancora in alattacide (ATP e PC) e lattacide. Da un punto di vista funzionale sono proprio le sorgenti anaerobiche quelle che riescono a esprimere la massima potenza sviluppabile da un muscolo (la cosiddetta potenza esplosiva) che permette quindi prestazioni di elevata intensità ma necessariamente di breve durata a causa delľesaurimento dei substrati. Viceversa la fonte aerobica (ossidativa) disponendo di una grande quantità di combustibile (glicidi e lipidi, in misura molto minore protidi) e con il comburente (ossigeno) limitato solo dalla massima capacità di trasporto ai muscoli, permette prestazioni protratte nel tempo, sia pure a livelli sottomassimali.
A queste differenze funzionali corrispondono vere e proprie differenze anatomiche nella struttura dei muscoli striati, che a seconda del relativo contenuto delle loro fibre in mioglobina e in fosfati energetici, vengono distinti in rossi e bianchi. I primi sono caratterizzati da una minore velocità di contrazione (muscoli lenti) che però può essere mantenuta più a lungo, al contrario di quanto accade nei secondi. A questo punto non dovrebbe essere difficile comprendere quali tipi di energia entrano in gioco nei vari tipi di attività sportiva.
Possiamo considerare un primo raggruppamento costituito da esercizi caratterizzati da tempi di durata brevissimi (fino a circa dieci secondi) e prestazioni di elevata potenza (100 metri piani, 110 metri ad ostacoli, lanci, salti, prove di velocità nel ciclismo su pista). In questi casi ľenergia impiegata dai muscoli non può che essere quella anaerobica alattacida, sia per la sua immediata disponibilità che per la potenza sviluppabile.
Gli atleti praticanti queste specialità si distinguono per una maggiore disponibilità di fosfati energetici, conseguente a masse muscolari più sviluppate e più ricche di fibre bianche.
La situazione opposta si verifica negli esercizi protratti a lungo (da parecchi minuti ad alcune ore) quali ad esempio la maratona, le corse ciclistiche su strada, lo sci di fondo, il nuoto sulle lunghe distanze. In questi casi il contributo delle sorgenti anaerobiche risulta molto scarso e il prezzo viene quasi esclusivamente pagato in termini aerobici; verranno quindi privilegiati i soggetti con elevati massimi consumi di ossigeno e con masse muscolari in cui predominano le fibre rosse. Vi è poi un terzo raggruppamento di prestazioni che potremmo considerare, sempre da un punto di vista energetico, come intermedio tra gli altri due: 400 metri piani e ad ostacoli, le gare di mezzofondo in atletica, quelle di velocità nel nuoto, ecc ). Per questo tipo di prestazioni sono richieste infatti, oltre ad elevate performances anaerobiche (lattacide e alattacide), anche delle ottime capacità aerobiche, rappresentate da valori molto alti di massimo consumo di ossigeno.
Un cenno a parte, per concludere, sul tipo di carburante impiegato dai muscoli nel corso di una prestazione aerobica.
Per quanto siano i lipidi a sviluppare la più alta quota di energia dalla loro combustione (9,3 kcal/gr. contro le 4,1 kcal/gr. dei glicidi e dei protidi), per tutta una serie di ragioni su cui non è il caso di soffermarsi, sono in realtà i glicidi il carburante di scelta utilizzato dai muscoli quando il livello energetico della prestazione risulta elevato, come dimostrato dalla valutazione del quoziente respiratorio (QR) durante ľesercizio, cioè del rapporto tra ľanidride carbonica prodotta e ľossigeno consumato. Solamente quando vengono esaurite le scorte glucidiche (lavoro protratto e/o eseguito a digiuno) il QR si abbassa, indice di un utilizzo del substrato lipidico.
I grassi possono inoltre rappresentare il combustibile di scelta per lavori di bassa intensità metabolica, a conferma che una regolare attività basata su pratiche di fondo (footing, nuoto, bicicletta, sci nordico), svolta a livelli sottomassimali e doverosamente abbinata a una dieta controllata in senso calorico, rappresenta la migliore garanzia per il mantenimento del peso forma.
