I sistemi energetici: l’energia del corpo umano e la sua gestione

Sistemi energetici ed allenamento

Sistemi energetici e ATP

L’ATP è una molecola centrale del metabolismo energetico cellulare.

Vedremo la sua importanza a livello muscolare, con particolare riferimento ai meccanismi che permettono di re-sintetizzare l’ATP necessario allo svolgimento di un certo esercizio fisico.

L’ATP E I MECCANISMI ENERGETICI

L’ATP: la principale molecola energetica cellulare.
L’enorme interesse mostrato sia dagli allenatori che dai preparatori nei confronti della struttura muscolare si focalizza sui meccanismi che regolano la crescita del tessuto contrattile, in seguito a specifici esercizi fisici. Si comincerà con una semplice premessa, necessaria per poi proseguire il discorso in maniera più approfondita: il muscolo è una struttura complessa, interconnessa ad altri sistemi e apparati corporei.
Una sua stimolazione e alterazione, pertanto, causa come risposta innanzitutto un adattamento e, più in generale ha delle ripercussioni su tutto il resto del corpo.
Lo studio della bioenergetica risulta indispensabile per comprendere al meglio questi tipi di fenomeni: il muscolo può essere considerato come un’enorme batteria energetica, costituita da una sua capacità e da una sua potenza; più la stimolazione viene eseguita metodicamente e più è possibile modificare ed interagire con la biochimica che regola tale struttura.

Alla base degli scambi energetici troviamo una molecola, l’ATP, costituita dal legame dell’adenosina a tre gruppi di fosfato (ed è da ciò deriva il nome adenosin-tri-fosfato). Questa molecola è talmente importante per i tessuti che, senza di essa, molte reazioni che richiedono energia non potrebbero svilupparsi in maniera corretta.

Alcuni pensano erroneamente che uno sforzo fisico molto intenso sia in grado di far esaurire le scorte totali di ATP muscolare.

 

In realtà, anche in seguito ad attività di alta intensità, il quantitativo di ATP muscolare non potrà mai scendere sotto il 50% della disponibilità del muscolo a riposo (Houston, 2008).

Il fondamento di questa affermazione la si trova nella sintesi di RNA cellulare, la quale necessita di un certo quantitativo di energia sempre disponibile: troviamo perciò l’UTP e il GTP che assolvono a questa funzione.

Inoltre, analizzando i quantitativi di ATP a livello muscolare, si noterebbe che esse sono relativamente basse: per ogni chilo di tessuto abbiamo dalle 2 alle 6 mmol di ATP e dalle 3 alle 8 mmol di ATP per litro di acqua cellulare (Baker, McCormick, Robergs, 2010; Houston, 2008).

Quando si è in uno stato di riposo, la velocità di ricambio energetico è di circa 1 mmol di ATP al minuto per ogni kg di muscolo ed esso aumenta sino a ca. 180 mmol di ATP in un soggetto sportivo. Negli atleti di élite, questi valori possono salire ulteriormente, toccando le 240 mmol per kg di muscolo al minuto (Houston, 2008).

Rispetto a questa serie di dati si potrà facilmente affermare che la cellula ha bisogno di esser predisposta al recupero più o meno rapido di ATP. Esistono tre vie che aiutano tale attività e sono i cosiddetti “sistemi energetici cellulari”: il sistema dei fosfageni, la glicolisi e la fosforilazione ossidativa.

I sistemi energetici e i fosfageni cellulari

Il creatin-fosfato è una molecola presente nel muscolo con un quantitativo 3-4 volte superiore alla concentrazione di ATP: se così non fosse, si metterebbe in pericolo la capacità del muscolo di poter recuperare le proprie scorte energetiche, compromettendo i processi cellulari (Houston, 2008). Il creatin-fosfato cede un gruppo di fosfato all’ADP (adenosin-di-fosfato) e facilita così la conversione di quest’ultima molecola in ATP.

Al fine di ottenere questa reazione, è necessario un enzima in grado di trasferire il fosfato (P) legato alla creatina, aggiungendolo alla molecola di ADP: questo enzima si chiama creatin-kinase.

Tuttavia, all’interno del muscolo, non esiste solamente questo enzima in grado di innescare la produzione di ATP: il sistema dei fosfageni, infatti, è composto da ben tre enzimi che hanno le caratteristiche adatte alla creazione di una molecola di ATP (Baker, McCormick, Robergs, 2010).
L’adenilato chinasi è un secondo enzima che permette a due molecole di ADP di dare origine ad ATP e AMP (adenosin-mono-fosfato) a livello cellulare. Infine, l’AMP-deaminasi permette la trasformazione sia dell’AMP che di uno ione H+,, così da generare inosina-monofosfato (IMP) e uno ione ammonio (NH4+). Tra questi tre sistemi fosfageni, l’enzima maggiormente attivo resta in ogni caso la creatin-kinase. Una prova è data dall’osservazione di ciò che accade in seguito ad un intenso esercizio fisico, quando cioè viene riversata nel sangue una buona concentrazione di creatin-kinase: i valori più elevati di questo enzima a livello sanguigno, identificano un danno muscolare e, nel campo medico patologico, una sua presenza eccessiva nel sangue è riscontrabile in caso di problematiche cardiache (Baker, McCormick, Robergs, 2010).

La fosforilazione ossidativa

Nella maggior parte delle cellule, la fosforilazione è il processo principale per la sintesi di nuovo ATP. Quando parliamo di fosforilazione ossidativa, intendiamo ciò che viene definito da allenatori e preparatori come “sistema aerobico”: esso si basa su un meccanismo definito “catena di trasporto di elettroni” dove, il prodotto finale, oltre al ricercato ATP, è composto da acqua e anidride carbonica.
Per il corretto funzionamento della fosforilazione ossidativa sono necessari tanti “mattoncini” prelevabili dagli alimenti ingeriti durante la giornata. Al contrario della via del creatin-fosfato, quella della fosforilazione ossidativa ha una “velocità” ridotta, dovuta al fatto che l’ossigeno, responsabile delle diverse reazioni innescate, viene prelevato dall’atmosfera, mentre come “carburante” sono utilizzate le quote di lipidi di deposito (=grasso): ciò permette un’alta autonomia di questo processo (Baechle, Earle 2010).

La glicolisi

La glicolisi è la via metabolica delle cellule per produrre ATP, a partire dalla scissione dei carboidrati, dal glicogeno muscolare o dal glucosio prelevato dal sangue. Dal punto di vista biochimico esiste una glicolisi veloce e una glicolisi lenta: quando il piruvato viene convertito in lattato per assenza di ossigeno, si parla di glicolisi veloce, mentre la glicolisi lenta avviene quando il piruvato entra nei mitocondri e, in presenza di ossigeno, si produce ATP. A seconda della molecola di partenza, per la produzione di energia si avrà la formazione di due molecole (nel caso del glucosio) o di tre molecole di ATP (nel caso del glicogeno) (Baechle, Earle, 2010).

A cura del Dr. Giulio Merlini.

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BIBLIOGRAFIA
1. Baechle TR, Earle RW (2010). Il Manuale del Personal Trainer, Calzetti Mariucci Editore, Perugia; p.38-50
2. Baker JS, McCormick MC, Robergs RA (2010). Interaction among skeletal muscle metabolic energy systems during intense exercise, J Nutr Metab; ID 905612
3. Gastin PB (2001). Energy system interaction and relative contribution during maximal exercise, Sports Med; 31(10): 725-741
4. Houston ME (2008). Fondamenti di biochimica dell’esercizio fisico, Calzetti Mariucci Editore, Perugia; p.45-78