Metabolismi Energetici Pt.2

8 Mar , 2022 - Biochimica e Fisiologia

Se stai per iniziare a leggere questo articolo, ti avviso che è uno degli argomenti più complicati da affrontare!

Tutti sanno che abbiamo bisogno di energia per crescere, muoverci e mantenerci. Migliaia di processi che richiedono energia si verificano continuamente all’interno delle cellule per rispondere alle esigenze della vita. 

L’energia può assumere diverse forme nei sistemi biologici, ma abbiamo visto nel blog precedente che la molecola energetica più importante è l’ATP! 

Ormai sappiamo anche che le scorte di ATP prontamente disponibili sono molto limitate nel muscolo in maniera tale da sostenere lo sforzo massimale per soli 6 secondi circa. Per questo motivo esistono tre differenti sistemi energetici che generano ATP durante l’esercizio

Nel contesto dell’attività fisica, il contributo di ognuno di questi sistemi è determinato dall’intensità e dalla durata della stessa ma lavorano sempre in sinergia. I tre/ sistemi energetici del corpo sono:

Ora potrebbe non essere chiaro, ma facendo riferimento all’immagine , cercherò di spiegare punto per punto quello che succede quando iniziamo a muoverci senza entrare troppo nel particolare per farvi capire i concetti principali! 

La figura rappresenta l’interno di una cellula, si nota infatti la membrana plasmatica che la delimita (riga nera) , tutto quello che è sopra va considerato fuori dalla cellula.  Scendendo troviamo il citoplasma e poi il mitocondrio, con la membrana mitocondriale che lo separa dal citoplasma cellulare.  In questo modo sono identificati gli ambienti in cui avvengono le reazioni!  Quello che avviene nel citoplasma è in assenza di ossigeno, mentre i processi all’interno del mitocondrio avvengono in presenza di ossigeno. Da qui la differenza tra meccanismi aerobici e anaerobici. 

Ora immaginiamo di iniziare a correre e abbiamo bisogno di più energia. Il glucosio ematico (in alto nella figura) viene captato dalla cellula ed entra nel citoplasma dove insieme al glicogeno muscolare (il glicogeno è la forma immagazzinata di glucosio nel muscolo o fegato) vengono trasformati in piruvato attraverso la glicolisi (scissione del glucosio) .

Durante questa trasformazione viene prodotto ATP, cioè energia: il simbolo verde a destra della glicolisi. 

Ora, proseguendo nella lettura dell’immagine concentriamoci per il momento sul blocco PHD. Il piruvato prodotto prima dalla glicolisi entra all’interno del mitocondrio tramite la piruvato deidrogenasi: qui il piruvato viene trasformato in Acetil Coenzima A (acetil-Coa in figura)  e costituisce la sostanza in ingresso al passaggio successivo!  

A questo punto, l’ACoA entra nel ciclo di Krebs, che senza entrare nel detteglio,  è l’insieme di reazioni che producono altre sostanze utilizzate dalle reazioni successive che tramite la  fosforilazione ossidativa insieme all’ossigeno prelevato dall’esterno, O2, porta alla produzione di  ATP e quindi energia.   

Notate come il ciclo di krebs  produca anidride carbonica ( CO2 ) che viene rilasciata all’esterno della cellula! 

Quindi a livelli di intensità di esercizio blando,  al di sotto della soglia anaerobica, le velocità della glicolisi e del blocco aerobico sono accoppiate e forniscono entrambe ATP , il piruvato entra nel mitocondrio e la contrazione muscolare continua attraverso la produzione aerobica di ATP. 

Ora però Immaginate di avere improvvisamente di molta più energia nella stessa unità di tempo. Ad esempio stiamo camminando e iniziamo a correre oppure durante la nostra corsa vogliamo aumentare la velocità per superare qualcuno o fare una salita. 

Purtroppo Il solo blocco aerobico appena descritto è lento a mettersi in moto e non riesce a produrre molto ATP nell’unità di tempo. Ne può produrre per tanto tempo, ma non oltre un certo quantitativo al secondo. Quindi quando richiediamo più energia (torniamo a guardare l’immagine in alto)

Interviene la glicolisi anaerobica che invece non ha questa limitazione, e riesce a produrre  tutto l’ATP richiesto. La limitazione in questo, però, è data dal piruvato prodotto dalla glicolisi che si accumula nel citoplasma perché i mitocondri non riescono a trasformarlo tutto nel ciclo di Krebs.

Parte di questo piruvato allora viene convertito in  lattato (a destra nella figura) per far proseguire la glicolisi (sistema anaerobico lattacido) e quindi la produzione di ATP. Per questo motivo la glicolisi costituisce il metabolismo energetico anaerobico lattacido: non necessita di ossigeno e vi è produzione di lattato. 

Esatto, quel lattato o acido lattico che tanto odiate quando fate degli sforzi intensi che vi fa bruciare tutti i muscoli. In quei casi cosa fate? 

Diminuite la velocità perché non riuscireste a mantenerla, la richiesta di ATP andrà a diminuire e la glicolisi andrà perciò a velocità inferiore, il lattato sarà ritrasformato in piruvato e, insieme ai quantitativi di piruvato adesso ridotti prodotti dalla glicolisi, potrà entrare nei mitocondri. (notate infatti le frecce bidirezionali)

Il lattato in eccesso ha anche altri destini, oltre a quello di essere riassorbito all’interno della cellula stessa:

1. Fluisce nelle cellule accanto che magari hanno un eccesso di piruvato minore, in modo tale che il lattato assorbito possa essere da queste trasformato in piruvato e veicolato nei mitocondri per produrre energia.
2. Fluisce nel sangue per essere utilizzato da cellule muscolari lontane, come ad esempio quelle cardiache 
3. Infine, sempre quello che è immesso nel sangue viene assorbito dal fegato per essere utilizzato per produrre glicogeno, in un processo chiamato gluconeogenesi che spiegherò in un altro articolo.

Ci siamo quasi, ancora un paio di cose e abbiamo spiegato tutto! 

Partiamo dal blocco Pcr , a destra in figura. Questo è Il sistema anaerobico alattacido è il sistema energetico più semplice del corpo con la capacità più breve (fino a 15 secondi) per mantenere la produzione di ATP. Serve durante gli esercizi più intensi, come nello sprint, negli stacchi da terra con i pesi, nella partenza dai blocchi nel nuoto, nel lancio o nel salto, in tutti quegli esercizi caratterizzati da una elevata intensità mantenuta per tempi brevissimi. 

In queste condizioni l’energia necessaria è fornita quasi esclusivamente dalla riserva intramuscolare di fosfageni: ATP e fosfocreatina. La fosfocreatina (PCr) è una sostanza che permette una rapidissima resintesi dell’ATP man mano che questo viene utilizzato. 

Purtroppo nel muscolo la concentrazione di fosfocreatina è di circa 20mmol/kg, una quantità 4 volte maggiore rispetto all’ATP presente, sufficiente per sforzi di circa 6-7 secondi e poi cessa di funzionare. 

(NB : Al termine dell’esercizio,  la fosfocreatina viene rapidamente resintetizzata: in presenza di ossigeno l’andamento è esponenziale con circa il 50% delle riserve di fosfocreatina ripristinate in una trentina di secondi)

Se vedete in figura, questo sistema avviene in assenza di ossigeno come la glicolisi e non porta alla produzione di acido lattico! Se ci pensate è logico e davvero interessante.  Da uno stato di quiete, iniziamo a muoverci, il cambio di richiesta energetica è altissimo e dev’esserci un sistema che ci permetta di farlo immediatamente. Immaginatelo come una riserva di energia necessaria per iniziare un qualsiasi movimento per dare tempo all’organismo di attivare tutti gli altri sistemi, prima alla glicolisi e dopo al blocco aerobico. 

Un ultimo sforzo: la ß-ossidazione 

Sulla sx nella figura, trovare un altro blocco,  la ß-ossidazione che rappresenta quella che si chiama ossidazione degli acidi grassi: gli acidi grassi esterni alla cellula e presenti nel sangue (la catena triangoli in figura rappresenta un acido grasso) possono essere captati dai mitocondri dove vengono divisi in parti più piccole, i singoli triangoli , che possono essere utilizzate dal ciclo di Krebs per produrre ATP.

Notate che all’uscita del blocco della ß-ossidazione ritroviamo  anche in queato caso , l’ACoA che, di fatto, è un acido grasso legato ad un elemento chiamato Coenzima A, che è una proteina trasportatrice. Un acido grasso viene scomposto in parti più piccole, trasportate verso il ciclo di Krebs con un trasportatore: appunto il CoA. Incredibile, la stesssa molecola che deriva dal piruvato! 

Questo significa che il ciclo di Krebs può utilizzare  sia grassi che carboidrati perché in ingresso ha sempre la stessa sostanza! 

Anche la ß-ossidazione avviene nei mitocondri e per questo viene considerata parte del metabolismo aerobico.

Visto l’enorme quantitativo di grassi che il corpo è in grado di stoccare come riserva, La ß-ossidazione è capace di fornire quantitativi pressoché illimitati di ATP per una data attività fisica! La limitazione di questo meccanismo è la velocità: se il blocco aerobico è più lento della glicolisi, a maggior ragione innescare l’ossidazione è un processo ancora più lento. 

Non voglio entrare nel tecnico ma normalmente quando la richiesta di energia è bassa (a riposo, mentre camminiamo ecce cc ) il corpo preferisce utilizzare una % di grassi maggiori. Al contrario quando la richiesta aumenta, aumenta la % di glucosio/glicogeno utilizzata per la maggior velocità di produzione di energia!

Siamo arrivati alla fine, ho spiegato tutti i sistemi che il corpo utilizza per produrre ATP! Concludo dicendo che nonostante un sistema energetico possa essere predominante in risposta ad una determinata attività muscolare (ad esempio il sistema alattacido per l’alzata massimale, o quello aerobico per la corsa o la maratona), in realtà tutte i tre sistemi energetici provvedono a fornire l’ATP richiesta dal corpo in ogni momento. Perciò, il sistema dei fosfati interviene anche quando il corpo è in stato di riposo, mentre le fonti aerobiche intervengono anche durante l’alzata massimale. Anche in stato di riposo viene prodotta da muscoli una piccola quantità di lattato, che viene poi rilasciata nel sangue. Anche durante una maratona, anche se la maggior parte dell’energia viene apportata dalle fonti aerobiche, una piccola parte dell’energia richiesta proviene dai sistemi anaerobici dei fosfati e del lattato. 

Il contributo dei tre sistemi energetici nell’attività fisica è dinamico e varia con il variare della durata e dell’intensità!!

Sei sei arrivato fin qui davvero complimenti, è uno degli argomenti più difficili da spiegare e da comprendere, spero che ti possa essere stato d’aiuto e nei prossimi blog vedremo come tutto questo viene messo in pratica! Se ti è piaciuto lasciami un commento!