Metabolismo aerobico nello sport: cosa si intende, come funziona e come si attiva

Metabolismo aerobico nello sport: cosa si intende, come funziona e come si attiva
Ultima modifica 10.02.2023
INDICE
  1. Cosa si intende, come funziona e come si attiva
  2. Rompere il fiato: passare dallo stato stazionario a quello aerobico
  3. Massima potenza aerobica
  4. Fattori limitanti il metabolismo aerobico nella prestazione
  5. Massima potenza aerobica nel soggetto sedentario
  6. Massima potenza aerobica nell'atleta
  7. Basi fisiologiche per un elevata potenza aerobica
  8. Debito di ossigeno (EPOC) e metabolismo del recupero

Cosa si intende, come funziona e come si attiva

Il metabolismo aerobico è il complesso delle reazioni della catena di trasporto degli elettroni e associato alla fosforilazione ossidativa.

In un certo senso, questo termine di per sé è fuorviante, in quanto l'ossigeno non partecipa direttamente alla sintesi di ATP; tuttavia è proprio la disponibilità di ossigeno, alla fine della catena respiratoria, a determinare la capacità individuale di sostenere un elevato metabolismo aerobico.

Le reazioni ossidative sono i processi di gran lunga più importanti ai fini energetici, per la grande quantità di energia che può essere sviluppata dalla degradazione ossidativa delle scorte caloriche del corpo (grassiglucidi).

La massima potenza che può essere sviluppata dall'organismo sulla base dei soli processi ossidativi non è imposta, entro certi limiti, dalla disponibilità del combustibile, ma piuttosto dal comburente, cioè dal massimo possibile apporto di ossigeno ai muscoli - detto massima potenza aerobica, misurabile tramite il VO2max).

In un vasta gamma d'intensità lavorative, il consumo di ossigeno (VO2), raggiunto da 3 a 5 minuti dopo l'inizio del lavoro (nella persona allenata), è una funzione crescente dell'intensità del lavoro stesso. In queste condizioni, il lavoro può essere continuato per periodi abbastanza lunghi (> 10 minuti) senza ulteriore significativo aumento di VO2.

Queste condizioni sono considerate tradizionalmente aerobiche e il VO2 raggiunto da 3 a 5 minuti dopo l'inizio del lavoro è definito come il valore di "Stato Stazionario" (VO2S).

Il VO2S, quindi, aumenta monotonicamente con l'intensità del lavoro fino ad un massimo, raggiunto il quale, qualsivoglia incremento dell'intensità non è più accompagnata da alcun ulteriore aumento di VO2S; è a questo punto che interviene massicciamente il metabolismo anaerobico lattacido, senza che quello aerobico perda di potenza.

Il livello di VO2S corrispondente a questo massimo è definito "massimo consumo di ossigeno (VO2max)".

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Rompere il fiato: passare dallo stato stazionario a quello aerobico

"Rompendo il fiato" si passa dallo stato stazionario al metabolismo aerobico, instaurando un provvisorio debito di ossigeno.

Il ritardo con cui il consumo di ossigeno si porta allo stato stazionario dipende dalla relativa lentezza con cui le reazioni ossidative si adeguano ad una aumentata richiesta energetica.

Per tutto il tempo in cui il consumo di ossigeno rimane inferiore al valore dello stato stazionario, l'energia viene fornita da un sistema anaerobico; in un certo senso è come se il sistema aerobico contraesse un debito in quanto l'energia viene fornita da un altro sistema esoergonico.

In condizioni di stato stazionario non esistono differenze tra un soggetto allenato e uno non allenato. La differenza sta nella velocità di adeguamento del VO2 allo stato stazionario (VO2S), che è nettamente superiore nel soggetto allenato.

Massima potenza aerobica

La quantità di ossigeno che l'organismo deve assumere è regolata dal livello metabolico cellulare, nel complesso dovuto a:

  • Metabolismo Basale: quantità minima necessaria a soddisfare le esigenze vitali;
  • Massimo Consumo di Ossigeno: limite massimo, individuale, che il corpo può esprimere sulla base dei processi metabolici ossidativi. Viene espresso in Valore Assoluto (L/min) o in relazione al peso corporeo (mL/kg/min) o alla Massa Magra (mL/kg massa magra/min).

Assunzione e trasporto di ossigeno

L'assunzione ed il trasporto dell'ossigeno, dall'ambiente esterno all'ambiente interno delle cellule, richiede l'intervento:

  1. Dell'apparato respiratorio (scambi gassosi con l'esterno);
  2. Del sangue (per il suo contenuto in emoglobina, che è il vettore dell'O2, e per altre sue caratteristiche fisico chimiche);
  3. Dell'apparato cardiocircolatorio (trasporto dei gas e dei substrati utilizzabili ai fini energetici).

Dipende inoltre dalle caratteristiche anatomiche, fisiologiche e biochimiche delle strutture degli organi effettori, elementi che influiscono sugli scambi gassosi tra cellule e capillari sanguigni.

VO2 MAX: relazione tra durata e intensità

La relazione fra durata del lavoro ad esaurimento e intensità del lavoro fra il 65-90 % del VO2max, in soggetti allenati è descritta da:

t(min) = 940-1000 VO2S / VO2max

Questa relazione non è valida per esercizi d'intensità >90% del VO2max (il tempo diverrebbe infatti negativo per VO2S › 0,94 VO2max) ed è indipendente dal valore assoluto di VO2max, purché il soggetto sia in buone condizioni di allenamento.

Fattori di conversione

1 N 0,1019 kgp  
1 KJ  101,9 kgpm 0,239 kcal
1 kcal 426,7 kgpm 4,186 KJ
1 kgp 9,81   N  
1 kgpm 9,81   J 2,34 kcal

Definizione di alcune grandezze fisiche e delle corrispondenti Unità SI

  • Forza: capacità di imprimere accelerazione ad una massa. L'unità di forza è il newton (N) che imprime alla massa di 1kg un'accelerazione di 1 m * s-2.
  • Pressione: forza per unità di superficie.
  • Lavoro: il joule, unità di lavoro, è il lavoro fatto quando il punto di applicazione della forza di 1 N è spostato di 1 m lungo la direzione della forza.
  • Potenza: lavoro per unità di tempo. 1W è la potenza uguale a 1joule per secondo.

Molto usato fino a poco tempo fa era il cosiddetto sistema metrico, in cui l'unità di forza è il chilogrammo peso (kgp): la forza capace di imprimere ad 1 kg un'accelerazione eguale a quella della gravità terrestre (9,81 m*s-1). Di conseguenza, l'unità di lavoro e potenza nel sistema tecnico sono il kgpm (chilogrammetro) e il kgpm * s-1 (chilogrammetro per secondo) eguali rispettivamente a 9,81 J e 9,81 W.  Si noti che sulla Terra l'accelerazione di gravità è costante: ogni corpo subisce la stessa accelerazione  g = 9,81 m * s-1, indipendente dalla sua massa.

Altra unità di energia e di lavoro ancora molto usata è la caloria (cal), equivalente alla quantità di energia immagazzinata in 1 g di acqua, in seguito all'aumento di temperatura di 1°C (da 14,5 a 15,5); 1000 cal = 1kcal.

Fattori limitanti il metabolismo aerobico nella prestazione

Fattori polmonari:

  1. Ventilazione alveolare;
  2. Capacità di diffusione dei gas respiratori, in particolare dell'O2.

Fattori ematici:

  1.  Capacità di trasporto del O2 e della CO2 da parte del sangue.

Fattori cardiocircolatori:

  1. Gettata cardiaca, Q;
  2. Circolazione periferica, in particolare la circolazione muscolare, Qm.

Fattori tessutali:

  1. La capacità di diffusione dell'O2 dai capillari alla cellula e viceversa, del CO2 dalla cellula al sangue;
  2. Capacità di utilizzazione dell'O2, da parte dei tessuti.

Massima potenza aerobica nel soggetto sedentario

Come abbiamo detto, la massima potenza aerobica può essere espressa in valore assoluto (L/min) o relativo al peso corporeo (mL/kg/min).

I dati concernenti gli adulti sani variano tra i 40-50 mL/kg/min; quanto alle influenze del sesso si ha una sensibile differenza tra maschi e femmine, queste hanno un valore assoluto (L/min) in media del 30% inferiore rispetto a quello dei maschi.

La differenza tra i sessi tende ad annullarsi (3-4%) quando il valore è riferito alla massa muscolare (magra); ciò sta ad indicare che la minor potenza aerobica delle donne non è dovuta solo alla minor massa corporea ma anche al maggior contenuto percentuale di grasso.

La residua differenza del 3-4% può essere spiegata con una diversa concentrazione emoglobinica del sangue, che nella femmina è del 5-10% inferiore a quello del maschio.

Massima potenza aerobica nell'atleta

Il limite massimo di VO2 max sembra situarsi attorno ai 90 mL/kg/min; gli atleti caratterizzati dai più elevati valori sono i fondisti, indipendentemente dalle specialità praticata (sci, corsa o ciclismo).

Comunque, indipendentemente dalla disciplina praticata, il valore di VO2 max, espresso per unità di peso corporeo, appare sensibilmente più elevato nell'atleta in generale che nel soggetto sedentario.

Una differenza sensibile si ha tra i valori riscontrati tra atleti praticanti specializzazioni diverse. Ad esempio il VO2 max dei maratoneti, espresso in valori assoluti, è inferiore a quello dei canottieri, che mediamente sono caratterizzati da una massa corporea maggiore.

I canottieri non utilizzano l'energia per trasportare il loro corpo, che è sostenuto dall'acqua tramite l'attrezzo sportivo, quindi non devono compiere alcun lavoro contro la gravità (il peso corporeo non entra in gioco come fattore limitante la prestazione).

Il podista, invece, poiché compie quasi tutto il lavoro contro la gravità, necessita di un'elevata prestazione energetica per kg di peso corporeo e non necessariamente presenta valori assoluti elevati.

Il ciclista si trova in una situazione intermedia a seconda che il percorso si svolga in pianura o in salita.

Basi fisiologiche per un elevata potenza aerobica

La Massima Gettata Cardiaca (Q'max) costituisce il requisito fondamentale per poter conseguire un elevato livello di VO2 max; può raggiungere nell'atleta i 40L/min, contro un valore di 22-25 L/min nel sedentario e nell'atleta non fondista.

Altre importanti variabili sono quelle connesse al massimo coefficiente di utilizzo dell'ossigeno a livello muscolare che può raggiungere, nel muscolo dell'atleta allenato, valori prossimi allo 0,9 è ciò probabilmente grazie:

  • ad una più uniforme distribuzione della perfusione conseguente ad un aumento (+20%) della superficie di sezione dei capillari per unità di superficie del muscolo;
  • ad un aumento dell'attività di alcuni enzimi mitocondriali, particolarmente della succinodeidrogenasi (SDH) anche in relazione alla diversa proporzione tra le fibre muscolari ossidative e le altre.

Debito di ossigeno (EPOC) e metabolismo del recupero

Il concetto di debito fu proposto da Hill nel 1923 e successivamente ripreso da altri autori tra cui Margaria; tutti identificavano 2 componenti:

  • una definita alattacida;
  • l'altra lattacida.

Tale modello è durato per circa 65 anni.

Allo stato attuale il termine di debito di ossigeno è stato sostituito da fase di consumo di ossigeno nel recupero (O2 recovery) o consumo di ossigeno globale in eccesso rispetto al basale (EPOC, dagli autori anglosassoni, acronimo di Excess Postexercise Oxygen Consumption).

EPOC riflette non solo la quota di pagamento del debito lattacido ma anche la condizione di aumentata richiesta energetica dei vari organi e apparati che sono stati precedentemente coinvolti nel corso del lavoro muscolare.

L'EPOC dipende dal carico allenante sostenuto (intensità e volume) ed è, internamente al soggetto, quasi proporzionale ad esso.

Il debito di ossigeno viene accumulato sia nelle attività aerobiche che anaerobiche.

Cause dell'EPOC

  1. Risintesi di ATP e CP;
  2. Risintesi di glicogeno a partire dal lattato (ciclo di Cori);
  3. Ossidazione del lattato;
  4. Riossigenazione del sangue;
  5. Effetto termogenico legato all'aumento della temperatura corporea;
  6. Effetto termogenico dovuto all'azione degli ormoni, specie le catecolamine;
  7. Mantenimento di una frequenza cardiaca e ventilazione polmonare  elevata.