Il sistema creatina/creatinfosfato

A cura di Fabrizio Felici

 

In condizioni di riposo le richieste di ATP sono modeste ma, nel momento in cui le fibre vengono stimolate a contrarsi, questa richiesta aumenta immediatamente.
All'interno di una cellula muscolare, in condizioni di riposo, sono immagazzinate modeste quantità di ATP, ma essa non può farvi affidamento a lungo, una volta che ha cominciato a contrarsi. Quindi per evitare la diminuzione del rifornimento di ATP, la cellula muscolare deve incrementarne il tasso di produzione per poter tenere il passo con l'aumento della velocità di utilizzazione. L'ATP che fornisce l'energia necessaria per la contrazione è prodotta nelle cellule muscolari dalla fosforilazione a livello del substrato e dalla fosforilazione ossidativa. Quando in una cellula aumenta il consumo energetico, si ha una riduzione della concentrazione di ATP e un aumento di quella dell'ADP. Queste variazioni inducono un aumento dell'attività degli enzimi responsabili della formazione dell'ATP, con la conseguenza che l'ATP viene prodotta a un tasso più elevato. Anche se questo avviene non appena la cellula inizia a contrarsi, queste reazioni richiedono alcuni secondi per arrivare alla velocità necessaria. Quindi per assicurare la disponibilità dell'ATP necessaria nel frattempo, i muscoli fanno affidamento su una riserva di fosfati ad alta energia ed immediatamente disponibile, il creatinfosfato (CP), che cede il suo gruppo fosfato all'ADP (che è sempre presente) per formare ATP. La cellula a riposo contiene una quantità di creatinfosfato sufficiente a fornire una quantità di ATP pari a 4-5 volte quella presente normalmente, che consente alla cellula di mantenere la sua attività, fino a quando non entrano in gioco le altre reazioni in grado di produrre l'ATP.
La reazione del creatinfosfato con l'ADP è catalizzata dall'enzima creatinchinasi ed è reversibile:

 

creatina fosfato

 

Quando questa reazione procede da sinistra a destra, genera ATP e creatina; quando va da destra a sinistra, genera ADP e creatinfosfato. Nella cellula muscolare a riposo, la reazione è in equilibrio, e per ogni molecola di creatinfosfato che si forma, un'altra viene convertita a creatina. Quando inizia l'attività muscolare invece, la concentrazione di ATP cala, aumenta quella di ADP, e la reazione procede verso destra per la legge d'azione di massa. Ne risulta che un certo quantitativo di ADP è trasformato in ATP, che può essere utilizzato nel ciclo dei ponti trasversali a spese del creatinfosfato, che viene consumato. Poiché le scorte di CP sono limitate, questa reazione può produrre ATP solo per un tempo breve, ma sufficiente perché nel frattempo si attivino le altre reazioni metaboliche che forniscono ATP. Quando la cellula muscolare termina la contrazione, la scorta di creatinfosfato viene ripristinata perché la ridotta richiesta di ATP causa un aumento della concentrazione di ATP e una diminuzione dell'ADP, determinando uno spostamento della reazione verso sinistra, in modo che venga di nuovo sintetizzato creatinfosfato dalla creatina. In questo modo le riserve di CP vengono conservate per un aumento improvviso dell'attività in un momento successivo.

 

Il ripristino delle riserve di creatinfosfato nella fase di restauro rapido

 

Una serie di esperimenti ha evidenziato importanti indicazioni al riguardo. In uno di questi esperimenti è stato prelevato un campione di tessuto muscolare tramite biopsia ad ago prima dell'inizio dell'esercizio fisico e, in seguito, periodicamente durante tutta la fase del restauro seguente lo sforzo massimale esaustivo. La prova fu eseguita in due modalità differenti:

  • Muscolo con flusso sanguigno normale
  • Muscolo con flusso sanguigno occluso

Nel primo caso si è osservato come dopo soli 2 minuti circa l'85% del CP era stato ripristinato, mentre al 4° minuto di restauro la percentuale raggiungeva il 90%, per arrivare al pressoché completo ristabilimento del valore iniziale dopo circa 8 minuti.
Nel secondo caso invece, con il flusso sanguigno occluso, la risintesi del creatinfosfato non avviene: questo ha portato alla conferma che il ciclo di rigenerazione avviene grazie all'ossigeno di restauro trasportato nel sangue dall'emoglobina.

 

Ripristino del CP (%)

Tempo (min.)

85

2

90

4

100

8

 

Naturalmente maggiore è la deplezione di creatinfosfato in conseguenza dell'esercizio e maggiore sarà la quantità di ossigeno necessario per la sua risintesi.