Bioenergetica e fisiologia dell’esercizio 8. Risposte all’allenamento: adattamenti biochimici e effetti sulla resistenza Prof. Carlo Capelli, Fisiologia Generale e dell’Esercizio, Facoltà di Scienze Motorie, Università degli Studi di Verona Obiettivi 1. 2. 3. 4. Descrivere le modificazioni morfo-funzionali dei muscoli che causano l’aumento della massima differenza a-vO2 durante l’allenamento di resistenza. Descrivere le cause che inducono la caduta di V’O2 durante deallenamento. Descrivere come le modificazioni capillari e mitocondriali muscolari che conseguono all’allenamento di resistenza siano anche relate a modificazioni osservabili durante esercizio sottomassimale: i) DefO2 minore, ii) aumento dell’utilizzazione di FFA e risparmio di glicogeno; iii) riduzione della formazione di La- e H+; iv) aumento della rimozione di LaDiscutere come il central command e il peripheral feedback siano in grado, dopo allenamento di endurance, di abbassare FC, la liberazione di catecolamine, e la ventilazione Effetti dell’allenamento di resistenza sulla performance • Mantenimento dell’omeostasi – Transizione più rapida da riposo a stato stazionario – Ridotta utilizzazione delle scorte di glicogeno – Adattamenti cardiovascolari e termoregolatori • Adattamenti Neurali ed Ormonali • Modificazioni morfologiche e biochimiche nel muscolo – Numero dei mitocondri – Densità capillare Adattamenti strutturali e biochimici all’allenamento di resistenza • Aumento della densità capillare • Aumento del numero di mitocondri • Aumento dell’attività degli enzimi ossidativi – Ciclo di Krebs (citrato sintetasi) – Ciclo degli acidi grassi (β-ossidazione) – Catena del trasporto degli elettroni-fosforilazione ossidativa • Aumento della Spoletta del NADH – Trasporto da citoplasma a mitocondrio di NADH più efficiente • Modificazione del tipo di LDH Modificazione dell’attività degli enzimi ossidativi Cinetica degli adattamenti mitocondriali: allenamento e deallenamento • Allenamento – La massa mitocondriale raddoppia in 5 settimane di allenamento • Deallenamento – Circa 50% dell’aumento di massa mitocondriale è perso dopo una settimana di deallenamento – Tutti gli adattamenti scompaiono dopo 5 settimane – Sono necessarie 4 settimane di riallenamento per riguadagnare le perdite accusate in 5 settimane di deallenamento Cinetica degli adattamenti mitocondriali: allenamento e deallenamento Effetti dell’Intensità e della Durata sugli Adattamenti Mitocondriali • Citrato sintetasi (CS) – Marker della capacità ossidativa mitocondriale • Esercizio leggero/moderato – Aumento CS in fibre altamente ossidative • Tipo I and IIa • Esercizio intenso – Aumento CS in fibre a bassa capacità ossidativa • Tipo IIx Attività di CS e PDH ed esercizio Adattamenti biochimici e DefO2 • La massa mitocondriale aumenta dopo training • E’ sufficiente una [ADP] più bassa per aumentare la sintesi di ATP e V’O2 ([ADP] stimola la sintesi mitocondriale di ATP) • DefO2 è inferiore dopo allenamento – Stesso V’O2 a [ADP] più bassa – La richiesta energetica può essere meglio soddisfatta dalla produzione ossidativa di ATP all’inizio dell’esercizio diminuendo la produzione extramitocondriale di ATP • Cinetica più rapida di V’O2 all’inizio dell’esercizio • Minore produzione di lattato precoce e minore deplezione di PCr La Regolazione del Metabolismo Ossidativo e Allenamento Numero di mitocondri e concentrazione di ADP necessaria ad aumentare V’O2 L’allenamento di resistenza riduce DefO2 Deficit di O2 e fibre shift • La diminuzione del Deficit di O2 è correlata con lo shift fenotipico muscolare e l’aumento del marker mitocondriale TOM 20 (Doria et al, J Appl Physiol 2012) Adattamenti Biochimici e Concentrazione Plasmatica di Glucosio • Aumento dell’utilizzazione dei lipidi e risparmio di glucosio e glicogeno muscolare • Trasporto di FFA nel muscolo – Aumento della densità capillare • Flusso ematico nei muscoli più basso e maggiore uptake FFA • Trasporto di FFA dal citoplasma nei mitocondri – Aumento del numero di mitocondri e della carnitina transferasi – Aumento attività PDH – Ossidazione mitocondriale di FFA – Aumento degli enzimi della β-ossidazione • Aumento della formazione di acetyl-CoA • Alti livelli di citrato inibiscono PFK e glicolisi Effetti dei Mitocondri e Utilizzazione di FFA e Glucosio Adattamenti Biochimici e pH del Sangue • Produzione di lattato durante esercizio pyruvate + NADH LDH lactate + NAD • Aumento del numero di mitocondri • Minore utilizzazione di carboidrati = minore formazione di piruvato • Aumento delle spolette del NADH • Meno NADH disponibile per la formazione di acido lattico • Modificazione delle isoforme di LDH M4 M3H M2H2 MH3 H4 • L’isoforma cardiaca (H4) ha minore affinità per il piruvato = minore formazione di acido lattico Adattamenti Biochimici e pH del Sangue Adattamenti Biochimici e Rimozione del Lattato • Rimozione del lattato – Da parte di muscoli, fegato, reni – Gluconeogenesi epatica • Aumento della densità capillare – I muscoli possono estrarre lo stesso O2 con flusso ematico inferiore – Maggiore perfusione nel fegato e nei reni • Aumento della rimozione di lattato • Sovraespressione di MCT1 e MCT4 Adattamenti Biochimici e Rimozione del Lattato Relazioni tra la Fisiologia Sistemica e Muscolare • Gli adattamanti biochimici all’allenamento influenzano le risposte fisiologiche all’esercizio – SNA ( E/NE) – Sistema cardiorespiratorio ( FC, V’E) • Dovuti a: – Riduzione del “feedback” dai chemocettori periferici – Riduzione del numero di UM reclutate • Dimostrato in studi one leg training • Mancanza di trasferimento dell’effetto allenante durante esercizio eseguito con arto non allenato Assenza del Trasferimento degli Effetti Controllo Periferico e Centrale delle Risposte Cardiorespiratorie • Feedback periferico afferente dai muscoli in attività – Fibre nervose gruppo III e gruppo IV Group III – Rispondono a tensione (meccanocettori), temperatura, modificazioni chimiche – Afferenze al centro di controllo cardiovascolare • “Central Command” – Corteccia motoria, cervelletto, gangli della base • Reclutamento delle UM • Stimola il sistema di controllo cardiorespiratorio Controllo Periferico di FC, V’E e Perfusione Controllo Centrale delle Risposte Cardiorespiratorie Bibliografia • Dagli Abissi allo Spazio, Ambienti e Limiti Umani, Ferretti G e Capelli C, Edi.Ermes, Milano • Capitolo 2: Ambiente esercizio - Effetti dell’allenamento