Fatica e Metabolismi Energetici: implicazioni nelle discipline sportive

(aggiornato al 18/04/2023)

La comprensione dei metabolismi energetici, del controllo del movimento e dell’origine della fatica sono elementi fondamentali per comprendere la performance sportiva e l’allenamento. Con questo post (e il prossimo) cercheremo di rendere comprensibili questi concetti a tutti, in maniera tale da migliorare la consapevolezza del proprio allenamento (per chi è atleta) e dei protocolli proposti (per chi allena). Non mancheranno i risvolti applicativi, come alcuni riferimenti alla metodologia d’allenamento, all’alimentazione a all’integrazione alimentare. Per andare in ordine d’importanza, partiamo da dove ha origine il movimento, cioè dal Sistema Nervoso Centrale

“CHI” DETERMINA IL MOVIMENTO?

Il comando al movimento è dato dal sistema nervoso centrale; esistono vari livelli del controllo della motricità il cui coinvolgimento dipende dalla complessità e dall’automatismo dei movimenti. Per chiarire facciamo 2 esempi:

• La scrittura di un messaggio sullo smartphone richiede precisione ed attenzione dei movimenti al fine di comporlo nel migliore dei modi. Il controllo di questo tipo di movimento è affidato prevalentemente alle parti più alte (vedi figura sotto) del Sistema Nervoso Centrale (SNC).
• Facciamo ora l’esempio di 2 persone che stanno chiaccherando mentre corrono; è chiaro comprendere come il gesto della corsa (in questo caso) necessiti di minore precisione ed attenzione. Il controllo di questo gesto infatti è a livelli leggermente inferiori del SNC, cioè quelli deputati al controllo degli automatismi (cioè i gesti che richiedono meno controllo ed attenzione).

La nostra è ovviamente una semplificazione, in quanto ogni movimento ha in sé una parte che richiede maggior attenzione e una che richiede maggior automatismo, ma questo approccio ci permetterà di comprendere meglio i prossimi paragrafi. Questo approccio spiega anche in maniera abbastanza evidente l’importanza dell’allenamento funzionale come una metodologia di potenziamento che mette al primo posto il movimento rispetto ai singoli muscoli.

Se il SNC riconosce i movimenti nel loro insieme (cioè l’azione sinergica dell’insieme dei gruppi muscolari) e non i singoli muscoli, allora anche il potenziamento muscolare deve riflettere questa linea guida (vedi allenamento funzionale)

L’ATP, CIOE’ LA MONETA DI SCAMBIO TRA IL MOVIMENTO E I METABOLISMI

Una volta definito “chi” controlla e dà il comando ai movimenti, è importante comprendere chi ne fornisce l’energia e in che modo. Precisiamo che se il controllo del movimento origina nel SNC, questo comando arriva ai muscoli tramite i nervi (Sistema Nervoso Periferico, abbreviato SNP). Una volta arrivato ai muscoli, il comando genererà un movimento consumando (perché per fare movimento serve energia) la “moneta di scambio” che è l’ATP. Ovviamente la cellula muscolare è molto “gelosa” del suo contenuto di ATP, quindi appena inizia il suo consumo, partono i meccanismi energetici che tendono a ripristinarne la quota. Ovviamente la nostra è una semplificazione, ma quello che è importante comprendere è che l’ATP rappresenta la moneta di scambio tra il consumo (movimento) e la produzione (metabolismi energetici). Per approfondire l’argomento, vi consiglio di leggere questa pagina tratta da Prospettiva Fitness.

I METABOLISMI ENERGETICI DEPUTATI AL RIPRISTINO DELL’ATP

Una volta compreso il punto sopra, passiamo a comprendere quali sono i meccanismi energetici e come funzionano. Ma cerchiamo prima di capire cos’è l’ATP e come produce energia.

Com’è possibile vedere nella figura sopra, per produrre energia l’ATP (adenosina trifosfato) si scinde in 2 molecole più semplici, cioè: ADP (adenosina difosfato) + Pi (fosfato). Per ristabilire i livelli di ATP consumati, i metabolismi energetici rispristinano il legame tra l’ADP e il Pi, riformando l’ATP. È ovvio che i metabolismi energetici devono essere in grado di supportare sforzi brevi ed intensi (come un salto o un lancio), ed allo stesso tempo sforzi prolungati e di bassa intensità. In altre parole, per mantenere i livelli di ATP costanti (perché la cellula muscolare ne è gelosa) i metabolismi devono essere in grado di rispristinarli in diverse condizioni di durata ed intensità fisica.

Per questo motivo, i metabolismi sono 3 ed in base alle loro caratteristiche sono in grado di coprire il fabbisogno di ripristino dell’ATP. Sopra è rappresentata una tabella semplificata dei 3 metabolismi principali. Quello aerobico sfrutta l’ossigeno per produrre energia (cioè ATP), ed è il responsabile principale negli sforzi oltre una certa durata; i metabolismi anaerobici invece sono i responsabili principali negli sforzi brevi e non utilizzano l’ossigeno. Appare evidente, che i metabolismi che non utilizzano l’ossigeno abbiano una capacità (cioè una durata di produzione di energia) limitata. Nel grafico sotto è possibile vedere il coinvolgimento dei vari metabolismi in riferimento alla durata dell’esercizio.

Ma perché il sistema aerobico è così lento? Semplicemente perché affinchè l’ossigeno arrivi dai polmoni alla cellula muscolare, deve attraversare il sistema cardiocircolatorio, determinando un’inerzia (cioè una “lentezza” nell’attivazione) che viene compensata dalla velocità dei metabolismi anaerobici. Ovviamente la nostra è una semplificazione, ma spero sia chiaro come i metabolismi energetici della cellula siano strutturati per soddisfare l’esigenza del muscolo di produrre energia.

LA FATICA

Per comprendere dal punto di vista fisiologico cosa sia la fatica, riportiamo sopra (in un grafico) l’andamento della velocità in funzione della distanza di gara nelle distanze olimpiche dell’atletica leggera; è facile comprendere come maggiore sia la durata/lunghezza di una gara, e minore sarà la velocità (cioè l’intensità). Fondamentalmente non si riesce a tenere un’intensità elevata (ad esempio quella sui 100m) per una durata superiore, perché la fatica ne limita la produzione. Possiamo quindi definite la fatica come:

l’incapacità di mantenere durante lo sforzo l’intensità aspettata/voluta

Fino a qui, credo non ci sia nulla di nuovo, ma viene lecito chiedersi: ma la fatica, agisce a livello dei metabolismi, oppure al livello del Sistema Nervoso Centrale, Sistema Nervoso Periferico, od altro?

La risposta non è semplice e cercheremo di approfondirla (seppur in maniera chiara a tutti) nei prossimi paragrafi. Non solo, nell’ultima parte del post cercheremo anche di fare importanti esempi che riguardano l’allenamento, dieta ed integrazione.

Le ricerche scientifiche degli ultimi anni hanno sempre più confermato quello che è possibile definire il modello tridimensionale della fatica; questo approccio permette di comprendere come siano diversi i meccanismi fisiologici coinvolti nella fatica, proprio per la complessità del corpo umano.
Nella figura a fianco, è possibile vedere i 3 livelli sui quali agiscono i meccanismi della fatica; cerchiamo ora di comprenderli con dei facili esempi.

FATICA PERIFERICA

Questa si presenta quando c’è mancata corrispondenza tra i segnali del Sistema Nervoso (cioè i comandi) e l’intensità espressa (cioè la potenza muscolare applicata). È come se in un’automobile, ad un certo punto, non ci fosse più corrispondenza tra il quanto spingo sui pedali e quanto la macchina accelera. L’esempio classico è quello che accade in una gara di 100m; questa ovviamente viene corsa dagli atleti dal primo all’ultimo metro al massimo impegno, ma solitamente dopo 70m alcuni hanno un maggior calo di altri, malgrado diano il massimo. Cosa succede nel corpo umano in questo caso? Quali meccanismi fisiologici sono coinvolti in questo calo?

Appare evidente che questo tipo di fatica sia coinvolta a livello del muscolo (e non del sistema nervoso); è possibile ipotizzare che le cause in sforzi particolarmente intensi e brevi siano:

• Alterazione del ph cellulare: un muscolo al massimo della propria intensità produce una serie di scorie in grado di alterare il ph (cioè l’equilibrio acido/base); questo fenomeno è dannoso per la vita della cellula muscolare, e di conseguenza provoca un’inibizione della contrazione (e quindi del lavoro muscolare) per limitarne i danni.
• Incremento di alcuni metaboliti: molte sostanze/scorie prodotte nel muscolo durante contrazioni intense, anche se non vanno ad alterare il ph, rappresentano comunque una “minaccia” all’equilibrio cellulare, determinando un rallentamento dell’intensità. Alcune delle sostanze il cui equilibrio può rimanere temporaneamente compromesso sono il calcio, l’ammonio, il potassio, ecc.
• Riduzione flusso ematico: malgrado il muscolo sottosforzo tenda ad incrementare il flusso di sangue per smaltire le scorie e portare sostanze nutritive ed ossigeno, esistono condizioni che possono limitare il flusso. È il caso di alcune discipline come lo sci alpino (sopratutto Gigante, SuperG e Discesa) in cui il muscolo in curva rimane particolarmente contratto, limitando parzialmente il flusso di ossigeno e lo smaltimento delle scorie di cui abbiamo parlato nei punti sopra.
• Eccesso nella produzione di radicali liberi dell’ossigeno: malgrado livelli fisiologici siano funzionali per la contrazione muscolare di un muscolo non affaticato, studi su muscoli isolati hanno dimostrato che un elevato livello di radicali può far comparire la fatica. Servono ulteriori studi per comprendere i reali effetti su esseri umani; quello che è importante comprendere, è che attualmente per uno sportivo sano è inutile (o addirittura deleterio) assumere alte dosi di integratori di antiossidanti prima della pratica sportiva (salvo diverso parere medico) (Vidal et al 2016 e Theofilidis et al 2018).
• Riduzione marcata della concentrazione di fosfocreatina: la concentrazione di ATP in caso di fatica rimane costante  (Westerbland et al 2002 e Layec et al 2015), a testimoniare come non sia l’inabilità dei 3 metabolismi ad essere causa della fatica.  Malgrado questo, è stato visto che in sforzi muscolari particolarmente intensi la concentrazione di fosfocreatina può subire un abbassamento particolarmente pronunciato; è possibile ipotizzare (anche in condizioni di ATP stabile) che questa situazione possa alterare l’omeostasi cellulare e ridurre la potenza erogata dalla fibra stessa.

Per quanto riguarda invece le discipline di durata, i meccanismi maggiormente coinvolti sono:

• Riduzione del glicogeno muscolare: il glicogeno è un carboidrato endogeno (cioè presente nel corpo) formato da molecole di glucosio, cioè la molecola fondamentale per il funzionamento del meccanismo anaerobico lattacido e aerobico (vedi sopra). Quando questo scende sotto un certo livello (solitamente in sforzi di lunga durata), il muscolo limita la propria intensità.
• Disidratazione cellulare accoppiata a squilibrio di alcuni metaboliti: una produzione di energia per tempi particolarmente prolungati (corsa di resistenza, ciclismo su strada, ecc.) genera non solo una perdita di liquidi con la sudorazione, ma anche un’alterazione dell’equilibrio di diverse sostanze cellulari. Infatti, alcune sostanze aumentano di concentrazione (come l’ammoniaca), mentre altre (come il magnesio e il potassio) diminuiscono alterando l’equilibrio muscolare e di conseguenza inibendone l’intensità.

APPLICAZIONI PRATICHE: appare evidente che questo tipo di fatica (che si localizza a livello della cellula muscolare), non è altro che un meccanismo di protezione messo in atto per evitare che la struttura cellulare venga compromessa. È ovvio che l’allenamento è il miglior modo per migliorare la struttura della cellula muscolare e di conseguenza evitare che la fatica comprometta precocemente la performance.

Ma l’integrazione e l’alimentazione possono aiutare l’allenamento a ritardare l’insorgenza della fatica?

In linea di massima un’alimentazione salutare è in grado di mettere l’organismo nelle condizioni ideali, ma in alcuni casi è consigliabile ottimizzare/massimizzare le proprie risorse di glicogeno per evitare che in determinate discipline (maratone, ultramaratone, gare ciclistiche, ecc.) si esauriscano le scorte energetiche portando precocemente alla fatica. In questi casi si tende a preferire, i giorni prima della gara, una dieta con una percentuale di carboidrati (che sono la fonte alimentare del glicogeno) leggermente superiore alla norma (carbo load). Anche durante gare lunghe (superiori all’ora) si tende ad integrare durante la gara con sostanze a base di carboidrati per evitare che il glicogeno muscolare scenda sotto certi livelli (vedi figura sotto).

Altri integratori possono essere utili per contrastare l’insorgenza della fatica in discipline/sforzi di minor durata?

Probabilmente alcune sostanze (come creatina, beta-alanina, nitrati inorganici, caffeina, ecc.) possono in alcuni casi e per alcuni soggetti essere efficaci*. Puoi trovare le analisi degli integratori più utilizzati nella nostra home page dedicata ad alimentazione ed integrazione.

*Consultare sempre personale qualificato prima di assumere integratori.

CONCLUSIONI ALLA PRIMA PARTE

Chiudiamo qui la prima parte dedicata ai metabolismi energetici e alla fatica; speriamo che alla fine di questo post, sia attualmente chiaro:

1. Il controllo del movimento avviene a più livelli del SNC (Sistema Nervoso Centrale) a seconda del livello di attenzione e precisione del gesto.
2. I metabolismi energetici sono 3 e permettono di coprire, in termini di potenza e durata, la necessità di risintetizzare l’ATP (cioè la moneta di scambio) consumata nel muscolo.
3. La fatica è un meccanismo protettivo naturale del corpo per evitare che venga compromessa l’integrità dello stesso. Un corretto allenamento (soprattutto), una dieta ottimale ed in alcuni casi, un’integrazione appropriata, sono in grado di migliorare le performance sportive ritardando l’insorgenza della fatica.

Nella seconda parte, continueremo ad approfondire il modello tridimensionale della fatica con relative applicazioni pratiche sull’allenamento e alimentazione/integrazione.

Autore dell’articolo: Melli Luca, istruttore Scuola Calcio A.S.D. Monticelli Terme 1960 (melsh76@libero.it) e Istruttore di Atletica leggera GS Toccalmatto.