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Cosa succede al nostro corpo durante l’allenamento? Del Dottor Stefano Ciaraldi

 Cosa succede durante un workout? 

Dr. Stefano Ciaraldi

 

L’esercizio fisico, in generale, è uno dei fattori maggiormente stressanti per l’organismo, soprattutto per il sistema endocrino, che successivamente per semplicità  indicherò come SE. La risposta ormonale all’esercizio garantisce una necessaria risposta fisiologica di tutti i sistemi organici coinvolti e la possibilità quindi di eseguirlo con successo. Durante l’attività fisica il SE viene attivato in una frazione di secondo. Questa risposta è necessaria per garantire un corretto equilibrio alla nuova situazione “interna”. Inoltre gli ormoni non si limitano ad accompagnare il work-out, ma essi svolgono un ruolo determinante in fase di recupero sia a breve che a lungo termine.

Vediamo nello specifico cosa succede durante un work-out cronico, ossia il work-out di un atleta che si allena costantemente. All’interno del suo organismo si creano degli adattamenti a carico di differenti sistemi e apparati coinvolti sia direttamente che indirettamente. Nel soggetto allenato rispetto al soggetto non allenato, si ha un migliore utilizzo degli ormoni secreti, causa anche di una migliore riposta biologica ormonale sia a livello recettoriale che post recettoriale.

  Insulina:

 

L’insulina viene secreta dalle cellule beta del Pancreas in maniera cosiddetta pulsatile in risposta alla concentrazione ematica di glucosio.

I principali effetti dell’insulina si esplicano a carico dei tessuti insulino-dipendenti e questi sono il tessuto muscolo scheletrico ed il tessuto adiposo.

La secrezione di insulina è ridotta durante il work-out in conseguenza sia dell’innervazione adrenergica delle beta cellule, sia per effetto diretto dell’esercizio sull’inibizione della sua sintesi. La riduzione è giustificata anche dal fatto che l’aumentato flusso ematico muscolare comporta un incremento della quantità di ormone che arriva.

La riduzione della quantità di insulina in circolazione è anche in relazione con il forte aumento della concentrazione di ormoni contro-regolatori come la noradrenalina (NA), adrenalina (A), cortisolo (C) e GH. Ora se ci sottoponessimo ad un intenso allenamento anaerobico, otterremmo una forte stimolazione del sistema nervoso simpatico (SNS) che stimola la midollare del surrene a secernere NA e A, mentre la corticale secerne il C, questo è il motivo del perché è sconsigliato l’allenamento con resistenze agli ipertesi non controllati. L’intensità dell’esercizio è responsabile anche della secrezione di GH. Per quanto riguarda gli ormoni gonadici, in condizioni di normalità, possono aumentare dopo un intenso esercizio sub-massimale di intensità (vedi il testosterone), mentre possono essere ridotti da un esercizio prolungato.

Quindi sembrerebbe che il work-out cronico, soprattutto se svolto ad alta intensità, porti ad una riduzione della secrezione di ormoni gonadici in ambo i sessi. Anche il glucagone aumenta durante il work-out in quanto la sua secrezione è mediata dal SNS e quindi beta-adrenergica.

La quantità secreta di glucagone è tanto più elevata quanto più intenso e breve è l’esercizio. Riassumendo, vediamo come un work-out, specialmente se anaerobico, porta ad una forte stimolazione del SNC il quale a sua volta induce a livello della midollare del surrene la secrezione di NA e A, ormoni che stimolano fortemente la glicogenolisi. La corticale invece viene stimolata a secernere il C il quale ha sia un’azione diretta sulla glicogenolisi, sia un’azione diretta sulla neoglucogenesi, ossi far utilizzare all’organismo le proteine muscolari al fine di ricavarne glucosio. Inoltre, incremento del glucagone e del GH porta ad una inibizione della secrezione di insulina visto che gli ormoni sopra citati sono anche detti contro-insulari. Ovviamente più intenso è l’esercizio e più evidente la condizione di cui sopra.

 

Ora si pone un problema; come fanno le cellule a ricevere il glucosio se manca l’insulina? E qui entrano in ballo i trasportatori del glucosio, i famosi Glut. Questi solitamente vengono attivati dall’insulina, ma durante il work-out la contrazione muscolare sopperisce alla mancanza di insulina. I Glut sono una famiglia di proteine, ne sono stati identificati ad oggi 7 isoforme, (ma le prime 4 sono quelle più importanti).

Vediamo in dettaglio queste forme:

–    Glut-1 è il più diffuso, presente praticamente in tutti i tessuti, è localizzato a livello della membrana plasmatica ed è responsabile del trasporto di glucosio insulino-dipendente. E’ localizzato principalmente nel cervello e negli eritrociti.

–    Glut-2 presente nel fegato e nella cellula beta pancreatica. Questo ha la funzione di sensore e regola la secrezione di insulina in base alle variazioni della glicemia.

–    Glut-3 Presente nell’intestino, nei reni ed è un co-trasportatore. E’ responsabile del co-trasporto di sodio-glucosio necessario per il riassorbimento di glucosio nel tubulo renale e nella parete intestinale.

–    Glut-4 E’ distribuito soprattutto nei tessuti insulino-sensibili (muscoli, adipociti).

 

Sotto l’effetto dell’insulina o della contrazione muscolare aumentano sia la sintesi di Glut-4, sia la sua traslocazione dal citoplasma alla membrana cellulare.

E’ evidente come la forma più importante è proprio il Glut-4.

E’ questo quindi il nostro riferimento.

Ci sono ulteriori importanti molecole con ruoli non seconari come  GLP-1 e GLP-2.

Sia il GLP-1 che il GLP-2 sono secreti dalle cellule intestinali. Le forme attive del GLP-1 sono: GLP-1 (7-37) e GLP-1 (7-36). Il GLP-1 è un ormone glucoregolatore che oltre a stimolare la secrezione di insulina ha anche un’azione insulino-mimetica, ha inoltre azione sull’assunzione di cibo.

Il GLP-2 agisce sulla motilità intestinale, stimola la crescita dei villi intestinali. Inoltre il GLP-2 impedisce l’ipoplasia intestinale quando si è in nutrizione parenterale. Quindi in sintesi è il GLP-1 che ha un’azione più diretta sul metabolismo del glucosio, infatti viene utilizzato nella terapia del diabete di tipo II.

vediamo come queste nozioni possono aiutarci a organizzare al meglio il pasto post work-out.

Subito dopo il work-out e per circa 20 minuti, abbiamo alti i livelli di ormoni controinsulari e basso livello di insulina, quindi in questa fase è ideale il reintegro di carboidrati ad alto indice glicemico insieme ad una limitata quantità di proteine e grassi. L’ottimale sarebbe assumerli in forma liquida al fine di velocizzarne il reintegro. E’ utile proseguire con il rifornimento di carboidrati ogni 2 ore considerando che se la “ricarica” è fatta  in maniera ottimale, ci vogliono circa 20 ore per ripristinare le scorte a livello dei tessuti e ciò è fondamentale al fine della prestazione successiva.

 

Ovviamente più ci si allontana dalla fine del work-out e più saranno indicati carboidrati con Indice Glicemico (IG) basso e cibi solidi.

Secondo Ivy et al (1988) la somministrazione di 1g di glucosio per Kg di p.c. subito dopo il work-out, nelle prime 2 ore aumenta la glicogeno sintesi fino a 6mmol/kg/h (7%) contro le 4 mmol/kg/h se la somministrazione iniziasse dopo 2 ore dalla fine del work-out.

Senza alcuna somministrazione, la velocità sarebbe inferiore a 3,2 mmol/kg/h.

Inoltre Coyle indica in circa 50-100 g la quantità di carboidrati da assumere entro i 30 minuti successivi alla fine del work-out con ulteriori apporti glucidici ogni 2 ore per un totale di 500-600g nell’arco delle 20 ore successive.

Indico inoltre altri 2 importanti lavori a riguardo:

–    Coyle, E.F. Timing and method of increased carbohydrate intake to cope whit heavy training, competition and recovery. J. Sports Sci., 9:29, 1991

–    Coyle E.F.; Coyle E.: Carbohydrates that speed recovery from training. Phys. Sportsmed., 21:111, 1993.

 

Dr. Stefano Ciaraldi

 

 

IPERTROFIA : ALLENAMENTO E STIMOLI

Dott. Trotta Giorgio

I meccanismi che innescano l’ipertrofia muscolare sono diversi e complessi. Lo Studio analizza l’effetto dell’esercizio sul muscolo ed  evidenzia le diverse vie attraverso cui l’allenamento può produrre l’aumento di massa muscolare. La comprensione dei meccanismi dell’ipertrofia riscuote particolare interesse non solo per i professionisti sportivi per le applicazioni nel mondo della preparazione fisica, del fitness e del body building,  ma anche per i ricercatori  e  scienziati  che con la comprensione di detti meccanismi riescono a contrastare le varie patologie che portano all’atrofia muscolare (aids, tumori, malattia renale cronica ecc..). L’articolo  illustra i principali stimoli che determinano l’aumento della massa muscolare:  il lavoro muscolare, il carico meccanico, la produzione dell’ acido lattico, l’ipossia, l’allungamento dei muscoli durante gli esercizi.

UN PARTICOLARE ADATTAMENTO:  L’ IPERTROFIA

Con il termine adattamento si intendono le normali risposte fisiologiche e biochimiche alle differenti condizioni ambientali. Per avere un adattamento muscolare  è necessario applicare allo stesso  stimoli specifici e ripetuti.MUSCOLATURA striata

Per quanto ci riguarda con il termine  stimolo  intendiamo esercizi fisici, eseguiti al fine del raggiungimento di determinate performance, che provocano un adattamento delle fibre muscolari. Gli adattamenti fisiologici che ne conseguono sono specifici per i diversi tipi di  work-out effettuati.   Per il raggiungimento di determinate performance è necessario, quindi, adottare determinati  carichi di lavoro che devono necessariamente essere superiori a quelli abitualmente praticati dall’ individuo. I carichi di lavoro  sono scelti e determinati attraverso la manipolazione di combinazioni che riguardano  intensità, durata, frequenza e modalità di applicazione degli stimoli. L’adattamento è reversibile in quanto si può avere una riduzione significativa dell’adattamento stesso (1) attraverso la diminuzione e/o l’interruzione di un determinato stimolo.

 IPERTROFIA  MUSCOLARE  SCHELETRICA

L’ipertrofia muscolare è un processo di adattamento morfologico e consiste nell’ aumento della sezione trasversa del muscolo, causato dall’ aumento del volume cellulare che compone il tessuto. Più specificatamente l’adattamento riguarda le strutture fibrillari contrattili(2).   Oltre all’ aumento volumetrico delle cellule c’è da evidenziare anche l’adattamento dei sub-strati energetici: nello specifico  l’ aumento dei valori delle concentrazioni di ATP, CP e GLICOGENO.  Il meccanismo ipertrofico  può avvenire in tutte le fibre muscolari  (ST, FT2a ,FT2b) (3).  C’è però da ricordare che le  slow twitch  (fibre lente rosse  tipo 1 – βr – Slow Oxidative)  possono sviluppare ipertrofia  in  misura meno evidente (4); Il miglior metodo che permette l’incremento della superficie di sezione del muscolo è il  RESISTANCE TRANING. shutterstock82711087 Esso  esercita  sia delle AZIONI  tali da creare micro-lesioni con conseguente distruzione di alcune fibre  contrattili (fase catabolica) sia delle REAZIONI compensatorie e di adattamento a detti  stress attraverso la deposizione di nuovo materiale proteico (fase anabolica ) durante il  recupero (5).      Il RESISTANCE TRAINING  finalizzato alla forza rappresenta il modo  migliore  per innescare il processo di ipertrofia  delle  fibre muscolari(6). L’allenamento  con resistenza, attraverso la sollecitazione dei meccanismi di sintesi proteica, è lo  stimolo  specifico che produce ipertrofia.  L’ipertrofia suscita  molto interesse  non solo  per i cultori del mondo del training, fitness e del body building ma anche per i ricercatori  e gli scienziati  in quanto la comprensione di questi meccanismi  permettono di  contrastare  le varie patologie che provocano atrofia muscolare: tumore, distrofia  muscolare, AIDS,  bronco pneumopatia cronica ostruttiva, malattia renale cronica, insufficienza cardiaca e  cachessia.

STIMOLI  IPERTROFICI   MUSCOLARI

Per quanto detto è  importante sottolineare che la base principale dei processi finalizzati all’incremento dell’ipertrofia è  l’ allenamento (stimolo). Segue l’alimentazione adeguata e il riposo  ( ALLENAMENTO > ALIMENTAZIONE > RIPOSO) (5).  Di conseguenza è di rilevante  importanza per i professionisti sportivi la scelta degli specifici stimoli da prescrivere all’atleta nella seduta di allenamento.

L’elemento principale  per incrementare  l’ ipertrofia dell’atleta  è  la ripetizione nel tempo, in forma sistematica , del LAVORO muscolare(7). In una sessione di allenamento anaerobico , il LAVORO muscolare compiuto per spostare carichi di notevole entità porta all’aumento sia della sezione trasversa delle singole fibre sia  all’adattamento del muscolo cardiaco(8) . In fisica  il lavoro si definisce come la forza che  agisce su un oggetto e ne causa lo spostamento (L = F x S)(9).

Nel RESISTANCE TRANING la forza(F) è la % di carico di 1RM (peso della resistenza)  e   lo spostamento (S)  è il numero delle ripetizioni eseguite.  Secondo diversi autori(7)(13) il carico ideale dovrebbe aggirarsi intorno al 70 % di 1 RM (circa 10 RM)  in quanto con percentuali maggiori  non si riuscirebbe ad eseguire un numero abbastanza elevato di ripetizioni tale da produrre acido-lattico: la presenza di lattato, infatti,  favorirebbe i processi ormonali e quindi il turn-over proteico.

Il  secondo fattore che  stimola la crescita ipertrofica è  il  carico meccanico sul muscolo target e sulle relative articolazioni. Ciò perché nei muscoli (nelle  miofibrille del sarcomero) ci sono dei sensori di carico che  agirebbero, direttamente o attraverso vie di segnale intracellulare, sulla linea Z e attraverso questa sulla titina   (una proteina strutturale di grandi dimensioni) la quale  regola la sintesi e il catabolismo delle proteine. Quindi gli stimoli applicati al muscolo, in particolar modo  la contrazione eccentrica,  sembrano favorire direttamente la sintesi proteica(9).

Un ulteriore fattore importantissimo per la crescita muscolare è lo “stretch”, ovvero l’ allungamento forzato dei  tendini e delle fibre dei muscolari striati (1)(10)(11)  che si verifica durante l’esercizio. Immagine E’ risaputo da oltre mezzo secolo che l’allungamento delle fibre provoca ipertrofia anche in assenza di ormoni anabolici  e di alimentazione adeguata (10)(11). Secondo alcuni scienziati(1)(12) il segnale agirebbe direttamente a livello nucleare. Il segnale si trasmetterebbe tramite le integrine (una famiglia di proteine inserite sulla membrana delle fibre muscolari) al cito-scheletro e quindi al nucleo e attiverebbero la crescita del muscolo tramite una via di ca2+ dipendete.

Un parametro da non sottovalutare per l’ ipertrofia è lo stress metabolico il quale si manifesta come il risultato di un esercizio che si basa sulla glicolisi anaerobica per la produzione di ATP, che provoca l’accumulo successivo di metaboliti quali Lattato, ione idrogeno, fosfato inorganico, creatina(14).).  Tali sollecitazioni indotte, includono alterazioni nell’ambiente ormonale, gonfiore cellulare, produzione di radicali liberi, e l’attività maggiore di fattori di trascrizione orientati alla crescita(15).  Inoltre è stato ipotizzato che un ambiente più acido promosso da un allenamento glicolitico possa portare al degrado delle fibre ed una maggiore stimolazione dell’attività del sistema nervoso simpatico e quindi mediare una maggiore risposta ipertrofica adattativa oltre all’ aumento di sintesi dell’ ormone somatotropo (gh).

BIBILIOGRAFIA :

  1. Arienti G, Amelia F.: Biochimica dell’ attività motoria, 2007 Piccinin Nuova Libraria ,S.P.A, Padova
  2. C. Bosco Ph.D.: Valutazione della forza con il test di Bosco, 2002 Società Stampa Sportiva, Roma
  3. Mac Dougall JD, Sale DG, Moroz JR, Elder CB, Sutton JR: Mytochondrial volume density inhuman skeletal muscle following heavy resistance training. Med Sci Sports Exerc, 11: 164-166,1979
  4. Delecluse C. et al.: Strength increase after whole-body-vibration compared with resistance training.Med Sci Exer Sports. 35 : 1033-1041, 2003
  5. Stecchi  A, Colli R , Dottorato ricerca Università di Tor Vergata :Composizione corporea e forza nel fitness analisi dei risultati ottenuti in 3 anni di allenamento muscolare, regole alimentari e integrazione anno accademico 2008-09
  6. Baecle TR, Earle RW, Wathen D: Essential of strength training and conditioning. Human Kinetics Ed., Campaign, Illinois,2000
  7. C.Bosco Ph.D: La forza muscolare aspetti fisiologici ed applicazioni pratiche,2006 Società Stampa Sportiva, Roma
  8. Russell B, Motlagh D, Ashley WW. (2000) Form follows function: how muscle shape is regulated by work. J. Appl. Physiol.; 88(3): 1127-32.
  9. Amaldi U., L’amaldi 2.0 , Zanichelli editore S.P.A Bologna 2010
  10. Gräter F, Shen J, Jiang H, Gautel M, Grubmüller H. : Mechanically induced titin kinase activation studied by force-probe molecular dynamics simulations. Biophys J. Feb;88(2):790-804, 2005
  11. Booth F.W., Tseng B.S. Olympic goal: Molecular and cellular approaches to understanding muscle adaptation. NIPS, 165-169,8, august, 1993.
  12. Vanderburgh H.H.: Mechanizal forces and their second messengers in stimulating cell growth in vitro. Am J Physiol 262: R350-R355, 1992
  13. Cometti G: Nuovi metodi di potenziamento muscolare nello sportivo. Ed. IBI Milano, 1999
  14. Suga,T,Okita,K,Morita,N,Yokota,T,Hirabayashi,K,Horiuchi,M,Takada,Takahashi,T,Omokawa,M,Kinugawa, S, and Tsutsui,H.Intramuscular metabolism during low-intensity resistance exercise
  15. Gordon, SE, Kraemer,WJ, Vos, NH, Lynch, JM, and Knuttgen, HG. Effect of acid–base balance on the growth hormone response to acute high-intensity cycle exercise. J Appl Physiol 76: 821–829,1994