Fitness: cosa sono, a cosa servono e come funzionano i sistemi energetici

I sistemi energetici, o metabolismi energetici, sono dei meccanismi metabolici attraverso i quali il muscolo riesce a ricavare energia per l'attività fisica. Essenzialmente si riconoscono in due forme: l'attività aerobica, che ricava l'energia mediante l'ossigeno (O2), e quella anaerobica, che fornisce energia senza l'immediata necessità di ossigeno. Quest'ultima si suddivide a sua volta nei sistemi anaerobico alattacido e anaerobico lattacido.

ATP, la molecola energetica

Tutte le forme di vita necessitano di energia per crescere, muoversi e mantenersi. Migliaia di processi che richiedono energia si verificano continuamente all'interno delle cellule per rispondere alle esigenze della vita. L'energia può assumere diverse forme nei sistemi biologici, ma la molecola energetica più utile è nota come adenosina trifosfato (ATP).

Le cellule non possono creare ATP dal nulla. Dagli alimenti ingeriti e digeriti viene ricavata una potenziale energia che risiede all'interno delle cellule, nei legami chimici di composti organici come il glucosio, glicogeno e gli acidi grassi. Quando questi composti vengono impiegati nei processi energetici, alcuni dei legami atomici si rompono o vengono riordinati, con la conseguente liberazione di energia dalla formazione dell'ATP. La molecola di ATP viene quindi utilizzata per funzioni cellulari come il rifornimento di energia per la contrazione muscolare, o per costruire altre molecole complesse o per generare messaggi elettrochimici nei nervi, trasportare sostanze attraverso le membrane cellulari e alimentare ogni attività nella cellula.

La fonte di energia per l'attività muscolare è la molecola di ATP, questa energia viene impiegata per diverse funzioni corporee, tra cui l'attività fisica.

Produzione di ATP aerobica e anaerobica

La prima importante distinzione necessaria quando si distinguono i diversi processi energetici è se l'ossigeno è essenziale per la sintesi di ATP. Alcune vie metaboliche, chiamate vie aerobiche, richiedono ossigeno e non avvengono fintanto che l'ossigeno non è presente in concentrazioni sufficienti. Altri processi non richiedono ossigeno per essere avviati, e sono detti anaerobici.

Durante l'esercizio fisico o la normale attività, l'ATP è scisso nei muscoli in ADP e necessita di essere rigenerato per continuare a produrre energia. Tuttavia, le scorte di ATP prontamente disponibile sono molto limitate nel muscolo in maniera tale da sostenere lo sforzo massimale per soli 6 secondi circa. Esistono quattro differenti sistemi energetici che generano ATP durante l'esercizio. Nel contesto dell'attività fisica, il contributo di ognuno di questi sistemi è determinato dall'intensità e dalla durata della stessa. I quattro sistemi energetici del corpo sono:

• il sistema anaerobico alattacido, con l'impiego di substrati energetici quali adenosina trifosfato (ATP) e fosfocreatina (PC);
• il sistema anaerobico lattacido, con l'impiego di substrati energetici quali glicogeno e glucosio (carboidrati);
• il sistema aerobico glicolitico, con l'impiego di substrati energetici quali glicogeno/glucosio;
• il sistema aerobico lipolitico, con l'impiego di substrati energetici quali acidi grassi liberi (FFA).

Sistemi energetici e attività fisica

Il sistema anaerobico alattacido (ATP-PC) è il sistema energetico più semplice del corpo con la capacità più breve (fino a 15 secondi) per mantenere la produzione di ATP. Durante l'esercizio intenso, come nello sprint, i fosfati rappresentano la fonte di ATP più rapida e disponibile. La principale via metabolica per la rigenerazione dell'ATP durante l'esercizio cardiovascolare e di endurance è quasi esclusivamente la respirazione mitocondriale (sistema aerobico), che inizialmente condivide la stessa via metabolica del processo anaerobico della glicolisi (glicolisi aerobica). I sistemi energetici lavorano insieme cooperativamente per produrre ATP. Attraverso la glicolisi, il glucosio ematico e il glicogeno muscolare (il glicogeno è la forma immagazzinata di glucosio nel muscolo o fegato) vengono convertiti in un'altra molecola chimica chiamata piruvato, che, a seconda dell'intensità dell'esercizio, entrerà nel mitocondrio (sistema aerobico glicolitico) o sarà convertito in lattato (sistema anaerobico lattacido). A livelli di intensità di esercizio al di sotto della soglia anaerobica, il piruvato entra nel mitocondrio e la contrazione muscolare continua attraverso la produzione aerobica di ATP.

Mentre a livelli di intensità superiori alla soglia anaerobica la capacità di produrre ATP attraverso la respirazione mitocondriale è compromessa, e il piruvato viene convertito in lattato, che risulta come un sottoprodotto del metabolismo che viene prodotto durante il catabolismo o l'impiego energetico dei carboidrati. Le vie metaboliche che supportano l'intensità di allenamento al di sopra della soglia anaerobica (cioè i sistemi anaerobici) sono in grado di sostenere la contrazione muscolare solo per brevi periodi, limitando così la prestazione. È a questo punto che l'esercizio fisico ad alta intensità è compromesso, perché i sistemi energetici della glicolisi e dei fosfageni che stanno sostenendo la contrazione muscolare continuata al di sopra della soglia anaerobica possono produrre ATP ad un ritmo elevato, ma sono in grado di farlo solo per un periodo limitato. Quindi, l'energia per le attività fisiche richiede una miscela di tutti i sistemi energetici. Tuttavia, le determinanti del coinvolgimento del particolare sistema energetico sono altamente dipendenti dalla intensità dell'esercizio.

Sistema anaerobico alattacido

Il sistema anaerobico alattacido è primariamente coinvolto in attività da uno a 15 secondi. Questa via metabolica interviene principalmente durante l'esercizio ad intensità massimale come lo sprint e l'esercizio con i pesi a basse ripetizioni (powerlifting, weightlifting).

Sistema anaerobico lattacido

Il sistema anaerobico lattacido interviene principalmente in attività con una durata da 15 secondi a oltre 60 secondi, impiegando i carboidrati depositati nel muscolo (glicogeno muscolare) risultando nella produzione di acido lattico e ioni idrogeno. L'accumulo di ioni idrogeno crea una sensazione di bruciore, e può essere una causa dell'affaticamento durante l'esercizio. Il sistema anaerobico lattacido predomina nelle attività fisiche vicine all'intensità massimale, come gli sprint da 400 metri, o l'esercizio con i pesi a medie ripetizioni (6-20).

Sistema aerobico glicolitico

Il sistema aerobico glicolitico interviene durante prestazioni di una durata massima di 20 minuti, risultando un intermedio tra il sistema anaerobico lattacido e quello aerobico ossidativo. In questo caso il muscolo impiega primariamente il glicogeno muscolare e il glucosio ematico per generare energia. Questo sistema energetico è usato primariamente durante attività come la corsa da 2 miglia nell'atletica leggera.

Sistema aerobico lipolitico

Il sistema aerobico lipolitico interviene durante prestazioni di durata maggiore ai 20 minuti. In questo caso il corpo impiega acidi grassi per produrre energia. Questo è il sistema energetico usato durante le attività aerobiche a bassa intensità. Il sistema aerobico lipolitico è predominante nelle attività di lunga durata come la maratona nell'atletica leggera.