CONTROLLO DELL’UTILIZZO DEI SUBSTRATI ENERGETICI DURANTE L’ESERCIZIO FISICO

-by Dott.Andrea Rizzo-

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Vi sono numerosi quesiti concernenti il controllo dell’utilizzazione dei substrati energetici durante l’esercizio, che si riferiscono soprattutto a:

(a) le modalità di regolazione dell’utilizzazione muscolare dei metaboliti energetici di fronte alle mutevoli richieste di energia del sistema contrattile

(b) la regolazione del rapporto tra utilizzazione muscolare e mobilizzazione del combustibile dai depositi

Controllo dell’utilizzazione muscolare dei metaboliti energetici

Per fornire un’adeguata quantità di energia al muscolo in esercizio, la velocità di utilizzazione del glucosio e degli altri combustibili deve aumentare.

Ciò è particolarmente evidente nelle prestazioni di velocità, in cui gran parte de! l’energia è ricavata dalla glicolisi anaerobica. Approssimativamente la velocità della glicolisi del muscolo a riposo corrisponde ad un flusso di glucoso pari a 0.03 nmoli/min/g mentre durante uno sprint la velocità della glicolisi nell’uomo è pari ad un flusso di circa 60 nmoli/min/g di muscolo. La velocità della glicolisi nei muscoli di uno sprinter aumenta quindi di 2000 volte!

Durante una gara di maratona, invece, la velocità di utilizzazione del glucosio aumenta di sole 30 volte rispetto alle condizioni di riposo in rapporto al fatto che il glucosio e gli altri combustibili possono essere ossidati con una resa energetica molto maggiore.

Per spiegare come si possano ottenere così grandi e repentine variazioni nel flusso dei substrati energetici attraverso le vie di utilizzazione non si può che ipotizzare una grande “sensibilità” del controllo metabolico muscolare, intendendo come sensibilità l’entità della risposta ad un determinato stimolo o più correttamente il rapporto tra la variazione relativa della risposta e la variazione relativa dello stimolo . (y/y : s/s), dove “y” è la risposta e “s” lo stimolo.

Controllo dell’utilizzazione muscolare dei carboidrati

All’inizio dell’esercizio, specie se sostenuto, il glucosio rappresenta il principale combustibile per il muscolo in attività. Durante tale periodo il flusso di glucosio attraverso la glicolisi ed eventualmente il ciclo di Krebs deve essere sufficiente per fornire al sistema contrattile tutta l’energia che gli abbisogna. In altri termini, la velocità della glicolisi deve essere controllata in relazione alla richiesta di energia da parte del muscolo.

Nei primi stadi della glicolisi le reazioni che possono essere controllate in base alle richieste di energia sono soprattutto quelle catalizzate dall’esochinasi, che fosforila il glucoso consentendone l’accesso alle vie metaboliche, e la fosfofruttochinasi l’attività esochinasica è regolata dalle variazioni di concentrazione del G-6-P, che a sua volta dipendono dall’attività della fosfofruttochinasi, che acquista pertanto una posizione chiave nella regolazione della glicolisi.

Sull’importanza di questo enzima nel controllo dell’intera sequenza delle reazioni glicolitiche sono state formulate alcune interessantissime ipotesi, che inducono ad una più particolareggiata descrizione degli eventi metabolici che ad esso fanno riferimento.

L’attività dell’enzima fosfofruttochinasi è regolata dalla concentrazione di AMP, P, Fruttoso 1,6-P, NH+4 in particolare, è evidente come l’utilizzazione metaboÌica dell’ATP, attraverso un’accresciuta concentrazione di AMP, stimoli con un semplice meccanismo a feed-back la velocità della glicolisi, incrementando l’attività fosfofruttochinasica.

Nel muscolo che passa da uno stato di completo riposo ad uno di massima attività, l’entità dell’incremento della velocità di produzione dell’energia è cosi grande, che ci si chiede come possano essere sufficienti le variazioni di AMP e P. a produrre il necessario aumento dell’attività fosfofruttochinasica. Cosi si è ipotizzato che sia presente nei muscoli un ciclo a livello del substrato tra fruttoso-6-P e fruttoso-l,6-P, in modo che possa essere aumentata la sensibilità del controllo metabolico. Vi sarebbe cioè una cortocircuitazione di metaboliti energetici tra F-6-P e F-l,6-P nella reazione catalizzata dalla fosfofruttochinasi e di ritorno da F-l,6-P a F-6-P nella reazione catalizzata dall’enzima fruttosodifosfatasi. In condizioni di equivalenza tra le due attività enzimatiche verrebbe infatti a crearsi un “ciclo futile” con idrolisi di ATP e produzione di energia sotto forma di calore . Il prevalere dell’attività della fosfofruttochinasi su quella della fruttosodifosfatasi comporterebbe una ridotta attività del ciclo futile con minor produzione di calore e maggior efficienza metabolica.

Tuttavia, il controllo della sensibilità che può derivare dall’esistenza di un ciclo a livello del substrato è direttamente proporzionale al rapporto tra la velocità del ciclo ed il flusso attraverso di esso: tanto maggiore sarà inizialmente il rapporto, tanto più ampia sarà la possibilità di un intervento regolatorio.

Ma un’alta velocità del ciclo produce una notevole quantità di calore ed il mantenere alte velocità del ciclo per prolungati periodi di tempo porterebbe a ipertermia. Questo problema è risolto se si ammette che alte velocità del ciclo intervengano solo immediatamente prima dell’esercizio muscolare. Cosi si è ipotizzato che gli ormoni adrenergici aumentino la velocità del ciclo tra F-6-P e F-l,6-P durante lo stress che precede l’inizio della competizione (pre-start phenomenon). All’inizio dell’attività muscolare, in tal modo, il flusso di metaboliti energetici attraverso la glicolisi può modificarsi rapidamente e con precisione in risposta allo stimolo esercitato da AMP e P. sulla fosfofruttochinasi per fornire una sufficiente quantità di energia per la contrazione.

Questo ciclo è ovviamente importante negli esercizi di breve durata (di sprint), mentre non riveste importanza per le prove sportive protratte.

Rapporti tra glicolisi muscolare e glicogenolisi epatica

Quando, durante l’attività muscolare, il flusso di glucosio attraverso la glicolisi aumenta, deve necessariamente aumentare anche la velocità di demolizione del glicogeno epatico e la conseguente dismissione di glucosio per mantenere l’omeostasi glicemica.

L’attività della fosforilasi epatica, che catalizza la glicogenolisi, può essere regolata dalle variazioni della concentrazione degli ormoni adrenalina, glucagone, insulina, che intervengono nel corso dell’esercizio muscolare, ma è dubbio che ciò possa avvenire ad un livello di sufficiente precisione.

E’ stato anche ipotizzato che l’attività muscolare determini la produzione di un composto capace di stimolare la glicogenolisi epatica, il quale potrebbe garantire una precisa regolazione, specie se la velocità di rilascio di questo ipotetico mediatore chimico fosse proporzionale all’intensità del lavoro muscolare; ma mancano le prove che confermino tale ipotesi.

Piccole variazioni della concentrazione plasmatica di glucosio, causate da una sua diversa utilizzazione muscolare, potrebbero regolare la glicogenolisi epatica con un sistema di feed-back diretto, ma rimane sempre il problema della sensibilità di questo meccanismo di regolazione.

La soluzione consisterebbe nella possibilità che piccole variazioni della glicemia controllino un ciclo a livello del substrato tra glicogeno e G-I-P, catalizzato dall’attività degli enzimi fosforilasi e glicogenosintetasi.

Controllo della mobilizzazione degli acidi grassi dal tessuto adiposo

L’utilizzazione degli acidi grassi a scopo energetico costituisce un altro esempio di una via metabolica che coinvolge più di un tessuto e ripropone il problema di un controllo metabolico pronto e preciso.

Poichè, infatti, la velocità di ossidazione degli acidi grassi nel muscolo è proporzionale alla loro concentrazione nel mezzo ambiente (sangue), il contro! lo metabolico non può avvenire che a livello dei processi lipolitici adipocitari.

L’attività della lipasi è regolata da vari ormoni (insulina, glucagone, catecolamine, ecc.), le cui variazioni nel corso dell’esercizio muscolare possono fornire un controllo sulla mobilizzazione degli acidi grassi.

Tuttavia, sembra improbabile che il sistema endocrino o anche un centro nervoso possano in ogni istante controllare il lavoro svolto dal tessuto muscolare in ordine al suo fabbisogno energetico; nondimeno il mantenimento di uno stato di equilibrio nell’utilizzazione degli acidi grassi appare di fondamentale importanza non solo per il metabolismo energetico, ma per la salute stessa dell’individuo. Così, se la velocità di mobilizzazione degli acidi grassi superasse quella della loro utilizzazione, i loro livelli ematici continuerebbero ad aumentare con conseguenze pericolose (aritmie cardiache, ad esempio). Per contro, se la velocità di mobilizzazione fosse minore di quella di utilizzazione, i livelli ematici degli acidi grassi liberi cadrebbero; ciò comporterebbe un’accresciuta velocità di utilizzazione del glucoso da parte del muscolo ed una caduta della glicemia con comparsa della fatica.

Appare quindi necessario che il controllo ormonale della lipo11si sia coadiuvato da un meccanismo che dia un legame a feed-back tra velocità di utilizzazione dell’energia da parte del muscolo e processo lipolitico. Nel tessuto adiposo hanno simultaneamente luogo il processo lipolitico e quello di esterificazione (idrolisi e sintesi dei trigliceridi adipocitari), così chè un trigliceride è demolito a glicerolo e acidi grassi, che vengono riattivati e riesterificati a formare trigliceridi. Questo ciclo a livello del substrato conferirebbe un’accresciuta sensibilità al controllo ormonale sulla mobilizzazione degli acidi grassi.

Durante una gara di maratona, invece, la velocità di utilizzazione del glucosio aumenta di sole 30 volte rispetto alle condizioni di riposo in rapporto al fatto che il glucosio e gli altri combustibili possono essere ossidati con una resa energetica molto maggiore.

Per spiegare come si possano ottenere così grandi e repentine variazioni nel flusso dei substrati energetici attraverso le vie di utilizzazione non si può che ipotizzare una grande “sensibilità” del controllo metabolico muscolare, intendendo come sensibilità l’entità della risposta ad un determinato stimolo o più correttamente il rapporto tra la variazione relativa della risposta e la variazione relativa dello stimolo . (y/y : s/s), dove “y” è la risposta e “s” lo stimolo.

 

Non si giudica il merito di un uomo dalle sue grandi qualità ma dall'uso che ne sa fare.
Andrea Rizzo
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