La relazione tra esercizio fisico e il consumo energetico: ATP
I termini di “catena muscolare” e “catena cinetica” sono comuni tra fisiatri, fisioterapisti e cinesiologi ma sempre più frequentemente si usano anche nel linguaggio dello sport perché meglio di altri aiutano a descrivere i complessi fenomeni biomeccanici che sono alla base dell’esecuzione del gesto atletico. La fisica enuncia che una catena cinetica è un sistema composto da segmenti rigidi uniti tramite giunzioni mobili definite snodi. Il metro a stecche, quello da muratore, è l’esempio più comprensivo e calzante che si possa fare per assimilare il concetto di catena cinetica. Il nostro organismo è composto da tante catene cinetiche, i segmenti sono rappresentati dalle ossa mentre le articolazioni rappresentano i giunti. I muscoli sono il “motore” della catena cinetica. L’energia necessaria alla contrazione muscolare è ottenuta da una serie abbastanza complessa di reazioni chimiche che avvengono all'interno dei muscoli. Capire i principi generali di questi meccanismi è molto importante per alimentarsi e allenarsi correttamente. Il movimento è frutto della contrazione dei muscoli, che trasformano energia chimica in energia meccanica. 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 muscolare. L'ATP è una fonte di energia immediata per l'attività muscolare, il serbatoio di ATP dei muscoli è piccolo e va in riserva dopo pochi secondi, perciò è necessario che l’ATP venga prodotto continuamente tramite un processo scoperto nel 1937 da Hans Adolf Krebs che prende il nome di Ciclo di Krebs. La produzione di ATP è fondamentale per il movimento, e quindi deve essere sempre possibile produrre ATP. Tutti gli alimenti sono formati da macronutrienti: Carboidrati, Lipidi e Proteine. Ciascuno di questi ha un suo preciso compito biochimico e inoltre tutti e tre devono assolvere ad un secondo compito: quello di fornire elementi essenziali per poter produrre l'ATP. Tutti i processi biochimici per la produzione di ATP può avvenire sia in abbondanza di ossigeno che in carenza di esso, poiché il movimento lento non ha problemi con l’approvvigionamento di O2, mentre è più difficile garantire un flusso di ossigeno adeguato per quello veloce. Il processo di sintesi dell’ATP può quindi essere aerobico o anaerobico, a seconda che venga o meno utilizzato l’ossigeno.
Come già accennato precedentemente, i nutrienti utilizzati sono carboidrati, grassi e, in misura molto minore, proteine: finché consumiamo abbastanza carboidrati e grassi le proteine non vengono coinvole per la produzione di ATP. Ogni grammo di carboidrati produce 4 kilocalorie mentre da ogni grammo di grassi se ne ottengono 9; malgrado questo venga prodotta più energia dai grassi il carburante preferito per la produzione di ATP sono i carboidrati, e questo perché usando i carboidrati il processo è più veloce e può funzionare sia in presenza di ossigeno che in sua assenza, mentre per bruciare i grassi l’ossigeno è sempre necessario.I carboidrati non vengono utilizzati direttamente, ma vengono immagazzinati nel fegato e nei muscoli sotto forma di glicogeno. Ci sono dei problemi, però: il primo è che i muscoli consumano velocemente il glicogeno presente al loro interno e quando il muscolo ha terminato le riserve deve utilizzare il glicogeno messo in circolo dal fegato e la “velocità” di questo approvvigionamento è inferiore.
Il secondo problema è dovuto al fatto che possiamo immagazzinare solo una quantità limitata di glicogeno, e in conseguenza di ciò la quantità totale di energia contenuta in tutti i muscoli di un individuo medio si aggira intorno alle 2.000 Kcal e non tutte sono disponibili per la particolare attività fisica svolta in un particolare istante. Al contrario, la quantità di grassi che possiamo conservare è molta di più, ll nostro corpo attinge a questa riserva quando il glicogeno scarseggia, ma è un processo lungo e faticoso. Ancora oggi si è della convinzione che lunghe ed estenuanti ore di corsa, abbinate ad una certa frequenza cardiaca, siano il modo migliore per dimagrire e allora Sprinter o maratoneta?
La risposta che ricevo sempre é “un maratoneta”. Si puó capire perché le persone, a cui é stato ripetutamente detto che per ridurre il tessuto adiposo é necessario allenamento aerobico continuativo, pensino in questo modo. La loro risposta è sbagliata. Gli sprinter fanno ben poco allenamento aerobico continuativo, eppure hanno meno percentuale di grasso corporeo rispetto ad un maratoneta e questa non è una mia opinione ma un dato assolutamente oggettivo. Uno studio ha dimostrato che un maratoneta brucia più di 100 gr di grasso per percorrere i 42km della gara. Partiamo da alcune formule ideate in campo fisiologico per calcolare il dispendio calorico / lipidico della corsa:
Dispendio energetico: 0.9 x Km percorsi x Kg di peso corporeo
Dispendio lipidico: (Kg di peso corporeo x Km percorsi) / 20
Se prendessimo ad esempio una persona di 70 Kg (questo peso dovrebbe corrispondere alla massa magra e non al peso totale) che percorre, correndo, 10 Km al giorno (cosa alquanto faticosa) avremmo:
Dispendio energetico: 0.9 x 10 x 70 = 630 calorie
Dispendio lipidico: (10 x 70) / 20 = 35 g di grasso
Quindi, valutando il fatto che abbiamo usato come esempio una persona abbastanza muscolata (70 kg di massa magra sono molti), che compie un quarto di maratona al giorno (10 Km), e
affermando con certezza che queste sono formule testate su atleti (che studi scientifici hanno dimostrato saper meglio usare come substrato energetico i lipidi), nel nostro esempio abbiamo un consumo di grassi di circa 30 - 35g. Ora la domanda: "Sapete quante calorie contiene 1 Kg di grasso?" Circa 7000 calorie, ovvero 800g di grasso. Ora, tornando al nostro soggetto / esempio, possiamo facilmente calcolare che per perdere 1 Kg di grasso puro dovrà percorrere circa 240 Km, ovvero 24 giorni di allenamento consecutivo (se riesce a percorrere sempre 10 Km al giorno). Che speranze ci sono di buttare giù kg di grasso con 20 minuti di cyclette? Come è possibile ciò? La ragione di questa apparente stranezza è da riconoscersi nella natura stessa dell’allenamento. Più alta è l’intensità (con intensità si intende la capacità di Massime Pulsazioni del Cuore), piú calorie si consumano al minuto. Il maratoneta si sottopone a escursioni lunghe e frequenti nella zona aerobica e ciò provoca, per adattamento specifico, la perdita di tessuto muscolare importantissimo per tenere alto il metabolismo basale dell’organismo. Perché il corpo del maratoneta “sacrifica” la massa muscolare? La risposta è una domanda: vi siete mai chiesti perché i nuotatori professionisti sono “muscolosi ma non troppo”?
Perché il muscolo è un tessuto molto pesante ed, estremizzando, un culturista quasi non riuscirebbe a stare a galla! Dato che il muscolo pesa più del grasso, è il tessuto da cannibalizzare preferito dal corpo per cercare di alleggerire il carico da trasportare, quando l’attività che svolge è portata più alla resistenza che alla forza esplosiva.
Lo sapevate che un maratoneta perde tranquillamente 6 litri di acqua (non di grasso) durante un gara e che un calciatore durante un incontro ne può perdere anche due o più?
Inoltre, se correte in palestra, sono quasi sicuro che non avete mai tenuto conto di un fattore quasi banale: per chi corre sul tapis roulant viene a mancare il tipico “effetto vento” che si ha correndo all’aria aperta, ciò determina – per chi corre in palestra – un innalzamento della temperatura maggiore e maggior perdita d’acqua, rispetto a chi corre al parco. In definitiva, dopo un’ora di corsa specie al chiuso, se pesate 1 kg di meno e siete felici, vi basterebbe sottoporvi ad una rapida bioimpedenziometria per farvi passare l’entusiasmo: avete sudato tanto, perso molta acqua ma poco grasso. Triste ma è così!
Ovviamente non voglio dire che correre (in palestra, in pista o al parco sotto casa) non sia una cosa buona per il nostro organismo – anzi fa benissimo a cuore, circolazione, polmoni e psiche,
il piede è addirittura considerato il secondo cuore del corpo: camminando/correndo, la pressione col terreno, spinge il sangue che ristagna alle estremità degli arti inferiori, verso il cuore, impedendo le famose “gambe gonfie” voglio invece affermare che un programma di allenamento volto al dimagrimento – incentrato quasi totalmente sull’attività aerobica e che tralascia l’attività anaerobica – non porta ai risultati sperati, ma al contrario produce una diminuzione della percentuale di massa magra presente nel corpo e ciò provoca una diminuzione del metabolismo del nostro corpo, cosa che non certo ci aiuta nel perdere peso!
In realtà l’ATP, in un determinato istante, non viene prodotto solo in un modo ma con un mix dei due metodi: a riposo la produzione è 70/30 a favore dei grassi; con il crescere dell’intensità dello sforzo sale la percentuale di carboidrati utilizzati, e di conseguenza la “fame” di ossigeno. Uno degli effetti positivi dell’allenamento è migliorare la nostra capacità di bruciare grassi e carboidrati nel modo più efficace possibile: più siamo allenati più cresce la percentuale di grassi che riusciamo ad utilizzare, facendo crescere le performance, visto che la scorta di carboidrati è molto più limitata. Il rapporto tra la quantità di carboidrati, grassi e proteine utilizzati dai muscoli dipende da diversi fattori, tra cui tipo, durata e intensità dell’allenamento, condizione fisica, abitudini alimentari, stato di salute. Più si è allenati, più cresce la percentuale di grasso utilizzata, di conseguenza i carboidrati durano più a lungo, consentendo di prolungare l’attività ad una intensità maggiore. L’ossigeno è un elemento fondamentale per la sintesi dell’ATP; esso viene trasportato ai muscoli tramite l’emoglobina, una proteina presente nel sangue. Maggiore l’afflusso di sangue, maggiore la quantità di ossigeno, maggiore la quantità di ATP sintetizzato. La quantità di sangue ossigenato che raggiunge i muscoli dipende dalle possibilità del sistema cardiovascolare, e in particolare dall’efficienza del cuore: più sangue pompa il cuore, più ossigeno viene trasportato, più ATP può essere prodotto. Il volume pompato dal cuore dipende da due fattori: la frequenza cardiaca e la gittata sistolica, cioè la quantità di sangue espulso dal cuore in una singola contrazione. La gittata è sempre la stessa per ogni battito (entro un certo range di frequenza), quindi l’apporto di ossigeno ai muscoli in un particolare istante dipende dalla frequenza cardiaca. La massima ossigenazione si avrà in corrispondenza di valori prossimi alla frequenza cardiaca massima (Fcmax) di un individuo. Contrariamente a quanto si potrebbe pensare, la Fcmax non dipende dal grado di allenamento, ma principalmente dall’età. Quello che distingue un atleta e, in genere, una persona allenata da un sedentario è la gittata. Il cuore è un muscolo e l’esercizio incrementa la sua gittata: un individuo allenato ha una gittata sistolica mediamente superiore del 25% rispetto a un sedentario. I top runner “mondiali” e in genere tutti gli atleti di classe superiore possono avere anche il 100% in più rispetto a chi si allena per divertirsi e stare meglio, e quasi il 200% in più rispetto ai sedentari. E’ una combinazione di genetica e lunghi allenamenti mirati. Questo comporta che l’atleta possa compiere un lavoro che richieda una grande ossigenazione mantenendo la Fc a livelli più bassi; ciò implica anche vantaggi per il cuore, che consuma meno ossigeno perché lavora meno e pompa il sangue con una forza di contrazione più efficente.Tutto questo comporta che a noi comuni mortali venga subito il batticuore, perché una volta consumato il glicogeno nei muscoli, abbiamo bisogno di ossigeno per sintetizzare altro ATP, e l’ossigeno arriva con il sangue pompato dal cuore a una quantità proporzionale
al prodotto FC x gittata sistolica. Il limite tra la soglia aerobica e quella anaerobica è strettamente legato alle pulsazioni del cuore. Ci sono alcune “soglie”, che dipendono da sesso, età, condizione fisica, genetica e altri fattori che identificano gli intervalli di frequenze cardiache alle quali è opportuno allenarsi per ottenere un particolare scopo, che sia l’aumento della resistenza, il consumo di grassi o l’aumento della potenza. Esistono diversi metodi e tabelle, alle quali vi rimando, con cui calcolare i propri valori.
Quello che non deve mai succedere è rimanere completamente a secco: senza carboidrati e grassi da bruciare si consumano le proteine. Cioè: i muscoli cominciano a consumare sé stessi per poter continuare a funzionare, il che è esattamente lo scopo contrario a quello che desideriamo ottenere con i nostri allenamenti. I muscoli pesano più del grasso e utilizzano una quantità maggiore di energia a parità di massa; l’allenamento e l’attività fisica potenziano la massa muscolare a scapito di quella grassa. L’allenamento stimola e attiva il metabolismo: i nostri meccanismi biochimici aumentano la loro velocità perché ci muoviamo di più e abbiamo bisogno di più energia, quindi bruciamo di più e meglio il cibo che mangiamo. Ecco perché le diete, se non accompagnate da una buona attività fisica, danno scarsi risultati oppure fanno male alla salute. Una delle affermazioni cardine della biochimica recita: “I grassi bruciano nella fornace dei carboidrati”: una dieta priva di carboidrati può rendere difficile bruciare i grassi. Inoltre: i grassi sono immagazzinati nel tessuto adiposo insieme a un 30-50% di acqua che pesa e gonfia.
Cosa fare allora? L'ideale è quello di combinare na coretta alimentazione e i benefici dell’allenamento aerobico con i risultati di quello anaerobico. Bisogna semplicemente mixare il tutto in un’unica soluzione per ottenere i risultati sperati. Allenamento aerobico (non eccessivo) per aumentare la sudorazione, capacità polmonare e battito cardiaco, in associazione ad un buon allenamento anaerobico per mantenere e migliorare la muscolatura che è il vero motore del nostro metabolismo e della nostra perdita di grasso il tutto seguito da una corretta alimentazione per dare all'organismo quel giusto apporto di macronutrienti: Carboidrati, Lipidi, Proteine, Fibre e Sali Minerali necessari alla produrre dell'ATP.
