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Tre sistemi di energia metabolica

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Di solito parliamo di energia in termini generali, come in "Non ho molta energia oggi" o "Puoi sentire l'energia nella stanza." Ma cos'è veramente l'energia? Dove otteniamo l'energia per muoverci? Come lo usiamo? Come possiamo ottenerne di più? In definitiva, cosa controlla i nostri movimenti? I tre percorsi energetici metabolici sono il sistema fosfageno, glicolisi e ilSistema aerobico. Come funzionano e qual è il loro effetto?

Albert Einstein, nella sua infinita saggezza, ha scoperto che l'energia totale di un oggetto è uguale alla massa dell'oggetto moltiplicato per il quadrato della velocità della luce. La sua formula per l'energia atomica, E = mc2, è diventata la formula matematica più riconosciuta del mondo. Secondo la sua equazione, ogni modifica dell'energia di un oggetto provoca una modifica della massa di quel oggetto. La modifica dell'energia può venire in molte forme, tra cui meccaniche, termiche, elettromagnetiche, chimiche, elettriche o nucleari. L'energia è tutto intorno a noi. Le luci della tua casa, un forno a microonde, un telefono, il sole; tutte trasmettono energia. Anche se l'energia solare che riscalda la terra è piuttosto diversa dall'energia utilizzata per eseguire una collina, l'energia, come dice la prima legge della termodinamica, non può essere né creata né distrutta. È semplicemente cambiato da una forma all'altra.

ATP Re-Sintesi

L'energia per tutta l'attività fisica proviene dalla conversione di fosfati ad alta energia (adenosina trifosfato ATP) in fosfati a bassa energia (adenosina difosfato ADP; adenosina monofosfato AMP; e fosfato inorganico, Pi). Durante questa ripartizione (idrolisi) di ATP, che è un processo che richiede acqua, viene prodotta una proton, energia e calore: ATP + H2O ï ¿½ ADP + Pi + H++ energia + calore. Poiché i nostri muscoli non immagazzinano molto ATP, dobbiamo costantemente risintetizzarlo. L'idrolisi e la risintesi dell'ATP è quindi un processo circolare L'ATP viene idrolizzato in ADP e Pi, poi ADP e Picombina per risintetizzare l'ATP. In alternativa, due molecole di ADP possono combinarsi per produrre ATP e AMP: ADP + ADP ï ¿½ ATP + AMP.

Come molti altri animali, l'uomo produce ATP attraverso tre percorsi metabolici che consistono in molte reazioni chimiche catalizzate: il sistema di fosfagene, la glicolisi e il sistema aerobico. Quale percorso i tuoi clienti utilizzano per la produzione primaria di ATP dipende da come hanno rapidamente bisogno e quanto ne hanno bisogno. Il sollevamento di pesi pesanti, per esempio, richiede molto più tempo di fare jogging sul tapis roulant, richiedendo l'affidamento a diversi sistemi energetici. Tuttavia, la produzione di ATP non è mai ottenuta con l'uso esclusivo di un sistema energetico, ma dalla risposta coordinata di tutti i sistemi energetici che contribuiscono a diversi gradi.

1. Sistema di fosfagene

Durante le attività a breve termine e intense, è necessario che i muscoli producano una grande quantità di energia, creando un'elevata richiesta di ATP. Il sistema fosfageno (chiamato anche sistema ATP-CP) è il modo più rapido per risintetizzare l'ATP (Robergs & Roberts 1997). La creatina fosfato (CP), che è immagazzinata nei muscoli scheletrici, dona un fosfato all'ADP per produrre ATP: ADP + CP ï ¿½ATP + C. In questo processo non vengono utilizzati carboidrati o grassi; la rigenerazione di ATP proviene esclusivamente da CP immagazzinati. Poiché questo processo non richiede ossigeno per risintetizzare l'ATP, è anaerobico o indipendente dall'ossigeno. Come il modo più veloce per risintetizzare l'ATP, il sistema fosfageno è il sistema energetico predominante utilizzato per un esercizio a tutto campo che dura fino a circa 10 secondi. Tuttavia, poiché nei muscoli scheletrici è presente una quantità limitata di PC e ATP immagazzinati, l'affaticamento si verifica rapidamente.

2. La glicolisi

La glicolisi è il sistema energetico predominante utilizzato per l'all-out esercizio fisico dura da 30 secondi a circa 2 minuti ed è il secondo modo più veloce per risintetizzare l'ATP. Durante la glicolisi, il carboidrato, sotto forma di glucosio nel sangue (zucchero) o glicogeno muscolare (la forma immagazzinata di glucosio), viene scomposto attraverso una serie di reazioni chimiche per formare piruvato (il glicogeno viene prima scomposto in glucosio attraverso un processo chiamato glicogenolisi). Per ogni molecola di glucosio scomposta in piruvato attraverso la glicolisi, vengono prodotte due molecole di ATP utilizzabili (Brooks et al. 2000). Pertanto, viene prodotta pochissima energia attraverso questo percorso, ma il compromesso è che si ottiene l'energia rapidamente. Una volta formato il piruvato, ha due destini: conversione in lattato o conversione in una molecola metabolica intermedia chiamata acetil coenzima A (acetil-CoA), che entra nei mitocondri per l'ossidazione e la produzione di più ATP (Robergs & Roberts 1997). La conversione in lattato si verifica quando la domanda di ossigeno è maggiore dell'offerta (cioè durante l'esercizio anaerobico). Al contrario, quando c'è abbastanza ossigeno disponibile per soddisfare i bisogni dei muscoli (cioè durante l'esercizio aerobico), il piruvato (tramite acetil-CoA) entra nei mitocondri e attraversa il metabolismo aerobico.

Quando l'ossigeno non viene fornito abbastanza velocemente per soddisfare le esigenze dei muscoli (glicolisi anaerobica), si verifica un aumento degli ioni idrogeno (che fa diminuire il pH muscolare; una condizione chiamata acidosi) e di altri metaboliti (ADP, Pie potassio). L'acidosi e l'accumulo di questi altri metaboliti causano una serie di problemi all'interno dei muscoli, tra cui l'inibizione di specifici enzimi coinvolti nel metabolismo e nella contrazione muscolare, l'inibizione del rilascio di calcio (il fattore scatenante della contrazione muscolare) dal suo sito di immagazzinamento nei muscoli e interferenza con le cariche elettriche dei muscoli (Enoka & Stuart 1992; Glaister 2005; McLester 1997). Come risultato di questi cambiamenti, i muscoli perdono la capacità di contrarsi in modo efficace e la produzione di forza muscolare e l'intensità dell'esercizio diminuiscono alla fine.

3. Sistema aerobico

Poiché gli esseri umani si sono evoluti per attività aerobiche (Hochachka, Gunga e Kirsch 1998; Hochachka e Monge 2000), non sorprende che il sistema aerobico, che dipende dall'ossigeno, sia il più complesso dei tre sistemi energetici. Le reazioni metaboliche che avvengono in presenza di ossigeno sono responsabili della maggior parte dell'energia cellulare prodotta dall'organismo. Tuttavia, il metabolismo aerobico è il modo più lento per risintetizzare l'ATP. L'ossigeno, in quanto patriarca del metabolismo, sa che vale la pena aspettare, poiché controlla il destino della resistenza ed è il sostentamento della vita. "Sono ossigeno", dice al muscolo, con più di un accenno di superiorità. Posso darti molto ATP, ma dovrai aspettare .

Il sistema aerobico che comprende il Ciclo di Krebs (chiamato anche il ciclo acido citrico o ciclo TCA) e il catena di trasporto di elettroniUtilizza glucosio nel sangue, glicogeno e grassi come combustibili per risintetizzare l'ATP nei mitocondri delle cellule muscolari (vedere la barra laterale "Caratteristiche del sistema energetico"). Data la sua posizione, viene anche chiamato il sistema aerobico respirazione mitocondrialeQuando si utilizzano carboidrati, il glucosio e il glicogeno vengono prima metabolizzati attraverso la glicolisi, con il piruvato risultante utilizzato per formare acetil-CoA, che entra nel ciclo di Krebs. Gli elettroni prodotti nel ciclo di Krebs vengono quindi trasportati attraverso la catena di trasporto degli elettroni, dove vengono prodotti ATP e acqua (un processo chiamato fosforilazione ossidativa) (Robergs & Roberts 1997). La completa ossidazione del glucosio attraverso la glicolisi, il ciclo di Krebs e la catena di trasporto degli elettroni produce 36 molecole di ATP per ogni molecola di glucosio scomposta (Robergs & Roberts 1997). Pertanto, il sistema aerobico produce 18 volte più ATP rispetto alla glicolisi anaerobica da ciascuna molecola di glucosio.

Grasso, che viene immagazzinato come trigliceride nel tessuto adiposo sotto la pelle e all'interno dei muscoli scheletrici (chiamato trigliceride intramuscolare), è l'altro importante carburante per il sistema aerobico ed è la più grande riserva di energia nel corpo. Quando si utilizzano i grassi, i trigliceridi vengono prima scomposti in acidi grassi liberi e glicerolo (un processo chiamato lipolisi). Gli acidi grassi liberi, che sono composti da una lunga catena di atomi di carbonio, vengono trasportati ai mitocondri muscolari, dove gli atomi di carbonio vengono utilizzati per produrre acetil-CoA (un processo chiamato beta-ossidazione).

A seguito della formazione di acetil-CoA, il metabolismo dei grassi è identico al metabolismo dei carboidrati, con l'acetil-CoA che entra nel ciclo di Krebs e gli elettroni vengono trasportati alla catena di trasporto di elettroni per formare ATP e acqua. L'ossidazione degli acidi grassi liberi produce molte più molecole di ATP rispetto all'ossidazione del glucosio o del glicogeno. Ad esempio, l'ossidazione del palmitato acido grasso produce le molecole 129 di ATP (Brooks et al. 2000). Non c'è da meravigliarsi che i clienti possano sostenere un'attività aerobica più lunga di quella anaerobica!

Capire come viene prodotta l'energia per l'attività fisica è importante quando si tratta di programmare l'esercizio alla giusta intensità e durata per i tuoi clienti. Quindi la prossima volta che i tuoi clienti finiscono con un allenamento e pensano: "Ne ho molti energia, Saprai esattamente dove l'hanno preso.

Caratteristiche del sistema energetico

Allenamenti del sistema energetico

I clienti si scaldano e si raffreddano prima e dopo ogni allenamento.

Sistema di fosfagene

Un allenamento efficace per questo sistema è costituito da sprint brevi e molto veloci sul tapis roulant o sulla bici della durata di 5 15 secondi con 3 5 minuti di riposo tra ciascuno. I lunghi periodi di riposo consentono il completo rifornimento di creatina fosfato nei muscoli in modo che possa essere riutilizzato per l'intervallo successivo.

  • 2 serie di 8 x 5 secondi vicino alla velocità massima con 3: riposo passivo 00 e 5: riposo 00 tra set
  • 5 x 10 secondi quasi alla velocità massima con 3: 00: 4 riposo passivo

La glicolisi

Questo sistema può essere addestrato utilizzando intervalli veloci che durano i secondi 30 a minuti 2 con un periodo di recupero attivo due volte il periodo di lavoro (1: 2 rapporto tra lavoro e riposo).

  • 8 10 x 30 secondi veloce con 1:00 recupero attivo
  • 4 x 1: 30 veloce con 3: 00 recupero attivo

Sistema aerobico

Mentre il sistema fosfageno e la glicolisi sono meglio addestrati con gli intervalli, perché questi sistemi metabolici vengono enfatizzati solo durante le attività ad alta intensità, il sistema aerobico può essere addestrato sia con esercizio fisico che con intervalli.

  • 60 minuti al 70% 75% della frequenza cardiaca massima
  • Allenamento a ritmo di 15-20 minuti all'intensità della soglia del lattato (circa 80% 85% della frequenza cardiaca massima)
  • 5 x 3:00 al 95% 100% della frequenza cardiaca massima con 3:00 recupero attivo

di Jason Karp, PhD

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Riferimenti:

Brooks, GA, et al. 2000. Fisiologia dell'esercizio: Bioenergetica umana e sue applicazioni.Mountain View, CA: Mayfield.

Enoka, RM, & Stuart, DG 1992. Neurobiology of muscle fatigue. Journal of Applied Physiology, 72 (5), 1631 48.

Glaister, M. 2005. Lavoro con sprint multipli: risposte fisiologiche, meccanismi di affaticamento e influenza della capacità aerobica.Medicina dello sport, 35 (9), 757 77.

Hochachka, PW, Gunga, HC e Kirsch, K. 1998. Il nostro fenotipo fisiologico ancestrale: un adattamento per la tolleranza all'ipossia e per le prestazioni di resistenza? Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze, 95, 1915 20.

Hochachka, PW, & Monge, C. 2000. Evoluzione della fisiologia della tolleranza all'ipossia umana.Gli avanzamenti nella biologia sperimentale e medica, 475, 25 43.

McLester, JR 1997. Contrazione muscolare e affaticamento: il ruolo dell'adenosina 5′-difosfato e del fosfato inorganico.Medicina dello sport, 23 (5), 287 305.

Robergs, RA & Roberts, SO 1997. Esercizio fisico: esercizio fisico, prestazioni e applicazioni cliniche. Boston: William C. Brown.

Ambito professionale *

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