Adattamenti biochimicinell’allenamento

Endurance trainingEndurance training

Endurance trainingEndurance training

Numerose variazioni metaboliche:Numerose variazioni metaboliche: Aumenta oxygen uptakeAumenta oxygen uptake

Aumenta il metabolismo dei grassiAumenta il metabolismo dei grassi

– Diminuisce il livello di lattato ematico e muscolare (submaximal Diminuisce il livello di lattato ematico e muscolare (submaximal

work load)work load)

– Aumenta l’accumulo di glicogeno Aumenta l’accumulo di glicogeno

Endurance training – Endurance training – effetti sulle riserve energetiche effetti sulle riserve energetiche muscolarimuscolari

Endurance training aumenta le riserve di glicogeno e trigliceridi (TG)Endurance training aumenta le riserve di glicogeno e trigliceridi (TG)

TG aumento ? Meccanismo non ancora noto TG aumento ? Meccanismo non ancora noto

2.5x aumento del glicogeno muscolare2.5x aumento del glicogeno muscolare

GLUT 4 (canale per il glucosio nel muscolo insulino-indipendente)GLUT 4 (canale per il glucosio nel muscolo insulino-indipendente)

glicogeno sintasiglicogeno sintasi

Endurance training – Endurance training – effetti su tessuti extra-muscolari effetti su tessuti extra-muscolari

Endurance training aumenta:Endurance training aumenta: Gluconeogenesi nel fegato e reni Gluconeogenesi nel fegato e reni

FFA disponibilità :FFA disponibilità : lipoprotein lipase activity ?lipoprotein lipase activity ?

– uptake FFA dal sangue al muscolouptake FFA dal sangue al muscolo

– Acyl CoA synthetase Acyl CoA synthetase

-- attivazione FFA per ossidazione-- attivazione FFA per ossidazione

Carnitine shuttle Carnitine shuttle

Carnitine transferase I and II

Carnitine acyl transferase

Endurance training Endurance training – effetti su enzimi citosolici– effetti su enzimi citosolici

ENZIMI GLICOLITICI:ENZIMI GLICOLITICI: Aumento : Hexokinase/PFK e PKAumento : Hexokinase/PFK e PK

Diminuizione: LDH Diminuizione: LDH riduzione della riduzione della

trasformazione del piruvato trasformazione del piruvato

a ac.latticoa ac.lattico

From: Summerlin LR (1981) Chemistry for the Life Sciences. New York: Random House p 543.

Endurance training Endurance training - effetti su enzimi citosolici- effetti su enzimi citosolici

Alanine aminotransferase aumenta Alanine aminotransferase aumenta

durante endurance trainingdurante endurance training

AAT trans-amina piruvato ad alaninaAAT trans-amina piruvato ad alanina Aumenta competizione con LDH per piruvatoAumenta competizione con LDH per piruvato

Diminuisce piruvato per LDH Diminuisce piruvato per LDH – diminuisce lattatodiminuisce lattato

Pyruvate dehydrogenase aumenta Pyruvate dehydrogenase aumenta

durante endurance trainingdurante endurance training

Aumenta competizione con LDH per Aumenta competizione con LDH per

piruvatopiruvato

– diminuisce lattatodiminuisce lattato

From: Summerlin LR (1981) Chemistry for the Life Sciences. New York: Random House p 550.

Endurance training Endurance training - effetti su enzimi citosolici- effetti su enzimi citosolici

Endurance training aumenta Endurance training aumenta

il numero di mitocondri il numero di mitocondri

slow-twitch and fast-twitch slow-twitch and fast-twitch

fibresfibres

Aumenta l’ossidazione Aumenta l’ossidazione

tramite:tramite:

-oxidation-oxidation

Krebs cycleKrebs cycle

Catena trasporto elettroniCatena trasporto elettroni

From: Keissling et al. (1971) Effect of physical training on ultrastructural features in human skeletal muscle. In: Muscle metabolism during exercise (ed. B Pernow

and B Saltin). New York:Plenum Press Pp.97-101.

Endurance training Endurance training - effetti su enzimi mitocondriali- effetti su enzimi mitocondriali

Mitochondrial creatine kinase Mitochondrial creatine kinase

(MBCK) aumenta durante (MBCK) aumenta durante

endurance trainingendurance training Stimola creatina a formare PCr Stimola creatina a formare PCr

ATPATP

rapida rimozione di ADP dal rapida rimozione di ADP dal

citoplasmacitoplasma

Mantiene elevati livelli di ATPMantiene elevati livelli di ATP

– inibizione PFK activityinibizione PFK activity

Ridotta produzione di lattato?Ridotta produzione di lattato?From: Bessman & Geiger (1981) Transport of energy in

muacle: The phosphorylcreatine shuttle. Science 211:448-452

Endurance training Endurance training - effetti su enzimi mitocondriali- effetti su enzimi mitocondriali

Endurance training Endurance training -mioglobina-mioglobina

????

Endurance training Endurance training – riduzione dell’acido lattico muscolare ed – riduzione dell’acido lattico muscolare ed ematicoematico

Si riducono le concentrazioni di Si riducono le concentrazioni di

lattato nel muscolo e nel sangue lattato nel muscolo e nel sangue

(submaximal work load) (submaximal work load)

2 meccanismi:2 meccanismi: Diminuita produzione lattatoDiminuita produzione lattato

• Diversi effetti (LDH,aumento Diversi effetti (LDH,aumento

FFA,transaminazione ALA)FFA,transaminazione ALA)

Aumento eliminazione lattatoAumento eliminazione lattato

Adapted from: Donovan & Pagliassotti (1990) J. Appl. Physiol. 68(3):1053-1058.Adapted from: Donovan & Pagliassotti (1990) J. Appl. Physiol. 68(3):1053-1058.

Lactate threshold

Aumento assorbimento Aumento assorbimento

nel muscolo nel muscolo

scheletrico ??? (MCT-X)scheletrico ??? (MCT-X)

Aumento gluconeogenesi Aumento gluconeogenesi

in fegato and reniin fegato and reni

aumento consumo da aumento consumo da

parte del cuore (MCT-X)parte del cuore (MCT-X)

Time (min)

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160

Net

fore

arm

lact

ate

exch

ange

(um

ol-1

·100

ml-1

·min

-1)

-9

-8

-7

-6

-5

-4

-3

-2

-1

0

1

2

3

Trained forearms

Untrained forearms

Net

ext

ract

ion

Net

out

put

Rest Infusion Post-infusion

From: Buckley et al (2001) No difference in net uptake or disposal of lactate by trained and untrained forearms during incremental lactate infusion. European Journal of Applied

Physiology. 85(5):412-419, 2001

Endurance training Endurance training – riduzione dell’acido lattico muscolare ed ematico– riduzione dell’acido lattico muscolare ed ematico

Endurance training Endurance training - Effetti tempo dipendenti- Effetti tempo dipendenti

50% mitochondri persi dopo 50% mitochondri persi dopo

un mese di stop allenamentoun mese di stop allenamento

From: Maughan R., Gleeson M, Greenhaff P (1997) Biocehmistry of Exercise and Training. Oxford: Oxford University Press pp.195

Mecccanismi di adattamento Mecccanismi di adattamento muscolaremuscolare

Sintesi di proteine (enzimi) regolati da geniSintesi di proteine (enzimi) regolati da geni

Alcuni geni vengono attivati/spenti da molecole come ormoni Alcuni geni vengono attivati/spenti da molecole come ormoni

etc.etc.

Variazioni nella composizione delle fibre muscolari Variazioni nella composizione delle fibre muscolari

(aerobiche)(aerobiche)

Endurance training - adattamenti ormonali

Adrenalina - stimulata glycolysis, lipolysisAdrenalina - stimulata glycolysis, lipolysisACTH - stimulata cortisolo secretion by adrenal cortexACTH - stimulata cortisolo secretion by adrenal cortexCortisol - stimulates gluconeogenesis, lipolysisCortisol - stimulates gluconeogenesis, lipolysisglucagon - increases glycogenolysis and glucagon - increases glycogenolysis and gluconeogenesisgluconeogenesisGH (somatropina) - increases lipolysis and GH (somatropina) - increases lipolysis and glycogenolysisglycogenolysis

Anaerobic TrainingAnaerobic Training

Anaerobic trainingAnaerobic training

Anaerobic training (i.e. training per forza, potenza, velocità..)Anaerobic training (i.e. training per forza, potenza, velocità..)

aumenta sistema anaerobico aumenta sistema anaerobico

fosfocreatinafosfocreatina

GlicolisiGlicolisi

Effetti limitati:Effetti limitati:

Metabolismo ossidativo ?Metabolismo ossidativo ?

Funzione cardiacaFunzione cardiaca

Effetti sulle risorse energeticheEffetti sulle risorse energetiche

Anaerobic training aumenta la concentrazione di: Anaerobic training aumenta la concentrazione di:

ATPATP

PCrPCr

GlicogenoGlicogeno

Effetti sulla glicolisiEffetti sulla glicolisi

Anaerobic training aumenta la velocità della glicolisi Anaerobic training aumenta la velocità della glicolisi

(2 enzimi) :(2 enzimi) :

PFK PFK

LDH LDH

Effetti sulla capacità Effetti sulla capacità tamponantetamponante

Alte concentrazioni di lattato nel muscolo e

nel sangue durante esercizi ad alta intensità:

Aumenta la capacità “buffer” , maggiore

nelle fibre Fast >slow;

Aumentano i trasportatori di lattato MCT

Effetti sull’ipertrofiaEffetti sull’ipertrofia

Anaerobic training porta ad Anaerobic training porta ad

ipertofrofia muscolare ipertofrofia muscolare

Stretch passivo puo’ indurre Stretch passivo puo’ indurre

ipertrofiaipertrofia

Ipertrofia induce un’aumento Ipertrofia induce un’aumento

nel numero di proteine nel numero di proteine

muscolarimuscolari

iperplasia?iperplasia?From: Kreider, RB (2000) High intensity training 1 set

vs 3 sets. Muscular Development Sports & Fitness Magazine 37(8): 104-121

Meccanismi di Meccanismi di adattamento muscolareadattamento muscolare

Aumento dell’espressione di proteine regolate da Aumento dell’espressione di proteine regolate da

genigeni

Accensione/spengimento geni (nucleo) da ormoni etc. Accensione/spengimento geni (nucleo) da ormoni etc.

direttamente - via citoscheletrodirettamente - via citoscheletro

indirettamente - via canali ionici sulla membranaindirettamente - via canali ionici sulla membrana

Variazioni nella composizione delle fibre muscolari ???Variazioni nella composizione delle fibre muscolari ???

Esercizio può indurre danni alle cellule Esercizio può indurre danni alle cellule

muscolari:muscolari:

Rilascio di fattori di crescitaRilascio di fattori di crescita

satellite cells e fibre muscolari si fondonosatellite cells e fibre muscolari si fondono

Ipertrofia Muscolare: MeccanismiIpertrofia Muscolare: Meccanismi

?

Mutazioni inattivanti Mutazioni inattivanti miostatinamiostatina

Approcci al doping genetico

Gene della miostatina

Due strade: modificare il gene che codifica la miostatina o somministrare inibitori della miostatina (es. follistatina)

La miostatina è una proteina regolatrice della crescita muscolare. Appartiene alla superfamiglia dei TGF-beta

E’ responsabile del differenziamento dei muscoli scheletrici

Ha una funzione inibitoria della proliferazione delle cellule satelliti alle fibre muscolari. Mutazioni genetiche (es. ceppo bovino Belgium blue bull) provocano abnormi crescite dei muscoli

Vedi: Proc Natl Acad Sci USA 2001; 98:9306