19 Mar 2021
METABOLISMO MUSCOLARE
Posted by Forrest Group Minerva
Creato: 19 Marzo 2021

Metabolismo muscolare

Un breve riassunto del metabolismo muscolare (sistemi energetici).

[N.d.r.: fosfati ad alta energia (adenosina tri fosfato-ATP); fosfati a bassa energia (adenosina di fosfato-ADP, adenosina mono fosfato-AMP e fosfato inorganico, Pi). Vedi.]

La contrazione muscolare avviene tramite il metabolismo dell'adenosina trifosfato (ATP) derivata principalmente dal glucosio zuccherino semplice.


                                                       ESPOSIZIONE DELL'ARGOMENTO


   Spiegazione del processo coinvolto nel metabolismo muscolare durante l'esercizio aerobico

 


                                                                   PUNTI CHIAVE


Punti chiave

  • L'ATP è richiesto per la contrazione muscolare. Quattro sorgenti di questa sostanza sono disponibili per le fibre muscolari: ATP libera, fosfocreatina, glicolisi e respirazione cellulare.
  • Una piccola quantità di ATP libera è disponibile nel muscolo per l'uso immediato.
  • La fosfocreatina fornisce fosfati alle molecole di ADP, producendo molecole di ATP ad alta energia. È presente nel muscolo a basse quantità.
  • La glicolisi converte il glucosio in piruvato, acqua e NADH [N.d.r.: nicotinammide adenina dinucleotide], e produce due molecole di ATP. Il piruvato in eccesso è convertito in acido lattico che causa affaticamento muscolare.
  • Nei mitocondri la respirazione cellulare produce, dal piruvato, ulteriori molecole di ATP. È inoltre necessario ricostituire il glicogeno dall'acido lattico e ripristinare nel muscolo i depositi di fosfocreatina e ATP.

Parole chiave

  • Fosfocreatina: una molecola di creatina fosforilata, che funge rapidamente da riserva utilizzabile di fosfati ad alta energia nel sistema muscolo scheletrico.
  • ATP: la molecola contenente legami ad alta energia utilizzati per trasferire energia tra i sistemi all'interno di una cellula.


Le contrazioni muscolari sono alimentate dall'adenosina trifosfato (ATP), una molecola che immagazzina energia. Quattro sono le potenziali fonti di ATP per le contrazioni muscolari.

ATP libera 
Bassi livelli di ATP esistono all'interno delle fibre muscolari e possono fornire immediatamente energia per la contrazione. Tuttavia, la riserva è molto piccola e dopo qualche spasmo muscolare si esaurirà.

gif calories burn metabolism energyStruttura dell'adenosina trifosfato (ATP), un intermedio fondamentale per il metabolismo.
[Public Domain, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=69714]

Fosfocreatina 
La fosfocreatina, nota anche come creatina fosfato, può rapidamente donare un gruppo di fosfato all'ADP per formare ATP e creatina, in condizioni anaerobiche. La fosfocreatina è presente nel muscolo in quantità sufficiente per fornire ATP per la contrazione per circa 15 secondi.

La reazione fosfocreatina + ADP → ATP + creatina è reversibile. Durante i periodi di riposo, la riserva di fosfocreatina è rigenerata dall'ATP.

La glicolisi 
La glicolisi è la reazione metabolica che produce due molecole di ATP attraverso la conversione del glucosio in piruvato, acqua e NADH, in assenza di ossigeno.

Il glucosio per la glicolisi può essere fornito dall'apporto di sangue, ma è più spesso convertito dal glicogeno nelle fibre muscolari. Se le riserve di glicogeno nelle fibre muscolari sono esaurite, il glucosio può essere creato da grassi e proteine. Tuttavia, questa conversione non è altrettanto efficiente.

Il piruvato è continuamente trasformato in acido lattico. Con l'accumulo di piruvato, aumenta anche la quantità di acido lattico prodotto. Questo accumulo di acido lattico nel tessuto muscolare riduce il pH, rendendolo più acido e producendo la sensazione di bruciore nei muscoli durante l'esercizio. Questo inibisce ulteriormente la respirazione anaerobica, inducendo affaticamento.

Solo la glicolisi può fornire energia al muscolo per circa 30 secondi, anche se questo intervallo di tempo può essere aumentato con l’allenamento muscolare.

Respirazione cellulare 
Mentre il piruvato generato attraverso la glicolisi può accumularsi per formare acido lattico, esso può anche essere usato per generare ulteriori molecole di ATP. I mitocondri nelle fibre muscolari possono convertire il piruvato in ATP in presenza di ossigeno attraverso il ciclo di Krebs, generando, all'incirca, ulteriori 30 molecole di ATP.

La respirazione cellulare non è rapida come i meccanismi di cui sopra, tuttavia, è necessaria per periodi di esercizio superiori a 30 secondi. La respirazione cellulare è limitata dalla disponibilità di ossigeno, quindi l'acido lattico può ancora accumularsi se il piruvato nel ciclo di Krebs è insufficiente.

La respirazione cellulare svolge un ruolo chiave nel riportare i muscoli alla normalità dopo l'esercizio, convertendo l'eccesso di piruvato in ATP e rigenerando le riserve di ATP, fosfocreatina e glicogeno nel muscolo, che sono necessarie per le contrazioni più rapide.

Affaticamento muscolare

L'affaticamento muscolare si verifica dopo un periodo di prolungata attività.


                                                       PRINCIPALI FATTORI COINVOLTI


                         Descrizione dei fattori coinvolti nell'affaticamento metabolico muscolare

 


                                                                   PUNTI CHIAVE


Punti chiave

  • L'affaticamento muscolare si riferisce al declino, nel tempo, della forza muscolare generata.
  • Diversi fattori contribuiscono all'affaticamento muscolare, il più importante dei quali è l'accumulo di acido lattico.
  • Con un allenamento sufficiente, l'inizio dell’affaticamento muscolare può essere ritardato.

Parola chiave

  • Acido lattico: un sottoprodotto della respirazione anaerobica che contribuisce fortemente all'affaticamento muscolare.


L'affaticamento muscolare si riferisce al calo della forza muscolare generato durante periodi di attività prolungati, oppure a causa di problemi patologici. L'affaticamento muscolare ha una serie di possibili cause tra cui l'alterazione del flusso sanguigno, squilibrio degli ioni all'interno del muscolo, affaticamento nervoso, perdita della volontà di continuare e, soprattutto, l'accumulo di acido lattico nel muscolo.

Accumulo di acido lattico 
L'uso del muscolo, per lungo termine, richiede la somministrazione di ossigeno e glucosio alla fibra muscolare, per consentire la respirazione aerobica, che produce l'ATP, necessaria per la contrazione muscolare. Se il sistema respiratorio o circolatorio non riesce a far fronte alla domanda, allora l'energia sarà generata dalla respirazione anaerobica, molto meno efficiente.

Nella respirazione aerobica, il piruvato prodotto dalla glicolisi è convertito in ulteriori molecole di ATP nei mitocondri attraverso il ciclo di Krebs. Con ossigeno insufficiente, il piruvato non può entrare nel ciclo di Krebs e si accumula invece nella fibra muscolare; il piruvato è continuamente trasformato in acido lattico. Con l'accumulo di piruvato, aumenta anche la produzione di acido lattico. Questo accumulo di acido lattico nel tessuto muscolare riduce il pH, rendendolo più acido e producendo la sensazione di bruciore nei muscoli durante l'esercizio. Ciò inibisce ulteriormente la respirazione anaerobica, inducendo affaticamento.

L'acido lattico può essere riconvertito in piruvato nelle cellule muscolari ben ossigenate; tuttavia, durante l'esercizio fisico, l’attenzione è focalizzata sul mantenimento dell'attività muscolare. L'acido lattico è trasportato al fegato, dove può essere conservato prima della conversione in glucosio in presenza di ossigeno, attraverso il ciclo di Cori. La quantità di ossigeno necessaria per ripristinare l'equilibrio dell'acido lattico è spesso definita debito di ossigeno.

Squilibrio ionico 
La contrazione di un muscolo richiede ioni Ca+ (calcio) per interagire con la troponina, esponendo il composto di actina alla testa della miosina. Con un intenso esercizio fisico, le molecole osmoticamente attive al di fuori del muscolo, sono perse attraverso la sudorazione. Questa perdita modifica il gradiente osmotico, rendendo più difficile la consegna degli ioni Ca+, necessari alla fibra muscolare. In casi estremi, ciò può comportare un prolungato e doloroso mantenimento della contrazione o crampo muscolare.

Stanchezza nervosa e perdita della volontà 
I nervi sono responsabili del controllo della contrazione dei muscoli, determinando il numero, la sequenza e la forza delle contrazioni. La maggior parte dei movimenti richiede una forza ben al di sotto di quella che un muscolo potrebbe potenzialmente generare, e il blocco della fatica nervosa è raramente un problema. Tuttavia, la perdita della volontà dell’esercizio fisico, a fronte dell'aumento dei dolori muscolari, della respirazione e della frequenza cardiaca può avere un forte impatto negativo sull'attività muscolare.

Affaticamento metabolico 
L'esaurimento dei substrati richiesti come l’ATP o il glicogeno all'interno di un muscolo, si traduce in affaticamento in quanto il muscolo non è in grado di generare energia per le contrazioni. L'accumulo di metaboliti da queste reazioni diverse dall'acido lattico, come gli ioni di Mg2+ o le specie reattive dell'ossigeno, possono anche indurre affaticamento interferendo con il rilascio degli ioni di Ca+ dal reticolo sarcoplasmatico o attraverso la riduzione della sensibilità della troponina a Ca+.

Esercizio ed invecchiamento 
Con un allenamento sufficiente, la capacità metabolica di un muscolo può cambiare, ritardando l'insorgenza dell'affaticamento muscolare. Il muscolo specifico per l'esercizio anaerobico ad alta intensità sintetizzerà più enzimi glicolitici, mentre i muscoli per l'esercizio aerobico di lunga durata svilupperanno più capillari e mitocondri. Inoltre, con l'esercizio, i miglioramenti del sistema circolatorio e respiratorio possono facilitare una migliore erogazione di ossigeno e glucosio al muscolo.

Con l'invecchiamento, i livelli di ATP, CTP e mioglobina iniziano a diminuire, riducendo la capacità del muscolo di funzionare. Le fibre muscolari si restringono o si perdono ed il tessuto connettivo circostante si indurisce, rendendo la contrazione muscolare più lenta e più difficile. L'esercizio fisico per tutta la vita può aiutare a ridurre l'impatto dell'invecchiamento mantenendo un apporto di ossigeno sano al muscolo.

[N.d.r.: i video inseriti nell'articolo, anche se in lingua inglese, sono molto intuitivi e quindi meritano di essere guardati. Se il parlato ti infastidisce spegni l'audio ðŸ˜‰

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mitocondrio-01

           
mitocondrio-02

(Mouse sulle figure per ingrandirle) 

 

LICENZE E ATTRIBUZIONI

CC CONTENUTO CON LICENZA, CONDIVISO PRECEDENTEMENTE

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Tratto da: https://courses.lumenlearning.com/boundless-ap/chapter/muscle-metabolism/


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