Fisiologia Applicata: Omeostasi, Metabolismo Energetico e Acido Lattico

Fisiologia Applicata

FISIOLOGIA APPLICATA

Omeostasi

L'omeostasi è una situazione di equilibrio tra diverse reazioni chimiche. Tutte le reazioni sono concatenate tra loro allo scopo di portare all'equilibrio sia in condizioni basali, sia di riposo, sia relativamente attive (seduti), sia in condizioni di esercizio fisico. L'esercizio fisico è una delle condizione che altera l'equilibrio, per cui che cosa determina il fare esercizio fisico? Cercare da parte del nostro organismo una nuova situazione di equilibrio. Con il termine omeostasi si intende anche il bilancio energetico: tanta energia entra, tanta energia esce (se ciò è vero, non ingrasso e non dimagrisco, se brucio di più, lavoro di più o lavoro in maniera non ergonomica (sconveniente) ma introduco meno alimenti, allora dovrei dimagrire).

Carburante, Comburente e Calore

CARBURANTE-COMBURENTE-CALORE+ENERGIA La macchina uomo, come tutte le macchine funziona con:

• Carburante- materia da cui proviene l'energia chimica: si trova negli alimenti, nei macronutrienti, carboidrati, proteine, lipidi;
• Comburente- è una sostanza che agisce come agente ossidante di un combustibile in una reazione di combustione: O2;
• Calore+energia- la macchina uomo è imperfetta, quindi tutta l'energia chimica che viene dal carburante, si trasforma in poca energia meccanica e molto calore (che si accumula nel corpo). Con l'aumento del calore (# omeostasi) vasodilato (per portare il calore verso l'esterno), quando diminuisce il calore, vasocostringo (così da mantenere il calore all'interno).

Energia

ENERGIA La prima legge della termodinamica afferma che l'energia non può essere né creata né distrutta ma piuttosto, trasformata da una forma all'altra senza essere perduta. Per ottenere energia (ATP, adenosintrifosfato) ossidiamo o metabolizziamo carburante. Per produrre ATP (molecola che contiene energia chimica, se togli il fosfato hai energia chimica), il nostro corpo utilizza dei meccanismi ovvero i metabolismi (per ottenere energia chimica). L'energia chimica viene elaborata e trasformata in meccanica (lavoro meccanico). La seconda legge della termodinamica, afferma che l'energia = lavoro + calore (maggior parte).

Lavoro Esterno e Rendimento

LAVORO ESTERNO RENDIMENTO LAVORO INTERNO Ogni volta che eseguo un lavoro, vado a misurare anche il rendimento (efficiency), che ad esempio nella corsa è del 10-15%. Il rendimento indica il lavoro meccanico (lavoro esterno) effettivo che si produce con le reazioni di combustione (lavoro interno, quindi energia chimica).

Condizione Basale

CONDIZIONE BASALE La condizione basale è quella condizione che prevede posizione supina, digiuno da 12h (quindi senza processi digestivi) , umidità (0%), temperatura (25°C) pressione atmosferica ( 1, quindi al livello del mare), buio , silenzio. Allo scopo di evitare ogni genere di perturbazione (che può far spendere energia). Si ottiene questa condizione in una camera in cui vengono regolati tutti i parametri fisici.Come posso calcolare il consumo di ossigeno a condizione basale, nell'arco di una giornata? Bisogna considerare un indicatore fisiologico, il MET. 1 MET equivale a 3,5 ml di ossigeno consumato per kg di peso corporeo al minuto. Per cui, si calcola 1 MET x kg di peso corporeo (si ottiene il consumo di ossigeno per quanto riguarda 1 min) x 60 (i minuti in un'ora) e x 24 (le ore in una giornata). I muscoli in condizione basale lavorano? Si, vi è il tono muscolare, ovvero un minimo di attività muscolare che il muscolo adotta per contrastare la forza di gravità.

Metabolismo Anaerobico Alattacido

METABOLISMO ANAEROBICO ALATTACIDO Il metabolismo anaerobico alattacido è un sistema energetico, presente nei muscoli, che mette a disposizione ATP, che fa fede a quello che è il sistema creatinfosforilasi (si fonda sull'ATP già presente nel muscolo, legata alla creatina). Il metabolismo anaerobico alattacido riesce a fornire energia (per esercizi massimali) nei primi o-6 secondi, poi deve essere 'aiutato' dal lattato (nei 100m, i primi secondi sono garantiti dalla quantità di creatina nei muscoli).Un esempio di esercizio fisico, che coinvolge il metabolismo anaerobico alattacido è lo squat jump. Il metabolismo anaerobico alattacido fa raggiungere non la massima forza, ma la massima potenza muscolare (forza muscolare # potenza muscolare, si parla di potenza quando il sistema si muove, quando vi è la forza nel tempo/ quando si parla di velocità di accorciamento. La potenza muscolare= Forza x Velocità ). Quando c'è ipertrofia (aumento di volume delle fibre), la massa muscolare è costituita da solo fibre? il centometrista è caratterizzato da sola massa? chi garantisce l'energia? Quando c'è ipertrofia, aumenta il volume della parte contrattile del muscolo (actina-miosina) e il volume della parte non contrattile (titina-nebulina-creatina). L'ipertrofia è un adattamento allo sport, il centometrista si è adattato non solo con l'aumento del volume delle fibre ma anche per quanto riguarda la creatina.

Metabolismo Anaerobico Lattacido

METABOLISMO ANAEROBICO LATTACIDO (tempo 6-90 secondi)

Acido Lattico

ACIDO LATTICO L'acido lattico è un metabolita, un substrato energetico, quindi carburante. In base all'accumulo di acido lattico che si ha in seguito ad un esercizio fisico intenso, si stabilisce la soglia aerobica. Con l'accumulo dell'acido lattico si ha un incremento di VCO2(consumo di CO2), quindi la CO2 prodotta non sarà più catabolita dei carburanti principali, ma viene anche del tamponamento degli ioni H+ che vengono dalla combustione dell'acido lattico. C'è concentrazione di acido lattico in questo momento, nel sangue? Si, 'gli attori' delle reazioni devono essere presenti sempre (altrimenti come faccio a sapere se aumentano o diminuiscono) C'è produzione di acido lattico in questo momento? Si, se c'è concentrazione ematica, automaticamente c'è qualcosa che produce acido lattico C'è accumulo di acido lattico in questo momento? No, con il termine 'accumulo' si intende che l'organismo non riesce più a metabolizzare l'acido lattico, che viene prodotto ma non viene smaltito.

Metabolismo Aerobico

METABOLISMO AEROBICO Il carburante che ossidiamo, lo ossidiamo con il comburente, che è l'O2. Massima quantità di energia da un substrato energetico- massima quantità di lavoro per molto tempo (90-120 sec). Il lavoro meccanico è sempre massimo, ma a seconda del metabolismo coinvolto può essere più alto (ma sempre massimo è). I tre motori energetici partono tutti insieme, ma non tutti si mettono a regime alla stessa velocità, ad esempio nel caso del centometrista, si attivano tutti, ma l'aerobico non si 'innesta'.

Metabolismo	Tempo	Substrati energetici (carburante)	Prestazione (esercizio)	Prodotto metabolismi
anaerobico alattacido	0-6 sec	creatina	massima istantanea (esplosivo) es. squat jump	1 ATP (fosfocreatina)
Metabolismo anaerobico lattacido (c'è accumulo)	6-90 sec	(carboidrati) lattato, glicogeno (carboidrati)	massima per tempo prolungato (sovramassimale) es. 200m	2 ATP e 2 lattato (glicolisi con formazione di lattato)
Metabolismo aerobico	90-120 sec	carboidrati, lipidi	continua (sottomassimale) es. stare in piedi	34 ATP (ciclo di Krebs)

Carico

CARICO Il carico può essere:

• Rettangolare- se ad esempio salgo su una bici, inizio a pedalare (A) e dopo un circa 5 min smetto (B) e mi fermo (il carico è stato di 50 watt dall'inizio alla fine) - N.B. il carico è rettangolare (costante) ma il consumo di ossigeno sul grafico è sempre lineare.
• Triangolare- Il carico aumenta fino ad un picco, dopodichè diminuisce
• Incrementale- Il carico aumenta in maniera incrementale fino al raggiungimento del VO2max

Esempio: Carico costante di 50 watt- si parte con il metabolismo anaerobico e con circa 0,5 l di ossigeno consumato al min, dopo circa 90-120 sec il consumo di ossigeno sale a 1 l/min (il metabolismo aerobico deve mettersi a regime). Questo mettersi a regime del metabolismo aerobico rispetto ad un lavoro cambia tra sedentario e soggetto allenato? Si, il soggetto allenato si mette prima a regime. Se io sto eseguendo un esercizio a 50 watt (Joule/sec), e lo faccio per 5 min, quanto lavoro meccanico ho eseguito? Quanto ossigeno consumo? Come si calcola il rendimento? 50 x 60 (sec in un minuto)= 3000 J/min 3000 J/min x 5 min= 15000 J (lavoro meccanico) Se a 50 watt corrisponde circa 1 litro di O2 al minuto, a 5 min equivalgono 5 litri di VO2 (consumo di O2) Rendimento= lavoro meccanico (15000 J) / lavoro metabolico (5 1)= 3000

Parametri Fisiologici

VENTILAZIONE POLMONARE (VE) Definizione: Quantità di aria che i polmoni pompano al minuto. Atti respiratori al min x VC (volume corrente). Il valore medio per uomo sano di 80 kg a riposo è di circa 12 atti respiratori al min x 500 ml (vc)= 6 l/min

GITTATA CARDIACA Definizione: Quantità di sangue che il cuore pompa al minuto. Gittata sistolica x bpm (battiti al min). Il valore medio per uomo sano di 80 Kg a riposo è circa, 70 ml x 70 bpm = 4,9 l/ min

SOGLIA VENTILATORIA Definizione: La soglia ventilatoria è quel consumo di ossigeno relativo a quel carico di lavoro, che determina l'accumulo di acido lattico. La soglia si trova più o meno al 75% della VO2max, se la VO2max è di 4 l/min la soglia sarà a 3 1/min

SOGLIA ANAEROBICA Definizione: La soglia è quel carico di lavoro che determina accumulo di acido lattico.

MASSIMA POTENZA AEROBICA (VO2max) Definizione: La massima potenza aerobica è il massimo lavoro meccanico che l'organismo può fare solo sulla base dei processi ossidativi. La VO2max è misurabile con un test incrementale nel tempo che porti ad esaurimento (corrisponde al carico relativo all'inizio del plateau di VO2). VO2-+ la V con il puntino al centro indica un flusso, una portata (1/ml) VO2- la V senza puntino indica un volume (1)

Test Incrementale a Esaurimento

TEST INCREMENTALE A ESAURIMENTO

1. Strumento per misurare i gas nell'aria (Metabolimetro);
2. Strumento per fare esercizio fisico (Ergometro, che può essere una bike, nastro trasportatore);
3. Esercizio a carico incrementale a esaurimento (esaurimento rispetto ai parametri che sto studiando, non a discrezione dell'atleta), di durata 10-15 min (oltre i 15 subentrano altri fattori come la fatica che non permettono di valutare la VO2max).

Il carico iniziale, pari a metà del peso del soggetto (30-40 watt), incrementa ogni minuto (di 40 watt), fino a raggiungere dopo i 10 min circa 400 watt. Se consideriamo come carico iniziale la velocità di 5 km/h, l'incremento è di 1 km/h ogni minuto. Per la valutazione della massima potenza aerobica, bisogna studiare:

• L'andamento del VO2
• L'andamento della VCO2
• L'andamento della ventilazione polmonare (VE)
• L'andamento della frequenza cardiaca (Fc)

Tutto rispetto alla variabile indipendente che è il carico

Frequenza Cardiaca Vo2max 200 180 Soglia Anaerobica 160 140 Soglia Aerobica 100 0 10 14 16 18 Velocità (Km/h)