Biochimica del gioco del calcio, Università San Raffaele

Università San Raffaele Roma

Docente Enrico Desideri

Lezione
Biochimica del gioco del calcioU
Università San Raffaele
Roma
Enrico Desideri

Il calcio, come il rugby, l'hockey, ecc ... , è uno sport
caratterizzato da fasi di attività ad alta intensità (vicino al
massimale o sovramassimale) che si alternano a fasi di attività
a bassa intensità. È quindi un esercizio fisico intermittente ad
alta intensità (HIIE). Combinando caratteristiche dell'esercizio
ad alta intensità con attività a livelli costanti, la regolazione
metabolica è complessa da studiare.

Rispetto agli esercizi HIE e di endurance, i modelli per lo
studio degli esercizi HIIE utilizzano protocolli lavoro/riposo
che sono meno rappresentativi, in termini di intensità e durata,
dei profili reali riscontrati nei vari sport.

Emirates
FLY BETTER
mokers

Biochimica del gioco del calcio

2 di 28U Università San Raffaele Roma

Enrico Desideri

45
Elite (Serie A/Nazionale)
40
Pro (Lega Danese)
35

2500
High-intensity running (m)
§
T
1500
#
#
T
T
1000
#
T
500
0
St
W
J
LS
MS
HS
Sp
BR
Activity categories
St = riposo
W = camminata
J = jogging
LS/MS/HS = corsa a velocità bassa (L), moderata (M) o alta (H)
SP = sprint
BR = corsa all'indietro

Primo Tempo

Totale

3000

Secondo Tempo

T
30
* Differenza significativa

Time (min)
25
*
20
T
IT
1
15
10
*
*
H
*
*
0
Defenders
Full-backs
Midfielders
Attackers
Playing position
§ Differenza significativa

Biochimica del gioco del calcio

3 di 28

T
2000
# H
5U
Università San Raffaele
Roma
Enrico Desideri

Fonti di energia e regolazione metabolica

Dato che il calcio comprende sia attività ad alta intensità
che bassa/moderata intensità, la produzione ATP avviene
sia tramite fonti anaerobiche (PCr e glicolisi anaerobica)
che aerobiche.

Essendo coinvolto sia nei periodi di intensa attività che di
attività bassa/moderata, il metabolismo dei carboidrati
(anaerobico ed aerobico) e la sua regolazione rivestono un
ruolo centrale.

Liver glycogen or
glucose synthesis by
the liver
Dietary
carbohydrate
Muscle
glycogen
Blood
glucose
Dietary
Protein
Body
protein
Adipose
tissue
Triglycerides
in muscle
Glucose
Amino
Acids
Fatty acids
Anaerobic metabolism
Aerobic metabolism

Biochimica del gioco del calcio

4 di 28U Università San Raffaele Roma

Enrico Desideri

1600
Peak Power (W)
Secondo Tempo
Mean Power (W)
1200

2000
1500
#
#
T
T
T
# H
1000
#
T
400
p <0.05
500
p <0.01
0
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Defenders
Full-backs
Midfielders
Attackers
Sprint No.
Playing position

In esercizi prolungati, l'intensità diminuisce. In un modello di studio composto da 10 sprint massimali di 6
secondi (con cicloergometro) intervallati da un riposo di 30 secondi si osserva una progressiva diminuzione
sia dei picchi di potenza che della potenza media.

Biochimica del gioco del calcio

5 di 28

Power Output (W)
·
-
800
·· 26.6%
High-intensity running (m)
Primo Tempo
2500
33.4%U
Università San Raffaele
Roma
Enrico Desideri

Biopsie muscolari sono state ottenute dal muscolo vasto
laterale prima e dopo il primo e decimo sprint per analizzare la
produzione di energia anaerobica.

Durante il primo sprint la produzione di ATP è di 14,9 mmol
ATP/kg/s, con un contributo della PCr quasi del 50%.

Al decimo sprint la produzione di ATP scende a 5,3 mmol
ATP/kg/s, una riduzione del 65%. Si osserva anche una forte
riduzione del contributo della glicolisi.

ATP utilisation
6.3%
Glycolysis
PCr utilisation
3.8%
16.1%
44.1%
49.6%
80.1%
Sprint 1
Sprint 10
89.3 ± 13.4
Energy production
(mmol ATP/kg dm)
31.6 ± 14.7
14,9 mmol/s
5,3 mmol/s

Biochimica del gioco del calcio

6 di 28U Università San Raffaele Roma

Enrico Desideri

mmol/kg	Pre-sprint 1	Post-sprint 1	Pre-sprint 10	Post-sprint 10
Glycogen	316	-43	273	221
			-20	201
ATP	24	21	16	16
ADP	3	3.5	2.7	3.2
PCr	77	32	38	12
Lactate	4	+25	29	116
			-4	112
Pyruvate	0.6	2	1.6	1.8

Dall'analisi dei metaboliti si può osservare che:
- La fase di recupero (30s) non è sufficiente a rigenerare la PCr
- La glicogenolisi è ridotta nel decimo sprint rispetto al primo (differenza tra post e pre-sprint)
nonostante l'alta concentrazione di adrenalina avrebbe dovuto stimolarla.
- Il lattato non aumenta durante l'ultimo sprint

La riduzione della glicogenolisi indica che in sprint ripetuti il metabolismo aerobico diventa sempre più
importante negli esercizi HIIE.

Biochimica del gioco del calcio

7 di 28U Università San Raffaele Roma

Enrico Desideri

1.0
3.5
**
*1
*
T
3.0
VO2 (L/min)
2.5
*
*
0.6
2.0 -
*
T
*
0.4
O First exercise bout
*
Second exercise bout
0.2
O
0.0
0.0
-1 0 1 2 3 4 5 6 7 8
Time (min)
Sprint (30 s + 4 min recupero)
Thigh VO2 (L/min)
* *
0.8
*
120
150
180
0
30
60
90
Time (sec)
Estensione del ginocchio (2 x 3 min a 120% VO2max + 6 min recupero)

Questo è stato confermato da altri studi che hanno mostrato come il consumo di ossigeno dell'organismo e
del muscolo aumenta dopo cicli ripetuti di esercizi ad alta intensità.

Biochimica del gioco del calcio

8 di 28

1.5
1.0
0.5U
Università San Raffaele
Roma
Enrico Desideri

Durante uno sprint di 30s, i livelli di piruvato e lattato aumentano
soprattutto nella fase iniziale, come conseguenza dell'aumento della
glicogenolisi.

Al terzo sprint (intervallato da 4 min di riposo), il lattato ed il
piruvato non aumentano più, e la glicogenolisi diminuisce.

150
+
Lactate
(mmol·kg dw-1)
+
+
90
60
30
Primo sprint
0
- Terzo sprint
2.5
Pyruvate
(mmol·kg dw-1)
+
*
T
T
1.0 -
H
+ H
+
0.5-
0
0
5
10
15
20
25
30
Time (s)
5
Primo sprint
Terzo sprint
4 -
Glycogenolysis
3 -
2 -
1
0
Rest-6s
6-15s
15-30s

Biochimica del gioco del calcio

9 di 28

2.0 -
*
1.5-
*
(mmol glucosyl units kg dw-1es-1)
120U
Università San Raffaele
Roma
Enrico Desideri

A livello enzimatico, la percentuale di glicogeno fosforilasi attiva
(a) aumenta nei primi 15 secondi del primo sprint, probabilmente in
risposta all'aumento del Ca2+, del Pi proveniente dall'idrolisi
dell'ATP, e dell'AMP, per poi diminuire negli ultimi 15 secondi. Nel
terzo sprint non si nota alcun aumento. L'aumento di ioni H+
(acidificazione) potrebbero contribuire a contrastare l'aumento.

Al contrario, la piruvato deidrogenasi attiva (PDHa) aumenta
progressivamente durante il primo sprint, ed è massima soprattutto
negli ultimi 15 secondi, probabilmente a causa del Ca2+ e più
velocemente nel terzo. Un ruolo potrebbero averlo gli ioni H+, che
attivano la PDH.

120
*
*
I
T
PHOs a
mole fraction (%)
90
60
T
+
-C
Primo sprint
0
Terzo sprint
12
*
* +
T
90 -
*
*
60
+
H
PC
*
30 -
O
0
0
5
10
15
20
25
30
Time (s)

Biochimica del gioco del calcio

10 di 28

PDHa
mole fraction (%)
30 -
I
*
-U
Università San Raffaele
Roma
Enrico Desideri

150
Lactate
(mmol·kg dw-1)
+
T
+
90
*
* +
T
60
T
90 -
30
101
Primo sprint
*
*
60 -
+
PO
*
30
1.0
+
0.5 -
0
0
0
01 -
10
15
20
25
30
Time (s)
Time (s)
mole fraction (%)
Pyruvate
(mmol·kg dw-1)
2.0
OH
+
*
*
1.5-
T
I
PDHa
Terzo sprint
2.5
*±
-
0
5
10
15
20
25
30

Nel primo sprint la velocità di produzione del piruvato supera la capacità della PDH di ossidarlo a acetil-
CoA. Il piruvato è quindi convertito in lattato, che si accumula.
Nel terzo sprint, l'aumento dell'attività della PDH e la riduzione della glicogenolisi non fanno accumulare
piruvato, e di conseguenza nemmeno il lattato.

Biochimica del gioco del calcio

11 di 28

120 -
120
*
0
OU
Università San Raffaele
Roma
Enrico Desideri

15
Primo sprint
15
g
100
Glysolysis
12
12 -
Oxidative Phosphorylation
98
250
196
9 -
Terzo sprint
Muscle
glycogen
80
6
6
150
160
Aerobic
3
3
10 아
Blood
-40
glucose
50+
Fat
0
6
15
30
0
6
15
30
Time (s)
Time (s)
0L
Protein
0
Substrati
Metabolismo

Rispetto al primo sprint, nel terzo sprint la glicolisi è estremamente ridotta, così come è ridotta l'energia
fornita dalla PCr. È invece aumentata la fosforilazione ossidativa, che aumenta il suo contributo all'ATP
totale. Di conseguenza, la velocità di produzione di ATP risulta ridotta.

Il metabolismo aerobico è quindi importante negli esercizi HIIE e può diventare la principale fonte di ATP,
soprattutto in caso di esercizi prolungati, come il calcio.

Produzione energia calcio
%
PCr Hydrolysis
300
Anaerobic
ATP turnover rate
(mmol·kg dw-1.s-1)
ATP turnover rate
(mmol·kg dw-1.s-1)
9 -
20 아
0 -
0 -
20

Biochimica del gioco del calcio

12 di 28U Università San Raffaele Roma

Enrico Desideri

Effetti della variazione del rapporto lavoro/riposo

La durata della fase ad alta intensità e la durata del
riposo determinano l'impatto sulle prestazioni.

Sprint massimali su distanza variabile (15, 30 e 40
metri) intervallati da un recupero di 30s fino a
raggiungere 600 metri totali.

Nonostante il recupero e la distanza totale fossero
uguali, le prestazioni sono state molto diverse.

• Sprint 15 metri > nessun calo prestazioni
• Sprint 30 metri > calo prestazione (-6%)
• Sprint 40 metri > calo prestazione (-12%)

6.5
15 sprint
T
T
I
6.0
I
I
I
5.5
Sprint time (s)
5.0
20 sprint
4.5
3.0
40 sprint
2.5
0
40
120
200
280
360
440
520
600
Accumulated distance (m)
15m
-30m
40m
-
Sprint massimale (metri)
-1-

Biochimica del gioco del calcio

13 di 28U Università San Raffaele Roma

Enrico Desideri

Gli sprint di 30 e 40 metri causano uno stress metabolico,
evidenziato dall'aumento di acido urico e ipoxantina nel sangue.
Entrambi sono metaboliti prodotti durante la degradazione delle
purine, come ad esempio l'AMP e l'IMP.

L'ATP è stato consumato producendo ADP e che quest'ultimo si è
accumulato, portando alla produzione di AMP dalla miochinasi.

50
40m
*
Pre
40m
550
Post
30m
*
*
30
15m
20
10
T
T
T
0
S15
S30
S40
360
1
340
15
Uric acid (IM)
320
10
300
280
5
26
240
0
Warm-up
First half
Second half
-40 -20
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Uric acid (umol.1-1)
500
450
15m
H
400
T
T
350

Biochimica del gioco del calcio

14 di 28

Hypoxathine (umol-1-1)
30m
40
*
*
T
Hypoxanthine (AM)
20U
Università San Raffaele
Roma
Enrico Desideri

12
18
T
T
16
T
10
Blood lactate (mmol-L-1)
14
T
1
1
1
12
1
10
1
/
1
8
4
6
-
0
2
4
2
0
First half
Second half
0
PRE 40
120
200
280
360
440
520
600
2
4
-30-15 0
15
30
45
60
75
90
105
120
Accumulated distance (m)
Post-test (min)
Blood lactate (mmol/L)
8
1
1
4
A
T
6
/
1
a
-0 ----
Time (min)

Allo stesso modo, i livelli di lattato nel sangue aumentano in maniera più evidente negli sprint più lunghi.
Negli sprint più prolungati, entrano in gioco diversi sistemi energetici che vanno ripristinati durante il
recupero.

Biochimica del gioco del calcio

15 di 28

1
1
1