Sistem aerob

De la Wikipedia, enciclopedia liberă.
Salt la navigare Salt la căutare

Sistemul sau mecanismul aerob sau oxidativ este unul dintre cele trei sisteme de energie utilizate de mușchiul scheletic pentru producerea trifosfatului de adenozină (ATP) , care este molecula de energie necesară pentru activitatea musculară.

Aerobul este sistemul energetic cu cel mai mare randament, utilizat în activități care durează mai mult de 2/3 minute. Numele său se datorează cererii de oxigen (O 2 ) pentru oxidarea substraturilor energetice (aerobe). Substraturile utilizate în acest sistem sunt în principal lipide (FFA; trigliceride în țesutul adipos și intramuscular , apoi descompuse în acizi grași și glicerol ), glucide endogene reprezentate de glicogen depozitat în mușchiul scheletic și ficat , care este hidrolizat în glucoză și glucoză plasmatică. .

Alte sisteme energetice

Caracteristici

Fiziologie

Sistemul de energie aerobă a primit multă atenție de câțiva ani. Scopul principal al activităților aerobice este îmbunătățirea fitnessului cardiovascular, ceea ce înseamnă, cu alte cuvinte, îmbunătățirea eficienței procesului de fosforilare oxidativă. Acest sistem energetic folosește oxigenul pentru a produce ATP. În timpul exercițiului, sistemul aerob începe să intervină prin suprapunerea lactacidului anaerob după epuizarea fosfagilor musculari ( sistemul alactacid anaerob ) și acumularea excesivă de acid lactic începând la scurt timp după minutul de activitate. Spre deosebire de sistemul lactacid anaerob , cel aerob este capabil să transforme ADP în ATP prin eliminarea substanțelor reziduale precum apa (H 2 O) și dioxidul de carbon (CO 2 ) . Sursele de energie pe termen lung asigură producerea de ATP din diferiți combustibili, dar acest sistem necesită utilizarea oxigenului (O 2 ) , deci se numește sistem aerob. Principalii combustibili includ glicogenul muscular, glicemia , acizii grași liberi (FFA sau NEFA) în plasmă și trigliceridele intramusculare (IMTG) și depuse în țesutul adipos . Aceste molecule sunt împărțite în așa fel încât să poată transfera energia legăturilor lor chimice către un sit celular în care are loc sinteza ATP. Majoritatea acestor reacții au loc în mitocondrii , unde se folosește oxigen.

carbohidrați (CHO) + lipide + oxigen (O 2 ) = ATP (ciclul Krebs)

Conversia de la ADP la ATP este strâns legată de consumul de oxigen, care crește proporțional cu intensitatea efortului până la atingerea consumului maxim de oxigen (VO 2 max) [1] .

Producția de ATP prin mecanisme aerobe este mai lentă decât cea din sursele de energie anaerobe disponibile imediat sau pe termen scurt și, în timpul lucrărilor submaximale, poate dura 2 până la 3 minute până când cerința de ATP a celulei este complet acoperită de procesul de energie aerobă. Un motiv pentru această încetinire este durata de timp necesară inimii pentru a crește aportul de sânge îmbogățit cu oxigen către mușchi, cu viteza necesară pentru a-și îndeplini cerințele de ATP. Într-o muncă musculară care durează de la 2 la 3 minute, aproximativ 50% provine din surse anaerobe, iar restul de 50% din surse aerobe; în timp ce într-un efort de 10 minute, componenta anaerobă scade brusc la 15%. Modul aerob este potențial capabil să regenereze ATP într-un mod infinit, în cazul unei disponibilități ipotetice constante de lipide și glicogen.

Comparativ cu cele două sisteme anaerobe, sistemul aerob de fosforilare oxidativă este cel mai puțin puternic. Sursele aerobe nu pot produce suficient ATP pe secundă pentru a permite o performanță de intensitate ridicată, cum ar fi o ridicare maximă sau un sprint de 40 de secunde. Pe de altă parte, sursa aerobă, datorită abundenței glicogenului și lipidelor și absenței subproduselor metabolice care pot împiedica performanța, poate furniza teoretic o cantitate nelimitată de ATP pentru o perioadă foarte lungă de timp. În consecință, acesta este sistemul energetic predominant în activități de lungă durată și intensitate redusă. În plus, sistemul aerob oferă o cantitate moderată sau mare de ATP în timpul activităților de intensitate ridicată intercalate cu perioade de recuperare sau activități de intensitate mare care depășesc aproximativ 25 de secunde, cum ar fi antrenamentul pe intervale sau exercițiile de rezistență musculară cu suprasarcini. Aceste activități au ca rezultat o creștere mare a nivelului de lactat din sânge de la 15 la 22 mmol / L [2] . În aceste activități, contribuția sistemelor lactacide aerobe și anaerobe este necesară pentru a produce o cantitate semnificativă de energie.

Cele trei procese aerobe

Producerea de ATP de către sistemul aerob implică trei procese. Metabolismul aerob al carbohidraților, adică glicoliza aerobă, începe la fel ca glicoliza anaerobă care caracterizează metabolismul lactacid anaerob. Cu toate acestea, în acest caz, datorită prezenței suficiente a oxigenului, piruvatul nu este transformat în acid lactic, ci intră în două serii lungi de reacții chimice numite ciclul Krebs și lanțul de transport al electronilor. Această serie de reacții produce în cele din urmă dioxid de carbon care este expirat din plămâni și apă. Apa este produsă prin combinarea moleculelor de hidrogen cu oxigenul care a fost introdus inițial în organism prin plămâni. Treizeci și opt de molecule ATP pot fi produse prin metabolizarea moleculelor de glucoză.

Metabolismul aerob al grăsimilor nu începe cu glicoliza. Grăsimile trec printr-o serie de reacții numite β-oxidare și intră direct în ciclul Krebs. Produsul final al metabolismului grăsimilor este similar cu cel al carbohidraților, apei, dioxidului de carbon și ATP [3] .

Glicoliza

Pictogramă lupă mgx2.svg Același subiect în detaliu: Glicoliză .

Glicoliza reprezintă prima etapă a degradării glucozei . Aceasta este împărțită în:

  • Glicoliza anaerobă: are loc în citosolul celulei în afara mitocondriilor și fără oxigen.
  • Glicoliza aerobă: a doua etapă a degradării glucozei, care are loc în mitocondrie și numai în prezența oxigenului.

Produsul final al glicolizei anaerobe este acidul piruvic. Atât fără oxigen, cât și atunci când absorbția de oxigen este mai mică decât este necesară, acidul piruvic se transformă în acid lactic și astfel se oprește glicoliza. Doar 2 molecule de ATP sunt câștigul net de energie din glicoliza anaerobă.

Glicoliza aerobă apare numai dacă sunt disponibile niveluri adecvate de oxigen. De fapt, oxigenul (prin diferite reacții biochimice) permite piruvatului să reacționeze cu Coenzima A , formând un compus numit Acetil-CoA .

Ciclul Krebs

Pictogramă lupă mgx2.svg Același subiect în detaliu: ciclul Krebs .

Acetil-CoA intră în ciclul Krebs (sau acid citric) în interiorul mitocondriilor și, din combinația cu acidul oxaloacetic generat de scindarea carbohidraților, se formează acid citric . Această reacție permite oxidarea completă a acetil-CoA generând 2 moli de ATP.

Odată ce piruvatul se combină cu „Coenzima A”, acesta poate intra în ciclul Krebs ca acetil-CoA, iar apoi molecula de glucoză este complet oxidată la carbon (C) și hidrogen (H): carbonul se combină cu oxigenul (O 2 ) la formează dioxid de carbon (CO 2 ) și prin sânge ajunge la plămâni din care este expulzat.

Fosforilarea oxidativă (OXPHOS) și lanțul de transport al electronilor (ETC)

Pictogramă lupă mgx2.svg Același subiect în detaliu: Fosforilarea oxidativă șilanțul de transport al electronilor .

Lanțul de transport al electronilor este partea inițială a fosforilării oxidative. Ionii de hidrogen (H +) formați prin glicoliză și ciclul Krebs formează o serie de reacții numite „lanțul de transport al electronilor” cu care H + se leagă de două enzime, nicotinamidă adenină dinucleotidă (NAD) și flavină adenină dinucleotidă (FAD) , devenind respectiv, prin legarea cu H +, NADH și FADH, care îl transportă la acest lanț unde se leagă cu oxigen (O 2 ) pentru a forma apă (H 2 O) prevenind astfel acidificarea mediului celular. La sfârșitul acestui proces, sistemul furnizează 34 de moli de ATP.

La sfârșitul acestor trei etape, sistemul aerob oferă 38 ATP.

Eliberarea și oxidarea lipidelor: lipoliză și β-oxidare

Pictogramă lupă mgx2.svg Același subiect în detaliu: Lipoliza .

Rezervele lipidice sunt stocate în principal în celulele țesutului adipos ( adipocite ) și ale țesutului muscular scheletic ( miocite ) sub formă de trigliceride , molecule compuse dintr-o moleculă de glicerol și 3 molecule de acizi grași (FA) . Pentru a fi utilizat în scopuri energetice, o trigliceridă trebuie împărțită în componentele sale de bază, adică 1 glicerol și 3 acizi grași. Acest proces se numește lipoliză. Acizii grași desprinși de trigliceride se numesc acizi grași liberi (FFA sau NEFA). FFA sunt transportate pe tot corpul prin fluxul sanguin ajungând la celulele musculare în activitate aerobă. Din utilizarea lor, acestea sunt transformate în acetil-CoA. În acest moment, metabolismul lipidic urmează metabolismul glucidic: Acetil-CoA intră în ciclul Krebs și ionii de hidrogen (H +) eliberați trec în lanțul de transport al electronilor, formând ca produse finale ATP, H 2 O și CO 2, așa cum se întâmplă în oxidarea zaharurilor.

Cu toate acestea, carbohidrații produc mai multă energie:

  • lipidele oxidante (FA) molecula de oxigen produce 5,6 moli de ATP;
  • glucidele oxidante (CHO) molecula de oxigen produce 6,3 moli de ATP;

Prevalența substraturilor

Sistemul aerob folosește substraturile în mod diferit în funcție de intensitatea efortului și disponibilitatea nutrienților. Fosforilarea oxidativă poate metaboliza carbohidrații și lipidele și are capacitatea de a metaboliza proteinele, care însă nu sunt metabolizate în condiții normale. Acest lucru se întâmplă în cazurile de post prelungit și exerciții prea lungi, în care până la 10% din aceste substraturi pot acoperi necesarul de energie [4] [5] . În condiții normale de odihnă, corpul își obține 1/3 din ATP din carbohidrați și 2/3 din lipide. În timpul exercițiului fizic există o tranziție treptată către o utilizare din ce în ce mai mare a carbohidraților și o utilizare tot mai redusă a lipidelor pe măsură ce intensitatea exercițiului crește [6] . În timpul exercițiului maxim, mușchiul metabolizează aproximativ 100% din carbohidrați dacă există suficiente cantități de nutrienți [7] [8] . În timp ce crește intensitatea, utilizarea FFA plasmatică și, prin urmare, lipoliza nu crește și rămâne aproximativ aceeași cu cea găsită la 65% din VO 2 max, dar crește consumul de glicogen muscular și glucoză din sânge [9] . Un efort intens suplimentar necesită o utilizare crescută a surselor de glucoză, adică glicogen muscular și glucoză din sânge [9] [10] . Eforturile foarte intense sunt posibile doar prin oxidarea glucidelor, eforturile în medie intense și de durată mai mare necesită utilizarea surselor de carbohidrați și lipide. În timpul exercițiului cu durată de intensitate maximă, mușchiul metabolizează 100% din carbohidrați, dacă aceștia sunt suficient de disponibili [7] . Durata sau volumul efortului necesită, de asemenea, o utilizare diferită a substraturilor: cu durată scurtă, carbohidrații și lipidele sunt utilizate la 50%, iar din acest 50% din lipide, 37% este dat de FFA. După a treia oră, utilizarea lipidelor crește la 70% cu 50% din FFA. Atacul stocurilor de lipide în țesutul adipos și mușchiul scheletic are loc mai semnificativ la intensitate medie (65% VO 2 max), unde cifra de afaceri a FFA nu este în măsură să satisfacă cererile de energie.

Un studiu foarte important (Romijn, 1993) efectuat pe bicicliști profesioniști a încercat să determine mai precis gradul de utilizare a diferitelor substraturi la intensități diferite. În această cercetare s-a concluzionat concis că utilizarea glucozei și oxidarea glicogenului cresc mână în mână cu intensitatea exercițiului aerob împreună cu o reducere progresivă a eliberării acizilor grași în plasmă; în timp ce lipoliza periferică (utilizarea grăsimilor) este stimulată maxim cu exerciții de intensitate redusă: [11]

  • la 25% din VO 2 max, 80% din combustibilul utilizat este reprezentat de lipidele plasmatice din țesutul adipos;
  • la 65% din VO 2 max, glicogenul muscular acoperă cea mai mare parte a cererii de energie, dar 50% din energie provine din acizi grași din plasmă și trigliceride intramusculare;
  • la 85% din VO 2 max, peste 60% din necesarul de energie provine din glicogen muscular, în timp ce doar 28% este acoperit de acizi grași.

Prin urmare, din rezultatele studiilor ulterioare (Thompson, 1998), activitatea aerobă de intensitate scăzută (33% VO 2 max) și de lungă durată sau volum mare (90 min), are ca rezultat o oxidare totală mai mare a grăsimilor decât activitatea fizică a intensitate moderată (66% VO 2 max) și durată mai scurtă (45 min), dar cu o cheltuială calorică similară [12] .

Motivul diferitelor priorități de utilizare a substraturilor depinde de faptul că acizii grași conțin mai mulți atomi de hidrogen (H) decât glucoza și, prin urmare, oferă mai multă energie pentru regenerarea ATP; acizii grași furnizează în același timp mai mult de dublul caloriilor carbohidraților (9 kcal față de 4 kcal carbohidrați), sunt mai deficienți în oxigen (O 2 ) și, prin urmare, au un randament energetic mai mic. Mai ales dacă sunt legate de cantitatea de ATP obținută pe litru de oxigen.

  • O moleculă de palmitat sau acid palmitic (acidul gras stocat în depozite) asigură 129 ATP
  • O moleculă de glucoză (carbohidrați simpli sau zahăr) asigură 39 de ATP

Această diferență între prioritatea de utilizare a substraturilor împarte sistemul aerob în două subcategorii:

Carbohidrați

Metabolismul aerob al glucidelor și glicogenului începe la fel ca glicoliza anaerobă (lactacidul anaerob). În acest caz, însă, datorită prezenței unui oxigen suficient, piruvatul nu este transformat în acid lactic, ci are acces la două serii distincte de reacții chimice numite ciclul Krebs și lanțul de transport al electronilor. Aceste reacții produc în cele din urmă dioxid de carbon, care este expulzat prin plămâni și apă. Apa este produsă prin combinarea moleculelor de hidrogen cu oxigenul care a fost introdus prin respirație. Prin metabolizarea moleculelor de glucoză pot fi produse până la 38 de molecule ATP.

Lipidele

Metabolismul aerob al lipidelor nu începe cu glicoliza. Grăsimile trec printr-o serie de reacții numite β-oxidare și apoi intră direct în ciclul Krebs. Produsele finale ale metabolismului lipidic sunt totuși apa, dioxidul de carbon și ATP.

Lipid aerobic

Lipida aerobă este sistemul oxidativ predominant în condiții de repaus și în eforturi aerobe de intensitate mică și modestă, în care oxigenul favorizează în principal oxidarea lipidelor (trigliceride / acizi grași). Pe măsură ce intensitatea efortului aerob crește, crește consumul de carbohidrați și se reduce utilizarea lipidelor. Se menține la o intensitate de aproximativ 70-75% din VO 2 max.

Glucide aerobe

Așa-numita glucoză aerobă predomină în eforturi mai intense, unde oxigenul provoacă o combustie mai mare de carbohidrați (glicogen / glucoză). Acesta preia de la lipidele aerobice în punctul de intensitate în care carbohidrații devin principalul combustibil. Aceasta este activată după aproximativ 70-75% din VO 2 max. Punctul de tranziție de la sistemul lipidic aerob la sistemul carbohidrat aerob, adică punctul în care energia derivată din carbohidrați prevalează asupra celei derivate din grăsimi, a fost denumită de unii ca fiind crossover [13] .

Pragul anaerob

Pictogramă lupă mgx2.svg Același subiect în detaliu: Pragul anaerob .

Creșterea intensității efortului aerob în cadrul sistemului de glucoză aerobă ajunge să atingă pragul anaerob, care poate fi definit ca intensitatea limită, într-un anumit interval de intensitate mai mult sau mai puțin definit, dincolo de care are loc o acumulare de lactat sanguin progresiv, nu strict din cauza un deficit de oxigen. Pragul anaerob este punctul în care, în timpul exercițiului de durată, corpul nostru începe să acumuleze acid lactic într-o formă critică în mușchi. Acest lucru se datorează faptului că oxigenul singur nu mai este suficient pentru a arde combustibilul necesar (în special carbohidrații) pentru a susține efortul, prin urmare are loc tranziția de la sistemul aerobic de glucoză la sistemul lactacid anaerob . Cu toate acestea, aceasta implică producerea de acid lactic care se acumulează din ce în ce mai mult în mușchi până când aceștia devin incapabili să continue să lucreze [14] . Pragul anaerob (legat de sistemul lactacid anaerob) este atins în cazul sarcinilor de durată care depășesc pragul aerob. În acest sens, putem vorbi de o frecvență cardiacă situată aproximativ între 85% și 90% din frecvența cardiacă maximă (HR max sau HR max), echivalentă cu aproximativ 75 și respectiv 85% din VO 2 max , de asemenea, dacă identificarea acest prag variază de la individ la individ și este stabilit cu precizie prin intermediul anumitor teste (cum ar fi testul Conconi ).

Nutriție și integrare

Dieta afectează atât performanța, cât și utilizarea substraturilor. Consumul maxim de lipide în timpul activității de rezistență este favorizat de o dietă săracă în carbohidrați în favoarea lipidelor și proteinelor. Acest lucru necesită o reducere a intensității și duratei exercițiului, precum și depozite reduse de glicogen. Dimpotrivă, o dietă bogată în carbohidrați necesită o utilizare redusă a lipidelor în timpul activității în favoarea glucidelor și crește performanța și durata, datorită disponibilității mai mari de glucoză și, de asemenea, depozitelor mai mari de glicogen [6] [15] .

Deși aportul de carbohidrați înainte și în timpul exercițiilor fizice adaugă un substrat exogen corpului, acest lucru suprimă mobilizarea acizilor grași din plasmă și oxidarea acestora [10] [15] [16] [17] . De exemplu, aportul de băuturi pe bază de carbohidrați în timpul activității aerobice, deși favorizează o îmbunătățire a performanței [18] , și o reducere a utilizării glicogenului muscular [19] [20] , conduc, de asemenea, la o reducere a oxidării lipidelor. De fapt, disponibilitatea ridicată de carbohidrați înainte de exercițiile aerobe este asociată cu o creștere a glicemiei și a concentrației de insulină, ceea ce determină suprimarea lipolizei țesutului adipos și, prin urmare, a disponibilității FFA. S-a demonstrat că concentrațiile crescute de glucoză reduc oxidarea lipidelor prin inhibarea directă a transportului FFA în membranele mitocondriale [21] . Se pare că carbohidrații joacă un rol puternic inhibitor asupra lipolizei: mobilizarea lipidelor este mai puțin influențată de stimularea dependentă de catecolamină a receptorilor beta-adrenergici (dată de activitatea fizică), decât de scăderea insulinei plasmatice (dată de ingestia de glucide) [22] .

Cu toate acestea, oxidarea este redusă mai mult odată cu aportul de carbohidrați cu un indice glicemic ridicat (GI) , comparativ cu carbohidrații cu un indice glicemic scăzut [23] [24] .

Aerobic și lipoliză

Unul dintre cele mai frecvente motive pentru recurgerea la activitatea aerobă este reducerea depozitelor de grăsime corporală depuse în țesutul adipos ( trigliceride ) și, prin urmare, sublinierea procesului metabolic al lipolizei . Caracteristica sistemului de energie aerobă este de fapt cea a lipidelor și carbohidraților oxidanți, cu o prevalență a unuia sau a celuilalt substrat în funcție de variabile variabile. De fapt, nu atât deficitul caloric creat cu antrenamentul determină pierderea în greutate, cât o serie de evenimente metabolice și fiziologice și modificări determinate de activitatea în sine și de dietă, care induc îmbunătățiri pe termen lung sub profil a eficienței metabolice a organismului. Cheltuielile totale de calorii nu dezvăluie originea caloriilor consumate, care pot proveni din mai multe surse: acizi grași fără plasmă (FFA) , glicogen muscular , glicogen hepatic , glicemie , glucide și lipide prelevate din dietă, trigliceride depuse în țesutul adipos , trigliceride intramusculare (IMTG) , proteine / aminoacizi sau alte substraturi glucogene , cum ar fi glicerol , lactat și piruvat . De exemplu, într-un caz ipotetic de performanță la intensitate mare și durată scurtă, sau la intensitate scăzută și durată lungă, cu aceeași cheltuială calorică în ambele ședințe, predomină carbohidrații în primul caz și lipide în al doilea [12] . Proteinele / aminoacizii, un posibil substrat utilizat în activitatea de rezistență, nu sunt de fapt metabolizate în mod semnificativ în condiții normale. Acest lucru se întâmplă în cazurile de post prelungit și exerciții prea lungi, în care până la 10% din aceste substraturi pot acoperi necesarul de energie [4] [5] . Prin urmare, în sine, simpla evaluare a cheltuielilor calorice nu sugerează dacă antrenamentul a fost productiv în scopul utilizării trigliceridelor depuse în țesutul adipos, adică substratul care afectează reducerea rezervelor de grăsime, ci, în funcție de unele măsuri luate , este posibil să se maximizeze cheltuielile calorice pe lipide mai degrabă decât pe carbohidrați sau alte substraturi. Adesea, nu se iau în considerare mai mulți factori specifici care pot afecta lipoliza, pozitiv sau negativ. Spre deosebire de țesuturile cum ar fi mușchiul scheletic, care derivă FFA din plasma sanguină, în țesutul adipos fluxul acizilor grași prin membrana celulară este bidirecțional: spre exterior în perioadele de mobilizare clară a grăsimilor, cum ar fi în timpul postului și alăptării. perioada postprandială [25] .

După cum sa menționat în punctele anterioare:

  • manipularea dietei joacă un rol fundamental [26] : o dietă bogată în carbohidrați, iar aportul lor în orele anterioare, sau în timpul activității în sine, blochează sau inhibă acest proces [27] , în acest sens se subliniază că, în acest caz, caloriile cheltuielile trec mai mult la carbohidrați și mai puțin la lipide;
  • relația dintre intensitate și volumul de antrenament determină o variabilitate în utilizarea substraturilor [26] : la intensitate scăzută și volum mare, utilizarea lipidelor este intensificată și utilizarea carbohidraților rămâne redusă, în timp ce la intensitate medie și mare și volume mici, utilizarea carbohidraților este intensificată și cea a lipidelor este redusă; [12] [26]
  • prin urmare, există zone de intensitate relativă mai potrivite pentru arderea lipidelor;
  • unele aparate cardio sunt capabile să accentueze cheltuielile calorice și lipoliza în comparație cu altele cu aceeași intensitate: [28] acesta este cazul mașinilor care mobilizează complet corpul evitând componenta statică și care impun sarcina antigravitațională;
  • starea condițiilor de antrenament lipoliză [26] : pentru sportivii instruiți zona lipolitică este diferită de cea a mediei subiecților; [27]
  • arderea lipidelor poate varia, de asemenea, în funcție de sex; [29]

În general, procentul de antrenament pe ritmul cardiac în care lipoliza este mai pronunțată este unanim recunoscut între 65 și 75% din HR pe calculul Karvonen (FCris) sau între 60 și 65% pe VO 2 max. Lipoliza lipidelor depuse (trigliceride) se realizează cu cel puțin 20 de minute de activitate prelungită. Adesea, totuși, nu se consideră că aceste date se referă la activitatea desfășurată pe banda de alergat (banda de alergare) [30] , prin urmare acestea suferă o variație la alte mașini, cum ar fi ciclometrul. Consultând unele studii clinice, care evaluează de obicei intensitatea relativă mai presus de toate VO 2 max decât FCris, apar alte date interesante și nu întotdeauna din rezultatul univoc: Holloszy și colab. recunosc o zonă lipolitică aproximativ între 55 și 75% din VO 2 max [31] ; Turcotte (1999) recunoaște domeniul lipolitic maxim între 60 și 65% din VO 2 max [21] ; Achten și colab. (2002) recunosc intervalul lipolitic maxim între 55 și 72% [32] ; Knechtle și colab. identifică o cheltuială mai mare de lipide la 75% comparativ cu 65 sau 55% [29] ; Achten și Jeukendrup (2004) recunosc o diferență între indivizii instruiți și cei neinstruiți, cu o zonă cuprinsă între 59 și 64% pentru cei instruiți și între 47 și 52% pentru populația medie [27] ; Capostagno și Bosch (2011) recunosc arderea maximă a lipidelor la 75% din VO 2 max [28] . Din ceea ce reiese, se pare că nu există o zonă lipolitică prea definită prin calcularea procentului de antrenament pe VO 2 max, cu o gamă foarte largă cu minime care sunt în jur de 50% și maxime în jur de 75%, deci cu o valoare medie orientativă de 62,5%, medie care se încadrează în intervalul 60-65% din VO 2 max recunoscută în general ca zonă lipolitică.

În ceea ce privește mașinile aerobe, la aceeași intensitate banda de alergat (banda de alergat) permite o oxidare a lipidelor considerabil mai mare decât bicicleta (ciclometru), ajungând chiar la o diferență cu 28% mai mult [28] [33] . De asemenea, se pare că femeile sunt capabile să oxideze mai multe lipide decât bărbații cu aceeași intensitate a cheltuielilor calorice totale [29] .

Lipoliza și starea de antrenament

Antrenamentul de anduranță afectează utilizarea substraturilor și capacitatea de a da naștere unei schimbări metabolice care duce la o oxidare mai mare a lipidelor, reducând catabolismul glicogenului în timpul efortului [34] . Sportivii instruiți sunt capabili să ardă mai multe lipide la intensitate mare decât subiecții neinstruiți datorită adaptărilor musculare și hormonale la activitatea fizică regulată. Subiecții instruiți secretă cantități mai mici de catecolamine și au o concentrație mai mică de FFA din sânge, permițând sportivilor să exploateze mai multe depozite intramusculare de trigliceride, care cresc în mărime ca urmare a exercițiilor de anduranță. În plus, adaptările musculare contribuie la un stimul mai mare pentru oxidarea grăsimilor la sportivii instruiți:

  • densitate mitocondrială crescută;
  • număr crescut de enzime oxidative;
  • creșterea densității capilare;
  • concentrație crescută de proteine ​​care leagă FFA;
  • creșterea concentrației de enzime carnitină palmitoil transferază 1 și 2;

Creșterea densității capilare și a numărului de enzime oxidative din mușchiul antrenat crește capacitatea de a oxida grăsimile și de a sintetiza ATP prin fosforilare oxidativă. L'aumento della densità capillare migliora il trasporto di acidi grassi al muscolo, e aumenta la concentrazione di proteine leganti per facilitare la maggiore richiesta di acidi grassi trasportati nel sarcolemma. Quando il muscolo scheletrico presenta una maggiore concentrazione enzimatica di carnitina palmitoil transferasi, più acidi grassi possono essere trasportati alla membrana mitocondriale per essere ossidati e usati come combustibile. Un fattore che sembra non essere influenzato dall'endurance è la lipolisi nel tessuto adiposo, come mostrati da tassi lipolitici simili alla stessa intensità assoluta a seguito dell'attività di endurance [34] [35] .

VO 2 max

Magnifying glass icon mgx2.svg Lo stesso argomento in dettaglio: VO2max .

Il VO 2 max (massimo consumo di ossigeno) è definibile come il volume massimo di ossigeno che un essere umano può consumare in un'unità di tempo per la contrazione muscolare. Esso è strettamente correlato all'efficienza dell'apparato cardiaco, attraverso la frequenza cardiaca (FC) , il sistema respiratorio, la presenza di ossigeno nel sangue, e alla funzionalità circolatoria periferica e metabolica cellulare. Un alto VO 2 max è sinonimo di una grande capacità di produrre energia, quindi dell'efficienza dello sforzo. L'incremento del parametro VO 2 max significa incremento del potenziale energetico. Il VO 2 max può essere aumentato con gli allenamenti. Mentre un individuo sedentario ha un VO2 max medio di 40 ml /kg/min, un soggetto allenato può incrementare tale valore anche del 100%.

Maggiori sono le richieste energetiche, maggiore è il volume di ossigeno utilizzato. Quando l'incremento della quantità di ossigeno si stabilizza e non subisce più variazioni, nonostante un ulteriore incremento dello sforzo, significa che si è raggiunto il VO 2 max.

Per calcolare il VO 2 max bisogna ricorrere ad alcune metodiche come la spirometria o l'analisi del sangue per determinare la concentrazione di lattato ematico, che nel caso specifico della soglia aerobica equivale a 2 mmol/L.

Frequenza cardiaca allenante

Poiché risulta difficile calcolare il VO 2 max per l'uso di apparecchiature e test specifici, è stato possibile calcolare i valori della frequenza cardiaca massima (FC max, o HR max, dall'inglese Heart rate max ) teorica per poter risalire al grado di intensità dello sforzo durante la performance sportiva, e poter ottenere delle indicazioni abbastanza precise sul tipo di allenamento che si sta svolgendo. Ad ogni percentuale di questo valore massimo infatti si ottiene un determinato stimolo, che può essere, una soglia utile per ampliare il letto capillare, una adatta al massimo consumo di grassi, o un allenamento cardiovascolare o di resistenza. A questo proposito sono state proposte diverse formule, che nel tempo sono state rese sempre più precise:

Formula di Cooper (FCmax):

220 - età = FC max

FC max x % allenante = FC allenante

da questo risultato si può risalire alla percentuale allenante ricercata. La formula di Cooper assume un valore molto indicativo, in quanto non tiene conto della frequenza cardiaca a riposo di un soggetto, ma può andare bene come indicazione di massime in quanto sottostima la reale frequenza cardiaca della persona.

Formula di Karvonen (FCris):

Magnifying glass icon mgx2.svg Lo stesso argomento in dettaglio: Metodo di Karvonen .

Per risolvere il problema della formula di Cooper, negli anni settanta il professor Martti Karvonen , partendo sempre dal calcolo di Cooper, introdusse la sua formula, che prevedeva la cosiddetta "frequenza cardiaca di riserva". Tale metodo prende in considerazione la frequenza cardiaca a riposo della persona, e risulta quindi molto più personalizzata sulle capacità cardiache di un singolo soggetto. Al contrario della formula di Cooper, quella di Karvonen può trovare un corrispettivo valore del VO 2 max.

220 - età = FC max - FC a riposo = FC di riserva

FC di riserva x % allenante (della FC di riserva) + FC a riposo = FC allenante

Formula di Tanaka:

La più recente formula, risalente al 2001 , è stata scoperta dal professor Hirofumi Tanaka, che si presenta più precisa di quella di Cooper, ma che si rivela ancora poco individualizzata poiché non tiene conto della frequenza cardiaca basale a riposo della persona:

208 - (0,7 x età) = FC max

FC max x % allenante = FC allenante

Zone di intensità

Una volta stabilita la percentuale allenante della frequenza cardiaca tramite formule più o meno precise, è possibile risalire all'intensità relativa, per poter ottenere diversi risultati dalla prestazione. In generale le zone sono 5:

  • Zona 1 (molto leggero): raggiungibile tra il 50 e il 65% della FC max, è un'attività blanda, ideale come prestazione tonificante, capillarizzante, riabilitativa, per mantenersi in forma. La zona 1 è definita la "fascia capillarizzante", utile a ridurre le resistenze periferiche, aumentare il numero dei capillari e rafforzare la struttura del letto vascolare, e diminuire la pressione. Il principale substrato energetico utilizzato, considerando anche le giuste scelte alimentari, sono principalmente i lipidi plasmatici (sistema aerobico lipidico ).
  • Zona 2 (leggero): raggiungibile tra il 65 e il 75% della FC max, è per definizione il range di intensità adatto al massimo consumo di lipidi a scopo energetico ( lipolisi ), adatto anche per la prestazione di durata. La zona 2 è quindi generalmente definibile come la "fascia lipolitica". Verso le zone alte di questo range inizia ad avviarsi un importante consumo di carboidrati (transizione o punto di "crossover", dal sistema aerobico lipidico al sistema aerobico glucidico ).
  • Zona 3 (moderato): raggiungibile tra il 75 e l'85% della FC max, è l'allenamento adatto al miglioramento della prestazione e capacità cardiovascolare e cardiorespiratoria, della resistenza, e della potenza aerobica. In questo range (80-85% FCris Karvonen) si raggiunge il punto di "crossover, cioè una zona di intensità in cui cominciano a prevalere i glucidi come principale substrato energetico, risultando pienamente nel sistema aerobico glucidico .
  • Zona 4 (elevato): tra l'85 e il 90% della FC max, rappresenta approssimativamente la soglia anaerobica , oltre il quale vengono utilizzate esclusivamente riserve glucidiche per la prestazione. È un allenamento di potenza anaerobica lattacida utile per lo sprint o la preparazione atletica, ma è sconsigliato se non da parte di atleti esperti. Entro questo range, il sistema aerobico quindi si arresta a favore del sistema anaerobico lattacido .
  • Zona 5 (massimale): tra il 90 e il 100% della FC max, è una prestazione che non può essere mantenuta se non per brevissimi periodi. È il range della soglia alattacida, in cui subentra il sistema anaerobico alattacido con il consumo dei fosfati muscolari ( ATP , creatinfosfato ).

Correlazione tra VO 2 max e frequenza cardiaca

La correlazione tra le percentuali del VO 2 max e della frequenza cardiaca è stata spesso comparata, tuttavia rimane una media dei valori, di carattere approssimativo e indicativo, e varia da parte di diverse fonti. Si precisa comunque che queste correlazioni hanno una validità solo adoperando il metodo di calcolo di Karvonen (FCris), e quindi valutando la frequenza cardiaca a riposo. Inoltre queste correlazioni hanno un valore relativo poiché si relazionano ad un determinato esercizio, ma subiscono una variazione in base al tipo di sforzo aerobico o al tipo di macchina aerobica: sulla ciclette (o cicloergometro) la percentuale di FCris risulta più bassa della percentuale del VO 2 max; sul treadmill (tapis roulant) e sullo stepper c'è invece una correlazione molto stretta tra i 2 parametri (60% FCris = 60% VO 2 max); sul vogatore (o remoergometro) la FCris risulta più alta della percentuale rispettiva del VO 2 max, ecc. [30]

Alcuni esempi:

  • 50% FC max = 28% VO 2 max
  • 60% FC max = 40% VO 2 max
  • 70% FC max = 58% VO 2 max
  • 80% FC max = 70% VO 2 max
  • 90% FC max = 83% VO 2 max
  • 100% FC max = 100% VO 2 max [30]
  • 50% FC max = 35% VO 2 max
  • 60% FC max = 48% VO 2 max
  • 70% FC max = 60% VO 2 max
  • 80% FC max = 73% VO 2 max
  • 90% FC max = 86% VO 2 max
  • 100% FC max = 100% VO 2 max
  • 66% FC max = 50% VO 2 max
  • 70% FC max = 58% VO 2 max
  • 74% FC max = 60% VO 2 max
  • 77% FC max = 65% VO 2 max
  • 81% FC max = 70% VO 2 max
  • 85% FC max = 75% VO 2 max
  • 88% FC max = 80% VO 2 max
  • 92% FC max = 85% VO 2 max
  • 96% FC max = 90% VO 2 max
  • 100% FC max = 100% VO 2 max

Note

  1. ^ Elvia Battaglia, Alessio Baghin. Annegamento: Soccorso Tecnico e Sanitario . Springer, 2009. p. 111. ISBN 88-470-1381-X
  2. ^ Serresse et al. Estimation of the contribution of the various energy systems during maximal work of short duration . Int J Sports Med. 1988 Dec;9(6):456-60.
  3. ^ Fleck SJ, Kraemer WJ. Designing resistance training programs . Human Kinetics, 2004. p. 77-78. ISBN 0-7360-4257-1
  4. ^ a b Lemon PW, Mullin JP. Effect of initial muscle glycogen levels on protein catabolism during exercise . J Appl Physiol. 1980 Apr;48(4):624-9.
  5. ^ a b Tarnopolsky et al. Influence of protein intake and training status on nitrogen balance and lean body mass . J Appl Physiol. 1988 Jan;64(1):187-93.
  6. ^ a b Gollnick PD. Metabolism of substrates: energy substrate metabolism during exercise and as modified by training . Fed Proc. 1985 Feb;44(2):353-7.
  7. ^ a b Maresh et al. Substrate and hormone responses to exercise following a marathon run . Int J Sports Med. 1989 Apr;10(2):101-6.
  8. ^ Maresh et al. Oxygen consumption following exercise of moderate intensity and duration . Eur J Appl Physiol Occup Physiol. 1992;65(5):421-6.
  9. ^ a b Wolfe. Fat metabolism in exercise . Adv Exp Med Biol. 1998;441:147-56.
  10. ^ a b EF Coyle. Substrate utilization during exercise in active people . 1995, American Journal of Clinical Nutrition, Vol 61, 968S-979S
  11. ^ Romijn et al. Regulation of endogenous fat and carbohydrate metabolism in relation to exercise intensity and duration . Am J Physiol. 1993 Sep;265(3 Pt 1):E380-91.
  12. ^ a b c Thompson et al. Substrate use during and following moderate- and low-intensity exercise: implications for weight control . Eur J Appl Physiol Occup Physiol. 1998 Jun;78(1):43-9.
  13. ^ Brooks GA, Mercier J. Balance of carbohydrate and lipid utilization during exercise: the "crossover" concept . J Appl Physiol. 1994 Jun;76(6):2253-61.
  14. ^ Andrea Lenzi, Gaetano Lombardi, Enio Martino. Endocrinologia e attività motorie Elsevier srl, 2008. p. 259. ISBN 88-214-2999-7 .
  15. ^ a b Coyle et al. Low-fat diet alters intramuscular substrates and reduces lipolysis and fat oxidation during exercise . Am J Physiol Endocrinol Metab. 2001 Mar;280(3):E391-8.
  16. ^ Horowitz et al. Lipolytic suppression following carbohydrate ingestion limits fat oxidation during exercise . Am J Physiol. 1997 Oct;273(4 Pt 1):E768-75.
  17. ^ Lowery, L. Dietary fat and sports nutrition: a primer Archiviato il 17 dicembre 2009 in Internet Archive . . J Sports Sci Med 2004; 3, 106-117.
  18. ^ Maughan. Effects of fluid, electrolyte and substrate ingestion on endurance capacity . Eur J Appl Physiol Occup Physiol. 1989;58(5):481-6.
  19. ^ Tsintzas & Williams. Human muscle glycogen metabolism during exercise. Effect of carbohydrate supplementation . Sports Med. 1998 Jan;25(1):7-23.
  20. ^ El-Sayed et al. Exogenous carbohydrate utilisation: effects on metabolism and exercise performance . Comp Biochem Physiol A Physiol. 1997 Nov;118(3):789-803.
  21. ^ a b Turcotte LP. Role of fats in exercise. Types and quality . Clin Sports Med. 1999 Jul;18(3):485-98.
  22. ^ Moro et al. Sex differences in lipolysis-regulating mechanisms in overweight subjects: effect of exercise intensity . Obesity (Silver Spring). 2007 Sep;15(9):2245-55.
  23. ^ Venables et al. Oxidation of maltose and trehalose during prolonged moderate-intensity exercise . Med Sci Sports Exerc. 2008 Sep;40(9):1653-9.
  24. ^ Wu CL et al. The influence of high-carbohydrate meals with different glycaemic indices on substrate utilisation during subsequent exercise . Br J Nutr. 2003 Dec;90(6):1049-56.
  25. ^ Frayn KN. Regulation of fatty acid delivery in vivo . Adv Exp Med Biol. 1998;441:171-9.
  26. ^ a b c d Hargreaves M. Skeletal muscle metabolism during exercise in humans . Clin Exp Pharmacol Physiol. 2000 Mar;27(3):225-8.
  27. ^ a b c Achten J, Jeukendrup AE. Optimizing fat oxidation through exercise and diet . Nutrition. 2004 Jul-Aug;20(7-8):716-27.
  28. ^ a b c Capostagno B, Bosch A. Higher fat oxidation in running than cycling at the same exercise intensities . Int J Sport Nutr Exerc Metab. 2010 Feb;20(1):44-55.
  29. ^ a b c Knechtle et al. Fat oxidation in men and women endurance athletes in running and cycling . Int J Sports Med. 2004 Jan;25(1):38-44.
  30. ^ a b c Antonio Paoli, Marco Neri. Principi di metodologia del fitness . Elika, 2010. p. 131-148. ISBN 88-95197-35-6
  31. ^ Holloszy et al. The regulation of carbohydrate and fat metabolism during and after exercise . Front Biosci. 1998 Sep 15;3:D1011-27.
  32. ^ Achten et al. Determination of the exercise intensity that elicits maximal fat oxidation . Med Sci Sports Exerc. 2002 Jan;34(1):92-7.
  33. ^ Achten et al. Fat oxidation rates are higher during running compared with cycling over a wide range of intensities . Metabolism. 2003 Jun;52(6):747-52.
  34. ^ a b Klein et al. Fat metabolism during low-intensity exercise in endurance-trained and untrained men . Am J Physiol. 1994 Dec;267(6 Pt 1):E934-40.
  35. ^ Chad M. Kerksick. Nutrient Timing: Metabolic Optimization for Health, Performance, and Recovery . CRC Press, 2011. p. 77. ISBN 1-4398-3889-5

Bibliografia

Voci correlate

Collegamenti esterni

Estratto da "https://it.wikipedia.org/w/index.php?title=Sistema_aerobico&oldid=120749731 "