Elementi essenziali dell'esercizio: una migliore comprensione del nostro percorso energetico aerobico

Un attributo fondamentale del fitness è sempre stata la nostra incessante ricerca di nuove idee quando si tratta di programmazione. Che sia di natura evolutiva o incrementale; tendenza o moda, sembriamo prosperare sfidando lo status quo nella nostra ricerca di qualcosa di migliore, più grande, più forte o più veloce. Al di fuori della tecnologia indossabile, forse la più grande tendenza del fitness negli ultimi anni è stata la crescente popolarità di allenamenti a intervalli più brevi, più efficienti in termini di tempo, eseguiti a intensità o ritmi di lavoro più elevati (ad esempio, Tabata, HIIT). Sebbene questo formato di allenamento non sia affatto nuovo, risalente alla prima metà degli anni '90 nel condizionamento sportivo, è la sua recente introduzione al grande pubblico che ha aumentato l'importanza di questa modalità di esercizio.

Cosa potrebbe essere iniziato con la nostra ossessione per la perdita di peso; monitoraggio dell'attività e delle calorie; e la nostra mancanza di tempo a disposizione per esercitare; ha ora spostato il nostro intero approccio filosofico alla programmazione dell'esercizio e pone maggiore attenzione sul metabolismo, sui percorsi energetici e sull'utilizzo del carburante. Inoltre, questo ha anche stimolato l'interesse per una varietà di pratiche non tradizionali come cardio a digiuno and ketones. Unfortunately, the complexity of these biological systems has also generated much misinformation and misunderstanding on these topics as well. And, as fitness practitioners, we are held to a standard of providing evidence-based education and programming to the public, and therefore need to understand fuel utilization and the respective roles within the energy pathways. It is the intent of this article to present key essentials of our energy pathways and discuss the popular practice of fasted cardio.

I percorsi energetici:

L'energia per alimentare il lavoro biologico è prodotta aerobicamente in presenza di ossigeno, o anaerobicamente in assenza di ossigeno (1). Come illustrato nella Figura 1-1, il percorso aerobico produce grandi quantità di energia, anche se più lennte, e può utilizzare tutti e tre i macronutrienti come fonte di carburante. Al contrario, le vie anaerobiche, che comprendono sia il sistema energetico Phosphagen (immediato) che la via glicolitica veloce, producono energia rapidamente, ma in quantità limitate, e possono utilizzare solo il glucosio come fonte di combustibile (2). Dato lo scopo di questo articolo, tuttavia, esamineremo solo il percorso aerobico poiché riflette la più grande fonte di calorie in un giorno e coinvolge tutti e tre i macronutrienti consumati nella nostra dieta.

Figura 1-1: Panoramica dei percorsi bioenergetici

Respirazione aerobica: respirazione mitocondriale

La respirazione aerobica avviene all'interno dei mitocondri, gli organelli situati all'interno delle cellule che producono energia. Tutti e tre i combustibili, tuttavia, subiscono una preparazione primaria per prepararli all'ingresso nei mitocondri. I percorsi per tutti e tre i macronutrienti sono illustrati nella Figura 1-2, ma prima di discuterne ciascuno, definiamo prima i combustibili:

• Trigliceridi (TG) - un semplice grasso che rappresenta la principale forma di accumulo di grasso nel corpo. I trigliceridi sono costituiti da una molecola di glicerolo che costituisce la spina dorsale della molecola che è unita a tre acidi grassi liberi (FFA). Sono questi FFA che molti di noi conoscono in quanto possono essere classificati in base alla loro lunghezza come catena corta, catena media o catena lunga; e sono classificati in base alla loro struttura come saturi, monoinsaturi o polinsaturi. Prima di entrare nella via respiratoria, i TG devono essere separati nei blocchi costitutivi glicerolo e FFA, dopodiché gli FFA vengono ulteriormente preparati per l'ingresso nel ciclo di Krebs tramite beta-ossidazione che rompe le catene di carbonio più lunghe in frammenti di 2 atomi di carbonio (3).
• Carboidrati esistono all'interno del corpo come una forma immagazzinata chiamata glicogeno o come glucosio quando viene assorbito e utilizzato immediante come carburante. Tutti i carboidrati subiscono la glicolisi (metabolismo anaerobico dei carboidrati), un processo che avviene al di fuori dei mitocondri. Il prodotto finale della glicolisi è la formazione di piruvato che attraversa i mitocondri per continuare nel percorso aerobico o viene convertito in lattato (anaerobico) - entrambi possono verificarsi contemporaneamente. È la disponibilità di ossigeno che viene fornito ai mitocondri che determina la quantità di piruvato che passerà ai mitocondri (cioè, più ossigeno equivale a una maggiore entrata di piruvato nei mitocondri). Qualsiasi eccesso non può rimanere come piruvato nella cellula poiché rallenta la glicolisi, quindi viene convertito in lattato unendosi agli ioni idrogeno, che vengono prodotti anche durante la glicolisi. Normalmente, gli ioni idrogeno vengono anche inviati ai mitocondri per completare la respirazione, ma un eccesso è problematico in quanto abbassa il pH del tessuto, il che compromette la funzione muscolare e le vie energetiche. In sostanza, la combinazione di piruvato con ioni idrogeno per formare lattato consente al muscolo di continuare a lavorare più a lungo del normale. Ciò è illustrato dal numero 1 nella Figura 1-2.
• Le proteine ​​differiscono dai grassi e dai carboidrati in quanto contengono l'elemento azoto, che non ha una funzione nella respirazione. Successivamente, deve essere rimosso (deaminazione), producendo ammoniaca potenzialmente dannosa per l'organismo (4). L'ammoniaca viene rapidamente convertita in urea nel fegato e quindi escreta principalmente attraverso l'urina attraverso i reni. Ciò è illustrato dal numero 6 nella Figura 1-2.

Figura 1-2: Il mulino metabolico - utilizzo del carburante all'interno dei percorsi energetici

A prima vista, il mulino metabolico sembra complicato e confuso, ma useremo un'analogia con cui abbiamo più familiarità per capire le sue complessità. Cominciamo osservando il ciclo di Krebs: è il punto in cui tutti e 3 i macronutrienti convergono nei mitocondri. Pensa al ciclo di Krebs come a un bar o un night club, un luogo dove tutti vogliono incontrarsi.

• Pensa ai TG che rappresentano donne single che vengono al bar per biciclette Krebs dalla parte TG della città. Arrivano vestiti per ballare e socializzare come acetil-CoA (il composto che entra nel ciclo di Krebs) - considera la loro preparazione per la serata come beta-ossidazione. Ciò è illustrato dal numero 3 nella Figura 1-2. Sfortunante, il bar per biciclette Krebs ha una politica per sole coppie, quindi tutte le donne single hanno bisogno di un partner per entrare. Di solito, contano di incontrare uomini single che stanno anche convergendo al bar del ciclo di Krebs da una parte diversa della città (cioè i carboidrati). Ciò significa essenzialmente che, affinché i grassi siano complente metabolizzati, devono essere presenti carboidrati.
• Ora considera il destino dei carboidrati. Come accennato in precedenza, la glicolisi produce piruvato che è unico in quanto può produrre donne single (acetil-CoA) o uomini single (ossalacetato). Ciò è illustrato dal numero 2 nella Figura 1-2. Facendo riferimento alla nostra analogia con i bar, considerando come la parte TG della città fornisce ampie donne single, la parte di carboidrati della città generalmente fornisce gli uomini single (cioè ossalacetato). Collettivamente, le ragazze single della parte TG della città si uniscono agli uomini single della parte ricca di carboidrati della città ed entrano nel bar ciclo Curbs.

Nel corso della nostra esistenza, gli esseri umani hanno dovuto sopportare periodi di carestia, in cui il cibo era scarso o assente. Nel caso in cui le nostre riserve di carboidrati disponibili diventino esaurite o scarse (si pensi alle diete a basso contenuto di carboidrati oggi), limitiamo la disponibilità di uomini single che arrivano dalla parte di carboidrati della città. Questo costringe uno stato di sopravvivenza metabolica in cui il corpo è costretto ad adattarsi per sopravvivere e non perire.

• Facendo riferimento alla nostra analogia con il bar, pensa al bar che non riceve abbastanza affari a causa della mancanza di uomini single dalla parte dei carboidrati della città. Nel tentativo di tirare su gli affari, il manager sceglie di chiamare il suo amico che gestisce un bar sportivo nella parte proteica della città (considera gli affari e la redditività la produzione di energia). Fa due offerte agli avventori del bar dello sport di Protein Land: unisciti a donne single per socializzare nel club o fatti intrufolare di nascosto nella porta sul retro per goderti le bevande speciali (cioè, fare energia).
• Coloro che desiderano socializzare con le donne single (aminoacidi glucogenici) vengono trasportati attraverso la parte dei carboidrati della città e arrivano come uomini single. Il termine glucogenico significa creare glucosio. In altre parole, stiamo convertendo le proteine ​​in carboidrati per continuare a metabolizzare i grassi e, sfortunante, il 99% delle proteine ​​utilizzabili nel corpo umano è un tessuto vivente chiamato muscolo. Ciò è illustrato dal numero 5 nella Figura 1-2 della prima parte).
• Tuttavia, questa conversione potrebbe non essere sufficiente per soddisfare le richieste energetiche del corpo, quindi potrebbe essere necessario utilizzare anche proteine ​​aggiuntive per produrre energia. Questo rappresenta quegli uomini al bar dello sport che sono interessati a visitare il bar del ciclo di Krebs, ma solo per le bevande speciali (cioè per fare energia). Sono intrufolati nella porta sul retro del bar e sono chiamati aminoacidi chetogenici poiché producono principalmente energia. Tuttavia, possono anche produrre chetoni di cui parleremo in seguito. Ricorda, queste proteine ​​provengono anche dal tessuto muscolare.

Allora che ne è delle donne single extra che si accumulano fuori dal bar che non possono entrare a causa di uomini single insufficienti? Il gestore, seguendo le leggi cittadine, informa queste signore che non possono bighellonare fuori dal bar e devono allontanarsi. Per consentire alla respirazione mitocondriale di continuare, le donne single extra (acetil-CoA) vengono convertite in chetoni che possono quindi essere rimossi dai mitocondri e messi in circolazione attraverso il sangue. Ciò è illustrato dal numero 4 nella Figura 1-2 nella prima parte. I chetoni rappresentano composti prodotti come risultato di grassi metabolizzati in modo incompleto (e possibilmente proteine ​​chetogeniche). I due chetoni primari prodotti sono l'acetoacetone e il β-idrossibutirrato che possono essere utilizzati come combustibile da quasi tutte le cellule del corpo ad eccezione del fegato e dei globuli rossi che necessitano di glucosio (1, 2). Tutti i chetoni non utilizzati dal corpo vengono rapidamente convertiti in acetone per la rimozione dal corpo perché i chetoni abbassano il pH del sangue (acidosi) che può portare a una condizione pericolosa per la vita chiamata chetoacidosi quando si accumulano in grandi quantità. L'acetone è lo stesso composto che si trova nel solvente per unghie e talvolta quando i livelli di chetoni nel sangue diventano elevati, un dolce profumo di "acetone" potrebbe essere evidente nelle urine, nel respiro o nel sudore, indicando uno stato di sopravvivenza metabolica.

Da asporto: tutti e 3 i macronutrienti sono indispensabili nella produzione di energia, ma l'eliminazione o la restrizione dei carboidrati dalla dieta, soprattutto per periodi prolungati, può alterare le nostre normali vie metaboliche che possono avere conseguenze significative (es. Promuovere il concetto di grasso magro attaccando proteine ​​muscolari che a loro volta rallenteranno anche i tassi metabolici nel corpo).

Riferimenti:

1. Kenny WL, Wilmore H e Costill DL. (2015). Fisiologia dello sport e dell'esercizio (6^th edizione). Champaign, IL. Cinetica umana.
2. Pocari J, Bryant CX e Comana F. (2015). Fisiologia dell'esercizio, F.A. Davis Company, Philadelphia, PA.
3. Juekendrup AE. (2002). Regolazione del metabolismo dei grassi nel muscolo scheletrico. Annals of New York Academy of Sciences, 967: 217 - 235.
4. Brooks GA. (1987). Metabolismo degli aminoacidi e delle proteine ​​durante l'esercizio e il recupero. Medicina e scienza nello sport e nell'esercizio fisico, 19: S150-S156.