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Dott.ssa STEFANIA PISPISA - Biologa Nutrizionista -
L’apparato muscolare: funzioni

Circa il 40-50% del peso
totale di un uomo (30-
40% di una donna) è
costituito dal tessuto
muscolare.

FUNZIONI:
1) Movimento:
   volontario o
   automatico
2) Postura:
   mantenimento della
   posizione del corpo
   nello spazio




                      Nutrizione ed integrazione nella pratica sportiva
                     -Dott.ssa STEFANIA PISPISA - Biologa Nutrizionista -
L’apparato muscolare
I muscoli sono collegati alle ossa mediante strutture fibrose di tessuto connettivo
chiamate tendini.

Le ossa possono muoversi le un rispetto alle altre in corrispondenza delle
articolazioni, e grazie al particolare modo in cui i muscoli le collegano fra loro.

I muscoli dei vertebrati sono disposti in coppie antagoniste: ad esempio la
contrazione del muscolo della tibia e il simultaneo rilassamento dei muscoli del
polpaccio fanno flettere il piede; la contrazione dei muscoli del polpaccio e il
rilassamento del muscolo della tibia lo fanno estendere.
L’apparato muscolare: struttura




I muscoli scheletrici sono costituiti da fibre muscolari, cellule giganti con numerosi nuclei, le
quali si possono estendere per tutta la lunghezza del muscolo.
Ogni fibra muscolare racchiude, lungo il suo asse maggiore, numerose fibre più piccole,
chiamate miofibrille, alle quali si deve la contrazione.
Ogni miofibrilla è costituita dal ripetersi di un’unità funzionale, chiamata sarcomero che, al
microscopio, presenta al suo interno bande più scure (bande A) e bande più chiare (bande I).
Ciascuna banda A è divisa in due da una stria H posta nella sua parte centrale.
Ciascuna banda I è divisa in due da una linea Z.
Il sarcomero è compreso fra due linee Z adiacenti (1/2 banda I + banda A + ½ banda I).
L’apparato muscolare: struttura




Ciascun sarcomero consiste di due tipi di filamenti proteici, filamenti più sottili di
actina e filamenti più spessi di miosina, intercalati tra loro secondo una
disposizione che richiama un po’ quella che si ottiene inserendo le dita di una
mano tra quelle dell’altra.
E’ appunto la disposizione intercalata di questi filamenti a determinare le bande
chiare (zone in cui sono presenti solo filamenti di actina), bande scure (zone in cui
ci sono sia filamenti di miosina che di actina) e bande intermedie (solo filamenti
di miosina).
L’apparato muscolare: contrazione




La contrazione muscolare è determinata dallo scorrimento dei filamenti di
actina e miosina gli uni rispetto agli altri (meccanismo di scorrimento dei
filamenti)
L’apparato muscolare: contrazione




Ciascun filamento di miosina è composta da numerose molecole di miosina tenute insieme.
Ciascuna molecola ,a sua volta, è costituita da una coda terminante con una testa, che
sporge in fuori come il remo di una barca. Quindi ogni filamento di miosina ha molte teste
che sporgono, si connettono con le molecole di actina dei filamenti adiacenti e ruotano,
come i remi di una barca, esercitando una spinta. Durante la contrazione del muscolo, questo
processo di estensione e rotazione si ripete molte volte provocando lo scorrimento dei
filamenti.
L’apparato muscolare: bilancio energetico




Perché avvenga la contrazione è necessaria E! Quando la testa di miosina si connette al
filamento di actina (quando il remo è nell’acqua), essa tiene uniti a sé un ADP e un gruppo
fosfato P.
Quando poi la testa di miosina ruota per imprimere la spinta del «remo» e quindi i filamenti
scorrono, l’ADP e il P si staccano dalla testa della miosina.
Successivamente un ATP si lega alla testa di miosina provocandone il distacco dall’actina (il
remo viene tirato fuori dall’acqua).
Quando poi la testa di miosina scinde l’ATP in ADP e P, l’E liberata fa sì che la testa della
miosina ruoti in avanti e si leghi di nuovo al filamento di actina, pronta a dare origine a un nuovo
ciclo
Fisiologia della contrazione




L’impulso al movimento nasce a livello cerebrale nell’area motoria prefrontale.
In quest’area ci sono i loci di partenza dello stimolo motorio (motoneuroni) che nel
loro insieme formano il cosiddetto «homunculus».
Fisiologia della contrazione




Una volta originati, i
motoneuroni, si organizzano in
fasci che attraversano tutto
l’encefalo, entrano nel midollo
spinale, occupando la parte
anteriore del midollo, per poi
arrivare ai muscoli grazie alle
placche motrici.
Fisiologia della contrazione

                         Tutti i motoneuroni
                         del SN scheletrico
                         vanno direttamente
                         dal SNC al muscolo,
                         dove entrano in
                         contatto grazie alle
                         placche motrici.
                         Al contrario i
                         neuroni del SN
                         Autonomo, prima di
                         arrivare ai visceri,
                         prendono sinapsi con
                         altri neuroni a
                         formare i gangli
Fisiologia della contrazione

                   Le fibre nervose motorie si
                   ramificano ripetutamente in
                   seno al connettivo muscolare
                   terminando a ridosso di siti
                   specifici delle fibre muscolari,
                   siti chiamati «placche
                   motrici».
                   A livello della placca motrice
                   la fibra nervosa perde la
                   guaina mielinica e si divide in
                   200-300 piccole ramificazioni
                   che si adagiano sulla
                   superficie del sarcolemma.
                   Nei terminali assonici sono
                   presenti numerose vescicole
                   contenenti Acetilcolina (Ach)
Fisiologia della contrazione




Quando un neurone è stimolato, si crea un potenziale d’azione che decorre lungo
tutta la fibra fino alle placche motrici.
Qui l’onda di depolarizzazione determina la liberazione quantica di Ach dalla fibra
nervosa all’interno della fessura sinaptica.
Un «quanto» di Ach corrisponde alla quantità di questa molecola contenuta in una
singola vescicola.
L’Ach è sintetizzata nel corpo cellulare del neurone e poi trasportato lungo l’assone
fino alle sue terminazioni mediante un processo noto come «flusso assonico»
Fisiologia della contrazione




Nello spazio intersinaptico l’Ach si lega a recettori specifici distribuiti sulla
mambrana postsinaptica; in seguito a questo legame il recettore subisce una
modificazione conformazionale.
Fisiologia della contrazione




                   Na                                               K


Il cambiamento sterico del recettore determina l’apertura dei canali ionici che fanno defluire
il Na dall’esterno all’interno e il K dall’interno all’esterno del sarcolemma (depolarizzazione).
L’ultimo evento che provoca la contrazione del muscolo è la diffusione dell’impulso dal
sarcolemma all’interno della fibra e l’attivazione del sistema miosina-actina.
L’onda di depolarizzazione si propaga dal sarcolemma ai tubuli T e, tramite giunzioni di bassa
resistenza che connettono questi tubuli alle cisterne terminali, invade tutto il sistema di
cisterne che avvolgono le singole miofibrille.
Fisiologia della contrazione

                   Una volta avvenuta la
                   depolarizzazione del reticolo
                   sarcoplasmatico, si ha la
                   liberazione di ioni Ca dal reticolo
                   stesso; il Ca diffonde all’interno
                   delle miofibrille ed attiva il
                   sistema contrattile.
                   Terminato l’impulso nervoso, per
                   mezzo di una pompa, il Ca è
                   catturato di nuovo nelle cisterne
                   terminali del reticolo
                   sarcoplasmatico.
                   L’acetilcolina è rapidamente
                   scissa dall’acetilcolinesterasi che
                   è un enzima localizzato a livello
                   della placca motrice (MP
                   dell’assone e della fibra
                   muscolare)
L’apparato muscolare: riassumendo…
                       Quando un impulso nervoso arriva
                       alla giunzione neuromuscolare, esso
                       provoca la liberazione, da parte del
                       neurone, di acetilcolina nella
                       fessura sinaptica. Il legame
                       dell’acetilcolina ai recettori
                       presenti sulla MP della fibra
                       muscolare genera, in quest’ultima,
                       un potenziale d’azione che si
                       irradia dalla superficie della fibra
                       muscolare, attraverso i tubuli
                       trasversi, al reticolo
                       sarcoplasmatico, inducendo il
                       rilascio nel citoplasma della fibra
                       muscolare di ioni Ca immagazzinati
                       nel reticolo. Sono gli ioni Ca così
                       liberati che fanno sì che i filamenti
                       scorrano gli uni sugli altri con
                       conseguente contrazione. Subito
                       dopo, una pompa del Ca, azionata
                       dall’ATP, immagazzina di nuovo gli
                       ioni Ca nel reticolo sarcoplasmatico,
                       rendendo la fibra muscolare pronta
                       ad effettuare una nuova
                       contrazione
La contrazione muscolare: fonti di ATP

 Perché avvenga la contrazione, è necessario ATP.
 Esistono tre sistemi che forniscono ATP alle fibre
 muscolari:
 - Un sistema immediato
 - Un sistema a medio termine
 - Un sistema a lungo termine
La contrazione muscolare: fonti di ATP

                  SISTEMA IMMEDIATO
Energia disponibile all’istante per un’attività breve (fino a 1
minuto) e intensa (es. lancio del peso).
Questo sistema sfrutta:
- Creatinfosfato, molecola ad alta E immagazzinata in
   maggiore quantità rispetto all’ATP nella fibra muscolare
   (SISTEMA ANAEROBICO ALATTACIDO)


     SISTEMA A MEDIO TERMINE
Energia per attività fisiche che durano da 1 a
3 minuti (per es. 800 m di corsa, 200 m stile
               libero di nuoto).
   Questa E viene ricavata dalla glicolisi
 (SISTEMA ANAEROBICO LATTACIDO)



             SISTEMA A LUNGO TERMINE
 Energia per attività muscolari che durano più di 3 minuti,
  a lunga durata e intensità moderata (per es. footing o
                       bicicletta…).
  Questo sistema attinge E dalla respirazione cellulare
                 (SISTEMA AEROBICO)
Classificazione delle fibre muscolari
Le fibre muscolari non utilizzano tutte quante lo stesso sistema di rifornimento
energetico.
In base al tipo di sistema energetico che le fibre utilizzano, queste possono
essere classificate in: fibre muscolari rosse e fibre muscolari bianche
Le fibre muscolari «rosse» o «lente» o «di tipo I»

- Sono piccole e danno contrazioni poco intense ma di lunga durata
- Conferiscono resistenza al muscolo
- Ricavano l’E dal Sistema a Lungo Termine (dalla respirazione cellulare)
- Sono fortemente irrorate
- Contengono numerosissimi mitocondri
- Contengono grandi quantità di mioglobina (proteina rossa) che immagazzina
  l’ossigeno
- Svolgono funzioni importanti per la sopravvivenza .
- Sono predominanti in atleti che praticano discipline sportive di resistenza
  (maratoneti, ciclisti su strada, sciatori di fondo…)



                        Il petto d’anatra è carne scura
                        perché è fatta di fibre muscolari
                        rosse che, per la loro resistenza alla
                        fatica, sono capaci di sostenere il
                        prolungato battito delle ali nei
                        lunghi voli di migrazione
Le fibre muscolari «bianche» o «veloci» o «di tipo II»

-   Sono lunghe e danno contrazioni intense ma di breve durata
-   Conferiscono potenza al muscolo
-   Ricavano l’E dal Sistema a Medio Termine (dalla glicolisi)
-   Sono poco irrorate
-   Contengono pochi mitocondri
-   Contengono poca mioglobina
-   Contengono moltissimi filamenti di actina e miosina (bianchi) .
-   Sono predominanti in atleti che praticano discipline sportive in cui serve la
    potenza piuttosto che la resistenza: sollevatori di pesi, velocisti, lanciatori
    del peso….

                                    La carne bianca del petto di
                                    pollo è costituita da fibre
                                    bianche che forniscono la
                                    potenza necessaria e
                                    permettono a questo
                                    animale di volar via di colpo
                                    all’avvicinarsi di un nemico,
                                    quale per es. una volpe
Le fibre muscolari intermedie

Affianco alle fibre veloci che sviluppano forze elevate ma si affaticano
facilmente, esistono altre fibre con una velocità di contrazione leggermente
inferiore ma dotate di maggiore resistenza : fibre di transizione.
Tale transizione è stimolabile attraverso allenamenti specifici

     L’allenamento può modificare le caratteristiche delle fibre muscolari

Anche se i tipi di fibre muscolari sono determinati geneticamente, un
allenamento costante può modificarne le caratteristiche: per es. un allenamento
volto ad incrementare la resistenza muscolare può far sì che sia le fibre rosse
che le bianche sviluppino una maggiore capacità di ricorrere alla respirazione
cellulare.
Viceversa un allenamento volto a incrementare la forza muscolare aumenta
l’efficienza del Sistema di rifornimento a breve e medio termine, riducendo
l’efficienza del Sistema a Lungo Termine che si basa sulla respirazione
cellulare.
Ordine di reclutamento dei vari di fibre

In risposta ad uno stimolo intenso si attivano prima le unità motorie
più piccole, cioè le fibre lente e, man mano che l’intensità aumenta, si
ha un progressivo reclutamento delle fibre veloci.
Le fibre veloci si attivano solo quando il reclutamento delle fibre
lente è massimo.
- L’ipotalamo invia tutta una serie di
Fisiologia dell’esercizio fisico     segnali a vari organi
                                   - Aumento della glicemia e degli acidi
                                     grassi (fonti di energia)
                                   - Aumento della frequenza cardiaca e
                                     della pressione sanguigna (per far
                                     arrivare più carburante ai muscoli)
                                   - Aumento della frequenza
                                     respiratoria (per assorbire più
       ADH                           ossigeno)
                                   - Le ghiandole surrenali secernono
                                     adrenalina (per intensificare e
        GH                           prolungare i vari effetti)
                                   - Rilascio del cortisolo (per la
                                     demolizione delle proteine,
                                     l’immissione degli AA nel sangue e
                                     loro trasformazione in glucosio)
                                   - L’ipofisi secerne l’ormone della
                                     crescita che favorisce la
                                     riparazione dei tessuti che
                                     eventualmente si danneggiano
                                     durante lo sforzo.
                                   - Secrezione dell’ormone
                                     antidiuretico ADH (per indurre i
                                     reni a ridurre l’escrezione dell’acqua
                                     in quanto questa può essere
                                     essenziale in caso di abbondante
                                     sudorazione).
Biochimica dell’esercizio fisico
I muscoli sono il motore del nostro corpo e, come tutti i motori necessitano di energia per
funzionare. Tale E è fornita dall’ATP, una molecola che consente di trasformare l’E
chimica in E meccanica. Il cibo ingerito viene prima metabolizzato e «smontato» in
molecole semplici quali glucosio e acidi grassi; questi vengono trasportati nel muscolo e
qui utilizzati per produrre ATP.
Il glucosio viene polimerizzato in glicogeno e immagazzinato nel muscolo.
La prestazione di un muscolo dipende da quanto velocemente esso è in grado di produrre
ATP. La produzione di ATP può avvenire in modo aerobico (ciclo di Krebs) o anaerobico
(glicolisi anaerbia e sistema creatinfosfato/creatina).
I meccanismi aerobici e anaerobici avvengono contemporaneamente e poi, a seconda del
tipo di sforzo, gli uni prevalgono sugli altri e viceversa.
Biochimica dell’esercizio fisico


             MECCANISMO AEROBIO



                  Ciclo di Krebs

            MECCANISMO ANAEROBIO




        Sistema                    Glicolisi anaerobia
Creatinfosfato/creatina               (meccanismo
(meccanismo alattacido)                 lattacido)
Biochimica dell’esercizio fisico
                                 MECCANISMO AEROBIO:
In presenza di Ossigeno,
                                    CICLO DI KREBS
(meccanismo aerobico) dalla
demolizione dei glucidi,
viene prodotta una notevole
quantità di E (36 molecole
di ATP per ogni molecola di
glucosio) grazie al Ciclo di
Krebs.
Il meccanismo aerobico di
produzione di ATP, quindi, è
il più efficiente, ed inoltre,
ha il grande vantaggio di
poter utilizzare anche i
grassi per la sintesi di E.
Ma il suo limite è
rappresentato dal fatto che
l’ossigeno deve essere
trasportato ai muscoli
attraverso il sangue il quale
ha una capacità di trasporto
molto limitata per cui è un
meccanismo lento.
Biochimica dell’esercizio fisico

 Meccanismo anaerobio lattacido:
       glicolisi anaerobia


In assenza di
Ossigeno (meccanismo
anaerobio), i glucidi
possono fornire E
attraverso la glicolisi
anaerobia, con
produzione di 2 ATP e
Piruvato per ogni
molecola di glucosio.
Biochimica dell’esercizio fisico

       Meccanismo anaerobio lattacido (glicolisi)


Perché la glicolisi
anaerobia non si fermi, è
necessario che le
molecole di Piruvato
vengano allontanate: ciò
avviene tramite la
formazione di acido
lattico ad opera della
lattato deidrogenasi
Biochimica dell’esercizio fisico

                                  Meccanismo anaerobio lattacido
L’acido lattico prodotto viene
depositato:
                                            (glicolisi)
- Nelle fibre muscolari
   rosse
- Nel cuore che lo utilizza
   massivamente
- Nel fegato per la
   formazione nuovamente di
   glucosio attraverso il ciclo
   di Cori

In tutti questi casi il lattato
deve essere prima
riconvertito in Piruvato,
sempre ad opera dell’enzima
lattato-deidrogenasi con
riduzione del NAD+ a NADH
Meccanismo anaerobio lattacido:   Il calo del pH
                                  dovuto
      glicolisi anaerobia
                                  all’accumulo di
                                  acido lattico
                                  inibisce l’enzima
                                  fosfofruttochina
                                  si, enzima che
                                  determina la
                                  velocità della
                                  della glicolisi.
                                  Di conseguenza
                                  un eccessivo calo
                                  di pH dovuto ad
                                  un eccesso di
                                  produzione di
                                  acido lattico,
                                  determina un
                                  rallentamento
                                  della glicolisi.
Biochimica dell’esercizio fisico



L’atleta è in grado di
smaltire l’acido lattico in
un tempo inferiore
rispetto al sedentario.
I livelli di lattemia
ritornano nelle condizioni
basali nel giro di un’ora.
E’ sbagliato attribuire
all’accumulo di acido
lattico l’indolenzimento
muscolare che
accompagna i giorni
successivi ad un
allenamento
particolarmente intenso
Biochimica dell’esercizio fisico

                                               Per evitare i dolori
                                               muscolari post attività
L’indolenzimento dopo le                       fisica occorre:
prime sedute di attività                       - Aumentare l’intensità
fisica è dovuto molto                             dell’allenamento molto
probabilmente a:                                  gradualmente
- Microlesioni a livello                       - Finire ogni seduta di
muscolare                                         allenamento con
- Risposta infiammatoria                          esercizi di stretching
a tali microtraumi                             - Alcuni studi hanno
- Eccessive contrazioni e                         dimostrato l’effetto
spasmi muscolari                                  benefico terapeutico e
- Accumulo di Radicali                            preventivo di
Liberi nei muscoli.                               un’integrazione con
                                                  Omega 3
                                                  (antinfiammatorio
                                                  naturale) e Vitamina E
                                                  (antiossidante
                                                  naturale)
Biochimica dell’esercizio fisico
                   Meccanismo anaerobio Alattacido
                   (Sistema creatinfosfato/creatina)
Il meccanismo anaerobio del
Sistema
creatinfosfato/creatina
prevede la formazione di ATP
a partire da una molecola di
Creatinfosfato, che cede una
molecola di P, la quale
legandosi all’ADP, formerà
ATP. Dopo la cessione il
creatinfosfato diventa
creatina, la quale, dopo una
serie di reazioni chimiche, si
ritrasformerà in
creatinfosfato, pronto a
innescare la sintesi di altro
ATP.
  La quantità di creatinfosfato è molto bassa, pertanto tale meccanismo si esaurisce in
  pochi secondi (mediamente, una decina). Nei 100 metri piani, sollevamento pesi, salto in
  alto, salto con l’asta, tale meccanismo è quello quantitativamente più importante.
Biochimica dell’esercizio fisico      I LIPIDI

Per quanto riguarda i lipidi, la quota
di acidi grassi utilizzata per
sintetizzare ATP, dipende da vari
fattori:
- Dalla loro concentrazione ematica
- Dalla disponibilità dei carboidrati
    (si dice che i grassi «bruciano» al
    fuoco dei carboidrati: quando
    finiscono le scorte dei
    carboidrati, i grassi NON possono
    essere utilizzati come fonte di E)
- Dal tipo di allenamento
I grassi vengono trasformati in ATP
in modo meno rapido rispetto ai
glucidi. Maggiore è lo sforzo,
maggiore deve essere la velocità di
sintesi di ATP, quindi maggiore sarà
la quantità di carboidrati utilizzati e
minore la quantità di grassi.
In una corsa lenta l’E è ottenuta
bruciando zuccheri e grassi in egual
misura; in una corsa veloce, la % dei
grassi scende al di sotto del 5%.
Biochimica dell’esercizio fisico       LE PROTEINE


Quando le riserve di zucchero
iniziano a scarseggiare, l’organismo
incomincia a cannibalizzare i propri
muscoli, trasformando le proteine
muscolari in glucosio per cercare di
prolungare la prestazione il più
possibile. Tale meccanismo inizia ad
essere quantitativamente
importante solo per sforzi piuttosto
prolungati e di intensità medio alta.
Durante la corsa di un’ora ad alta
velocità, si stima che il 10%
dell’Energia venga prodotta
utilizzando proteine muscolari. Per
questo motivo gli atleti di resistenza
dovrebbero curare in modo
particolare la quantità e la qualità
delle proteine assunte con
l’alimentazione.
Successione dei tre meccanismi energetici:
       fosforilazione ossidativa, glicolisi anaerobia, ciclo di Krebs
            MECCANISMO ANAEROBIO (o ALATTACIDO): Sistema
                       Creatinfosfato/Creatina


Il meccanismo anaerobico
consente di produrre E
senza Ossigeno e assume
importanza rilevante in 2
casi:
- durante gli sforzi
    massimali
- nelle primissime fasi
    della prestazione.
Questo sistema, di solito, si
innesca prima della glicolisi
anaerobia perché è una
fonte di E pronta, ma si
esaurisce quasi subito
perché si consuma il
creatinfosfato e da questo
momento in poi subentra la
glicolisi anaerobia con
formazione di acido lattico.
Successione dei tre meccanismi energetici:
       fosforilazione ossidativa, glicolisi anaerobia, ciclo di Krebs


                     Meccanismo anaerobico lattacido:
                            Glicolisi anaerobia
La glicolisi anaerobia si «accende» a seconda della richiesta di E.
Si possono verificare 3 situazioni:

1) Il meccanismo aerobico è in grado di fornire tutta l’E necessaria: dopo un iniziale
   aumento di Acido Lattico, una volta che il meccanismo aerobico è arrivato a regime, la
   concentrazione dell’acido lattico torna al livello di riposo.
2) Il meccanismo aerobico non riesce a fornire tutta l’E necessaria, quindi l’E che manca
   viene fornita dalla glicolisi anaerobia; in tal caso se la velocità di produzione dell’acido
   lattico eguaglia quella di smaltimento, la concentrazione dell’acido lattico rimane
   costante e così questo meccanismo può durare x parecchio tempo (da una decina di
   minuti a 3 ore).
3) La richiesta di E è troppo alta per cui l’acido lattico prodotto non riesce ad essere
   smaltito, la sua concentrazione nei muscoli cresce e l’organismo, per difendersi dal
   danno che il lattato provocherebbe, invia segnali al cervello che fanno ridurre la
   prestazione e quindi la richiesta di E (bruciore muscolare, nausea)
Successione dei tre meccanismi energetici:
           fosforilazione ossidativa, glicolisi anaerobia, ciclo di Krebs


    MECCANISMO
     AEROBIO:
    ciclo di krebs
Il meccanismo aerobico è il sistema
più efficiente di produzione di E (36
ATP), ma si innesca lentamente e
lentamente arriva a regime (ci
vogliono 2-4 minuti per arrivare a
regime). L’altro vantaggio è che può
sfruttare sia carboidrati che grassi.
I grassi, però vengono utilizzati in
modo meno rapido rispetto ai
carboidrati, per cui > è lo sforzo, più
veloce deve essere la formazione di
ATP, quindi < sarà il contributo dei
grassi (troppo lenti).
In una corsa lenta, l’E necessaria è
ottenuta bruciando carboidrati e
grassi in egual misura; in una corsa
veloce la % di grassi scende al di
sotto del 5%.
Successione dei tre meccanismi energetici:
         fosforilazione ossidativa, glicolisi anaerobia, ciclo di Krebs




Sport anaerobici alattacidi (sforzo
massimale fino a 10 sec):
sollevamento pesi, corsa 100 m piani,
salto con l’asta, salto in alto.
Sport anaerobici lattacidi (sforzo
massimale > 10 sec fino a 2 min): Sci
da discesa, corsa 800 m piani, nuoto
200 m stile libero, ciclismo fino a 1
km).
Sport misti aerobici/anaerobici:
basket, calcio, pallavolo…
Classificazione bioenergetica degli sport

     PROCESSO            COMBUSTIBILE          POTENZA     DURATA                         TIPO di SPORT

 REAZIONE di BASE              ATP             ALTISSIMA   FINO A 3”           GESTI SINGOLI 8salti, lanci, tuffi)

                                                                                        ATLETICA LEGERA
                          DISGREGAZIONE                                                     100 e 110 hs
ANAEROBICO ALATTACIDO    della Fosfocreatina     ALTA       10” – 15”          Lanci (disco, giavellotto, martello, peso)
                                 (CP)
                                                                                 Salti (alto, lungo, triplo, asta)
                                                                         SOLLEVAMENTO PESI -PATTINAGGIO (velocità)


                                                                                        ATLETICA LEGERA
                                                                                        800 – 1500 – 400 hs.
                            SCISSIONE                                                     PATTINAGGIO
ANAEROBICO LATTACIDO      del GLICOGENO         ELEVATA     15” – 45”
                             GLICOLISI                                          Ghiaccio 3000 mt. - Rotelle 1500 mt.
                                                                                               NUOTO
                                                                                               400 mt.



                                                                                        ATLETICA LEGERA
                                                                                          200 e 400 piani
                            SCISSIONE                                                     PATTINAGGIO
     ANAEROBICI
                          del GLICOGENO         ELEVATA     45” – 180”
   AEROBICI MASSIVI
                             GLICOLISI                                        Ghiaccio 5 - 10 Km. - Rotelle 3 – 20 Km.
                                                                                              NUOTO
                                                                                      50 e 100 mt. stile libero

                                                                                         ATLETICA LEGERA
                                                                         3.000 siepi, 5.000 mt., 10.000 mt., maratona, marcia
                                                                                          PATTINAGGIO
                         OSSIDAZIONE degli                 SUPERIORI             Ghiaccio 500 mt. - Rotelle 300 mt.
      AEROBICO                                 MODERATA
                         ZUCCHERI - GRASSI                   a 180”
                                                                                              NUOTO
                                                                                            800 mt., 1.500 mt.
                                                                                  CICLISMO SU STRADA, CANOA

      AEROBICO                                                              SPORT di SQUADRA – TENNIS - SQUASH
ANAEROBICO ALTERNATO
Regolazione ormonale dell’andamento glicemico durante l’attività fisica




All’inizio della performance si verifica un aumento dell’utilizzazione muscolare del glicogeno,
ma la glicemia rimane costante perché subentra una compensazione sotto il controllo
ormonale.
Infatti all’inizio dello sforzo fisico, si ha una riduzione del rilascio di insulina da parte del
pancreas, ciò comporta un aumento della liberazione epatica del glucosio per compensare
l’aumentata utilizzazione muscolare.
Contemporaneamente, si ha un aumento del rilascio del glucagone e, se l’esercizio si protrae,
anche dell’ormone della crescita e, dopo la 2-3 ora, anche del cortisolo.
Questi ormoni stimolano la glicogenolisi epatica e muscolare per rifornire l’organismo di
glucosio e, quando le scorte di glicogeno cominciano ad impoverirsi, attivano (grazie al
cortisolo) la gluconeogenesi, cioè la sintesi del glucosio a partire da substrati non glucidici.
L’attività fisica protegge il cervello
                  L’attività fisica aerobica ha
                  un’azione protettiva del cervello e
                  del tessuto nervoso in genere:
                  •Incrementa la abilità cognitive
                  •Attenua i deficit motori
                  •Stimola la produzione di nuove
                  cellule nervose (neurogenesi)
                  •Migliora i deficit neurologici in
                  malattie neurodegenerative
                  (l’Alzheimer, sclerosi multipla)
                  •Blocca la perdita di neuroni
                  collegata all’età (fattore anti-
                  invecchiamento)
                  •Ha effetti del tutto simili ai
                  farmaci antidepressivi e ansiolitici.
Perché l’attività fisica protegge il cervello?

L’attività fisica aumenta la disponibilità cerebrale di un fattore di crescita nervoso
chiamato: BDNF (Fattore Nervoso di Derivazione Cerebrale).
Il BDNF nell’animale da esperimento aumenta la capacità di sopravvivenza dei neuroni,
promuove la crescita di assoni e dendriti, crea nuove sinapsi soprattutto nell’area
ippocampale.
La depressione è collegata ad un deficit di BDNF.
Il movimento dei grossi muscoli comporta l’attivazione di molti centri cerebrali (aree corticali
prefrontali, corteccia motoria, i gangli della base, il cervelletto, il setto, il mesencefalo).
Tali aree cerebrali liberano neurotrasmettitori come acetilcolina e serotonina.
I muscoli in attività, da parte loro, liberano due sostanze neuroattive: IGF-1 e l’Anandamide.
Il cervello, quindi, aumenta l’assorbimento di IGF-1 circolante.
L’IGF-1 stimola la sintesi di BDNF.
L’Anandamide (“felicità interiore”) si lega al recettore cannabinoide di primo tipo, quello a cui
si lega anche la marijuana: l’anandamide è una sostanza grassa che passa facilmente la barriera
emato-encefalica.
L’attività fisica migliora la memoria

Un gruppo di medici dell’Università di
Washington ha pubblicato i risultati di
uno studio su 150 malati di Alzheimer,
sottoposti a un programma di attività
fisica di 3 mesi.
Alla fine del programma il gruppo che
aveva esercitato l’attività fisica
presentava uno stato di salute
nettamente migliorato rispetto al
controllo, la qual cosa nell’arco di 2
anni di successivi controlli, ha
prodotto una significativa riduzione
dei ricoveri e dell’istituzionalizzazione
dei pazienti.
Anche la depressione che è sempre
associata all’Alzheimer, ha registrato
una significativa riduzione nei pazienti    L. Teri et al. «Exercise plus behavioral management in
allenati.                                   patients with Alzheimer disease. A randomized
                                            controlled trial» JAMA, 2003; 290; 2015-2022
L’attività fisica modifica l’attività dei geni

Usando il «microarray», il sistema di
analisi delle modificazioni dell’attività
dei geni, è stato studiato il profilo
dell’espressione genica di quasi 5000
geni cerebrali di animali da
esperimento.
Dopo 3 settimane di esercizio fisico,
numerosi geni cerebrali hanno
modificato la loro attività:
- 37% dei geni attivati riguarda la
  crescita e riorganizzazione del
  cervello (plasticità cerebrale)
- 24% i processi metabolici
- 15% proteine antinvecchiamento
- 11% attività immunitaria
                                        L. Tong et al. «Effects of exercise on gene expression
- 10% altre funzioni                    profile in the rat hippocampus» Neurobiol Dis, Dicembre
                                        2001; 8(6): 1046-56

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  • 1. Dott.ssa STEFANIA PISPISA - Biologa Nutrizionista -
  • 2. L’apparato muscolare: funzioni Circa il 40-50% del peso totale di un uomo (30- 40% di una donna) è costituito dal tessuto muscolare. FUNZIONI: 1) Movimento: volontario o automatico 2) Postura: mantenimento della posizione del corpo nello spazio Nutrizione ed integrazione nella pratica sportiva -Dott.ssa STEFANIA PISPISA - Biologa Nutrizionista -
  • 3. L’apparato muscolare I muscoli sono collegati alle ossa mediante strutture fibrose di tessuto connettivo chiamate tendini. Le ossa possono muoversi le un rispetto alle altre in corrispondenza delle articolazioni, e grazie al particolare modo in cui i muscoli le collegano fra loro. I muscoli dei vertebrati sono disposti in coppie antagoniste: ad esempio la contrazione del muscolo della tibia e il simultaneo rilassamento dei muscoli del polpaccio fanno flettere il piede; la contrazione dei muscoli del polpaccio e il rilassamento del muscolo della tibia lo fanno estendere.
  • 4. L’apparato muscolare: struttura I muscoli scheletrici sono costituiti da fibre muscolari, cellule giganti con numerosi nuclei, le quali si possono estendere per tutta la lunghezza del muscolo. Ogni fibra muscolare racchiude, lungo il suo asse maggiore, numerose fibre più piccole, chiamate miofibrille, alle quali si deve la contrazione. Ogni miofibrilla è costituita dal ripetersi di un’unità funzionale, chiamata sarcomero che, al microscopio, presenta al suo interno bande più scure (bande A) e bande più chiare (bande I). Ciascuna banda A è divisa in due da una stria H posta nella sua parte centrale. Ciascuna banda I è divisa in due da una linea Z. Il sarcomero è compreso fra due linee Z adiacenti (1/2 banda I + banda A + ½ banda I).
  • 5. L’apparato muscolare: struttura Ciascun sarcomero consiste di due tipi di filamenti proteici, filamenti più sottili di actina e filamenti più spessi di miosina, intercalati tra loro secondo una disposizione che richiama un po’ quella che si ottiene inserendo le dita di una mano tra quelle dell’altra. E’ appunto la disposizione intercalata di questi filamenti a determinare le bande chiare (zone in cui sono presenti solo filamenti di actina), bande scure (zone in cui ci sono sia filamenti di miosina che di actina) e bande intermedie (solo filamenti di miosina).
  • 6. L’apparato muscolare: contrazione La contrazione muscolare è determinata dallo scorrimento dei filamenti di actina e miosina gli uni rispetto agli altri (meccanismo di scorrimento dei filamenti)
  • 7. L’apparato muscolare: contrazione Ciascun filamento di miosina è composta da numerose molecole di miosina tenute insieme. Ciascuna molecola ,a sua volta, è costituita da una coda terminante con una testa, che sporge in fuori come il remo di una barca. Quindi ogni filamento di miosina ha molte teste che sporgono, si connettono con le molecole di actina dei filamenti adiacenti e ruotano, come i remi di una barca, esercitando una spinta. Durante la contrazione del muscolo, questo processo di estensione e rotazione si ripete molte volte provocando lo scorrimento dei filamenti.
  • 8. L’apparato muscolare: bilancio energetico Perché avvenga la contrazione è necessaria E! Quando la testa di miosina si connette al filamento di actina (quando il remo è nell’acqua), essa tiene uniti a sé un ADP e un gruppo fosfato P. Quando poi la testa di miosina ruota per imprimere la spinta del «remo» e quindi i filamenti scorrono, l’ADP e il P si staccano dalla testa della miosina. Successivamente un ATP si lega alla testa di miosina provocandone il distacco dall’actina (il remo viene tirato fuori dall’acqua). Quando poi la testa di miosina scinde l’ATP in ADP e P, l’E liberata fa sì che la testa della miosina ruoti in avanti e si leghi di nuovo al filamento di actina, pronta a dare origine a un nuovo ciclo
  • 9. Fisiologia della contrazione L’impulso al movimento nasce a livello cerebrale nell’area motoria prefrontale. In quest’area ci sono i loci di partenza dello stimolo motorio (motoneuroni) che nel loro insieme formano il cosiddetto «homunculus».
  • 10. Fisiologia della contrazione Una volta originati, i motoneuroni, si organizzano in fasci che attraversano tutto l’encefalo, entrano nel midollo spinale, occupando la parte anteriore del midollo, per poi arrivare ai muscoli grazie alle placche motrici.
  • 11. Fisiologia della contrazione Tutti i motoneuroni del SN scheletrico vanno direttamente dal SNC al muscolo, dove entrano in contatto grazie alle placche motrici. Al contrario i neuroni del SN Autonomo, prima di arrivare ai visceri, prendono sinapsi con altri neuroni a formare i gangli
  • 12. Fisiologia della contrazione Le fibre nervose motorie si ramificano ripetutamente in seno al connettivo muscolare terminando a ridosso di siti specifici delle fibre muscolari, siti chiamati «placche motrici». A livello della placca motrice la fibra nervosa perde la guaina mielinica e si divide in 200-300 piccole ramificazioni che si adagiano sulla superficie del sarcolemma. Nei terminali assonici sono presenti numerose vescicole contenenti Acetilcolina (Ach)
  • 13. Fisiologia della contrazione Quando un neurone è stimolato, si crea un potenziale d’azione che decorre lungo tutta la fibra fino alle placche motrici. Qui l’onda di depolarizzazione determina la liberazione quantica di Ach dalla fibra nervosa all’interno della fessura sinaptica. Un «quanto» di Ach corrisponde alla quantità di questa molecola contenuta in una singola vescicola. L’Ach è sintetizzata nel corpo cellulare del neurone e poi trasportato lungo l’assone fino alle sue terminazioni mediante un processo noto come «flusso assonico»
  • 14. Fisiologia della contrazione Nello spazio intersinaptico l’Ach si lega a recettori specifici distribuiti sulla mambrana postsinaptica; in seguito a questo legame il recettore subisce una modificazione conformazionale.
  • 15. Fisiologia della contrazione Na K Il cambiamento sterico del recettore determina l’apertura dei canali ionici che fanno defluire il Na dall’esterno all’interno e il K dall’interno all’esterno del sarcolemma (depolarizzazione). L’ultimo evento che provoca la contrazione del muscolo è la diffusione dell’impulso dal sarcolemma all’interno della fibra e l’attivazione del sistema miosina-actina. L’onda di depolarizzazione si propaga dal sarcolemma ai tubuli T e, tramite giunzioni di bassa resistenza che connettono questi tubuli alle cisterne terminali, invade tutto il sistema di cisterne che avvolgono le singole miofibrille.
  • 16. Fisiologia della contrazione Una volta avvenuta la depolarizzazione del reticolo sarcoplasmatico, si ha la liberazione di ioni Ca dal reticolo stesso; il Ca diffonde all’interno delle miofibrille ed attiva il sistema contrattile. Terminato l’impulso nervoso, per mezzo di una pompa, il Ca è catturato di nuovo nelle cisterne terminali del reticolo sarcoplasmatico. L’acetilcolina è rapidamente scissa dall’acetilcolinesterasi che è un enzima localizzato a livello della placca motrice (MP dell’assone e della fibra muscolare)
  • 17. L’apparato muscolare: riassumendo… Quando un impulso nervoso arriva alla giunzione neuromuscolare, esso provoca la liberazione, da parte del neurone, di acetilcolina nella fessura sinaptica. Il legame dell’acetilcolina ai recettori presenti sulla MP della fibra muscolare genera, in quest’ultima, un potenziale d’azione che si irradia dalla superficie della fibra muscolare, attraverso i tubuli trasversi, al reticolo sarcoplasmatico, inducendo il rilascio nel citoplasma della fibra muscolare di ioni Ca immagazzinati nel reticolo. Sono gli ioni Ca così liberati che fanno sì che i filamenti scorrano gli uni sugli altri con conseguente contrazione. Subito dopo, una pompa del Ca, azionata dall’ATP, immagazzina di nuovo gli ioni Ca nel reticolo sarcoplasmatico, rendendo la fibra muscolare pronta ad effettuare una nuova contrazione
  • 18. La contrazione muscolare: fonti di ATP Perché avvenga la contrazione, è necessario ATP. Esistono tre sistemi che forniscono ATP alle fibre muscolari: - Un sistema immediato - Un sistema a medio termine - Un sistema a lungo termine
  • 19. La contrazione muscolare: fonti di ATP SISTEMA IMMEDIATO Energia disponibile all’istante per un’attività breve (fino a 1 minuto) e intensa (es. lancio del peso). Questo sistema sfrutta: - Creatinfosfato, molecola ad alta E immagazzinata in maggiore quantità rispetto all’ATP nella fibra muscolare (SISTEMA ANAEROBICO ALATTACIDO) SISTEMA A MEDIO TERMINE Energia per attività fisiche che durano da 1 a 3 minuti (per es. 800 m di corsa, 200 m stile libero di nuoto). Questa E viene ricavata dalla glicolisi (SISTEMA ANAEROBICO LATTACIDO) SISTEMA A LUNGO TERMINE Energia per attività muscolari che durano più di 3 minuti, a lunga durata e intensità moderata (per es. footing o bicicletta…). Questo sistema attinge E dalla respirazione cellulare (SISTEMA AEROBICO)
  • 20. Classificazione delle fibre muscolari Le fibre muscolari non utilizzano tutte quante lo stesso sistema di rifornimento energetico. In base al tipo di sistema energetico che le fibre utilizzano, queste possono essere classificate in: fibre muscolari rosse e fibre muscolari bianche
  • 21. Le fibre muscolari «rosse» o «lente» o «di tipo I» - Sono piccole e danno contrazioni poco intense ma di lunga durata - Conferiscono resistenza al muscolo - Ricavano l’E dal Sistema a Lungo Termine (dalla respirazione cellulare) - Sono fortemente irrorate - Contengono numerosissimi mitocondri - Contengono grandi quantità di mioglobina (proteina rossa) che immagazzina l’ossigeno - Svolgono funzioni importanti per la sopravvivenza . - Sono predominanti in atleti che praticano discipline sportive di resistenza (maratoneti, ciclisti su strada, sciatori di fondo…) Il petto d’anatra è carne scura perché è fatta di fibre muscolari rosse che, per la loro resistenza alla fatica, sono capaci di sostenere il prolungato battito delle ali nei lunghi voli di migrazione
  • 22. Le fibre muscolari «bianche» o «veloci» o «di tipo II» - Sono lunghe e danno contrazioni intense ma di breve durata - Conferiscono potenza al muscolo - Ricavano l’E dal Sistema a Medio Termine (dalla glicolisi) - Sono poco irrorate - Contengono pochi mitocondri - Contengono poca mioglobina - Contengono moltissimi filamenti di actina e miosina (bianchi) . - Sono predominanti in atleti che praticano discipline sportive in cui serve la potenza piuttosto che la resistenza: sollevatori di pesi, velocisti, lanciatori del peso…. La carne bianca del petto di pollo è costituita da fibre bianche che forniscono la potenza necessaria e permettono a questo animale di volar via di colpo all’avvicinarsi di un nemico, quale per es. una volpe
  • 23. Le fibre muscolari intermedie Affianco alle fibre veloci che sviluppano forze elevate ma si affaticano facilmente, esistono altre fibre con una velocità di contrazione leggermente inferiore ma dotate di maggiore resistenza : fibre di transizione. Tale transizione è stimolabile attraverso allenamenti specifici L’allenamento può modificare le caratteristiche delle fibre muscolari Anche se i tipi di fibre muscolari sono determinati geneticamente, un allenamento costante può modificarne le caratteristiche: per es. un allenamento volto ad incrementare la resistenza muscolare può far sì che sia le fibre rosse che le bianche sviluppino una maggiore capacità di ricorrere alla respirazione cellulare. Viceversa un allenamento volto a incrementare la forza muscolare aumenta l’efficienza del Sistema di rifornimento a breve e medio termine, riducendo l’efficienza del Sistema a Lungo Termine che si basa sulla respirazione cellulare.
  • 24. Ordine di reclutamento dei vari di fibre In risposta ad uno stimolo intenso si attivano prima le unità motorie più piccole, cioè le fibre lente e, man mano che l’intensità aumenta, si ha un progressivo reclutamento delle fibre veloci. Le fibre veloci si attivano solo quando il reclutamento delle fibre lente è massimo.
  • 25. - L’ipotalamo invia tutta una serie di Fisiologia dell’esercizio fisico segnali a vari organi - Aumento della glicemia e degli acidi grassi (fonti di energia) - Aumento della frequenza cardiaca e della pressione sanguigna (per far arrivare più carburante ai muscoli) - Aumento della frequenza respiratoria (per assorbire più ADH ossigeno) - Le ghiandole surrenali secernono adrenalina (per intensificare e GH prolungare i vari effetti) - Rilascio del cortisolo (per la demolizione delle proteine, l’immissione degli AA nel sangue e loro trasformazione in glucosio) - L’ipofisi secerne l’ormone della crescita che favorisce la riparazione dei tessuti che eventualmente si danneggiano durante lo sforzo. - Secrezione dell’ormone antidiuretico ADH (per indurre i reni a ridurre l’escrezione dell’acqua in quanto questa può essere essenziale in caso di abbondante sudorazione).
  • 26. Biochimica dell’esercizio fisico I muscoli sono il motore del nostro corpo e, come tutti i motori necessitano di energia per funzionare. Tale E è fornita dall’ATP, una molecola che consente di trasformare l’E chimica in E meccanica. Il cibo ingerito viene prima metabolizzato e «smontato» in molecole semplici quali glucosio e acidi grassi; questi vengono trasportati nel muscolo e qui utilizzati per produrre ATP. Il glucosio viene polimerizzato in glicogeno e immagazzinato nel muscolo. La prestazione di un muscolo dipende da quanto velocemente esso è in grado di produrre ATP. La produzione di ATP può avvenire in modo aerobico (ciclo di Krebs) o anaerobico (glicolisi anaerbia e sistema creatinfosfato/creatina). I meccanismi aerobici e anaerobici avvengono contemporaneamente e poi, a seconda del tipo di sforzo, gli uni prevalgono sugli altri e viceversa.
  • 27. Biochimica dell’esercizio fisico MECCANISMO AEROBIO Ciclo di Krebs MECCANISMO ANAEROBIO Sistema Glicolisi anaerobia Creatinfosfato/creatina (meccanismo (meccanismo alattacido) lattacido)
  • 28. Biochimica dell’esercizio fisico MECCANISMO AEROBIO: In presenza di Ossigeno, CICLO DI KREBS (meccanismo aerobico) dalla demolizione dei glucidi, viene prodotta una notevole quantità di E (36 molecole di ATP per ogni molecola di glucosio) grazie al Ciclo di Krebs. Il meccanismo aerobico di produzione di ATP, quindi, è il più efficiente, ed inoltre, ha il grande vantaggio di poter utilizzare anche i grassi per la sintesi di E. Ma il suo limite è rappresentato dal fatto che l’ossigeno deve essere trasportato ai muscoli attraverso il sangue il quale ha una capacità di trasporto molto limitata per cui è un meccanismo lento.
  • 29. Biochimica dell’esercizio fisico Meccanismo anaerobio lattacido: glicolisi anaerobia In assenza di Ossigeno (meccanismo anaerobio), i glucidi possono fornire E attraverso la glicolisi anaerobia, con produzione di 2 ATP e Piruvato per ogni molecola di glucosio.
  • 30. Biochimica dell’esercizio fisico Meccanismo anaerobio lattacido (glicolisi) Perché la glicolisi anaerobia non si fermi, è necessario che le molecole di Piruvato vengano allontanate: ciò avviene tramite la formazione di acido lattico ad opera della lattato deidrogenasi
  • 31. Biochimica dell’esercizio fisico Meccanismo anaerobio lattacido L’acido lattico prodotto viene depositato: (glicolisi) - Nelle fibre muscolari rosse - Nel cuore che lo utilizza massivamente - Nel fegato per la formazione nuovamente di glucosio attraverso il ciclo di Cori In tutti questi casi il lattato deve essere prima riconvertito in Piruvato, sempre ad opera dell’enzima lattato-deidrogenasi con riduzione del NAD+ a NADH
  • 32. Meccanismo anaerobio lattacido: Il calo del pH dovuto glicolisi anaerobia all’accumulo di acido lattico inibisce l’enzima fosfofruttochina si, enzima che determina la velocità della della glicolisi. Di conseguenza un eccessivo calo di pH dovuto ad un eccesso di produzione di acido lattico, determina un rallentamento della glicolisi.
  • 33. Biochimica dell’esercizio fisico L’atleta è in grado di smaltire l’acido lattico in un tempo inferiore rispetto al sedentario. I livelli di lattemia ritornano nelle condizioni basali nel giro di un’ora. E’ sbagliato attribuire all’accumulo di acido lattico l’indolenzimento muscolare che accompagna i giorni successivi ad un allenamento particolarmente intenso
  • 34. Biochimica dell’esercizio fisico Per evitare i dolori muscolari post attività L’indolenzimento dopo le fisica occorre: prime sedute di attività - Aumentare l’intensità fisica è dovuto molto dell’allenamento molto probabilmente a: gradualmente - Microlesioni a livello - Finire ogni seduta di muscolare allenamento con - Risposta infiammatoria esercizi di stretching a tali microtraumi - Alcuni studi hanno - Eccessive contrazioni e dimostrato l’effetto spasmi muscolari benefico terapeutico e - Accumulo di Radicali preventivo di Liberi nei muscoli. un’integrazione con Omega 3 (antinfiammatorio naturale) e Vitamina E (antiossidante naturale)
  • 35. Biochimica dell’esercizio fisico Meccanismo anaerobio Alattacido (Sistema creatinfosfato/creatina) Il meccanismo anaerobio del Sistema creatinfosfato/creatina prevede la formazione di ATP a partire da una molecola di Creatinfosfato, che cede una molecola di P, la quale legandosi all’ADP, formerà ATP. Dopo la cessione il creatinfosfato diventa creatina, la quale, dopo una serie di reazioni chimiche, si ritrasformerà in creatinfosfato, pronto a innescare la sintesi di altro ATP. La quantità di creatinfosfato è molto bassa, pertanto tale meccanismo si esaurisce in pochi secondi (mediamente, una decina). Nei 100 metri piani, sollevamento pesi, salto in alto, salto con l’asta, tale meccanismo è quello quantitativamente più importante.
  • 36. Biochimica dell’esercizio fisico I LIPIDI Per quanto riguarda i lipidi, la quota di acidi grassi utilizzata per sintetizzare ATP, dipende da vari fattori: - Dalla loro concentrazione ematica - Dalla disponibilità dei carboidrati (si dice che i grassi «bruciano» al fuoco dei carboidrati: quando finiscono le scorte dei carboidrati, i grassi NON possono essere utilizzati come fonte di E) - Dal tipo di allenamento I grassi vengono trasformati in ATP in modo meno rapido rispetto ai glucidi. Maggiore è lo sforzo, maggiore deve essere la velocità di sintesi di ATP, quindi maggiore sarà la quantità di carboidrati utilizzati e minore la quantità di grassi. In una corsa lenta l’E è ottenuta bruciando zuccheri e grassi in egual misura; in una corsa veloce, la % dei grassi scende al di sotto del 5%.
  • 37. Biochimica dell’esercizio fisico LE PROTEINE Quando le riserve di zucchero iniziano a scarseggiare, l’organismo incomincia a cannibalizzare i propri muscoli, trasformando le proteine muscolari in glucosio per cercare di prolungare la prestazione il più possibile. Tale meccanismo inizia ad essere quantitativamente importante solo per sforzi piuttosto prolungati e di intensità medio alta. Durante la corsa di un’ora ad alta velocità, si stima che il 10% dell’Energia venga prodotta utilizzando proteine muscolari. Per questo motivo gli atleti di resistenza dovrebbero curare in modo particolare la quantità e la qualità delle proteine assunte con l’alimentazione.
  • 38. Successione dei tre meccanismi energetici: fosforilazione ossidativa, glicolisi anaerobia, ciclo di Krebs MECCANISMO ANAEROBIO (o ALATTACIDO): Sistema Creatinfosfato/Creatina Il meccanismo anaerobico consente di produrre E senza Ossigeno e assume importanza rilevante in 2 casi: - durante gli sforzi massimali - nelle primissime fasi della prestazione. Questo sistema, di solito, si innesca prima della glicolisi anaerobia perché è una fonte di E pronta, ma si esaurisce quasi subito perché si consuma il creatinfosfato e da questo momento in poi subentra la glicolisi anaerobia con formazione di acido lattico.
  • 39. Successione dei tre meccanismi energetici: fosforilazione ossidativa, glicolisi anaerobia, ciclo di Krebs Meccanismo anaerobico lattacido: Glicolisi anaerobia La glicolisi anaerobia si «accende» a seconda della richiesta di E. Si possono verificare 3 situazioni: 1) Il meccanismo aerobico è in grado di fornire tutta l’E necessaria: dopo un iniziale aumento di Acido Lattico, una volta che il meccanismo aerobico è arrivato a regime, la concentrazione dell’acido lattico torna al livello di riposo. 2) Il meccanismo aerobico non riesce a fornire tutta l’E necessaria, quindi l’E che manca viene fornita dalla glicolisi anaerobia; in tal caso se la velocità di produzione dell’acido lattico eguaglia quella di smaltimento, la concentrazione dell’acido lattico rimane costante e così questo meccanismo può durare x parecchio tempo (da una decina di minuti a 3 ore). 3) La richiesta di E è troppo alta per cui l’acido lattico prodotto non riesce ad essere smaltito, la sua concentrazione nei muscoli cresce e l’organismo, per difendersi dal danno che il lattato provocherebbe, invia segnali al cervello che fanno ridurre la prestazione e quindi la richiesta di E (bruciore muscolare, nausea)
  • 40. Successione dei tre meccanismi energetici: fosforilazione ossidativa, glicolisi anaerobia, ciclo di Krebs MECCANISMO AEROBIO: ciclo di krebs Il meccanismo aerobico è il sistema più efficiente di produzione di E (36 ATP), ma si innesca lentamente e lentamente arriva a regime (ci vogliono 2-4 minuti per arrivare a regime). L’altro vantaggio è che può sfruttare sia carboidrati che grassi. I grassi, però vengono utilizzati in modo meno rapido rispetto ai carboidrati, per cui > è lo sforzo, più veloce deve essere la formazione di ATP, quindi < sarà il contributo dei grassi (troppo lenti). In una corsa lenta, l’E necessaria è ottenuta bruciando carboidrati e grassi in egual misura; in una corsa veloce la % di grassi scende al di sotto del 5%.
  • 41. Successione dei tre meccanismi energetici: fosforilazione ossidativa, glicolisi anaerobia, ciclo di Krebs Sport anaerobici alattacidi (sforzo massimale fino a 10 sec): sollevamento pesi, corsa 100 m piani, salto con l’asta, salto in alto. Sport anaerobici lattacidi (sforzo massimale > 10 sec fino a 2 min): Sci da discesa, corsa 800 m piani, nuoto 200 m stile libero, ciclismo fino a 1 km). Sport misti aerobici/anaerobici: basket, calcio, pallavolo…
  • 42.
  • 43. Classificazione bioenergetica degli sport PROCESSO COMBUSTIBILE POTENZA DURATA TIPO di SPORT REAZIONE di BASE ATP ALTISSIMA FINO A 3” GESTI SINGOLI 8salti, lanci, tuffi) ATLETICA LEGERA DISGREGAZIONE 100 e 110 hs ANAEROBICO ALATTACIDO della Fosfocreatina ALTA 10” – 15” Lanci (disco, giavellotto, martello, peso) (CP) Salti (alto, lungo, triplo, asta) SOLLEVAMENTO PESI -PATTINAGGIO (velocità) ATLETICA LEGERA 800 – 1500 – 400 hs. SCISSIONE PATTINAGGIO ANAEROBICO LATTACIDO del GLICOGENO ELEVATA 15” – 45” GLICOLISI Ghiaccio 3000 mt. - Rotelle 1500 mt. NUOTO 400 mt. ATLETICA LEGERA 200 e 400 piani SCISSIONE PATTINAGGIO ANAEROBICI del GLICOGENO ELEVATA 45” – 180” AEROBICI MASSIVI GLICOLISI Ghiaccio 5 - 10 Km. - Rotelle 3 – 20 Km. NUOTO 50 e 100 mt. stile libero ATLETICA LEGERA 3.000 siepi, 5.000 mt., 10.000 mt., maratona, marcia PATTINAGGIO OSSIDAZIONE degli SUPERIORI Ghiaccio 500 mt. - Rotelle 300 mt. AEROBICO MODERATA ZUCCHERI - GRASSI a 180” NUOTO 800 mt., 1.500 mt. CICLISMO SU STRADA, CANOA AEROBICO SPORT di SQUADRA – TENNIS - SQUASH ANAEROBICO ALTERNATO
  • 44. Regolazione ormonale dell’andamento glicemico durante l’attività fisica All’inizio della performance si verifica un aumento dell’utilizzazione muscolare del glicogeno, ma la glicemia rimane costante perché subentra una compensazione sotto il controllo ormonale. Infatti all’inizio dello sforzo fisico, si ha una riduzione del rilascio di insulina da parte del pancreas, ciò comporta un aumento della liberazione epatica del glucosio per compensare l’aumentata utilizzazione muscolare. Contemporaneamente, si ha un aumento del rilascio del glucagone e, se l’esercizio si protrae, anche dell’ormone della crescita e, dopo la 2-3 ora, anche del cortisolo. Questi ormoni stimolano la glicogenolisi epatica e muscolare per rifornire l’organismo di glucosio e, quando le scorte di glicogeno cominciano ad impoverirsi, attivano (grazie al cortisolo) la gluconeogenesi, cioè la sintesi del glucosio a partire da substrati non glucidici.
  • 45. L’attività fisica protegge il cervello L’attività fisica aerobica ha un’azione protettiva del cervello e del tessuto nervoso in genere: •Incrementa la abilità cognitive •Attenua i deficit motori •Stimola la produzione di nuove cellule nervose (neurogenesi) •Migliora i deficit neurologici in malattie neurodegenerative (l’Alzheimer, sclerosi multipla) •Blocca la perdita di neuroni collegata all’età (fattore anti- invecchiamento) •Ha effetti del tutto simili ai farmaci antidepressivi e ansiolitici.
  • 46. Perché l’attività fisica protegge il cervello? L’attività fisica aumenta la disponibilità cerebrale di un fattore di crescita nervoso chiamato: BDNF (Fattore Nervoso di Derivazione Cerebrale). Il BDNF nell’animale da esperimento aumenta la capacità di sopravvivenza dei neuroni, promuove la crescita di assoni e dendriti, crea nuove sinapsi soprattutto nell’area ippocampale. La depressione è collegata ad un deficit di BDNF. Il movimento dei grossi muscoli comporta l’attivazione di molti centri cerebrali (aree corticali prefrontali, corteccia motoria, i gangli della base, il cervelletto, il setto, il mesencefalo). Tali aree cerebrali liberano neurotrasmettitori come acetilcolina e serotonina. I muscoli in attività, da parte loro, liberano due sostanze neuroattive: IGF-1 e l’Anandamide. Il cervello, quindi, aumenta l’assorbimento di IGF-1 circolante. L’IGF-1 stimola la sintesi di BDNF. L’Anandamide (“felicità interiore”) si lega al recettore cannabinoide di primo tipo, quello a cui si lega anche la marijuana: l’anandamide è una sostanza grassa che passa facilmente la barriera emato-encefalica.
  • 47. L’attività fisica migliora la memoria Un gruppo di medici dell’Università di Washington ha pubblicato i risultati di uno studio su 150 malati di Alzheimer, sottoposti a un programma di attività fisica di 3 mesi. Alla fine del programma il gruppo che aveva esercitato l’attività fisica presentava uno stato di salute nettamente migliorato rispetto al controllo, la qual cosa nell’arco di 2 anni di successivi controlli, ha prodotto una significativa riduzione dei ricoveri e dell’istituzionalizzazione dei pazienti. Anche la depressione che è sempre associata all’Alzheimer, ha registrato una significativa riduzione nei pazienti L. Teri et al. «Exercise plus behavioral management in allenati. patients with Alzheimer disease. A randomized controlled trial» JAMA, 2003; 290; 2015-2022
  • 48. L’attività fisica modifica l’attività dei geni Usando il «microarray», il sistema di analisi delle modificazioni dell’attività dei geni, è stato studiato il profilo dell’espressione genica di quasi 5000 geni cerebrali di animali da esperimento. Dopo 3 settimane di esercizio fisico, numerosi geni cerebrali hanno modificato la loro attività: - 37% dei geni attivati riguarda la crescita e riorganizzazione del cervello (plasticità cerebrale) - 24% i processi metabolici - 15% proteine antinvecchiamento - 11% attività immunitaria L. Tong et al. «Effects of exercise on gene expression - 10% altre funzioni profile in the rat hippocampus» Neurobiol Dis, Dicembre 2001; 8(6): 1046-56