Adattamenti biochimici nell’allenamento

Endurance training

Endurance training Numerose variazioni metaboliche: Aumenta oxygen uptake Aumenta il metabolismo dei grassi Diminuisce il livello di lattato ematico e muscolare (submaximal work load) Aumenta l’accumulo di glicogeno

Endurance training – effetti sulle riserve energetiche muscolari Endurance training aumenta le riserve di glicogeno e trigliceridi (TG) TG aumento ? Meccanismo non ancora noto 2.5x aumento del glicogeno muscolare GLUT 4 (canale per il glucosio nel muscolo insulino-indipendente) glicogeno sintasi

Endurance training – effetti su tessuti extra-muscolari Endurance training aumenta: Gluconeogenesi nel fegato e reni FFA disponibilità : lipoprotein lipase activity ? uptake FFA dal sangue al muscolo Acyl CoA synthetase -- attivazione FFA per ossidazione Carnitine shuttle Carnitine transferase I and II Carnitine acyl transferase

Endurance training – effetti su enzimi citosolici ENZIMI GLICOLITICI: Aumento : Hexokinase/PFK e PK Diminuizione: LDH riduzione della trasformazione del piruvato a ac.lattico From: Summerlin LR (1981) Chemistry for the Life Sciences. New York: Random House p 543.

Endurance training - effetti su enzimi citosolici Alanine aminotransferase aumenta durante endurance training AAT trans-amina piruvato ad alanina Aumenta competizione con LDH per piruvato Diminuisce piruvato per LDH diminuisce lattato

Endurance training - effetti su enzimi citosolici From: Summerlin LR (1981) Chemistry for the Life Sciences. New York: Random House p 550. Pyruvate dehydrogenase aumenta durante endurance training Aumenta competizione con LDH per piruvato diminuisce lattato

Endurance training - effetti su enzimi mitocondriali Endurance training aumenta il numero di mitocondri slow-twitch and fast-twitch fibres Aumenta l’ossidazione tramite: -oxidation Krebs cycle Catena trasporto elettroni From: Keissling et al. (1971) Effect of physical training on ultrastructural features in human skeletal muscle. In: Muscle metabolism during exercise (ed. B Pernow and B Saltin). New York:Plenum Press Pp.97-101.

Endurance training - effetti su enzimi mitocondriali Mitochondrial creatine kinase (MBCK) aumenta durante endurance training Stimola creatina a formare PCr ATP rapida rimozione di ADP dal citoplasma Mantiene elevati livelli di ATP inibizione PFK activity Ridotta produzione di lattato? From: Bessman & Geiger (1981) Transport of energy in muacle: The phosphorylcreatine shuttle. Science 211:448-452

Endurance training -mioglobina ??

Endurance training – riduzione dell’acido lattico muscolare ed ematico Si riducono le concentrazioni di lattato nel muscolo e nel sangue (submaximal work load) 2 meccanismi: Diminuita produzione lattato Diversi effetti (LDH,aumento FFA,transaminazione ALA) Aumento eliminazione lattato Adapted from: Donovan & Pagliassotti (1990) J. Appl. Physiol. 68(3):1053-1058.

Lactate threshold

Endurance training – riduzione dell’acido lattico muscolare ed ematico Aumento assorbimento nel muscolo scheletrico ??? (MCT-X) Aumento gluconeogenesi in fegato and reni aumento consumo da parte del cuore (MCT-X) From: Buckley et al (2001) No difference in net uptake or disposal of lactate by trained and untrained forearms during incremental lactate infusion. European Journal of Applied Physiology. 85(5):412-419, 2001

Endurance training - Effetti tempo dipendenti 50% mitochondri persi dopo un mese di stop allenamento From: Maughan R., Gleeson M, Greenhaff P (1997) Biocehmistry of Exercise and Training. Oxford: Oxford University Press pp.195

Mecccanismi di adattamento muscolare Sintesi di proteine (enzimi) regolati da geni Alcuni geni vengono attivati/spenti da molecole come ormoni etc. Variazioni nella composizione delle fibre muscolari (aerobiche)

Endurance training - adattamenti ormonali Adrenalina - stimulata glycolysis, lipolysis ACTH - stimulata cortisolo secretion by adrenal cortex Cortisol - stimulates gluconeogenesis, lipolysis glucagon - increases glycogenolysis and gluconeogenesis GH (somatropina) - increases lipolysis and glycogenolysis

Anaerobic Training

Anaerobic training Anaerobic training (i.e. training per forza, potenza, velocità..) aumenta sistema anaerobico fosfocreatina Glicolisi Effetti limitati: Metabolismo ossidativo ? Funzione cardiaca

Effetti sulle risorse energetiche Anaerobic training aumenta la concentrazione di: ATP PCr Glicogeno

Effetti sulla glicolisi Anaerobic training aumenta la velocità della glicolisi (2 enzimi) : PFK LDH

Effetti sulla capacità tamponante Alte concentrazioni di lattato nel muscolo e nel sangue durante esercizi ad alta intensità: Aumenta la capacità “buffer” , maggiore nelle fibre Fast >slow; Aumentano i trasportatori di lattato MCT

Effetti sull’ipertrofia Anaerobic training porta ad ipertofrofia muscolare Stretch passivo puo’ indurre ipertrofia Ipertrofia induce un’aumento nel numero di proteine muscolari iperplasia? From: Kreider, RB (2000) High intensity training 1 set vs 3 sets. Muscular Development Sports & Fitness Magazine 37(8): 104-121

Meccanismi di adattamento muscolare Aumento dell’espressione di proteine regolate da geni Accensione/spengimento geni (nucleo) da ormoni etc. direttamente - via citoscheletro indirettamente - via canali ionici sulla membrana Variazioni nella composizione delle fibre muscolari ??? Esercizio può indurre danni alle cellule muscolari: Rilascio di fattori di crescita satellite cells e fibre muscolari si fondono

Ipertrofia Muscolare: Meccanismi ?

Mutazioni inattivanti miostatina

Approcci al doping genetico Gene della miostatina La miostatina è una proteina regolatrice della crescita muscolare. Appartiene alla superfamiglia dei TGF-beta E’ responsabile del differenziamento dei muscoli scheletrici Ha una funzione inibitoria della proliferazione delle cellule satelliti alle fibre muscolari. Mutazioni genetiche (es. ceppo bovino Belgium blue bull) provocano abnormi crescite dei muscoli Due strade: modificare il gene che codifica la miostatina o somministrare inibitori della miostatina (es. follistatina) Vedi: Proc Natl Acad Sci USA 2001; 98:9306