La Biochimica La Biochimica della Faticadella Fatica

La Fatica MuscolareLa Fatica Muscolare

La fatica muscolareLa fatica muscolare

Incapacità di mantenere nel tempo Incapacità di mantenere nel tempo

una determinata intensita’ una determinata intensita’

nell’esercizio o nella forza generatanell’esercizio o nella forza generata

Chi provoca la fatica muscolare?Chi provoca la fatica muscolare?

Fenomeno dovuto all’insorgenza di Fenomeno dovuto all’insorgenza di

molteplici eventi biochimici :molteplici eventi biochimici :

Diminuizione di metaboliti importanti nel Diminuizione di metaboliti importanti nel

meccanismo della contrazione meccanismo della contrazione

muscolare (fosfageni e glicogeno)muscolare (fosfageni e glicogeno)

Accumulo di metaboliti che impediscono Accumulo di metaboliti che impediscono

la contrazione (acido lattico e calcio)la contrazione (acido lattico e calcio)

La Fatica MuscolareLa Fatica Muscolare

I fosfageniI fosfageni

La diminuzione dei fosfageni associata con La diminuzione dei fosfageni associata con

la fatica durante esercizi ad alta intensità e la fatica durante esercizi ad alta intensità e

breve duratabreve durata

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I fosfageniI fosfageni

Fonte immediate per la sintesi di ATP è Fonte immediate per la sintesi di ATP è

la fosfocreatina (PCr)la fosfocreatina (PCr)

Creatine kinase mantiene ATP Creatine kinase mantiene ATP

concentrazione fisiol.concentrazione fisiol.

I fosfageniI fosfageni

Durante esercizio ad un Durante esercizio ad un

determinato carico, PCr determinato carico, PCr

diminuisce in due fasi:diminuisce in due fasi: Rapido declino inizialeRapido declino iniziale

Declino secondario più lentoDeclino secondario più lento

Dovuto alla glicolisi e KC che Dovuto alla glicolisi e KC che

producono ATP e quindi PCrproducono ATP e quindi PCr

L’intensità dell’esercizio L’intensità dell’esercizio

modifica l’andamento delle due modifica l’andamento delle due

fasifasi

Adapted from: Brooks GA & Fahey TD. (1985) Exercise Physiology: Human Bioenergetics and its Applications. New York:

MacMillan. p705

I fosfageniI fosfageni

L’insorgenza della fatica L’insorgenza della fatica

coincide con la riduzione coincide con la riduzione

della PCr della PCr

PCr si riduce, ATP si riduce PCr si riduce, ATP si riduce

(esercizi breve durata, alta (esercizi breve durata, alta

intensità)intensità)

Adapted from: Sahlin K. (1986) Metabolic changes limiting muscle performance. In: B Saltin (Ed) Biochemistry of Exercise

VI. Champaign: Human Kinetics. p334

I fosfageniI fosfageni

Formazione di ATP da Formazione di ATP da

PCr consuma HPCr consuma H++

“ “buffer effect” negli buffer effect” negli

esercizi ad alta intensitàesercizi ad alta intensità

ADP + PCr + H+ ATP + Cr

I fosfageniI fosfageni

Alta intensità, PCr si riduceAlta intensità, PCr si riduceadenylate kinase (myokinase)adenylate kinase (myokinase)

ADP + ADP ADP + ADP ATP + AMP ATP + AMPAMP AMP IMP + NH IMP + NH33

Rest Fatigue

[ATP] 25 17

[ADP] 3 4

[PCr] 85 5

[Pi] 5 90

[H+] 0.1 M 1.0 M

Valori espressi mmol•kg-1 DW

Il glicogenoIl glicogeno

La diminuizione delle riserve La diminuizione delle riserve

di Glicogeno associata con di Glicogeno associata con

l’insorgenza della fatica l’insorgenza della fatica

durante esercizi prolungati durante esercizi prolungati

“submaximal”“submaximal”

Il glicogenoIl glicogeno

Le fibre Slow-twitch perdono glicogeno Le fibre Slow-twitch perdono glicogeno

prima delle fast-twitch;prima delle fast-twitch;

La diminuizione di Glicogeno aumenta La diminuizione di Glicogeno aumenta

con l’aumentare dell’intensità con l’aumentare dell’intensità

dell’eserciziodell’esercizio

Il glicogenoIl glicogeno

Il fegato rilascia glucosio per contrastare la Il fegato rilascia glucosio per contrastare la

riduzione del glicogeno muscolare riduzione del glicogeno muscolare

Quando il glicogeno muscolare ed epatico termina, Quando il glicogeno muscolare ed epatico termina,

l’acetyl CoA si forma da:l’acetyl CoA si forma da:

-oxidation (FFA)-oxidation (FFA)

glucosio da gluconeogenesiglucosio da gluconeogenesi

Ridotta sintesi di acetyl CoA (e ATP) = inorgenza della Ridotta sintesi di acetyl CoA (e ATP) = inorgenza della

fatica fatica

L’acido latticoL’acido lattico

Durante esercizi di intensità Durante esercizi di intensità

moderata/alta, l’acido lattico si moderata/alta, l’acido lattico si

accumula nei muscoli e nel sangue accumula nei muscoli e nel sangue

Acido lattico 99.5% si dissocia a pH Acido lattico 99.5% si dissocia a pH

fisiologico ??fisiologico ??

acido Lattico accumulato è associato acido Lattico accumulato è associato

con l’insorgenza della fatica (segnale con l’insorgenza della fatica (segnale

della fatica?)della fatica?)

Ione lattato , non ancora noto il suo Ione lattato , non ancora noto il suo

ruolo ?ruolo ?

HH++ , diverse ipotesi (H+ origine diversa?) , diverse ipotesi (H+ origine diversa?)

COOH

HO – C – H

CH3

COO--

HO – C – H

CH3

H+

IPOSSIA TISSUTALE

GLUCOSIO 2 LATTATO

2 ADP + 2 Pi 2 ATP + 2 H2O

L’acidosi metabolica in corso di ipossia MUSCOLARE NON è data dalla sintesi del lattato ma dal consumo dell’ATP non più

associato ad una efficiente fosforilazione ossidativa

influisce solo parzialmente

sul pH ! ADP + Pi + H+ ATP + H2O

FOSFORILAZIONE OSSIDATIVA

COOH -

HO – C – H

CH3

IDROLISI ATP

L’acido latticoL’acido lattico

HH++ ipotesi: quando H+ aumenta ipotesi: quando H+ aumenta

Stimola la degradazione della PCr Stimola la degradazione della PCr

ADP + PCr + H+ ATP + Cr

Inibizione della PFK (enzima della glicolisi)Inibizione della PFK (enzima della glicolisi)

L’acido latticoL’acido lattico

HH++ ipotesi: ipotesi:

Impedisce al CaImpedisce al Ca2+2+ di legarsi di legarsi

con troponina Ccon troponina C

Inibizione della triacylglycerol Inibizione della triacylglycerol

lipase (Adipociti)lipase (Adipociti) Ridotta lipolisi aumenta il Ridotta lipolisi aumenta il

consumo di zuccheri, quindi le consumo di zuccheri, quindi le

riserve di glicogeno finiscono riserve di glicogeno finiscono

prima!!!prima!!!

Adapted from: Tortora GJ & Grabowski SR. (2000) Principles of Anatomy and Physiology (9th Ed). New

York: Wiley. p279

L’acido latticoL’acido lattico

L’aumento dell’acidosi L’aumento dell’acidosi

muscolare potrebbe muscolare potrebbe

favorire la capacità dei favorire la capacità dei

tubuli T nel trasmettere il tubuli T nel trasmettere il

potenziale d’azione al potenziale d’azione al

reticolo sarcoplasmico reticolo sarcoplasmico

(riduzione dell’accumulo di (riduzione dell’accumulo di

K+)K+)

Carburante per altre fibre, Carburante per altre fibre,

cuore cuore

Ruolo delle MCT-XRuolo delle MCT-X

Adapted from: Pedersen et al. Intracellular acidosis enhances the excitability of working muscle. Science 305:1144-1147, 2004.

Glicolisi Glicolisi

La formazione diAc.lattico permettedi eliminare gli

ioni H+ che siaccumulano nellacellula (idrolisi ATP)

Acido Acido LatticoLattico

Il calcioIl calcio

CaCa2+2+ rilasciato dal reticolo rilasciato dal reticolo

sarcoplasmico puo’ sarcoplasmico puo’

entrare nei mitocondri entrare nei mitocondri

(induce morte cell)(induce morte cell)

Diminuizione del potenziale Diminuizione del potenziale

di membrana mitocondrialedi membrana mitocondriale

Ridotta ATP sintasiRidotta ATP sintasi

– Ridotta ATP Ridotta ATP From: Matthews, CK & van Holde KE (1990) Biochemistry. Redwood

City:Benjamin Cummings p.526.