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ATP – sistemi energetici e contrazione muscolare

ATP - sistemi energetici e contrazione musolare

In questo breve articolo “tecnico”, cercheremo di capire come funzionano l’ATP e i sistemi energetici del corpo umano, ovvero i meccanismi che consentono, tra le altre cose, anche la nostra cara contrazione muscolare. Probabilmente, per qualcuno, questo argomento risulterà un pochino noioso, tuttavia, senza addentrarci troppo nella biochimica, ritengo comunque giusto fornire anche un’infarinatura su questi importanti passaggi, che servono per capire come “funzioniamo”.

L’ATP (adenosina trifosfato) è un nucleotide, ovvero, un composto chimico formato da una base azotata, uno zucchero (ribosio) e uno o più fosfati. È la nostra “moneta energetica”, quella che serve per compiere i processi cellulari, che richiedono per l’appunto energia per essere espletati. Ciascun muscolo del corpo umano, per potersi contrarre, sfrutta l’energia accumulata nell’ATP, normalmente presente nelle cellule muscolari. Ma l’ATP è presente anche nelle altre cellule, in quanto viene chiamato in causa ogni volta che serve energia.

Il metabolismo energetico cellulare, comprende l’insieme dei processi che generano energia cellulare (ATP) in seguito alla demolizione di zuccheri (glicolisi), lipidi e, in piccolissima percentuale, delle proteine. Il coenzima Q10 (ubichinone) è una componente fondamentale del processo mitocondriale che converte l’energia dei carboidrati e degli acidi grassi in ATP.

All’interno del mitocondrio, risiede la matrice mitocondriale ed è questo il luogo deputato alla produzione di ATP. La forma e la struttura del mitocondrio è strettamente collegata alla cellula a cui appartiene, in quanto maggiore è la quantità di energia necessaria al tessuto, più numerose saranno le creste mitocondriali e di conseguenza maggiore sarà la produzione di ATP.

La produzione di ATP è fondamentale per il corretto svolgimento delle funzioni vitali, poiché le reazioni cellulari e i processi dell’organismo che richiedono energia, vengono alimentati dalla conversione di ATP in ADP (nel prossimo paragrafo approfondiremo il passaggio); tra di esse vi sono, ad esempio, la trasmissione degli impulsi nervosi, la contrazione muscolare, i trasporti attivi attraverso le membrane plasmatiche, la sintesi delle proteine e la divisione cellulare.

Ci sono alcune patologie a carico del muscolo cardiaco (deficienza di ATP) che richiedono un’adeguata terapia farmacologica, atta a migliorare la funzionalità, infatti a tali pazienti, vengono somministrati farmaci che favoriscono l’ossidazione fosforilante e di conseguenza aumentano la produzione di ATP che, apportando maggiore energia all’organo ne fanno aumentare l’efficienza.

ATP e ADP…

L’adenosina, è un composto chimico formato dal legame tra adenina ribosio (zucchero presente in tutte le cellule, costituente l’acido ribonucleico o RNA). All’adenosina sono poi legati 3 gruppi fosforici (Pi) e questo da origine appunto all’adenosin-trifosfato (ATP), la principale riserva di energia immediatamente disponibile.

Durante il lavoro muscolare intenso, ogni volta che l’ATP si scinde, perde l’ultimo dei gruppi fosforici (Pi) e subisce la conversione in ADP (adenosina difosfato) con il rilascio di uno ione idrogeno (protone) ed è questa conversione, che determina la liberazione di un grosso potenziale energetico, quello che serve poi alla fibra muscolare per accorciarsi, dando origine alla contrazione muscolare stessa.

La contrazione muscolare avviene per la liberazione di energia, mediante una reazione di Idrolisi (reazione chimica in cui le molecole vengono scisse in due o più parti per effetto dell’acqua) dell’ATP (ATP = ADP + Pi + energia libera).

La quantità di ATP presente nei muscoli è molto limitata, per cui è necessario ricostruirla. L‘ADP, derivata a seguito del distacco del gruppo fosfato dall’ATP, viene quindi nuovamente riconvertita in ATP con con l’impiego di energia che, questa volta, viene usata per legare il gruppo fosforico all’ADP. Questo processo è noto come risintesi dell’ATP e può essere ricavato dall’organismo grazie a tre sistemi energetici diversi, ognuno legato alla durata e all’intensità dell’impegno muscolare. Il muscolo può utilizzare tutti e tre i sistemi contemporaneamente, oppure privilegiarne maggiormente uno.

I sistemi o metabolismi energetici

  • Sistema anaerobico alattacido (durata circa 8 secondi) attraverso la fosfocreatina, in assenza di ossigeno, senza produzione di acido lattico.
  • Sistema anaerobico lattacido (durata 50-80 secondi) attraverso la glicolisi e la produzione di acido lattico, in assenza di ossigeno.
  • Sistema aerobico (durata illimitata) dipendente dall’ossigeno (rilascia CO2 e H2O), attraverso il Ciclo di Krebs. L’ATP viene ricaricato degradando, in presenza di ossigeno, carboidrati, grassi ed eventualmente proteine (queste ultime in piccola parte e in determinate condizioni)

I sistemi anaerobici lattacido e alattacido, sono quindi i meccanismi più veloci nella produzione di ATP (maggior potenza) ma hanno un’autonomia molto limitata (capacità). Il sistema aerobico è più lento (bassa potenza) ma ha una riserva energetica praticamente infinita.

Il sistema fosfageno o generatore di fosfato (chiamato anche sistema ATP-CP), che interviene nel metabolismo anaerobico alattacido, è dato dall’insieme dell’ATP e del creatinfosfato (CP) (o fosfocreatina), i quali poi, per la scissione di un fosfato inorganico (Pi) come visto sopra, mettono a disposizione dell’organismo, energia in tempi molto brevi (rispetto ai processi ossidativi) e la potenza che i muscoli riescono a sviluppare è molto elevata.

sistema fosfageno

La fosfocreatina quindi, riforma ATP a partire dall’ADP. Questo meccanismo però è estremamente limitato e si esaurisce con altrettanta rapidità, per cui solo le prestazioni di forza e velocità, fino a circa 10 secondi di durata (ad esempio i 100 metri piani), traggono energia dalla scissione del fosfageno.

La creatina, assunta tramite l’alimentazione o l’eventuale integrazione, viene depositata quasi interamente nei muscoli (in piccola parte anche nel cervello e nel miocardio) può aiutare principalmente proprio in questo passaggio, poiché, grazie all’enzima creatinchinasi (CK) o creatina fosfochinasi (CPK) la creatina acquisisce un gruppo di fosfato, convertendosi così in fosfocreatina, in modo tale da consumare ATP e generare energia altamente sfruttabile. La creatinchinasi permette anche la reazione inversa (fosfocretina in creatina). Ed ecco perché spesso si dice che la creatina è molto utile soprattutto nei protocolli di forza.

Da tutto ciò è facile dedurre che il sistema del fosfageno, rappresenta la fonte di ATP più rapidamente utilizzabile dal muscolo
sottoposto a lavoro.

L’equilibrio del fosfato è essenziale alla formazione di ATP a partire da ADP e al mantenimento di un minimo BMR (metabolismo basale). Una diminuzione di ATP può portare a disfunzioni cellulari o apoptosi cellulare (morte cellulare programmata).

Il sistema anaerobico lattacido, viene definito glicolisi anaerobica, anche qui non viene utilizzato ossigeno e viene ri-sintetizzato l’ATP grazie a glucosio e glicogeno che donano la loro energia. Questo sistema interviene nelle attività intense, con una durata compresa tra i 15 secondi e i 2 minuti. Se l’esercizio è molto intenso, non va oltre i 30 secondi, dopodiché il soggetto sarà costretto a ridurre l’intensità, fino a far subentrare gradualmente il meccanismo aerobico, oppure a cessare l’attività (il lattato deve essere comunque elaborato e smaltito). Nel nostro caso, è sostanzialmente ciò che avviene in una classica serie da 10-20 ripetizioni, il classico allenamento per l’ipertrofia.

Il carburante principale qui è rappresentato da glucosio e glicogeno muscolare, pertanto, dai nostri carissimi e spesso ingiustamente bistrattati, carboidrati. Chi fa bodybuilding e vuole ridurre troppo o addirittura eliminare i carboidrati e seguire ad esempio diete chetogeniche, non ha ancora capito come funziona la fisiologia umana, soprattutto quella legata allo sport. E dovrebbe farsi un bel ripasso.

Tuttalpiù, quando arriva il momento di fare definizione e di mettersi a dieta, da questi paragrafi possiamo capire perché spesso ho spiegato che più l’alimentazione è ipocalorica e quindi di conseguenza si riduce inevitabilmente anche l’apporto di carbo, più converrebbe evitare perlopiù il cedimento/esaurimento muscolare, mentre converrebbe lavorare con un po’ di buffer (gesto fresco), mantenendo pesi pesanti e quindi con protocolli più vicini a quelli di forza.

In breve, il metabolismo energetico nel bodybuilding funziona quindi così: fosfageni (ATP) + anaerobico, alattacido in prima battuta (serie di forza), che poi diventa lattacido se prolungato (serie di ipertrofia).

Curiosità: A proposito di crescita muscolare… In seguito ad un “ideale” stimolo allenante, viene considerata causa dell’ipertrofia, una soglia critica di tensione meccanica mantenuta per un tempo sufficiente (TUT di 45”-60”) e/o un aumento dell’utilizzazione dell’ATP per unità di tempo, senza un recupero completo per il suo ripristino (lavoro lattacido locale ad esaurimento). Ecco quindi perché, nei vari programmi tipici di ipertrofia, spesso viene proposto il recupero incompleto tra una serie e l’altra.

Spero di averti fatto comprendere, almeno a grandi linee, il funzionamento dell’ATP, dei sistemi energetici del nostro corpo e quindi della contrazione muscolare stessa.

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Marco Ferrari - Author

Personal Trainer certificato ISSA, motivatore e grande appassionato di sport e cultura fisica. Specializzato in allenamento e corretta alimentazione sportiva. Muscoli e nutrimento impeccabile, sono il segreto per salute, prestanza e longevità. Ma ognuno necessita del suo programma...

11 Comments

  1. Dario | 9 Settembre 2012 at 19:48
     

    Non ho capito l’ultima parte la risintesi dell’ATP. ADP viene riconvertita in ATP ma in che modo precisamente? Nel sistema anaerobico alattacido io so che la fosfocreatina cede il suo fosfato all’ADP che ridiventa ATP.
    Ma negli altri meccanismi come avviene la risintesi dell’ATP?

    Reply
    • Marco Ferrari | 10 Settembre 2012 at 10:39
       

      Ciao Dario,
      grazie per la tua visita e il tuo commento. E’ un po’ lungo da spiegare qui in una risposta, ci vorrà un articolo apposta. Te lo dico in maniera più semplice possibile. Sì esatto, nel metabolismo anaerobico alattacido è la fosfocreatina (CP) che dona il suo gruppo fosfato all’ADP per tornare ATP.
      Nel metabolismo anaerobico lattacido la risintesi avviene grazie alla glicolisi (glucosio e glicongeno) e vengono rilasciate 4 molecole di ATP e 2 di Piruvato; il glucosio viene poi trasformato in acido lattico che acidifica il muscolo e interrompe il lavoro oppure viene riutilizzato nel Ciclo di Krebs.
      Nel metabolismo aerobico avviene grazie a lipidi e carboidrati quindi una miscela di acidi grassi e glucosio (fosforillazione ossidativa), che cambia a seconda dell’intensità dell’esercizio, possono concorrere anche le proteine. Nel ciclo di Krebs avviene la degradazione dell’acetil CoA, da cui vengono liberati atomi di idrogeno con produzione di ATP.

      Reply
      • Dario | 13 Settembre 2012 at 22:07
         

        Quindi attraverso le varie reazioni chimiche della glicolisi anaerobica e quella aerobica seguita dal ciclo di Krebs, l’ADP viene ricaricata del fosfato per tornare in ATP.

        Reply
        • Marco Ferrari | 13 Settembre 2012 at 22:45
           

          Si in linea di massima funziona così. Ci vorrebbero degli schemini per semplificare il tutto. 🙂 Nel Ciclo di Krebs entrano le molecole di acetil-coenzima A (acetil-CoA), ottenute dal piruvato, prodotto dalla glicolisi o derivanti da altre fonti, come la beta-ossidazione degli acidi grassi. Anche gli aminoacidi possono entrare nel ciclo di Krebs. Per ogni acetil-CoA che entra nel ciclo di Krebs, vengono prodotte 12 molecole di ATP, di cui 11 nella catena respiratoria.
          Mi fermo qui se no facciamo confusione 🙂
          Saluti
          Marco

          Reply
          • Dario | 16 Settembre 2012 at 22:22
             

            Catena respiratoria? Mi sfugge…
            Comunque io sapevo che poi accadeva che questo acetil-coenzima A entra nel ciclo di Krebs e reagisce con l’acido ossalacetico diventanto poi acido citrico dove avvengono successivamente altre 7 reazioni chimiche. Il prodotto finale della sequenza delle reazioni reagisce nuovamente con un’altra molecola di Acetil-CoA per dare vita ad un nuovo ciclo di Krebs. Il totale delle molecole di ATP è 36 per 1 di glucosio giusto?
            Ma non c’è un articolo che parla di questo?

          • Marco Ferrari | 16 Settembre 2012 at 23:23
             

            In glicolisi aerobia per ogni molecola di glucosio vengono liberate 36 molecole di ATP.
            In glicolisi anaerobia per ogni molecola di glucosio 2 molecole di ATP
            In beta-ossidazione degli acidi grassi per ogni 2 atomi di carbonio vengono liberate 5 molecole di ATP e per ogni Acetil-CoA che entra nel ciclo di Krebs vengono liberate 12 molecole di ATP di cui 11 nella catena respiratoria
            L’ingresso dell’Acetil-CoA consiste in una condensazione con ossalacetato per generare citrato. Al termine del ciclo, i due atomi di carbonio immessi dall’Acetil-CoA vengono ossidati in due molecole di CO2, rigenerando poi nuovamente ossalacetato in grado di condensare con Acetil-CoA.
            Non ci sono altri articoli qui su questo argomento per ora

  2. Dario | 17 Settembre 2012 at 00:04
     

    Grazie mille per la pazienza! E’ bello poter trovare un sito così bello dove si possono lasciare commenti e avere risposte da esperti.

    Reply
    • Marco Ferrari | 17 Settembre 2012 at 00:06
       

      Grazie a te per l’interesse e l’appezzamento 🙂

      Reply
  3. giovanni | 18 Novembre 2013 at 21:23
     

    io credo che atp abbia la durata di 10 secondi.così miè stato insegnato.èla prima volta che leggo durata atp 8 secondi.chiederei umilmente lumi.

    Reply
    • Marco Ferrari | 18 Novembre 2013 at 22:43
       

      Ciao Giovanni,
      L’ATP ha tre vie metaboliche per la sua risintesi.

      – Sistema anaerobico alattacido (durata circa 8 secondi) attraverso la fosfocreatina
      – Sistema anaerobico lattacido (durata 50-80 secondi) attraverso la glicolisi e la produzione di acido lattico
      – Sistema aerobico (durata illimitata) che rilascia CO2 e H2O

      Per cui dire che l’ATP ha una durata di 10 secondi è già un errore in partenza…perché non stiamo specificando di quale sistema energetico si tratta.
      Se poi ti riferisci al metabolismo anaerobico alattacido, esso ha un’autonomia energetica di circa 4-8 secondi. E’ il tipico impiego nei lavori di forza massima, forza esplosiva…
      Poi chiaramente se lo sforzo si protrae ci saranno delle fusioni tra i vari sistemi, non bisogna certo ragionare in maniera indipendente, ma questo significa che non siamo più davanti a uno sforzo massimale…
      Saluti
      Marco

      Reply
  4. giovanni | 18 Novembre 2013 at 23:18
     

    ciao marco,come hai giustamente intuito mi riferivo proprio al sistema anaerobico alattacido che ero certo avesse una durata massima di 10 secondi (forza esplosiva) ma forse sono troppo irrigidito su alcuni schemi magari un po datati.sono sempre disposto a rivederli.ti ringrazio per la tua celere e cortese risposta giovanni.

    Reply

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