BIOENERGETICA

FONDAMENTI DI FISIOLOGIA NEUROMUSCOLARE

NOZIONI DI FISIOLOGIA CARDIORESPIRATORIA

ALLENAMENTO FISICO

ASPETTI AMBIENTALI

NUTRIZIONE E CONTROLLO DEL PESO CORPOREO

La FISIOLOGIA DELL’ESERCIZIO èun aspetto della medicina dello sport che è rivolto a studiare in che modo il corpo, dal punto di vista funzionale, risponde, si aggiusta e si adatta all’esercizio fisico

ENERGIA come la capacità di eseguire un lavoro

LAVORO come l’applicazione di una forza lungo una distanza

ENERGIA E LAVORO SONO

CONCETTI INSEPARABILI

FORME DI ENERGIA

CHIMICA

TERMICA

LUMINOSA

ELETTRICA

NUCLEARE

MECCANICA

Il ciclo biologico dell'energia.L'energia arrecata dalla luce solare viene utilizzata dalle piante per fabbricare molecole alimentari a partire da C02 e H20, con liberazione di ossigeno. Sia le piante stesse che gli animali, compresi gli esseri umani, usano ossigeno per demolire gli alimenti onde ricavarne l'energia di cui necessitano per vivere.

A. Struttura semplificata dell'ATP, nella quale vengono evidenziati i legami fosfatici ad alto livello energetico. B. Scissione dell'ATP in ADP e fosfato inorganico (Pi), con liberazione di energia utilizzabile. La demolizione di 1 mole di ATP fornisce tra 7 e 12 kilocalorie (kcal) di energia.

Nel muscolo operano gli stessi sistemi metabolici di base di tutte le altre parti dell’organismo.

Si tratta:del Sistema del FOSFAGENOdel Sistema GLICOGENO-ACIDO LATTICOdel Sistema AEROBICO

La fonte base dell’energia per la contrazione muscolare è l’ATPAdenosina-PO3 ~ PO3 ~ PO3 –

I legami che uniscono gli ultimi 2 radicali fosforici alla molecola indicati con ~ sono legami fosforici ricchi di energia.L’energia impegnata in ciascuno di essi è di 7300 calorie per mole di ATP.Perciò la rimozione del I radicale fosforico della molecola libera 7300 calorie che possono essere utilizzate per fornire energia alla contrazione muscolare.L’ATP si trasforma in ADP e quindi in AMP.Altra energia si ricava dalla FOSFOCREATINA o CREATINFOSFATO la quale si scinde in creatina e ione fosfato e libera una grande quantità di energia (10.300 calorie per mole)

Il sistema del fosfageno rappresenta la fonte di ATP più rapidamente disponibile per l’utilizzazione da parte del muscolo.

Alcuni dei motivi di ciò sono che:

1) Esso non dipende da una lunga serie di reazioni chimiche

2) Non dipende dal trasporto dell’ossigeno che respiriamo

3) Sia l’ATP che la PC sono immagazzinati direttamente all’interno del meccanismo contrattile dei muscoli

Il glicogeno immagazzinato nel muscolo può essere scisso in glucosio e questo utilizzato poi a scopo energetico.

Lo stadio iniziale di questo processo viene chiamato GLICOLISI ANAEROBICA.

Il glucosio viene scisso in ACIDO PIRUVICO con liberazione di energia e formazione di ATP.L’ ACIDO PIRUVICO reagisce con l’ossigeno formando molte altre molecole di ATP.Quando, però, non vi è ossigeno sufficiente l’acido piruvico viene convertito in ACIDO LATTICO.

Il sistema aerobico fornisce energia mediante l’ossidazione di substrati energetici nei mitocondri. Glucosio, acidi grassi ed aminoacidi provenienti dagli alimenti, dopo vari processi del metabolismo intermedio, si combinano con l’ossigeno liberando grandi quantità di energia che vengono impegnate nella sintesi di ATP.

M di ATP/min

A.SISTEMA DEL FOSFAGENO 4B.SISTEMA GLICOGENO-ACIDO LATTICO 2,5C.SISTEMA AEROBICO 1

Per quanto riguarda la resistenza:A. 8-10 secondiB. 1,3-1,6 minutiC. illimitato (fino a che sono disponibili nutrienti)

il sistema A è utilizzato dal muscolo per sviluppare picchi di potenza di pochi secondi, mentre per un’attività atletica prolungata deve essere impegnato il sistema aerobico.Il sistema B interviene specialmente per fornire altra potenza durante gare di media durata come le corse di 200-800 m.

1) Le fibre rapide hanno un diametro circa 2 volte maggiore

2) Gli enzimi che promuovono la liberazione rapida di energia dal sistema del fosfageno e da quello glicogeno-acido lattico sono 2-3 volte più attivi nelle fibre rapide che nelle fibre lente, in modo che le I possono sviluppare una potenza massimale circa il doppio di quella delle seconde.

3) le fibre lente sono organizzate per le attività muscolari protratte, in particolare per generare energia aerobica. Hanno più mitocondri e contengono più mioglobina.

Le fibre RAPIDE possono sviluppare potenze estremamente elevate per breve tempo, le fibre LENTE forniscono, invece, prestazioni durevoli, poiché sviluppano una forza di contrazione che può essere mantenuta per molti minuti o ore.

I muscoli pallidi sono atti a contrazioni rapide come nel salto, nella corsa, nell’arrampicamento, nella fuga, nella lotta, servono cioè per manifestazioni di tipo fasico.

I muscoli rossi, invece, sono responsabili delle reazioni tonichecome quelle che si verificano nei meccanismi antigravitari, per il mantenimento della stazione eretta e della postura

Elemento base di ogni attività atletica è la capacitàfunzionale dei muscoli, cioè quanta forza possono sviluppare al momento dovuto, quanta potenza possono raggiungere nell’esecuzione di un lavoro e per quanto tempo possono continuare nella loro attività.La forza di un muscolo dipende principalmente dalle sue dimensioni, con un massimo di forza contrattile di 3-4 Kg per cm2 dell’area della sua sezione traversa.

Così, chi è ben dotato di TESTOSTERONEed è perciò provvisto di muscoli corrispondentemente ben sviluppati saràmolto più forte di chi non gode di questo vantaggio ormonale.Avrà una forza muscolare maggiore l’atleta che attraverso un adeguato programma di allenamento abbia fatto aumentare le dimensioni dei propri muscoli.

In un sollevatore di pesi di livello mondiale, ad es., il muscolo quadricipite può avere una sezione traversa con una superficie che può raggiungere i 150 cm2 sicchè può sviluppare una forza contrattile massimale di 525 Kg.

L’acido lattico determina fatica estrema.La sua rimozione avviene in 2 modi:

•una parte viene riconvertita in acido piruvico che viene poi metabolizzato per via ossidativa da tutti i tessuti dell’organismo

•il resto viene trasformato in glucosio principalmente nel fegato ed il glucosio usato per reintegrare le riserve di glicogeno dei muscoli

Durante l’attività fisica viene presto esaurita la potenzialità energetica aerobica del soggetto per cui si hanno 2 conseguenze:

•Debito di ossigeno

•Deplezione delle riserve di glicogeno dei muscoli

Effetto della qualità della dieta sulla velocità di restauro delle riserve di glicogeno muscolare dopo un’attività fisica protratta

Dalle figg. si può dedurre che è importante, prima di una prova impegnativa, che la dieta dell’atleta sia ricca di carboidrati e che èassolutamente da evitare un impegno fisico estenuante durante le 48 ore che precedono la prova atletica.

Il muscolo durante la contrazione contrae un debito di ossigeno e che lo paga a raccorciamento avvenuto

Il processo di ristoro di un muscolo comprende tutte quelle reazioni biochimiche che gli consentono, non solo di eliminare i prodotti della fatica, ma di effettuare una resintesi di principi energetici indispensabili per la sua attività

RENDIMENTO MECCANICO DELLA CONTRAZIONE MUSCOLARE

RENDIMENTO = ---------------------Lavoro

Energia spesa

Il rendimento del muscolo scheletrico non è alto: in genere si aggira intorno intorno al 20-25%; ciò significa che il 75-80% dell’energia somministratagli va dissipata in calore per vincere l’attrito interno

TIPI DI CONTRAZIONE

CONTRAZIONE ISOMETRICA

CONTRAZIONE ISOTONICA

CONTRAZIONE ISOCINETICA

CONTRAZIONE ISOMETRICA o statica: èuna contrazione in cui la lunghezza del muscolo è costante. Si opera una contrazione isometrica quando si regge un peso in una posizione fissa oppure si cerca di spostare un oggetto inamovibile. (Nell’attività sportiva contrazioni isometriche si hanno durante la lotta, nel sollevamento pesi, nel reggere l’arma del tiro al bersaglio, ecc.)

CONTRAZIONE ISOMETRICA: a lunghezza costante

CONTRAZIONE ISOTONICA: è una contrazione a tensione costante e avviene solitamente in due fasi. Nella prima aumenta la tensione che viene prodotta negli elementi elastici fino a superare di poco la resistenza opposta dal peso applicato. A questo punto inizia la seconda fase che prevede l’accorciamento del muscolo.

CONTRAZIONE ISOTONICA: a tensione costante

La contrazione è definita ISOCINETICA quando la velocitàdi accorciamento è costante (es. movimento rotatorio del braccio nel nuoto).

Entrambi i tipi di contrazione, isotonica e isocinetica, sono definiti concentrici in quanto la loro esecuzione comporta una riduzione della lunghezza del muscolo con avvicinamento degli estremi verso il centro.

Al contrario quando, durante la contrazione, il muscolo viene allungato, per esempio durante la deposizione a terra di un peso posto ad una certa altezza, si parla di contrazione eccentrica.

LA CONTRATTURA è una contrazione di lunga durata non controllata dalla trasmissione di impulsi nervosi, ma reversibile. In questa forma di contrazione duratura non si osserva, al contrario del tetano fisiologico, alcun potenziale d’azione trasmesso. (es. contrattura da potassio, o contrattura da caffeina).

LO STRETCHING o stiramento viene esercitato passivamente sull’unità muscolo-tendinea ed ha l’effetto di modificare le caratteristiche viscoelastiche del tessuto connettivo in essa contenuto. La componente contrattile di conseguenza andrà incontro ad una minore tensione con minor spesa energetica.

La scossa muscolare semplice èla risposta del muscolo ad uno stimolo liminare o sopraliminare

FATICA MUSCOLARE

La fatica muscolare è un fenomeno reversibile e transitorio che si dilegua con il riposo

La fatica dipende:

• Dall’accumulo di cataboliti es. CO2, ac. Lattico, ac. Piruvico

• Dall’esaurimento delle fonti di energia, cioè ATP, CP e glicogeno

La fatica insorge primanella placca motrice che nel muscolo stesso

L’aumento del volume del muscolo, indotto dall’adozione di un programma di allenamento con pesi, è dovuto ad un aumento di superficie della sezione trasversadelle singole fibre muscolari

Tale aumento è detto ipertrofia

L’ipertrofia delle singole fibre muscolari può essere attribuita ad una o più delle seguenti modificazioni:•Incremento del numero e delle dimensioni delle miofibrille contenute in ciascuna fibra muscolare

•Incremento del quantitativo totale di proteine contrattili, in particolar modo dei filamenti miosinici

•Incremento della densità dei capillari per fibra

•Incremento della quantità e della robustezza dei tessuti connettivi, tendinei e legamentosi

Il TONO MUSCOLARE è quello stato di lieve contrazione basale che posseggono i muscoli a riposo Esso dipende dal sistema nervoso centrale e periferico. E’ un tipico riflesso miotatico, che soggiace, però, al controllo dei centri più rostrali del nevrasse.

Il TONO POSTURALE è invece la condizione di contrazione di certi muscoli o gruppi di muscoli scheletrici responsabili del mantenimento della stazione eretta o di altre posizioni del corpo. Anch’esso è un fenomeno riflesso (riflesso miotatico) che si estrinseca tramite motoneuroni e fibre muscolari di tipo tonico.

Il TONO MUSCOLARE è quello stato di lieve contrazione basale che posseggono i muscoli a riposo Esso dipende dal sistema nervoso centrale e periferico. E’ un tipico riflesso miotatico, che soggiace, però, al controllo dei centri più rostrali del nevrasse.

Il TONO POSTURALE è invece la condizione di contrazione di certi muscoli o gruppi di muscoli scheletrici responsabili del mantenimento della stazione eretta o di altre posizioni del corpo. Anch’esso è un fenomeno riflesso (riflesso miotatico) che si estrinseca tramite motoneuroni e fibre muscolari di tipo tonico.

Oltre ai complessi meccanismi centrali e periferici che stanno alla base del tono posturale, vi sono altre reazioni riflesse di tipo squisitamente tonico, a punto di partenza dei propriocettori del labirinto vestibolare e da altri ubicati nei muscoli e nelle articolazioni cervicali, le quali hanno il compito di contribuire al mantenimento dell’equilibrio ed all’aggiustamento della postura quando l’animale o l’uomo, in piedi, si inclinano nelle varie direzioni, avanti o indietro, verso destra o sinistra.

Si distinguono riflessi tonici labirintici e cervicali sugli arti, sul collo e sugli occhi.

La locomozione è una delle azioni volontarie più automatiche

La locomozione è caratterizzata da movimenti coordinati degli arti, in particolare da ritmici e alternati movimenti di flessione ed estensione

Richiede per la sua estrinsecazione alcune reazioni riflesse spinali:

•L’innervazione reciproca

•Il riflesso ipsilaterale flessorio e il riflesso controlaterale estensorio

Il controllo della locomozione coinvolge tre strutture:

1.Midollo spinale2.Tronco dell’encefalo3.Centro sub-talamico

Il MIDOLLO SPINALE è sede del

“GENERATORE DELLA LOCOMOZIONE”

Il Midollo spinale controlla e coordina i movimenti reciproci degli arti nella deambulazione e nella corsa. E’ azionato da un programma intrinseco (pacemaker), che fa capo a interneuroni situati nella lamina VII, cui convergono informazioni da recettori periferici (propriocettori articolari ed esterocettoricutanei) e da centri sopraspinali

Nel Tronco dell’encefalo vi è il “Centro della locomozione”, il quale si identifica con il nucleo cuneiforme, indispensabile per mantenere in atto la locomozione

Il generatore della locomozione è sotto il controllo eccitatorio di tale struttura

Il centro della locomozione tramite vie discendenti reticolo-spinali, FASCIO LOCOMOTORE LATERALE, è capace di indurre la locomozione attivando e controllando l’intensità della locomozione che si esplica a livello spinale. Nella parte centrale del tronco dell’encefalo esistono aree in grado di facilitare o inibire il centro della locomozione.

Il CENTRO SUB-TALAMICO èimplicato nell’avvio dell’atto deambulatorio

•Il ritmo di base della locomozione è generato a livello centrale da reti neuronali spinali,

•la transizione della fase di appoggio e quella di oscillazione vengono regolate da segnali afferenti provenienti dai muscoli flessori ed estensori delle gambe

•segnali discendenti provenienti dal cervello regolano l’intensità della locomozione e modificano i movimenti del passo a seconda delle caratteristiche del suolo sul quale l’animale cammina

ANIMALE DECEREBRATO

ANIMALE SPINALE

ANIMALE SPINALE

Si ottiene effettuando una sezione trasversa completa del midollo spinale.

EFFETTI DELLA SEZIONE DEL MIDOLLO SPINALE

Si distinguono tre stadi:

1. SHOCK SPINALE2. STADIO DELL’ATTIVITA’ RIFLESSA O DELL’AUTOMATISMO MIDOLLARE3. STADIO TERMINALE

1. SHOCK SPINALE

• Paralisi di tutti i muscoli innervati dal segmento di midollo caudale alla sezione.

• Anestesia totale ovvero perdita della sensibilitàtattile, profonda e termodolorifica nelle zone cutanee innervate dal segmento di midollo caudale alla sezione.

• Abolizione di tutti i riflessi superficiali e profondi.• Perdita del controllo della volontà sulla minzione

e sulla defecazione.• Caduta della pressione arteriosa.

2. STADIO DELL’ATTIVITA’ RIFLESSA

• Ricomparsa dei riflessi spinali.• Comparsa della motilità involontaria.• Ricomparsa del tono muscolare.• Riflessi di difesa o di automatismo midollare.

3. STADIO TERMINALE

• Flaccidità muscolare• Atrofia muscolare• Scomparsa dei riflessi• Incontinenza rettale e vescicale.• Morte.

La postura è la posizione che assume il corpo a riposo o in

movimento in opposizione alla forza di gravità

Per contrastare la tendenza del corpo a cadere, occorre che la forza di gravità sia bilanciata in ogni articolazione esposta alla sua azione, dalla contrazione continua “tonica” di gruppi muscolari detti antigravitari, per la funzione che svolgono

MUSCOLI ANTIGRAVITARI

1) Arto inferiore:

Sono estensori anatomici e fisiologici (antigravitari)

a) Glutei e il quadricipite, che estendono l’anca e il ginocchio

b) Muscoli posteriori della gamba, come il tricipite surale (soleo e gastrocnemio) e il flessore lungo delle dita, sono estensori fisiologici perché svolgono azione antigravitaria (estendono il piede e le dita), ma dal punto di vista anatomico vengono considerati flessori plantari

2) Arto superiore:

I flessori anatomici del polso e del gomito sono normalmente antigravitari, in quanto sostengono il peso dell’arto e dei carichi ad esso connessi.

Quando si usano le braccia come appoggio del tronco, diventano antigravitari i muscoli estensori del gomito e del polso

3) Retrattori del collo

4) Elevatori della mandibola (masseteri)

5) Estensori del dorso e muscoli ventrali dell’addome

Le due posture principali sono:

1. La stazione eretta e le sue varianti (es. posizione seduta)

2. Stazione orizzontale (decubito)

La difficoltà a mantenere la posizione eretta dipende dal rapporto tra:

L’ampiezza della base di supporto

L’Altezza del baricentro

Nella stazione eretta, il controllo posturale deve provvedere a:

1) Distribuire la forza muscolare, in modo da controbilanciare la forza di gravità e impedire che arti e tronco si flettano e cadano a terra (Riflesso miotaticotonico)

2) Correggere ogni spostamento del centro di gravità (es. movimenti della testa nello spazio, della testa rispetto al tronco) (Riflessi stato-tonici o di posizione)

3) Recuperare la stazione eretta, dopo che è stata perduta (Riflessi cinetici o di raddrizzamento)

RIFLESSI POSTURALI

STATICI(Recettori stimolati da una posizione del corpo – forze gravitazionali – RIF LESSI

STATICO-TONICI)

CINETICI(stimolo adeguato

prodotto da un movimento. Provocati da

una accelerazione angolare o retto-lineare)

POSTURALI TONICI

DI RADDRIZZAMENTO

TONICILABIRINTICI

TONICICERVICALI

AD AZIONE SUGLI ARTI

AD AZIONE SUL COLLO

AD AZIONE SUGLI OCCHI

Labirintici ad azione sui muscoli del collo

Del collo ad azione sul corpo

Del corpo ad azione sul corpo

Del corpo ad azione sulla testa

ottici

AD AZIONE SUGLI ARTI

AD AZIONE SUGLI OCCHI

ACCELERAZIONE ANGOLARE

Riflessi di rotazione sugli occhi

ACCELERAZIONERETTO-LINEARE

Pronta reattività alla caduta

Reazione dell’ascensore

SIGNIFICATO DEI RIFLESSI POSTURALI

La regolazione del tono posturale è legata a informazioni che provengono da:

1. Propriocettori muscolari

2. Propriocettori articolari

3. Propriocettori tendinei

4. Propriocettori labirintici

5. Recettori pressori (riflessi cutanei)

6. Recettori visivi

Gli aggiustamenti posturali vengono compiuti per mezzo di due principali tipi di meccanismi:

a) I TIPO, ANTICIPATORI; ruolo dei meccanismi anticipatori è quello di generare aggiustamenti posturali prima dell’inizio del movimento. Vengono modificati dall’esperienza e la loro efficacia aumenta con l’esercizio

b) II TIPO, RISPOSTA COMPENSATORIA, vengono evocati da stimoli sensoriali a seguito della perdita dell’equilibrio

MECCANISMI NERVOSI INTERESSATI

AL CONTROLLO POSTURALE

1.CONTROLLO SPINALE

2.CONTROLLO VESTIBOLARE

3.CONTROLLO VISIVO

a) Riflesso da stiramento (miotatico tonico)

b) Riflessi tonici del collo

c) Riflesso estensorio crociato

d) Reazione positiva di sostegno

e) Reazione di piazzamento

CONTROLLO SPINALE

(propriocettori muscolari)

Il LABIRINTO VESTIBOLARE (canali semicircolari, utricolo e sacculo) rispondono alle accelerazioni retto-lineari, alle variazioni della gravità e alle accelerazioni angolari

I Riflessi vestibolari informano il SNC:

• sulla direzione della forza di gravità• sull’accelerazione retto-lineare

La funzione delle risposte evocate da questi recettori sono:

controllare l’orientamento del capo nello spazioposizione del capo e degli occhi in rapporto al troncoposizione degli arti e degli occhi in rapporto alla

posizione della testa

e contribuiscono a:

mantenere l’orientamento del corpo nello spazio rispetto alla forza di gravità

riportare il corpo ad una posizione eretta quando si altera la postura