Liberazione di energia nel Karate
Sistema esoergonico a breve termine: l’acido lattico
Prof. Mariani
Per garantire l’energia necessaria nel corso di attività fisiche di elevata intensità come il Karate, l’organismo deve continuamente provvedere alla risintesi dei fosfati altamente energetici, ATP (acido adenosintrifosforico) e CP (creatinfosfato).
In queste circostanze, l’energia per la fosforilazione dell’ADP in ATP proviene principalmente dal glicogeno muscolare attraverso il meccanismo della glicolisi anaerobica lattacida che porta alla formazione e all’accumulo di acido lattico nel sangue (la potenza liberata dal meccanismo glicolitico è circa il 45% di quella liberata dal sistema esoergonico ATP – CP di pronto uso). Questo meccanismo consente, in un certo senso di guadagnare tempo.
Infatti permette la fosforilazione di ADP anche se l’apporto di ossigeno è insufficiente o la richiesta energetica supera quella che può essere fornita dal sistema aerobico ossidativo.
Abbiamo a che fare quindi con un sistema puramente anaerobico di risintesi di ATP: è esattamente il meccanismo che per esempio fornisce l’energia per un attacco finale in un combattimento di Karate nel corso di una gara.
Inoltre il meccanismo glicolitico anaerobico consente liberazione di energia in aggiunta a quella che deriva dalla precedente scissione di ATP tramite il sistema esoergonico immediato dei fosfati altamente energetici.
La maggiore velocità di accumulo di acido lattico e le maggiori concentrazioni dell’acido nel sangue si verificano nel corso di esercizi massimali della durata di 60 – 180 secondi, quindi il Karate è uno sport particolarmente coinvolto in questo discorso (la durata di un combattimento nel corso di una competizione è di 120 – 180 sec., due – tre minuti, a seconda delle categorie).
C’è da sottolineare comunque che per via del numero di combattimenti che si possono sostenere nel corso di una evento agonistico di Karate, che vanno da un minimo di 3 – 4 ad un massimo di 10 circa, in una certa percentuale è chiamato in causa anche un meccanismo esoergonico a lungo termine: il sistema aerobico.
Con il diminuire dell’intensità del lavoro, quindi con l’allungarsi del tempo della prova, diminuiscono la velocità di accumulo dell’acido lattico e il suo livello ematico.
Fatta questa breve premessa passiamo ora ad esporre le varie fasi che caratterizzano il sistema lattacido che come abbiamo accennato sopra sta alla base della prestazione sportiva nel Karate.
ü Formazione di acido lattico
Nel paragrafo precedente ho accennato alla glicolisi anaerobica lattacida come meccanismo a breve termine responsabile della risintesi dell’ATP e del CP e della
formazione e accumulo di acido lattico nel corso di una prestazione di Karate, adesso specifico di che cosa si tratta.
La glicolisi è una via metabolica che libera energia anaerobica (senza l’intervento dell’ossigeno) dal glucosio; in sintesi essa consiste in una sequenza di dieci reazioni biochimiche, le quali avvengono nel citoplasma della cellula, catalizzate da specifici enzimi che portano il glucosio, fornito dal glicogeno attraverso la glicogenolisi, ad essere degradato per via puramente anaerobica sino ad acido piruvico, rifornendo le cellule di ATP.
Lo schema sottostante riporta l’intera sequenza di queste reazioni metaboliche.
GLUCOSIO
↕ 1 ATP → ADP
glucosio 6-fosfato
↕ 2
fruttosio 6-fosfato
↕ 3 ATP → ADP
fruttosio 1, 6-difosfato
↓ 5 ↓ 4
fosfogliceraldeide ← diidrossiacetone fosfato
NAD → NADH + H ↕ 6 NAD → NADH + H
difosfoglicerato
ADP → ATP ↕ 7 ADP → ATP
acido fosfoglicerico
↕ 8
acido fosfoglicerico
H2O ← ↕ 9 → H2O
fosfoenolpiruvato
ADP → ATP ↕ 10 ADP → ATP
acido lattico ←→ acido piruvico ←→ acido lattico
La via glicolitica può liberare una considerevole quota di energia nel corso di lavoro muscolare intenso, in ragione del fatto che esiste un’elevata concentrazione citoplasmatica degli enzimi che catalizzano le varie reazioni glicolitiche e inoltre le reazioni stesse avvengono a “velocità elevata”.
In effetti, la liberazione di energia per la via glicolitica è ad esempio tre volte più rapida rispetto alla liberazione di energia da parte del sistema aerobico ossidativo, usando in questo caso principalmente come fonte energetica i lipidi di deposito.
La capacità glicolitica risulta fondamentale nel fornire energia per sforzi massimali della durata media di circa 90 sec. o per sostenere un’azione di attacco o contrattacco durante la fase finale di un combattimento agonistico della durata di 120 – 180 sec.
Nel corso della glicolisi atomi di idrogeno si staccano dal substrato a livello della sesta reazione citoplasmatica e i corrispondenti elettroni entrano successivamente nella catena respiratoria mitocondriale; questo accade durante attività fisica di livello metabolico moderato dove i processi ossidativi e la disponibilità di ossigeno sono adeguati a coprire il fabbisogno energetico. Inoltre se si forma dell’acido lattico questo può essere prontamente ossidato alla stessa velocità e pertanto non si accumula: in questa situazione esiste una condizione di stato stazionario.
Ciò sostanzialmente significa che il numero di idrogeni staccati dal substrato è uguale a quello che si riversa nella catena di trasporto mitocondriale legandosi a delle particolari e specifiche molecole accettrici di idrogeno e a quello che alla fine viene ceduto all’ossigeno (accettare finale) per formare acqua e anidride carbonica; la prima tra queste molecole, molto importante, è il NAD+ (nicotinamidedinucleotide), la quale una volta accettato l’idrogeno si trasforma in NADH2 per poi ritornare, una volta ceduto questo ultimo alla molecola successiva, nella forma primaria.
Per questa condizione in termini biochimici si parla di glicolisi aerobica, con il piruvato come prodotto finale (in altre parole non esiste accumulo di acido lattico).
Nel corso invece di esercizio fisico di elevata intensità o strenuo, come in un combattimento di Karate, quando la richiesta energetica eccede la possibilità di fornire energia da parte del sistema aerobico, la produzione di idrogenioni con conseguente formazione di NADH2 eccede la possibilità del loro smaltimento da parte del sistema di trasporto mitocondriale: in questa situazione non esiste una condizione di stato stazionario.
In queste circostanze di, sempre in termini biochimici, glicolisi anaerobica c’è la possibilità da parte dell’acido piruvico di assumere temporaneamente l’idrogeno e questo rappresenta un importante meccanismo per rimuovere un eccesso di idrogenioni che si formano nel corso di questa via metabolica, i quali potrebbero creare un intoppo al proseguire delle reazioni chimiche con conseguente blocco istantaneo della glicolisi stessa: perché la glicolisi possa proseguire esiste la continua necessità di disporre di NAD+ per accettare l’idrogeno proveniente dall’ossidazione del substrato a livello del 6° passaggio di reazioni biochimiche della via metabolica. Il piruvato trasformandosi così in lattato all’interno delle cellule muscolari diffonde rapidamente attraverso la membrana cellulare, viene tamponato nel plasma e quindi rapidamente rimosso dal luogo di produzione.
NADH2 + C3 H4 O3 ↔ C3 H6 O3 + NAD+
Piruvato LDH Lattato
Nelle cellule che lavorano la glicolisi può continuare a fornire energia sufficiente alla risintesi degli ATP.
Però se il fabbisogno energetico è molto elevato, la risintesi dell’ATP non procede alla stessa velocità della scissione.
Inoltre, a causa dell’aumento della concentrazione di ioni idrogeno, si sviluppa acidosi che blocca l’azione degli enzimi coinvolti nelle reazioni di trasferimento energetico e di conseguenza, anche le capacità contrattili dei miofilamenti sottili e spessi del muscolo (actina e miosina).
Tuttavia la semplice acidosi non spiega appieno la riduzione di capacità lavorativa nel corso di attività fisica intensa.
Comunque, come ultima annotazione, bisogna dire che a riposo o durante lavoro leggero di bassa intensità si forma sempre un po’di acido lattico ma questo viene prontamente ossidato e pertanto non si accumula.
Tipicamente si forma acido lattico nei globuli rossi (i quali non contengono mitocondri) e in altri tessuti con elevata capacità glicolitica, come nella retina e in alcune cellule muscolari soprattutto le fibre a contrazione veloce (bianche).
Se la produzione di acido lattico è relativamente bassa, vi sono cellule che sono in grado di ossidarlo come le fibre muscolari a contrazione lenta (rosse) e pertanto non si accumula.
Quindi, molte volte, sulla base di quanto affermato, è improprio e fuorviante parlare di condizione anaerobica quando si verifica una minima produzione di acido lattico.
Infine l’acido lattico non va visto semplicemente come un solo “prodotto di rifiuto”, piuttosto va considerato anche come una sorgente di energia chimica di cui l’organismo si serve sempre in qualche misura nel corso di attività fisica leggera; gli atomi di idrogeno che si attaccano temporaneamente all’acido piruvico trasformandolo in lattato che tende così ad accumularsi, possono rientrare nella catena di trasporto mitocondriale ed essere così ossidati quando sarà disponibile sufficiente ossigeno come accettare finale: questo si può verificare o nel recupero successivo al lavoro o anche se l’intensità del lavoro diminuisce, come per esempio può accadere nel corso di un combattimento abbassandone l’intensità nel finale grazie ad un ampio margine di vantaggio sull’avversario, quindi lasciando quest’ultimo in balia dei suoi attacchi nell’intento di riguadagnare punti che ormai sono persi definitivamente per via del poco tempo residuo.