FISIOLOGIA

Autore: dott. Massimo Omeri

INTRODUZIONE

La fisiologia dell’esercizio fisico si occupa dei cambiamenti che avvengono nell’organismo umano durante la pratica di attività fisica o di uno sport.
Operare una differenziazione tra attività fisica e sport è utile: per attività fisica o esercizio fisico si intende qualsiasi movimento, operato dall’individuo interessato, provocato da una contrazione muscolare e quindi associato ad un consumo energetico. Per attività sportiva si intende un’attività fisica che ha lo scopo di ottenere prestazioni agonistiche, che prevede la regolare partecipazione a competizioni riconosciute dalle Federazioni sportive nazionali ed internazionali il tutto riferito a dei regolamenti condivisi e riconosciuti.
E’ chiaro come l’attività sportiva comprenda, nella sua pratica, anche l’esercizio fisico, cioè una moltitudine di movimenti sovente molto diversi in relazione allo sport praticato, che comportano tutti un consumo e un dispendio energetico. Lo stesso non si può dire dell’attività fisica, che seppur riferita a ciò che la scienza dell’esercizio fisico prescrive, non fa riferimento a regolamenti, federazioni, circuiti sportivi ecc. ecc..
La pratica sportiva e assolutamente consigliata ai giovani e agli adolescenti per i suoi ben conosciuti e positivi effetti psichici e sociali: miglioramento della capacità conoscitiva, della capacità immaginativa, dell’attenzione, della memoria.
E’ inoltre facilmente comprensibile come la pratica sportiva, oltre a favorire l’integrazione sociale, solleciti gli stati emotivi e le passioni e aiuti chi ha problemi di timidezza e d’insicurezza promuovendo e sviluppando la fiducia in se stessi. L’esercizio fisico risulta più indicato per una popolazione adulta, allo scopo di mantenere l’efficienza fisica, di contrastare gli effetti dell’invecchiamento, per una riduzione del rischio di mortalità dovuta a patologie cardiovascolari e non solo.
Sia l’attività fisica che l’attività sportiva, se praticate regolarmente, devono fare riferimento ad un concetto di allenamento o training fisico quindi ad una pratica strutturata, organizzata in riferimento al loro sviluppo temporale, agli obiettivi e quindi ai contenuti; per lo sport  chiaramente il miglioramento e il raggiungimento di una prestazione o di una vittoria, per l’esercizio fisico il miglioramento dell’efficienza fisica dell’organismo nella sua totalità.
Parlando di modificazioni dovute all’esercizio fisico o alla pratica sportiva ne incontreremo alcune che avvengono all’inizio e durante la stessa pratica che sono definite “modificazioni in “acuto”, altre che si manifestano dopo un certo periodo, quindi in relazione agli effetti di una attività prolungata, definite “croniche” le quali permangono anche per lungo tempo dopo la fine dell’attività fisica o della pratica sportiva.
Da molto tempo l’OMS considera la sedentarietà o comunque l’assenza di pratica sportiva nelle fasce di età media e anziana un fattore di rischio nello sviluppo di malattie cardiovascolari e degenerative. In questo ambito la ridotta efficienza fisica in relazione alla sedentarietà descrive uno dei più importanti fattori predittivi di mortalità nella popolazione generale anche apparentemente sana.

 

 

IL METABOLISMO

Qualsiasi macchina, strumento, motore, che ci troviamo ad utilizzare nella nostra vita quotidiana, anche il più semplice come può essere uno spazzolino elettrico per l’igiene orale, non può funzionare solo in quanto tale ma ha bisogno di un apporto fondamentale per poter operare e compiere lavoro: l’energia. L’energia può presentarsi in forme diverse.
Argomentando dell’organismo umano ci concentreremo sulla tipologia di energia che l’organismo e in grado di utilizzare: l’energia biochimica. E’ utile considerare il nostro organismo come una macchina che per funzionare, cioè produrre movimento, pensare, digerire gli alimenti, parlare e relazionarsi con l’ambiente, in sintesi compiere un lavoro, ha assoluto e continuo bisogno di un apporto costante di energia, l’energia potenziale biochimica appunto.
Gli essere viventi, in questo caso l’uomo, definiti eterotrofi mangiano e si nutrono; attraverso la digestione e la demolizione di quanto assumono tramite l’alimentazione, producono l’energia utile alla vita.
Il Metabolismo è costituito dall’insieme dei processi attraverso cui  gli esseri viventi, nel nostro caso l’uomo, ricavano ed utilizzano l’energia biochimica necessaria per svolgere le loro funzioni biologiche.
Dal punto di vista bioenergetico il Metabolismo si divide in due parti:

• CATABOLISMO (o degradazione) in cui i nutrienti sono degradati e scomposti per generare energia. Comporta la degradazione di molecole complesse in molecole semplici. In questa fase si produce energia
• ANABOLISMO (o biosintesi) ovvero l’insieme delle reazioni che ci portano alla formazione di materiale cellulare, ovvero la crescita e la riproduzione delle cellule. In sintesi produce molecole complesse da molecole semplici. In questa fase si consuma energia.

 

L’energia rilasciata dai processi catabolici quindi viene utilizzata per portare avanti i processi anabolici.
I processi catabolici ed anabolici sono spesso accoppiati mediante la sintesi intermedia di un composto ad alta energia: l’ATP (adenosintrifosfato).
Le vie cataboliche ed anaboliche sono tra loro in relazione; le vie cataboliche partono da un gruppo di sostanze complesse (proteine, lipidi, carboidrati) per portare a pochi prodotti semplici. Nelle vie anaboliche i prodotti risultati del catabolismo vengono usati come materiale di partenza per la sintesi di un gran numero di prodotti complessi. L’energia prodotta nella fase catabolica viene conservata mediante la sintesi di ATP.
L’ATP può essere considerato come la valuta energetica a disposizione della cellula, quindi la fonte di energia che è immediatamente spendibile affinché la cellula possa compiere lavoro. L’ATP viene di solito utilizzato nell'arco di un minuto dalla sua produzione ed il consumo è elevatissimo: a riposo l’uomo consuma circa 40 Kg di ATP al giorno e in caso di sforzo muscolare il consumo sale a 0,5 Kg\min..
E proprio per questo che le vie metaboliche sono accoppiate nella ricerca di un costante equilibrio tra domanda ed offerta del composto intermedio che costituisce la valuta energetica spendibile: l’ATP.
Discutendo di movimento, esercizio fisico o sport, l’energia utilizzata per la contrazione muscolare è fornita dalla scissione dell’ATP in ADP cioè Adenosindifosfato + Pi (Fosfato inorganico) con la rimozione di un gruppo fosfato:

ATP + H2O à ADP + Pi (fosfato inorganico) + energia  
Se viene rimosso un altro gruppo fosfato, l'ADP si trasforma in AMP (adenosina monofosfato) e viene liberata altra energia. Nella maggior parte delle reazioni cellulari, tuttavia, si stacca soltanto un gruppo fosfato; la molecola di ADP risultante può essere "ricaricata" in ATP con l'aggiunta di un gruppo fosfato. Questo processo è noto come risintesi dell’ATP e può essere messo in atto dall’organismo grazie a tre sistemi energetici, o vie metaboliche, diversi i quali hanno lo scopo di ricostituire continuamente l’ATP:

• Sistema anaerobico alattacido (durata circa 3\4 secondi) attraverso la fosfocreatina.
• Sistema anaerobico lattacido (durata circa 50-80 secondi) attraverso la glicolisi e la produzione di acido lattico.
• Sistema aerobico (ore) che rilascia CO2 e H2O.

I processi in grado di fornire energia alla cellula sono quindi fondamentalmente due:

1. la via aerobica, in presenza di ossigeno.
2. la via anaerobica, senza ossigeno.

L’ATP dal punto di vista biochimico è composto da una base purinica (Adenina) da un pentoso (Ribosio) e da tre gruppi fosfato (PO32); nella sua forma costituisce un nucleotide. I tre gruppi fosfato, sono uniti da legami covalenti, altamente energetici, i quali possono rompersi con facilità liberando energia la quale viene resa disponibile per le reazioni cellulari. L’ATP, senza entrare troppo nei particolari, svolge tre ruoli importanti nella contrazione muscolare e quindi nella produzione di forza e di movimento:
1) Distacco della miosina dall’actina, le proteine contrattili della fibra muscolari che nella loro interazione producono forza secondo la teoria dello scivolamento dei filamenti.
2) Trasferimento di energia alla testa della miosina
3) Trasporto attivo del calcio nel reticolo sarcoplasmatico. Il calcio è un importante regolatore della contrazione muscolare. In assenza di calcio la contrazione non può avvenire. Alcuni fenomeni di fatica sono verosimilmente associati ad una modificazione dei flussi ionici del calcio.
Risulta importante quindi non solo la disponibilità di ATP nel muscolo, che è molto ridotta, ma anche la possibilità, attraverso i sistemi energetici sopra indicati, di ricostituire l’ATP consumato. Le vie metaboliche attivate saranno in stretta relazione con l’intensità relativa della pratica sportiva o dell’esercizio fisico che si sta praticando e mireranno sempre alla ricostituzione dell’ATP in relazione anche alla richiesta energetica del momento.

 

LE MODIFICAZIONI INDOTTE DALL’ESERCIZIO FISICO

Come in precedenza accennato l’organismo umano è in grado di aumentare le proprie capacità attraverso la pratica strutturata di un’attività sportiva o tramite l’azione che può avere l’esercizio fisico sull’organismo stesso. Le modificazioni possono essere in acuto, cioè si manifestano nel corso della stessa pratica  tendendo a svanire a pratica ultimata, e croniche che permangono anche per lungo tempo anche a pratica ultimata.
Il processo fisiologico che mira a delle modificazioni strutturate secondo obiettivi specifici e denominato “processo di allenamento” il quale fa riferimento alla “teoria e metodologia dell’allenamento” una disciplina trasversale, che abbraccia anche la fisiologia dell’esercizio, in continuo aggiornamento la quale si occupa di dettare le linee guida per ciò che concerne la pratica dell’attività sportiva e dell’esercizio fisico.

 

LE MODIFICAZIONI DELL’APPARATO CARDIOVASCOLARE

Durante la pratica di esercizio fisico(o attività sportiva) hanno luogo una serie di cambiamenti a carico del sistema cardiocircolatorio; queste modificazioni hanno nel complesso lo scopo di far fronte all’aumentata richiesta di ossigeno (O₂) dell’organismo. Si avranno quindi un aumento del flusso sanguigno e una redistribuzione dello stesso flusso sanguigno a favore degli organi e della muscolatura interessata maggiormente. Il cuore si occuperà quindi di aumentare ,attraverso la sua azione di pompa, il flusso sanguigno.
Questi obiettivi sono raggiunti tramite:

MODIFICAZIONI IN ACUTO:

• Aumento della frequenza cardiaca
• Aumento della gittata sistolica
• Aumento della gittata cardiaca
• Vasocostrizione dei vasi che coinvolgono la muscolatura non attiva
• Vasodilatazione dei vasi che coinvolgono la muscolatura attiva
• Caduta delle resistenze periferiche dei vasi che coinvolgono la muscolatura attiva
• Aumento del ritorno venoso anche grazie all’azione di pompa messa in atto dalla contrazione dei muscoli

 

Poiché G. C. = F. C. X G. S., il cuore può aumentare la sua G. C., aumentando la frequenza con cui si contrae e la forza di contrazione, in modo da espellere più sangue a ogni sistole. L’aumento della F.C. e promossa dall’intervento del sistema nervoso autonomo nello specifico della branca simpatica(ortosimpatica) la quale attraverso il rilascio di noradrenalina  dalle terminazioni nervose, quindi localmente, ma anche di adrenalina, dalla midollare del surrene, con immissione della stessa nel torrente circolatorio. La stimolazione simpatica aumenta anche la forza di contrazione del cuore innalzando il metabolismo del cuore.

MODIFICAZIONI CRONICHE:

• Cambiamento della conformazione del cuore
• Il cuore aumenta di volume attraverso un aumento di volume delle cavità interne, atrii e ventricoli, e a un ispessimento delle pareti delle cavità interne
• Riduzione della F.C. a riposo definita “bradicardia sinusale”
• Riduzione dei tempi di recupero dopo l’esercizio
• Aumento della Gittata cardiaca: ~10%
• Aumento del massimo volume sistolico: ~15%

 

Riguardo alle modificazioni croniche morfo-funzionali queste saranno collegate alla tipologia di esercizio fisico o di sport praticato; gli studi hanno evidenziato modificazioni sport specifiche. Attività di resistenza o endurance promuoveranno modificazioni chiamate d’ipertrofia concentrica cioè un aumento del volume delle cavità interne. Attività di pesi o di sollevamento pesi promuoveranno un’ipertrofia eccentrica ossia un ispessimento delle pareti delle cavità senza aumento del volume interno.
Studi seguenti hanno anche contestato la considerazione  di un unico modello di adattamento morfo-funzionale del cuore, indicando anche modelli intermedi in cui compaiono, con diversa incidenza, il modello eccentrico e concentrico in relazione anche a caratteristiche genetiche dell’atleta e sempre chiaramente alla tipologia di esercizio o di sport praticato.
Le ipertrofie del “cuore d’atleta” sono considerate tutte fisiologiche e vanno assolutamente ben distinte dalle ipertrofie patologiche.
Nel cuore d’atleta il rapporto massa/volume rimane corretto e la capacità contrattile aumenta; tutto questo favorisce una miglior funzionalità del cuore migliorando il rendimento della pompa cardiaca

 

 

 

 

Valori della Gittata cardiaca a riposo e dopo esercizio strenuo.
(Zeppilli P. “Cardiologia dello sport” Ed Internaz. 1992 - Modificata)

La tabella sopra indica chiaramente la distribuzione del torrente circolatorio a riposo e durante l’esercizio fisico. Si può notare distintamente come l’apparato cardiocircolatorio indirizzi, secondo le richieste metaboliche, il sangue nei vari distretti corporei. A riposo i muscoli sono interessati dal 20% circa del totale della massa ematica, passando all’85% circa durante esercizio ad alta intensità; questo riguardo all’aumentata richiesta di ossigeno da parte della muscolatura in seguito ad un’aumentata richiesta energetica.

 

 

 

LE MODIFICAZIONI DELL’APPARATO RESPIRATORIO

Il compito dell’apparato respiratorio e quello di rifornire di ossigeno l’organismo e di eliminare l’anidride carbonica prodotta.
L’aumentata richiesta di ossigeno, veicolato dal sangue, opera anche a livello dell’apparato respiratorio delle modificazioni che hanno appunto lo scopo di “caricare” maggiormente il sangue di ossigeno durante il lavoro muscolare.

MODIFICAZIONI IN ACUTO:

• Aumento della ventilazione che può raggiungere 20 volte i valori a riposo
• Aumento della Frequenza respiratoria: ~3 volte i valori a riposo
• Aumento del volume corrente: ~6 volte i valori a riposo

 

MODIFICAZIONI CRONICHE:

• Aumento della capacità vitale
• Minor aumento della frequenza respiratoria durante esercizio fisico: il soggetto allenato, a parità di carico lavorativo, ha una frequenza respiratoria basale più bassa del soggetto sedentario.
• Riduzione dei tempi di recupero: il soggetto allenato ritorna ad una frequenza respiratoria normale (a riposo) più velocemente.
• Potenziamento della meccanica respiratoria: i muscoli respiratori aumentano la loro efficienza.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

MODIFICAZIONI DELL’APPARATO LOCOMOTORE

 

I muscoli sono gli organi attivi del movimento. La loro funzione fondamentale e la contrazione durante la quale il muscolo accorciandosi produce tensione e quindi forza, generando lavoro meccanico. I muscoli sono quindi responsabili del movimento e di tutte le manifestazioni dello stesso. Le singole fibre muscolari, in un processo che accoppia eccitazione e contrazione, abbinano la ricezione e la trasduzione dell’impulso nervoso, proveniente dal sistema nervoso centrale, nella manifestazione della contrazione muscolare.
Le articolazioni costituiscono il sistema di collegamento e snodo dei vari segmenti corporei e quindi delle catene cinetiche che appartengono al nostro apparato locomotore. Le articolazioni collegano i capi ossei, permettendo in questo modo alla muscolatura di esprimere forza e di generare movimento.
Le ossa costituiscono la struttura portante del nostro organismo; hanno funzione di sostegno e aggancio della muscolatura che può, in questa maniera, assolvere il suo scopo fondamentale, il movimento. Le ossa hanno anche funzione protettiva, come le ossa del cranio che proteggono il cervello; la colonna vertebrale al suo interno, in un “canale” specifico, contiene il midollo, proteggendolo dagli insulti e dai traumi che causerebbero danni neurologici irreversibili e gravissimi. Le ossa quindi partecipano al movimento come struttura passiva creando un sistema di leve su cui la muscolatura agisce come applicatrice di forza.
Muscoli, ossa e articolazioni sono i costituenti dell’apparato locomotore.
Nell’apparato locomotore difficilmente potremo notare delle modificazioni in acuto per stessa natura, funzione e composizione dello stesso.
L’apparato locomotore va quindi incontro a modificazioni croniche rispondendo nel tempo, cioè adattandosi progressivamente, all’allenamento e all’esercizio fisico.

MODIFICAZIONI CRONICHE della muscolatura:

• Aumento del volume in risposta alla progressiva applicazione di carichi di lavoro. Il muscolo risponde con “l’ipertrofia; aumentando la sua sezione trasversa è in grado di generare più forza.
• Aumento dei capillari; il muscolo, impegnato in un lavoro di endurance o resistenza, nel tempo aumenta il numero di capillari per fibra muscolare, accrescendo la quota di ossigeno che può arrivare alla fibra muscolare. La “capillarizzazione” permette al muscolo una maggiore efficienza e un’incrementata resistenza alla fatica.
• Aumento dei substrati energetici.
• Miglioramento della trasmissione dello stimolo nervoso ai muscoli.

 

MODIFICAZIONI CRONICHE delle articolazioni:

• Irrobustimento delle capsule articolari
• Aumento o mantenimento del ROM articolare
• Aumento della mobilità articolare

 

MODIFICAZIONI CRONICHE delle ossa:

• Migliorata nutrizione dell’osso in seguito ad un aumento della circolazione sanguigna provocato dall’allenamento o dall’esercizio fisico.
• In età evolutiva il movimento consente un corretto sviluppo in lunghezza dell’osso poiché il movimento stesso promuove lo sviluppo di nuove cellule ossee.
• In età evolutiva il movimento consente un corretto sviluppo in larghezza e spessore per il medesimo motivo sopra indicato.

 

 

Quanto fin qui indicato, deve far riflettere il giovane sull’assoluta utilità e importanza del movimento, in ogni sua espressione.
Anche il movimento tuttavia ha bisogno di esperti, i quali devono conoscere non solo le tecniche specifiche degli sport o dell’esercizio fisico, ma anche la teoria e la scienza che li governano.
Gli specialisti sono i diplomati ISEF e i Laureati in Scienze Motorie che, in abbinamento agli istruttori di disciplina sportiva specifica, sapranno stilare programmi di attività e allenamento in linea con l’età, con lo stato fisico e, soprattutto, con l’obiettivo principale di ogni attività; nel caso dell’attività sportiva una prestazione o la ricerca di una vittoria, nella pratica di esercizio fisico la salute e il mantenimento dell’efficienza fisica.