Principi di fisiologia e adattamento all’esercizio

Redattrice principaleWanda van Niekerk sulla base del corso del professor Mike Lambert

Collaboratori principaliWanda van Niekerk and Jess Bell

Lo stress biologico dell’esercizio( modifica | fonte edit )

  • L’esercizio e l’allenamento fisico sono fattori di stress biologico. L’organismo reagisce in maniera simile all’esercizio come ad altri fattori di stress.(1)
  • Lo stress altera l’omeostasi e questo porta a una risposta adattativa.(2)
  • Le risposte dell’organismo a un singolo esercizio sono regolate dai principi dell’omeostasi. L’omeostasi è definita come la capacità dell’organismo di mantenere un ambiente interno stabile per le cellule attraverso la stretta regolazione di diverse variabili critiche come il pH, l’equilibrio acido-base, la tensione di ossigeno, la concentrazione di glucosio nel sangue e la temperatura corporea.(3)
  • In particolare, nell’esercizio, le contrazioni muscolari disturbano l’omeostasi provocando varie risposte.
  • Il tipo di adattamento dipende dallo stimolo di sovraccarico.
  • È importante che i professionisti clinici che utilizzano l’esercizio come modalità comprendano il processo biologico di adattamento.(4)

Stress(edit | edit source)

  • Fattore di stress = tutto ciò che provoca uno stress o suscita una risposta allo stress
  • Fasi dello stress(5):
    • Fase acuta – regolazione omeostatica (reazione di allarme)
    • Fase cronica – i fattori di stress vengono affrontati dagli adattamenti (fase di resistenza)
    • Fase di esaurimento – si verificano maladattamenti (stato di esaurimento)

(6)

  • Esempi di fattori di stress per il corpo umano:
    • Esercizio
    • Privazione di cibo
    • Ipo o ipertermia
    • Sfide psicologiche
    • Sfide sociali

L’esercizio come fattore di stress( modifica | modifica fonte )

  • Fase acuta:
    • Risposte acute all’allenamento – ossia come l’organismo risponde a un esercizio
    • Cambiamenti fisiologici, metabolici e neuromuscolari che persistono per tutta la durata dell’esercizio e sono proporzionali all’aumento del tasso metabolico
    • Tasso metabolico = “metabolismo per unità di tempo, in particolare stimato in base al consumo di cibo, all’energia rilasciata come calore o all’ossigeno utilizzato nei processi metabolici”(7)
      • Il consumo di ossigeno è una misura del tasso metabolico (VO2 Max)(8)
      • Quando l’esercizio si interrompe, il consumo di ossigeno diminuisce e ritorna alle misure di base poche ore dopo l’esercizio(9)
      • Il tasso metabolico poche ore dopo l’esercizio moderato è uguale allo stato metabolico precedente all’esercizio
    • I cambiamenti sono transitori
  • Fase cronica:
    • Quando l’esercizio viene ripetuto regolarmente, si verificano cambiamenti a lungo termine
    • Si verificano adattamenti indotti dall’allenamento, che sono associati a un miglioramento nella performance dell’esercizio
    • Ad esempio, una persona allenata(10):
      • Ha una maggiore capacità di resistenza alla fatica
      • Può generare una maggiore potenza muscolare
      • Ha una coordinazione motoria più raffinata per eseguire compiti specifici
    • La natura degli adattamenti all’allenamento dipende dal tipo di esercizio (allenamento per la resistenza vs per la forza)(11)
    • Recupero
      • Il recupero è definito come “l’insieme dei processi che portano a una rinnovata capacità dell’atleta di soddisfare o superare i precedenti livelli di performance”(12)
      • Il periodo di recupero è definito come “il tempo necessario affinché i vari parametri fisiologici alterati dall’esercizio ritornino ai valori di riposo”(12)
      • Il recupero dovrebbe esserci dopo ogni sessione di allenamento
      • Il tasso metabolico dovrebbe tornare al livello precedente all’inizio dell’esercizio
      • Il decorso del recupero varia a seconda del marcatore di recupero
      • Marcatori di recupero:
        • Frequenza cardiaca (entro pochi minuti)(9)
        • Concentrazioni di lattato ematico (entro pochi minuti)(9)
        • Frequenza respiratoria (entro pochi minuti)(9)
        • Tasso metabolico (VO2Max) (entro alcune ore)(9)
      • Se c’è un danno muscolare causato dall’esercizio, i cambiamenti potrebbero richiedere da settimane a mesi per tornare ai valori precedenti l’esercizio(9)
  • Fase di esaurimento:
    • Un recupero inadeguato porta a un maladattamento(12)
    • Sintomi associati di fatica e di compromissione della funzione muscolare
    • Aumento del rischio di infortunio e malattia(12)
    • Aumento del rischio di disturbi cognitivi e dell’umore(12)
    • Conosciuta come overtraining (sovrallenamento)(13)
      • La gestione dell’overtraining negli atleti agonisti è necessaria in quanto spesso si verifica uno squilibrio tra la volontà di migliorare continuamente la performance con l’allenamento e i periodi di recupero insufficienti tra le sessioni di allenamento.(14)

Principi di biologia( modifica | fonte edit )

Principio di dose-risposta( modifica | modifica fonte )

  • Dose dell’esercizio = stimolo della sessione di allenamento(4)
  • La dose dell’esercizio può essere quantificata attraverso dispositivi indossabili che misurano(15):
    • Intensità
    • Distanza
    • Forze d’impatto
  • Risposta all’esercizio = outcome dell’atleta in seguito a una sessione di allenamento

Principio del sovraccarico( modifica | modifica sorgente )

  • Il principio del sovraccarico afferma che sovraccaricare regolarmente un sistema lo induce a rispondere e ad adattarsi(16)(17)
  • Il principio del sovraccarico può essere quantificato in base al carico (intensità e durata), alla ripetizione, al riposo e alla frequenza(18)
    • Il carico si riferisce all’intensità del fattore di stress dell’esercizio Ad esempio, nell’allenamento per la forza può riferirsi alla quantità di resistenza o nel nuoto alla velocità Maggiore è il carico, maggiore è la fatica e il tempo di recupero necessario
    • La ripetizione si riferisce al numero di volte in cui viene applicato un carico
    • Il riposo si riferisce all’intervallo di tempo tra le ripetizioni
    • La frequenza si riferisce al numero di sessioni di allenamento settimanali
  • Modi pratici per fare ciò:
    • Aumentare il peso
    • Aumentare la distanza
    • Aumentare l’intensità
    • Diminuire il periodo di riposo tra le serie e/o le sessioni

Il principio del sovraccarico è alla base di tutti i programmi di allenamento e aiuta gli atleti a raggiungere il picco della performance.(4)

Altri principi( modifica | modifica fonte )

Altri principi della fisiologia dell’esercizio sono:

  • Principio di specificità
  • Principio di reversibilità
  • Principio di individualità

Per saperne di più su questi principi, leggete qui: I principi di base della fisiologia dell’esercizio

(19)

Segnale biologico durante l’esercizio( modifica | fonte edit )

  • A riposo, i sistemi fisiologici, metabolici ed endocrini del corpo sono in equilibrio (omeostasi)
  • La contrazione muscolare provoca un’alterazione dell’omeostasi
  • Le risposte all’alterazione dell’omeostasi sono progettate per soddisfare le richieste di un aumento del tasso metabolico o la necessità di produrre potenza muscolare e mantenere l’ambiente interno dell’organismo durante l’esercizio.
  • Esempi di cambiamenti omeostatici transitori includono(9):
    • Alterazione del flusso sanguigno ai muscoli attivi
    • Aumento della frequenza cardiaca
    • Aumento del consumo di ossigeno
    • Aumento del tasso di sudorazione
    • Aumento della temperatura corporea
    • Secrezione di ormoni dello stress come ACTH (ormone adrenocorticotropo), cortisolo e catecolamine
    • Aumento del flusso glicolitico
    • Alterazione del reclutamento muscolare
  • L’entità di questi cambiamenti/risposte dipende dall’interazione di fattori quali(9):
    • Tipo di azione muscolare
    • Durata dell’attività
    • Se l’individuo è stato esposto all’attività in precedenza
  • Anche le condizioni ambientali influiscono sulla risposta omeostatica. Esempi di condizioni ambientali(20):
    • Temperatura
    • Altitudine
    • Velocità del vento
  • Le differenze interindividuali nella risposta allo stesso stimolo dell’esercizio spiegano perché alcuni individui si adattano più velocemente di altri quando sono esposti allo stesso stimolo di allenamento.(21) Le ragioni di questo includono(22)(23):
    • Fenotipo pre-allenamento
    • Funzione autonoma pre-allenamento
  • Anche i tempi e la composizione dell’apporto nutrizionale possono modulare la risposta all’allenamento(23)

Segnale associato all’esercizio( modifica | modifica sorgente )

  • Il segnale associato all’esercizio che introduce l’adattamento indotto dall’allenamento dipende da(23):
    • Tipo di contrazione muscolare
    • Durata dell’esercizio
    • Intensità dell’esercizio
    • Frequenza dell’esercizio
  • Il segnale meccanico viene convertito in messaggi primari e secondari per l’adattamento
  • Questi messaggi attivano le vie coinvolte nella sintesi o nella degradazione delle proteine
  • Ne conseguono adattamenti associati a cambiamenti della performance
  • Il segnale può essere influenzato anche dal periodo di recupero tra le sessioni di esercizio
    • Ad esempio, l’espressione dell’RNA messaggero di diversi enzimi ossidativi indotta dall’allenamento è sovraregolata per 24 ore dopo l’esercizio(24)
  • L’allenamento per la resistenza fa sì che i muscoli diventino più resistenti alla fatica
  • L’allenamento per la forza fa sì che i muscoli diventino più forti, più potenti e talvolta più grandi

Adattamenti indotti dall’esercizio a livello cellulare( modifica | modifica fonte )

Lo stimolo primario per gli adattamenti indotti dall’esercizio è una combinazione di(9)(25):

Confronto tra gli stimoli primari per gli adattamenti indotti dall’esercizio
Tipo di esercizio Carico Stress metabolico Flusso di calcio Risultato
Resistenza Basso Alto Moderato Aumento della massa mitocondriale e dell’attività enzimatica ossidativa
Forza Alto Moderato Alto Ipertrofia delle fibre muscolari e cambiamenti neurali

Per ulteriori informazioni sui cambiamenti nei vari sistemi del corpo, leggete qui: Cosa succede durante l’esercizio?

Allenamento per migliorare la performance( modifica | modifica fonte )

  • Un allenamento insufficiente o eccessivo porta a una scarsa performance
    • Allenamento insufficiente – non induce gli adattamenti all’allenamento appropriati necessari per ottenere il picco della performance
    • Allenamento eccessivo – maladattamento con mancato adattamento e sintomi di fatica e scarso rendimento
    • Continuum della fatica indotta dall’allenamento

      Il continuum della fatica indotta dall’allenamento

      • L’overreaching funzionale viene superato con qualche giorno di riposo(13)
      • L’overreaching non funzionale necessita di un periodo di riposo più lungo, fase negativa, gli allenatori cercano di evitare questa fase(13)
      • Fase di overtraining (sovrallenamento) quando il carico di allenamento persiste con un recupero inadeguato(13)
        • Sintomo principale
          • Performance compromessa
        • Altri sintomi:
          • Disfunzioni nei sistemi neuromuscolare, endocrino, metabolico e immunitario
          • Incapacità di sostenere lo stesso carico di allenamento che era possibile prima dello sviluppo dei sintomi
        • Modi per evitare l’overtraining(26)
          • Adottare un approccio più sistematico all’allenamento
          • Garantire il corretto equilibrio tra carico di allenamento, riposo e recupero
          • È importante quantificare il carico di allenamento e la fatica derivante da ogni sessione di allenamento per manipolare e gestire la relazione dose-risposta

Per saperne di più, leggete qui: Sindrome da overtraining

Tipi specifici di allenamento( modifica | modifica fonte )

Allenamento per la resistenza( edit | edit source )

L’allenamento per la resistenza aumenta la resistenza alla fatica o in seguito all’allenamento; si verificano adattamenti e si può svolgere più lavoro nello stesso lasso di tempo rispetto a prima dell’allenamento o alla stessa intensità submassimale. Pertanto, ci vuole più tempo per affaticarsi durante/dopo l’allenamento.

Adattamenti dopo l’allenamento per la resistenza( modifica | modifica fonte )

  • Gli adattamenti dopo l’allenamento per la resistenza comprendono(27):
    • Aumento del VO2 max
    • Aumento del volume plasmatico
    • Aumento della gittata cardiaca
    • Aumento del volume sistolico
    • Riduzione della frequenza cardiaca
    • Proliferazione di capillari e muscoli attivi
    • Aumento del rapporto tra capillari e fibre muscolari
    • Aumento del contenuto mitocondriale dopo 4 settimane – si traduce in un aumento della capacità ossidativa del muscolo
    • Questi cambiamenti si perdono quando l’allenamento regolare viene interrotto
    • Decorso temporale degli adattamenti all’allenamento per la resistenza:
      • I cambiamenti nel VO2 max, nella gittata cardiaca e nel volume sistolico iniziano entro 3 settimane, ma continuano in modo lineare per almeno 12 settimane(28)
      • Un miglioramento del VO2 max può essere osservato per almeno 12 mesi(29)ma se lo stress/carico dell’allenamento è insufficiente, l’aumento del VO2 max raggiungerà un plateau dopo 3 settimane(30)
      • La frequenza cardiaca a riposo (HR) diminuisce dopo 3 mesi (29)
      • La frequenza cardiaca (HR) a una determinata intensità submassimale diminuisce entro 3 mesi(29)
  • A un carico di lavoro submassimale fisso, la percezione dello sforzo diminuisce con il miglioramento dello stato di allenamento
    • Questo può essere correlato a:
      • Ridotto disturbo dell’omeostasi che si verifica a un carico di lavoro submassimale fisso dopo l’allenamento rispetto a prima
      • L’atleta è più efficiente e utilizza meno ossigeno a un carico submassimale fisso
    • Ciò è dimostrato da:
      • Frequenza respiratoria più lenta
      • Riduzione della frequenza cardiaca
      • Riduzione della concentrazione di lattato ematico
      • Più grassi utilizzati come carburante durante l’esercizio submassimale
        • La dimostrazione avviene in laboratorio, quando si misura il volume di anidride carbonica prodotta e il volume di ossigeno consumato – questo è conosciuto come rapporto di scambio respiratorio (RER)
          • RER – vicino a 1 quando il glucosio e il glicogeno sono le principali fonti di carburante e diminuisce a 0,7 quando gli acidi grassi liberi sono la principale fonte di carburante durante l’esercizio(31)
          • In una persona non allenata, che si allena a un’intensità submassimale, RER = circa 1, che indica che come carburante viene utilizzato principalmente il glucosio
          • RER di un atleta di resistenza = 0,8 -0,9 che indica che gli acidi grassi e il glucosio vengono ossidati per essere utilizzati come carburante
  • Il tasso di utilizzo del glicogeno diminuisce durante l’esercizio submassimale dopo l’allenamento per la resistenza. Di conseguenza, ci vuole più tempo perchè le scorte di glicogeno si esauriscano. La fatica durante l’allenamento per la resistenza è associata alla deplezione di glicogeno. Pertanto, se la deplezione del glicogeno può essere ritardata, l’insorgenza della fatica sarà ritardata e si verificherà in una fase successiva.(32)
  • Per saperne di più, leggete qui: Adattamenti all’allenamento per la resistenza; Esercizio di resistenza

Allenamento per la forza o contro resistenze( modifica | fonte edit )

Benefici per la salute dell’allenamento contro resistenze( modifica | modifica fonte )

Trattare e gestire le condizioni caratterizzate da debolezza muscolare, come ad esempio:

  • Sarcopenia(33)
  • Disturbi neuromuscoloscheletrici(17)
  • Atrofia muscolare(34)

Forza vs potenza( modifica | fonte edit )

Il sistema muscolo-scheletrico è fondamentale nella fisiologia dell’esercizio. La forza di un muscolo è determinata principalmente dalla sua area di sezione trasversale. Per questo le dimensioni sono fondamentali.

  • Il lavoro meccanico svolto da un muscolo è la quantità di forza applicata dal muscolo moltiplicata per la distanza in cui la forza viene applicata.(35)
  • La forza muscolare è la quantità massima di tensione o forza che un muscolo o un gruppo muscolare può esercitare volontariamente in uno sforzo massimale, quando sono specificati il tipo di contrazione muscolare, la velocità del segmento e l’angolo articolare.(36)
    • Forza muscolare = capacità di un muscolo di produrre forza
  • La potenza di una contrazione muscolare è diversa dalla forza muscolare perché la potenza è una misura della quantità totale di lavoro che il muscolo compie in un periodo di tempo. Si misura generalmente in chilogrammi/metri (kg/m) al minuto.(35)
    • Potenza muscolare = capacità di un muscolo di compiere un lavoro nel tempo. Quindi, è un’interazione tra la forza di contrazione e la velocità di contrazione
  • La resistenza muscolare è definita come la capacità di eseguire contrazioni ripetute contro una resistenza o di mantenere una contrazione per un periodo di tempo.
  • Le normali attività quotidiane richiedono una forza minima, mentre alcuni sport dipendono da livelli elevati di forza muscolare, come nel sollevamento pesi. Sport come la ginnastica richiedono più potenza muscolare che forza muscolare.
  • Per saperne di più, leggete qui: Allenamento per la forza vs allenamento per la potenza

Tipi di allenamento di resistenza( modifica | fonte edit )

  • Pesi liberi
  • Pesi con macchinari
  • Fasce elastiche di resistenza
  • Esercizi a corpo libero

Adattamento dello stimolo da sovraccarico per l’allenamento della forza( modifica | fonte edit )

I modi per alterare lo stimolo di allenamento in modo da imporre un sovraccarico da allenamento includono:

  • Manipolare il numero e l’intensità delle ripetizioni
  • Manipolare il tempo di recupero tra le ripetizioni, le serie e le sessioni
  • Manipolare la frequenza delle sessioni di allenamento
  • Cambiare il peso utilizzato
  • Manipolare il numero di serie per esercizio
  • Tipo di esercizio contro resistenze
  • Ordine di esercizio

L’outcome dell’allenamento contro resistenze dipende dallo stimolo di sovraccarico e dal tipo di allenamento contro resistenze. L’interazione tra queste variabili può influenzare(17):

  • Forza muscolare
  • Resistenza muscolare
  • Ipertrofia muscolare
  • Potenza muscolare

Diversi fattori influenzano la capacità del muscolo di generare forza. Questi sono(17):

  • Tipo di fibra muscolare
  • Area di sezione trasversale del muscolo
  • Architettura muscolare
  • Impulso neurale(37)
    • Inizialmente, l’aumento della forza è il risultato di cambiamenti nel sistema neurale. Ad esempio, un individuo non allenato noterà un aumento quasi immediato della forza quando inizia un programma di allenamento contro resistenze. Inizialmente non si verificano cambiamenti nelle dimensioni dei muscoli.
  • I segni di un aumento delle dimensioni muscolari o dell’ipertrofia si manifestano dopo circa 4 settimane di allenamento costante
  • Si osserva un cambiamento significativo delle dimensioni dopo 8-12 settimane di allenamento contro resistenze

Ipertrofia(38)

  • Le dimensioni dei muscoli sono determinate principalmente dalla genetica e dalla secrezione di ormoni anabolici. L’allenamento può aggiungere un altro 30-60% di ipertrofia muscolare, soprattutto grazie all’aumento del diametro delle fibre muscolari, ma in piccola parte anche all’aumento del numero di fibre (iperplasia).
  • Un muscolo ipertrofico è caratterizzato da(39):
    • Maggior numero di miofibrille
    • Aumento del numero di enzimi mitocondriali
    • Aumento delle quantità di ATP e fosfocreatina disponibili
    • Aumento del glicogeno e dei trigliceridi immagazzinati
    • In questo modo sono potenziati sia i sistemi aerobici che quelli anaerobici
  • La produzione aggiuntiva e l’incorporazione di proteine contrattili come l’actina e la miosina nelle miofibrille esistenti aumenterà l’area di sezione trasversale del muscolo
  • L’aumento dell’area di sezione trasversale è direttamente proporzionale alla forza che il muscolo è in grado di produrre
  • I fattori che influenzano la velocità e l’entità dell’aumento muscolare dopo l’allenamento includono:
    • Età
    • Sesso biologico
    • Genotipo

Contrazione volontaria massima

  • La forza volontaria dipende dall’attivazione massima del muscolo agonista, ma anche da una minima attivazione del muscolo antagonista e dal supporto proveniente dai muscoli sinergici e stabilizzatori.
  • Un muscolo non allenato non può essere attivato completamente. Ciò potrebbe essere dovuto all’attivazione dell’organo tendineo del Golgi, che inibisce il reclutamento dei muscoli agonisti.(40)
  • Dopo l’allenamento per la forza, questa inibizione sembra essere annullata
  • Nelle prime 3 o 4 settimane dopo l’allenamento contro resistenze si verifica un aumento della contrazione volontaria massima – in questo periodo si osserva anche un aumento dell’attività EMG di superficie del muscolo agonista. Ciò conferma il cambiamento dell’impulso neurale al muscolo e indica che dopo l’allenamento è possibile reclutare un maggior numero di fibre muscolari rispetto a una contrazione massimale prima dell’allenamento.(41)
  • Una volta che si verifica l’ipertrofia, durante una contrazione submassimale viene reclutato un numero inferiore di fibre muscolari, il che si può vedere dalla riduzione dell’attività EMG.
  • Un’altra prova dell’adattamento neurale dopo l’allenamento contro resistenze è visibile nell’effetto cross-over, secondo il quale il rinforzo di un arto aumenta la forza nell’arto controlaterale non allenato.(4)

Per saperne di più, leggete qui: Adattamenti all’allenamento per la forza contro alte resistenze; Allenamento per la forza

Allenamento simultaneo di forza e resistenza( modifica | fonte edit )

  • Gli adattamenti sono compromessi se gli allenamenti per la resistenza e per la forza vengono eseguiti contemporaneamente.(11)
  • I miglioramenti della forza si riducono se si esegue contemporaneamente anche l’allenamento per la resistenza. Ciò è dovuto a una risposta ipertrofica soppressa nel muscolo che potrebbe essere correlata a un elevato stato catabolico indotto dall’allenamento per la resistenza.(11)
  • È dimostrato che gli aspetti della vascolarizzazione e dell’attività degli enzimi ossidativi potrebbero aumentare con l’allenamento simultaneo. Diversi processi di segnalazione molecolare indotti nel muscolo scheletrico dall’esercizio per la resistenza possono inibire le vie che regolano la sintesi proteica e stimolare la degradazione delle proteine. La regolazione dei percorsi in questo modo potrebbe ridurre la capacità di ipertrofia muscolare.(42)
  • Per saperne di più, leggete qui: Una revisione sistematica e una meta-analisi aggiornate sulla compatibilità dell’allenamento aerobico e di forza simultaneoìi per le dimensioni e la funzione del muscolo scheletrico.(43)

Conclusione(edit | edit source)

  • Gli adattamenti indotti dall’esercizio variano a seconda dello stimolo di allenamento primario
  • I muscoli possono essere rimodellati per essere resistenti alla fatica, più forti e potenti, più grandi o meglio coordinati
  • Questi adattamenti hanno implicazioni per la performance sportiva, la riabilitazione dopo un infortunio e il trattamento delle malattie
  • Gli adattamenti all’allenamento persistono se lo stimolo di allenamento viene fornito regolarmente e sistematicamente
  • Gli adattamenti all’allenamento regrediscono lentamente allo stato precedente all’allenamento quando lo stimolo di allenamento viene rimosso

Citazioni(edit | edit source)

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