ATP – sistemi energetici e contrazione muscolare

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, potrebbe sembrare un argomento un pochino noioso, tuttavia, senza addentrarci troppo nella biochimica, ritengo comunque giusto fornire 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. Pertanto, apportando maggiore energia all’organo, questi farmaci ne fanno aumentare l’efficienza.

ATP e ADP…

L’adenosina, è un composto chimico formato dal legame tra adenina e ribosio (zucchero presente in tutte le cellule, costituente l’acido ribonucleico o RNA). All’adenosina sono poi legati 3 gruppi fosforici (Pi) e questo dà 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.

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, il sistema anaerobico lattacido 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.

Nel metabolismo anaerobico lattacido, il carburante principale 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 all’allenamento. E dovrebbe farsi un bel ripasso.

Quando arriva il momento di fare definizione e quindi 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. Converrebbe invece lavorare con un po’ più di buffer (con un 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 a 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

Personal Fitness 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…