Archivi tag: glicogeno

Regolazione della glicemia e fegato

Regolazione della glicemia e glicogeno epatico

Una delle funzioni più importanti del fegato è quella di partecipare alla regolazione della glicemia, ossia al mantenimento dei livelli di glucosio nel sangue entro un intervallo ben definito (in condizioni normali 60-100 mg/dL o 3,33-5,56 mmol/L).
Per fare ciò rilascia glucosio nel sangue:

  • nel digiuno;
  • nell’intervallo tra i pasti;
  • durante l’attività muscolare.

Regolazione della glicemia e glucosio-6-fosfatasi epatica

Nel fegato il glicogeno è la forma di deposito del glucosio il quale non viene rilasciato come tale ma in forma fosforilata, ossia dotata di carica, il glucosio-1-fosfato, nel processo detto glicogenolisi. La molecola fosforilata non può diffondere liberamente dalla cellula: a livello epatico è presente l’enzima glucosio-6-fosfatasi che idrolizza il glucosio-6-fosfato, prodotto dal glucosio-1-fosfato nella reazione catalizzata dalla fosfoglucomutasi, a glucosio (una defosforilazione irreversibile).

glicogeno(n residui di glucosio) + Pi → glucosio-1-fosfato + glicogeno(n-1 residui di glucosio)

glucosio-1-fosfato ↔ glucosio-6-fosfato

glucosio-6-fosfato + H2O → glucosio + Pi

Il glucosio potrà così lasciare l’epatocita, per mezzo di un trasportatore di membrana detto GLUT2, e riversarsi nel circolo sanguigno per essere distribuito alle cellule extraepatiche, in primis neuroni e globuli rossi per i quali rappresenta la principale, e per i globuli rossi l’unica fonte di energia (i neuroni, con l’esclusione di quelli presenti in alcune zone del cervello che non possono fare a meno del glucosio, sono in grado di utilizzare un’altra fonte di energia che diviene preponderante nei periodi di digiuno prolungato, i corpi chetonici).

Nota: il fegato ricava la maggior parte dell’energia di cui necessita dall’ossidazione degli acidi grassi, non dal glucosio.

La glucosio-6-fosfatasi oltre che nel fegato è presente anche nel rene e nell’intestino mentre è assente nel muscolo e nel cervello; pertanto in queste sedi il glucosio-6-fosfato non potrà essere rilasciato dalla cellula.
La glucosio-6-fosfatasi ha un ruolo importante anche nella gluconeogenesi.

La glucosio-6-fosfatatasi è presente nella membrana del reticolo endoplasmatico; l’idrolisi del glucosio-6-fosfato avviene nel lume del reticolo (quindi questa reazione è separata dalla via glicolitica) ed è necessaria la presenza di uno specifico trasportatore, la glucosio-6-fosfato traslocasi, per portare lo zucchero fosforilato dal citosol nel lume del reticolo stesso. Sebbene nella membrana del reticolo endoplasmatico sia presente un trasportatore per il glucosio, la maggior parte del glucosio liberato non è ritrasportato nel citosol della cellula ma secreto nel circolo ematico. Infine un trasportatore anionico trasloca il fosfato inorganico liberato dal lume del reticolo endoplasmatico nel citosol.

Bibliografia

Arienti G. “Le basi molecolari della nutrizione”. Seconda edizione. Piccin, 2003

Cozzani I. and Dainese E. “Biochimica degli alimenti e della nutrizione”. Piccin Editore, 2006

Giampietro M. “L’alimentazione per l’esercizio fisico e lo sport”. Il Pensiero Scientifico Editore, 2005

Mahan LK, Escott-Stump S.: “Krause’s foods, nutrition, and diet therapy” 10th ed. 2000

Mariani Costantini A., Cannella C., Tomassi G. “Fondamenti di nutrizione umana”. 1th ed. Il Pensiero Scientifico Editore, 1999

Nelson D.L., M. M. Cox M.M. Lehninger. Principles of biochemistry. 4th Edition. W.H. Freeman and Company, 2004

Stipanuk M.H.. “Biochemical and physiological aspects of human nutrition” W.B. Saunders Company-An imprint of Elsevier Science, 2000

Glicogeno: definizione, struttura e funzioni

Che cos’è il glicogeno?

Struttura del Glicogeno
Fig. 1 – Struttura del Glicogeno

Il glicogeno è un omopolisaccaride formato da molecole di glucosio. Chimicamente simile all’amilopectina, e per questo talvolta detto anche “amido animale”, rispetto a quest’ultima è più compatto, maggiormente ramificato e di dimensioni maggiori, raggiungendo un peso molecolare fino a 108 Da che corrisponde a circa 600000 molecole di glucosio.
Come nell’amilopectina anche nel glicogeno le molecole di glucosio nella catena principale e all’interno delle catene laterali sono unite da legami glicosidici α-(1→4). Le catene laterali sono unite alla principale tramite legami glicosidici α-(1→6); a differenza dell’amilopectina sono più frequenti, all’incirca una ogni 10 molecole di glucosio (anziché ogni 25-30 molecole di glucosio come nell’amilopectina) e sono costituite da un numero inferiore di molecole di glucosio.
Il glicogeno si deposita nel citosol della cellula in forma di granuli idratati di diametro da 1 a 4 µm e forma complessi con proteine regolatorie ed enzimi responsabili della sua sintesi e degradazione.

Funzioni del glicogeno

Il glicogeno, scoperto nel 1857 dal fisiologo francese Claude Bernard, è la forma di riserva di glucosio, e quindi anche di energia, degli organismi animali dove si ritrova nel fegato, nel muscolo (scheletrico e cardiaco) e in quantità minore in quasi tutti gli altri organi e tessuti.
Nell’uomo rappresenta meno dell’1% delle riserve energetiche dell’organismo (l’altra forma di deposito di energia, molto più abbondante, è rappresentata dai trigliceridi accumulati nel tessuto adiposo) ed è cruciale anche per il mantenimento dell’omeostasi glicemica.
Costituisce circa il 10% della massa del fegato e l’1% di quella dei muscoli; sebbene sia presente in concentrazione maggiore nel fegato, la quantità totale nel muscolo è decisamente superiore grazie alla maggiore massa di questo tessuto (nell’adulto non a digiuno 250 g rispetto ai 100 g del fegato).

  • Il glicogeno accumulato nel fegato è una riserva di glucosio che l’epatocita secerne in caso di necessità per mantenere costante la glicemia: se si considera la disponibilità di glucosio nell’organismo (soggetto di circa 70 Kg) nei fluidi corporei ne è presente una quantità che può fornire circa 40 kcal mentre dal glicogeno epatico, anche dopo un digiuno di una notte, si possono ottenere circa 600 kcal.
  • Il glucosio derivante dal glicogeno presente nel muscolo non lascia la cellula ed è utilizzato come fonte di energia per il muscolo che lavora.
  • Nel cervello ne è presente una piccola quantità localizzata principalmente negli astrociti. Si accumula durante il sonno ed è mobilizzato al risveglio, il che suggerisce un suo ruolo funzionale nel cervello cosciente; questa riserva di glucosio fornisce anche un moderato grado di protezione nei confronti dell’ipoglicemia.
  • Il glicogeno svolge un ruolo importante nelle cellule polmonari durante la vita fetale. Intorno alla 26° settimana di gestazione le cellule polmonari di tipo II iniziano ad accumularlo ed in seguito a sintetizzare il surfattante polmonare utilizzando il glicogeno accumulato al loro interno come principale substrato per la sintesi dei lipidi del surfattante stesso, di cui la dipalmitoilfosfatidilcolina è il componente più importante.
Glicogeno: Dipalmitoilfosfatidilcolina
Fig. 1 – Dipalmitoilfosfatidilcolina

Glicogeno ed alimenti

Dal punto di vista alimentare il glicogeno non ha pressoché importanza in quanto, dopo la morte dell’animale, va incontro ad una rapida degradazione in gran parte a glucosio e poi ad acido lattico; degno di nota che l’acidità che si sviluppa migliora gradualmente la consistenza e la conservazione della carne.
Le uniche possibili fonti alimentari sono le ostriche ed altri frutti di mare che vengono consumati praticamente vivi; ne contengono un 5%.

Nell’uomo l’accumulo di glicogeno si associa ad un aumento di peso conseguente a ritenzione di acqua: per ogni grammo di glicogeno accumulato si trattengono anche 3 grammi di acqua.

Bibliografia

Arienti G. “Le basi molecolari della nutrizione”. Seconda edizione. Piccin, 2003

Cozzani I. and Dainese E. “Biochimica degli alimenti e della nutrizione”. Piccin Editore, 2006

Giampietro M. “L’alimentazione per l’esercizio fisico e lo sport”. Il Pensiero Scientifico Editore, 2005

Mahan LK, Escott-Stump S.: “Krause’s foods, nutrition, and diet therapy” 10th ed. 2000

Mariani Costantini A., Cannella C., Tomassi G. “Fondamenti di nutrizione umana”. 1th ed. Il Pensiero Scientifico Editore, 1999

Nelson D.L., M. M. Cox M.M. Lehninger. Principles of biochemistry. 4th Edition. W.H. Freeman and Company, 2004

Stipanuk M.H.. “Biochemical and physiological aspects of human nutrition” W.B. Saunders Company-An imprint of Elsevier Science, 2000

Come ottenere un bilancio proteico muscolare positivo nel post-esercizio

Dall’analisi della bibliografia scientifica sembra che l’assunzione di 20 grammi di proteine intatte o circa 9 grammi di aminoacidi essenziali siano sufficienti a stimolare la sintesi proteica muscolare durante l’esercizio e le prime due ore del recupero.
Per ottimizzare la sintesi proteica muscolare potrebbero essere necessarie quantità maggiori o assunzioni più frequenti (5-6 volte al giorno).
La coingestione di carboidrati con le proteine non sembra agire sulla sintesi proteica muscolare ma, tramite l’aumento dei livelli di insulina plasmatica, sembra ridurre la proteolisi muscolare stimolando in questo modo l’aumento delle proteine muscolari nel post-esercizio.
Quindi il risultato della coingestione di proteine e carboidrati permette un aumento netto delle proteine muscolari che è ritenuto essenziale per ottimizzare i processi di riparazione del muscolo e per permettere la risposta adattativa del muscolo stesso all’esercizio.

Il periodo di recupero post-esercizio è importante non solo per ripristinare le riserve di glicogeno muscolare ma anche per la riparazione delle lesioni muscolari provocate dall’esercizio stesso e per permettere il verificarsi della risposta adattativa del muscolo scheletrico all’allenamento. Affinché si verifichino queste ultime due condizioni è necessario avere un bilancio proteico muscolare positivo.
Nel muscolo la sintesi e la degradazione delle proteine sono processi che avvengono di continuo.
A riposo e digiuno i processi degradativi sono maggiori rispetto a quelli di sintesi per cui il bilancio proteico muscolare netto è negativo.
L’attività muscolare stimola, nel periodo di recupero immediatamente successivo al termine dell’esercizio stesso, sia la sintesi che la degradazione delle proteine muscolari, la prima in misura maggiore rispetto alla seconda per cui il bilancio proteico muscolare netto diviene meno negativo rispetto alla situazione di riposo e digiuno. Inoltre l’assunzione di proteine/aminoacidi stimola la velocità della sintesi proteica muscolare, oltre che a riposo, anche dopo un esercizio sia di endurance che resistance (lavoro contro pesi): quindi la nutrizione post-esercizio è necessaria per ottenere un bilancio proteico muscolare positivo e così facilitare la riparazione delle lesioni muscolari come il ricondizionamento muscolo-scheletrico.
Nel post-esercizio l’assunzione combinata di carboidrati e proteine/aminoacidi stimola ulteriormente il bilancio proteico netto in positivo grazie, oltre che alla fornitura di aminoacidi come precursori per la sintesi proteica, alla notevole risposta insulinotropica successiva alla coingestione di carboidrati e proteine, con l’insulina che riduce la velocità della degradazione delle proteine muscolari incrementando così il bilancio proteico netto post-esercizio (non sembra invece modulare la sintesi proteica muscolare).

Ma quali sono l’esatta quantità e il tipo di proteine come anche la migliore distribuzione nel tempo perché la loro assunzione si traduca in una massimizzazione della sintesi proteica muscolare post-esercizio?

Dalla bibliografia disponibile sembra che la velocità aumenti a valori massimi per apporti proteici pari a 20 grammi di proteine intatte di uovo, che contengono a circa 8,6 grammi di aminoacidi essenziali. Alcuni autori suggeriscono che questa quantità dovrebbe essere assunta 5-6 volte al giorno per ottenere la massima velocità di sintesi proteica muscolare.
Nella promozione dell’ipertrofia sembra che le proteine del latte e le loro forme isolate, caseine e proteine del siero, siano tra le più efficaci, sicuramente più efficaci di quelle ottenute dalla soia.
In aggiunta alla quantità e tipo di proteine assunte anche la distribuzione nel tempo sembra essere molto importante per la stimolazione dell’anabolismo proteico muscolare nel post-esercizio. Alcuni studi suggeriscono che i migliori risultati con l’esercizio di resistance (contro pesi) si possano ottenere con la coingestione di proteine e carboidrati prima e durante l’esercizio. Una possibile spiegazione degli effetti dell’assunzione pre-esercizio sul metabolismo proteico post-esercizio può essere dovuta ad una più rapida fornitura di aminoacidi al muscolo durante la fase acuta del post-esercizio. Secondo alcuni l’ingestione di proteine prima/durante l’esercizio (e si parla di esercizi di resistance) stimola la sintesi proteica già durante l’esercizio, facendo così si che si venga a creare un più lungo intervallo di tempo in cui la sintesi proteica è elevata.
Dati preliminari sembrano indicare che anche per l’esercizio di endurance la sintesi proteica muscolare possa essere stimolata dalla ingestione di proteine prima e durante l’esercizio.
Resta invece da approfondire la questione riguardante la distribuzione nel tempo di diversi tipi di proteine assunte, che avranno diverse velocità di digestione ed assorbimento, in funzione dell’ottenimento della migliore velocità di sintesi proteica muscolare.

Bibliografia

Glicogeno muscolare: come massimizzarne la sintesi nel post-esercizio

Glicogeno muscolare: come massimizzarne la sintesi nel post-esercizio: contenuti in breve

Sintesi del glicogeno muscolare nel post-esercizio

Una fonte importante di energia per il muscolo che lavora è il glicogeno ivi accumulato, i cui livelli sono correlati anche con l’insorgenza della fatica.
L’atleta maggiormente allenato non solo ha depositi di glicogeno potenzialmente maggiori, ma è anche in grado di sintetizzarlo più velocemente grazie ad enzimi più efficienti.
Per produrre glicogeno è indispensabile assumere carboidrati; ma quanti, quali, quando e con che frequenza?

⇑ Torna all’inizio ⇑

La bifasicità della sintesi del glicogeno muscolare

Nel tentativo di ripristinare il più velocemente possibile le riserve di glicogeno muscolare è utile conoscere l’andamento bifasico che può assumere la sua velocità di sintesi a seguito di allenamenti o gare che comportino deplezioni delle sue riserve muscolari pari ad almeno il 75% del valore a riposo e non a digiuno.
Conoscere e quindi sfruttare la tale bifasicità è importante per quegli atleti che siano impegnati in più allenamenti giornalieri, o che abbiano poco tempo a disposizione per il recupero tra un allenamento impegnativo ed il successivo (meno di 8 ore), al fine di massimizzarne la sintesi e ottenere la migliore performance nella sessione successiva.
Le due fasi sono caratterizzate da:

  • una diversa sensibilità all’insulina circolante;
  • una diversa velocità di sintesi.

⇑ Torna all’inizio ⇑

La sintesi del glicogeno muscolare nel post-esercizio: la prima fase

Glicogeno Muscolare
Fig. 1 – Struttura del Glicogeno

La prima fase, immediatamente successiva al termine dell’attività e della durata di 30-60 minuti, è insulino-indipendente, ossia l’uptake del glucosio da parte della cellula muscolare come la sintesi della molecola al suo interno sono indipendenti dall’azione dell’ormone.
Questa fase è caratterizzata da una elevata velocità di sintesi che però si riduce rapidamente se non si assumono carboidrati: la massima velocità si registra nei primi 30 minuti, per poi ridursi a circa 1/5 dal 60° minuto, e a circa 1/9 al 120° minuto dal termine dell’esercizio.
Come è possibile sfruttare questa prima fase per ripristinare quanto più possibile le scorte muscolari di glicogeno? Facendo si che al muscolo arrivi la maggior quantità possibile di glucosio nei momenti immediatamente successivi al termine dell’attività, meglio se entro i primi 30 minuti.

  • Cosa assumere?
    Carboidrati ad elevato indice glicemico ma di facile digestione ed assorbimento.
    E’ quindi consigliabile sostituire cibi, magari anche ad alto indice glicemico, che necessitano di un certo tempo per la digestione ed il successivo assorbimento, con soluzioni/gel contenenti ad esempio glucosio e/o saccarosio. Queste soluzioni/gel assicurano la massima velocità possibile di assorbimento e rifornimento di glucosio al muscolo in quanto contengono solo glucosio e sono prive di fibre o altro che rallenterebbero la digestione e il successivo assorbimento del monosaccaride, sono cioè in grado di produrre elevate glicemie in un tempo relativamente breve.
    Da sottolineare ulteriormente che il ricorso nell’immediato post-esercizio a tali soluzioni/gel contenenti carboidrati a rapida disponibilità è consigliabile solo quando il tempo di recupero tra un esercizio che causa una forte deplezione del glicogeno muscolare ed il successivo è breve, meno di 8 ore.
    Sarà possibile giocare anche sulla temperatura e concentrazione della soluzione per accelerarne il transito gastrico.
  • Assumere carboidrati, ma in che quantità?
    Sono stati condotti molti studi per cercare di definire la quantità ideale di carboidrati da assumere.
    Se nel post-esercizio l’atleta non si alimenta la velocità di sintesi del glicogeno è molto bassa, mentre se immediatamente dopo il termine del lavoro assume quantità adeguate di carboidrati la velocità può raggiungere valori oltre 20 volte maggiori.
    Dal confronto della letteratura sembra ragionevole affermare che, a seguito di allenamenti che riducano le scorte di glicogeno muscolare come visto in precedenza (<75% dei valori a riposo e non a digiuno) la massima velocità di sintesi si ottenga con assunzioni di carboidrati, ad alto indice glicemico ed elevata velocità di digestione ed assorbimento, pari a circa 1,2 g/kg di peso corporeo/h per le 4-5 ore successive dal termine dell’esercizio stesso.
    In questo modo si determina la produzione di una quantità di glicogeno maggiore del 150% rispetto all’ingestione di 0,8 g/kg/h.
    Poiché aumenti fino a 1,6 g/kg/h non hanno portato ad ulteriori incrementi, la quantità di carboidrati pari a 1,2 g/kg/h può essere considerata quella ottimale per massimizzare la velocità di risintesi delle scorte di glicogeno muscolare nel post-esercizio.
  • Con che frequenza?
    Riguardo alla frequenza di assunzione è stato osservato che se i carboidrati sono assunti di frequente, ogni 15-30 minuti, sembra ci sia un’ulteriore stimolazione dell’uptake del glucosio da parte del muscolo, come della ricostituzione del glicogeno muscolare rispetto ad assunzioni ad intervalli di due ore. In particolare, le assunzioni nelle prime ore del post-esercizio sembrano ottimizzare livelli di glicogeno.

⇑ Torna all’inizio ⇑

La sintesi  del glicogeno muscolare nel post-esercizio: la seconda fase

La seconda fase delle sintesi del glicogeno muscolare  ha inizio dalla fine della prima, perdura sino all’inizio del pasto precedente l’impegno successivo (dunque da alcune ore a giorni) ed è insulino-dipendente, ossia l’uptake del glucosio da parte della cellula muscolare come la sintesi del glicogeno al suo interno sono sensibili ai livelli circolanti dell’ormone.
Inoltre si osserva una significativa riduzione della velocità di sintesi del glicogeno muscolare: con un’assunzione adeguata di carboidrati la velocità si attesta su valori inferiori di circa il 10-30% rispetto a quelli della prima fase.
Questa fase può perdurare per diverse ore, ma tende ad essere più breve se:

Come è possibile sfruttare questa fase per ottimizzare la velocità di sintesi del glicogeno muscolare?
Le evidenze sperimentali indicano che pasti con carboidrati ad alto indice glicemico sono più efficaci di quelli con carboidrati a basso indice glicemico. Ma se tra un allenamento ed il successivo passano giorni e non ore, non ci sono evidenze a favore di carboidrati ad alto indice glicemico rispetto a quelli a basso indice purché ne sia assunta una quantità adeguata.

⇑ Torna all’inizio ⇑

Velocità di sintesi del glicogeno e assunzione di carboidrati e proteine

La contemporanea assunzione di carboidrati e proteine (o aminoacidi insulino-tropici liberi) permette di ottenere velocità di sintesi del glicogeno nel post-esercizio che non differiscono significativamente da quelle raggiunte con quantità maggiori di soli carboidrati. Questo potrebbe essere un vantaggio per l’atleta che ne potrà assumere quantità più contenute, limitando così l’insorgenza di eventuali complicazioni gastrointestinali comuni durante l’allenamento/gara dopo un loro consumo elevato.
Dall’analisi della letteratura sembra ragionevole affermare che, dopo un esercizio che comporti la deplezione di almeno il 75% delle riserve muscolari di glicogeno, si possano ottenere velocità di sintesi del glicogeno analoghe a quelle raggiunte con 1,2 g/kg/h di soli carboidrati (le maggiori ottenibili) con la coingestione di 0,8 g/kg/h di carboidrati e 0,4 g/kg/h di proteine, mantenendo le stesse tempistiche di ingestione (ogni 15-30 minuti per le prime 4-5 ore del post-esercizio).

⇑ Torna all’inizio ⇑

Bifasicità della sintesi del glicogeno muscolare: meccanismi molecolari

In entrambe le fasi l’aumento della sintesi del glicogeno è conseguenza di un aumento:

  • della velocità di trasporto del glucosio nella cellula;
  • dell’attività della glicogeno sintetasi, l’enzima che catalizza la sintesi del glicogeno.

Tuttavia i meccanismi molecolari che sottostanno a queste modificazioni sono differenti.
Nella prima fase l’aumento della velocità di trasporto del glucosio, indipendente dalla presenza dell’insulina, è mediato dalla traslocazione, indotta dalla contrazione, dei trasportatori del glucosio, detti GLUT4, sulla membrana plasmatica della cellula muscolare.
In aggiunta, anche i bassi livelli di glicogeno agiscono da stimolo al trasporto in quanto si ritiene che gran parte delle vescicole contenenti il trasportatore siano legate al glicogeno, e dunque potrebbero divenire disponibili quando i suoi livelli sono ridotti.
Infine bassi livelli di glicogeno muscolare vanno anche a stimolare l’attività della glicogeno sintetasi: è stato dimostrato che il livello del glicogeno muscolare è un regolatore dell’attività dell’enzima molto più potente di quanto sia l’insulina.
Nella seconda fase l’aumento della sintesi è dovuto all’azione dell’insulina sui trasportatori del glucosio e sull’attività della glicogeno sintetasi della cellula muscolare. Questa sensibilità all’azione dell’insulina circolante, che può persistere per 48 ore a seconda dell’assunzione di carboidrati e della quantità di glicogeno muscolare risintetizzato, ha suscitato grande attenzione: è infatti possibile, tramite opportuni interventi nutrizionali, incrementarne la secrezione al fine di migliorare la sintesi del glicogeno stesso ma anche l’anabolismo proteico, riducendo al contempo la velocità di degradazione delle proteine stesse.

⇑ Torna all’inizio ⇑

Insulina e velocità di sintesi del glicogeno muscolare

La contemporanea assunzione di carboidrati e proteine (o aminoacidi liberi) aumenta la secrezione di insulina postprandiale rispetto ai soli carboidrati (in alcuni studi sono stati osservati incrementi nella secrezione dell’ormone di 2-3 volte rispetto ai soli carboidrati).
E’ stato supposto che, data la maggior quantità di insulina circolante, si potessero ottenere ulteriori aumenti della velocità di sintesi del glicogeno rispetto a quelli osservati con i soli carboidrati, ma in realtà non sembra essere così. Se infatti la quantità di carboidrati viene portata a 1,2 g/kg/h, più 0,4 g/kg/h di proteine, non si osservano ulteriori aumenti nella velocità di sintesi se paragonati a quelli ottenuti con l’ingestione dei soli carboidrati nella stessa quantità (1,2 g/kg/h, che come detto, al pari della coingestione di 0,8 g/kg/h di carboidrati e 0,4 g/kg/h di proteine, danno la massima velocità raggiungibile nel post-esercizio) o in quantità isoenergetica, quindi 1,6 g/kg (proteinecarboidrati hanno lo stesso contenuto di energia/grammo).

⇑ Torna all’inizio ⇑

Insulina e accumulo preferenziale dei carboidrati

I livelli più elevati di insulina circolante raggiunti con la coingestione di carboidrati e proteine (o aminoacidi liberi) potrebbero stimolare un accumulo dei carboidrati ingeriti nei tessuti maggiormente sensibili all’azione dell’ormone, quali il fegato e il muscolo che ha precedentemente lavorato.
In questo modo si verificherebbe un loro deposito più efficiente ai fini dell’attività sportiva, in quanto carboidrati verrebbero accumulati preferenzialmente anche nel muscolo, dove saranno in seguito utilizzati.

⇑ Torna all’inizio ⇑

Bibliografia

Beelen M., Burke L.M., Gibala M.J., van Loon J.C. Nutritional strategies to promote postexercise recovery. Int J Sport Nutr Exerc Metab 2010:20(6);515-32 doi:10.1123/ijsnem.20.6.515

Berardi J.M., Noreen E.E., Lemon P.W.R. Recovery from a cycling time trial is enhanced with carbohydrate-protein supplementation vs. isoenergetic carbohydrate supplementation. J Intern Soc Sports Nutrition 2008;5:24 doi:10.1186/1550-2783-5-24

Betts J., Williams C., Duffy K., Gunner F. The influence of carbohydrate and protein ingestion during recovery from prolonged exercise on subsequent endurance performance. J Sports Sciences 2007;25(13):1449-60 doi:10.1080/02640410701213459

Howarth K.R., Moreau N.A., Phillips S.M., and Gibala M.J. Coingestion of protein with carbohydrate during recovery from endurance exercise stimulates skeletal muscle protein synthesis in humans. J Appl Physiol 2009:106;1394–1402 doi:10.1152/japplphysiol.90333.2008

Jentjens R., Jeukendrup A. E. Determinants of post-exercise glycogen synthesis during short-term recovery. Sports Medicine 2003:33(2);117-144 doi:10.2165/00007256-200333020-00004

Millard-Stafford M., Childers W.L., Conger S.A., Kampfer A.J., Rahnert J.A. Recovery nutrition: timing and composition after endurance exercise. Curr Sports Med Rep 2008;7(4):193-201 doi:10.1249/JSR.0b013e31817fc0fd

Price T.B., Rothman D.L., Taylor R., Avison M.J., Shulman G.I., Shulman R.G. Human muscle glycogen resynthesis after exercise: insulin-dependent and –independent phases. J App Physiol 1994:76(1);104–111 doi:10.1152/jappl.1994.76.1.104

van Loon L.J.C., Saris W.H.M., Kruijshoop M., Wagenmakers A.J.M. Maximizing postexercise muscle glycogen synthesis: carbohydrate supplementation and the application of amino acid or protein hydrolysate mixtures. Am J Clin Nutr 2000;72: 106-111 doi:10.1093/ajcn/72.1.106

Glicogeno muscolare e sport

Funzioni del glicogeno muscolare

Il glicogeno muscolare rappresenta una sorgente di glucosio, dunque energia, che può essere utilizzata dal muscolo durante l’attività fisica: è una riserva di energia dove serve!
Inoltre esiste una stretta relazione tra l’insorgenza della fatica e la deplezione delle sue riserve muscolari.

Glicogeno come sorgente di energia

I carboidrati e gli acidi grassi rappresentano le principali fonti di energia per il muscolo durante l’attività fisica, e il loro contributo relativo varia in funzione:

  • dell’intensità e durata dell’esercizio;
  • del livello di allenamento.
Glicogeno Muscolare
Fig. 1 – Intensità dello Sforzo Fisico e Carburante Metabolico Utilizzato

Se per gli acidi grassi non esistono problemi riguardo le scorte corporee, così non è per i carboidrati le cui riserve, presenti in forma di glicogeno, principalmente nel fegato e nel muscolo, sono modeste, meno del 5% dell’energia corporea totale: in un soggetto adulto maschio di 70 kg non a digiuno ci sono circa 250 g di glicogeno nel muscolo e 100 g nel fegato per un totale di energia pari a circa 1400 kcal. Negli atleti la quantità può essere maggiore, ad es. nei migliori maratoneti, di nuovo considerando un maschio adulto come in precedenza, si può arrivare fino 475 g totali, muscolo più fegato, che corrispondono a 1900 kcal.
Nonostante ciò, il contributo del glicogeno al totale dell’energia necessaria per sostenere il lavoro muscolare aumenta con l’aumentare dell’intensità dell’esercizio, mentre si riduce quello degli acidi grassi.
Inoltre, in assenza di rifornimenti con carboidrati esogeni, la prestazione è determinata dalle riserve endogene di glicogeno muscolare ed epatico il cui consumo relativo è differente: all’aumentare dell’intensità aumenta quello del primo mentre rimane più o meno costante quello del secondo.

Glicogeno muscolare ed esercizi intensi

Il glicogeno muscolare rappresenta infatti la più importante riserva di energia negli esercizi prolungati di intensità medio-alta, importanza che aumenta nel caso di esercizi intervallati di alta intensità (comuni negli allenamenti di nuotatori, corridori, vogatori o negli sport di squadra) o in lavori di resistenza contro pesi (in inglese resistance), quindi sia endurance che resistance. Se ad esempio si considera la maratona, circa l’80% dell’energia necessaria deriva dall’ossidazione dei carboidrati, per la maggior parte glicogeno muscolare. Infine la velocità di replezione delle riserve di glicogeno nel post-esercizio è uno dei fattori più importanti nello stabilire il tempo necessario per il recupero.

Glicogeno muscolare e fatica

La fatica e i bassi livelli di glicogeno sono strettamente correlati, ma non è ancora chiaro quali siano i meccanismi alla base di questa relazione. Una delle ipotesi è che esista una concentrazione minima di glicogeno che viene “protetta” ed è resistente all’utilizzo durante l’esercizio, forse per assicurare una riserva di energia in caso di estrema necessità. Data la stretta relazione tra deplezione del glicogeno muscolare e fatica, la sua velocità di ripristino nel post-esercizio è uno dei fattori più importanti nel determinare il tempo necessario al recupero.

Bibliografia

Arienti G. “Le basi molecolari della nutrizione”. Seconda edizione. Piccin, 2003

Beelen M., Burke L.M., Gibala M.J., van Loon J.C. Nutritional strategies to promote postexercise recovery. Int J Sport Nutr Exerc Metab 2010:20(6);515-32 doi:10.1123/ijsnem.20.6.515

Cozzani I. and Dainese E. “Biochimica degli alimenti e della nutrizione”. Piccin Editore, 2006

Giampietro M. “L’alimentazione per l’esercizio fisico e lo sport”. Il Pensiero Scientifico Editore, 2005

Mahan LK, Escott-Stump S.: “Krause’s foods, nutrition, and diet therapy” 10th ed. 2000

Mariani Costantini A., Cannella C., Tomassi G. “Fondamenti di nutrizione umana”. 1th ed. Il Pensiero Scientifico Editore, 1999

Nelson D.L., M. M. Cox M.M. Lehninger. Principles of biochemistry. 4th Edition. W.H. Freeman and Company, 2004

Stipanuk M.H.. “Biochemical and physiological aspects of human nutrition” W.B. Saunders Company-An imprint of Elsevier Science, 2000

Fabbisogno proteico giornaliero dello sportivo

Fabbisogno proteico quotidiano e sport

Fabbisogno Proteico
Fig. 1 – Cibi Ricchi di Proteine

E’ oramai accettato da atleti, allenatori e preparatori che la corretta alimentazione è uno dei cardini fondamentali per il raggiungimento della migliore prestazione sportiva.
Nonostante questo assunto comune molti, anche ai livelli più alti, ritengono che nella dieta dell’atleta sia basilare un elevato apporto di proteine. Questa idea non è recente ed è ampiamente radicata quasi come se, nutrendosi di carne, magari di animali grandi e forti, si riuscisse ad acquisirne anche la forza e la vitalità.
La funzione energetica delle proteine per il muscolo che lavora venne ipotizzata per la prima volta da Von Liebig nel ‘800, ed è proprio ai suoi studi che si deve molta dell’importanza a fini energetici che ancor oggi le proteine animali, e quindi le carni, hanno nell’alimentazione dell’atleta, nonostante siano trascorsi quasi due secoli nei quali la biochimica e la medicina sportiva hanno fatto enormi progressi.
In realtà già alla fine dell‘800 von Pettenkofer e Voit, e agli inizi del ‘900 Christensen e Hansen, ridimensionarono la loro importanza per scopi energetici, anche per il muscolo sottoposto a prestazione sportiva, facendo invece emergere il ruolo predominante svolto da carboidrati e lipidi.
Quanto detto ovviamente non deve far pensare che le proteine non siano utili per l’atleta, o per le persone sedentarie. La domanda cui invece è necessario cercare di rispondere è quale sia il fabbisogno proteico quotidiano di un atleta agonista, dunque impegnato in allenamenti intensi, spesso in due sedute giornaliere (per 3-6 ore), anche 7 giorni su 7 per più di 10 mesi all’anno. Possiamo da subito affermare che, rispetto alla popolazione generale (con l’esclusione di alcuni tipi di sport, vedi sotto), è maggiore.

Destino metabolico delle proteine a riposo e durante l’attività

Nel soggetto adulto che svolga un’attività fisica normale e sia in salute il fabbisogno proteico giornaliero è di circa 0,9 g/kg di peso corporeo desiderabile, come indicato nei LARN 2014 e dal WHO.
Il turnover proteico, che si attesta sui 3-4 g/Kg peso corporeo al giorno (circa 210-280 g considerando un soggetto di 70 kg di peso corporeo), è più lento per il muscolo rispetto agli altri tessuti, in calo con l’età, ed è legato alla quantità di aminoacidi assunti con la dieta ed al catabolismo proteico.
A riposo i processi anabolici, ossia di sintesi, impiegano circa il 75% degli aminoacidi mentre il restante 25% è soggetto a processi ossidativi che porteranno alla liberazione di CO2 e urea (per la rimozione dell’ammoniaca).
Durante l’attività fisica, a seguito della minore disponibilità di zuccheriglicogeno muscolare e glucosio ematico utilizzati a scopi energetici, nonché dell’intervento del cortisolo, si riduce la percentuale di aminoacidi destinati ai processi anabolici, mentre aumenta quella degli aminoacidi deviati verso i processi catabolici, ossia si verifica un aumento della distruzione delle proteine tessutali.
Al termine dell’attività fisica, per circa due ore, i processi anabolici rimangono bassi dopo di che si verifica un loro deciso incremento che li porta a valori superiori rispetto a quelli basali, ossia l’allenamento induce un incremento della sintesi proteica anche in assenza di un incremento dell’apporto proteico.

Cosa influenza il fabbisogno proteico quotidiano?

I fattori da tenere in considerazione nel calcolo del fabbisogno proteico giornaliero sono molteplici.

  • L’età del soggetto (se ad esempio si trova nella fase di sviluppo).
  • Il sesso: le atlete possono aver bisogno di valori più alti in quanto il loro apporto energetico è più basso.
  • L’apporto di carboidrati con la dieta, che se adeguato ne riduce il consumo.
    Nel corso dell’esercizio gli aminoacidi possono essere utilizzati come fonte di energia direttamente nel muscolo, dopo essere stati convertiti in glucosio nel fegato. Un adeguato apporto di carboidrati prima e durante il lavoro di endurance riduce gli usi a scopo energetico delle proteine.
  • La quantità di riserve muscolari ed epatiche di carboidrati, ossia di glicogeno (vedi sopra).
  • L’apporto energetico della dieta.
    Un ridotto apporto energetico fa aumentare il fabbisogno proteico, mentre maggiore è l’apporto energetico e minore sarà la quantità di proteine richieste per raggiungere l’equilibrio azotato; in genere si parla di una ritenzione di azoto pari a 1-2 mg per ogni chilocaloria introdotta.
    Se l’atleta è impegnato in allenamenti/prestazioni molto duri, o se necessita di un incremento delle masse muscolari (come per gli sport di potenza), il bilancio azotato deve essere positivo.
    Un bilancio azotato negativo indica una perdita di massa muscolare.
    Il bilancio azotato si calcola come differenza tra l’azoto assunto con le proteine (pari a: grammi di proteine/6,25) e quello eliminato (pari a: urea urinaria nelle 24 ore, in grammi, x0,56]; in formula:

Nb (bilancio di azoto)=(g. proteine/6,25)–[g. urea urinaria nelle 24 ore x0,56)].

  • Il tipo di prestazione che l’atleta sta svolgendo, ossia di forza o resistenza, come anche la sua durata e l’intensità.
    A livello muscolare, l’esercizio di forza determina un aumento del turn over proteico stimolando sia la sintesi, in misura maggiore, che la degradazione delle proteine. Entrambe i processi sono influenzati dal recupero tra un allenamento ed il successivo, come anche dal grado di allenamento (maggiore l’allenamento, minore la perdita).
    Nella prestazioni di forza e resistenza il fabbisogno proteico ottimale nei più giovani, come in quelli che si allenano da minor tempo, è stimato in 1,3-1,5 g proteine/Kg di peso corporeo, mentre negli atleti adulti che si allenano da più tempo è poco inferiore, circa 1-1,2 g/Kg di peso corporeo.
    Perché?
    Nell’atleta impegnato in un’attività fisica importante le proteine sono utilizzate non solo per fini plastici, che sono incrementati, ma anche a scopi energetici, potendo soddisfare in alcuni casi fino al 10-15% della richiesta energetica totale.
    Infatti prestazioni aerobiche intense, quindi di durata, che superino i 60 minuti, ricavano circa un 3-5% dell’energia utilizzata dall’ossidazione di substrati proteici; se a questo si aggiungono le proteine necessarie per la riparazione delle strutture proteiche dei tessuti danneggiate se ne ricava un fabbisogno proteico quotidiano di circa 1,2-1,4 g/Kg di peso corporeo.
    Se lo sforzo è intenso e supera i 90 minuti (come può accadere nel ciclismo su strada, corsa, nuoto, o sci di fondo), in relazione anche alla quantità di glicogeno disponibile nel muscolo e nel fegato (vedi sopra), la quota proteica utilizzata a fini energetici può arrivare, nelle fasi finali del lavoro, a soddisfare il 15% del fabbisogno energetico dell’atleta.
  • La condizione atletica.
  • Nel caso in cui ce ne sia bisogno, il peso desiderato.
    Gli atleti che stanno perdendo peso o debbano mantenere un peso basso possono aver bisogno di più proteine.

Da quanto detto il fabbisogno proteico anche dell’atleta adulto impegnato in allenamenti/competizioni che comportino sforzi intensi e protratti non supera gli 1,5 g/Kg di peso corporeo, mentre se si considera la quota di proteine utilizzata a scopi energetici, di solito non si va oltre il 15% del fabbisogno energetico del soggetto.
E’ pertanto evidente che diete che forniscano quantità superiori (a volte molto superiori) di proteine rispetto al fabbisogno proteico consigliato non servono a nulla, stimolano la perdita di calcio dalle ossa e vanno a sovraccaricare di lavoro fegato e reni. Inoltre, le proteine in eccesso non si accumulano ma sono utilizzate anche per la produzione di grasso.

Come soddisfare l’aumentato fabbisogno proteico dell’atleta

Fabbisogno Proteico
Fig. 2 – Ciclismo su Strada

Una dieta che fornisca il 12-15% delle calorie giornaliere in forma di proteine sarà più che sufficiente a soddisfare le necessità della quasi totalità degli atleti, anche di quelli impegnati in allenamenti faticosi.
Con l’eccezione di alcune discipline sportive dove l’apporto energetico è modesto, vicino a quello del soggetto non sportivo (il tiro a segno, o la ginnastica artistica e ritmica), nella restante maggioranza dei casi l’atleta necessita di una quantità di calorie elevata e, per alcune discipline come il ciclismo, il nuoto o lo sci di fondo, anche doppia/tripla rispetto a quella del soggetto sedentario.
L’aumento della razione alimentare è accompagnato da un parallelo incremento dell’apporto proteico poiché solo pochi alimenti quali miele, maltodestrine, fruttosio, zucchero da cucina ed l’olio di oliva sono privi o quasi di proteine.

Calcolo del fabbisogno proteico dell’atleta

Consideriamo una richiesta energetica non particolarmente elevata, 3500 kcal/die: con un apporto proteico che soddisfi il 15% dell’apporto calorico totale si ottiene:

3500 x 0,15 = 525 kcal

poiché un grammo di proteine apporta circa 4 kcal avremo:

525/4 = 131 g di proteine

Se dividiamo il numero trovato per il fabbisogno proteico più alto visto in precedenza (1,5 g/Kg di peso corporeo/die) saranno soddisfatte le necessità di un atleta di alto livello impegnato in allenamenti intensi e del peso di:

131/1,5 = 87 Kg

Ripetendo gli stessi calcoli per un apporto calorico di 5000 kcal si ottiene un dato pari a 187 g/die di proteine, che diviso per 1,5 fa 125 Kg, ossia riusciremmo a soddisfare il fabbisogno proteico di un atleta di 125 Kg.

Questi apporti proteici possono essere ottenuti con una normale alimentazione di tipo mediterraneo, senza ricorrere ad una supplementazione con integratori proteici o aminoacidici.

Bibliografia

Giampietro M. L’alimentazione per l’esercizio fisico e lo sport. Il Pensiero Scientifico Editore. Prima edizione 2005

Protein and amino acid requirements in human nutrition. Report of a joint FAO/WHO/UNU expert consultation. 2002 (WHO technical report series ; no. 935) [PDF]

Consigli per non ingrassare

Consigli per non ingrassare: adeguare l’apporto calorico ai consumi

Non Ingrassare: adeguare-apporto-calorico-spesa
Fog. 1 – Adeguare l’Apporto Calorico ai Consumi

Volendo mantenere il proprio peso corporeo e non ingrassare, l’apporto di energia con gli alimenti deve corrispondere alle necessità individuali che dipendono dall’età, dal sesso e dal livello di attività fisica; le calorie in eccesso rispetto al fabbisogno si accumulano in forma di grasso che si deposita in vari distretti del corpo (tipicamente nell’uomo, come nella donna in menopausa, il punto di accumulo per eccellenza è l’addome).
Qualche esempio: ammettiamo che il fabbisogno energetico sia di 2000 kcal e che se ne assumano 2100, quindi 100 kcal in eccesso che potrebbero derivare da 30 grammi di pasta o 35 grammi di pane o un pacchetto di cracker da 25 grammi o 120 grammi di patate o 10 grammi di olio di qualsiasi origine, ecc., come si vede quantità di alimenti non particolarmente grandi. Questo modesto surplus calorico se fatto per un anno porta ad assumere:
100 kcal x 365 giorni = 36500 kcal/anno in eccesso rispetto ai fabbisogni.
Poiché un chilo di grasso corporeo contiene all’incirca 7000 kcal, se si assume che le 36500 kcal in eccesso si depositino esclusivamente in forma di grasso (approssimazione molto plausibile), si ottiene:
36500:7000 = circa 5 kg di grasso corporeo.
Quindi anche un modesto sovrappiù calorico giornaliero, nell’arco di un anno, può portare ad un guadagno di peso, in forma di massa grassa, considerevole.
Da questo esempio risulta chiara l’importanza di stimare il proprio fabbisogno energetico giornaliero al fine di non ingrassare.

Consigli per non ingrassare: suddividere le calorie in più pasti

Si immagini che il fabbisogno calorico giornaliero per non ingrassare sia pari a 2000 kcal.
E’ la stessa cosa se le 2000 kcal vengono consumate in soli due pasti, dividendole magari a metà tra pranzo e cena, oppure è consigliabile fare da tre a cinque pasti nella giornata?
La scelta migliore è quella di suddividere le calorie in cinque pasti: colazione, pranzo e cena, i più abbondanti, più due spuntini, uno a metà mattina e uno a metà pomeriggio.
Perché? I motivi sono diversi.

  • Consumando due soli pasti nella giornata, pranzo e cena o colazione e cena, si rischia di arrivare ad entrambe con una fame difficilmente controllabile; si inizia a mangiare quello che si ha nel piatto che già si pensa a cos’altro mangiare, avendo la sensazione di non riuscire a saziarsi. Si mangia ma continua ad “esserci posto”. Tra i motivi di ciò ci sono le troppe ore di distanza tra i pasti. Due esempi:

cena alle 20 e, il giorno successivo, pranzo alle 13: l’intervallo è di 17 ore, più di 2/3 di una giornata;

colazione alle 7 e cena alle 20, sono passate 13 ore, molte delle quali impegnate nelle attività lavorative e quindi più dispendiose delle ore di sonno.

Ci possono poi essere anche dei cali di glicemia: le riserve di glicogeno epatico, indispensabili per il mantenimento della glicemia in condizioni normali, sono vicine all’esaurimento entro le 18 ore per cui, con gli intervalli di tempo tra i pasti visti in precedenza, si può arrivare a valori prossimi all’esaurimento.

In definitiva, con la suddivisone dell’apporto calorico giornaliero in due pasti è molto probabile che non si riesca a rispettare il target delle 2000 kcal (il fabbisogno calorico giornaliero ipotizzato).

  • Concentrare troppe calorie in un singolo pasto può favorire l’aumento dei trigliceridi plasmatici, il cui eccesso è legato all’insorgenza di malattie cardiovascolari.
  • Accumulando quasi tutte o tutte le calorie in soli due pasti si rischia di appesantirsi, di avere sensazioni di gonfiore e vere difficoltà digestive dovute all’eccesso di alimenti ingeriti, senza contare che potrebbe presentarsi anche una sonnolenza postprandiale o difficoltà nel prendere sonno.

Consigli per non ingrassare: fare attività fisica in maniera regolare

L’attività fisica ha un ruolo centrale sia per non ingrassare che per perdere di massa grassa.
Fare l’attività fisica in maniera regolare comporta diversi vantaggi.

  • Se l’attività fisica è svolta in maniera regolare ed è di un certo tipo è possibile che, anche senza variazioni apprezzabili di peso, si verifichi una redistribuzione dello stesso tra la massa grassa, che si riduce, e la massa magra, che al contrario aumenta. Un risultato del genere non è ovviamente raggiungibile con la semplice passeggiata; occorre un programma di allenamento specifico, meglio se creato da un professionista del settore, ed un’alimentazione corretta, sempre di tipo mediterraneo.
  • Si protegge la massa muscolare (e come suggerito al primo punto è anche possibile aumentarla).
  • Si mantiene alto il metabolismo.
  • Il muscolo mangia durante l’attività fisica ma soprattutto mangia dopo.
  • Il corpo è tonificato.
  • L’appetito si controlla con più facilità.
  • Facendo attività fisica in maniera regolare è più facile prevenire aumenti di peso dovuti alle inevitabili “scappatelle” che ogni tanto è normale concedersi (un po’ di cioccolata, un gelato ecc.); in breve l’attività fisica serve a “mantenere la barca pari”.
Bibliografia

Giampietro M. L’alimentazione per l’esercizio fisico e lo sport. Il Pensiero Scientifico Editore. Prima edizione 2005

Mahan L.K., Escott-Stump S.: “Krause’s foods, nutrition, and diet therapy” 10th ed. 2000

Shils M.E., Olson J.A., Shike M., Ross A.C.: “Modern nutrition in health and disease” 9th ed. 1999