Pagine da Fisiologia dell'esercizio fisico

PRIMO
APPLICAZIONE
DEI RISULTATI
DELLE RICERCHE
SCIENTIFICHE
ALL’ATTIVITÀ
FISICA E SPORTIVA
QUOTIDIANA
1. Descrivere il processo di ricerca scientifica
2. Distinguere e classificare i vari tipi di ricerca
3. Spiegare la differenza tra i fatti che si basano sulle esperienze
scientifiche e quelli che si basano sulle esperienze non scientifiche
4. Leggere e comprendere un articolo scientifico
5. Valutare l’accuratezza e l’affidabilità delle fonti di informazione
6. Spiegare il processo di peer review (revisione di pari)
7. Interpretare i risultati scientifici di uno studio considerandoli nel
contesto di altri studi
DOPO AVER LETTO QUESTO CAPITOLO SARETE IN GRADO DI:
TERMINICHIAVE
affidabilità,insiemedelleconoscenze,
ipotesi,metodoscientifico,osservazione
aneddotica,praticabasatasulle
evidenze,revisioneadoppiocieco,
ricercacorrelazionale,ricercadescrittiva,
rivistapeerreviewed,studiooriginale,
teoria,variabilidipendenti,variabili
indipendenti

4 PARTE I - Fondamenti di ﬁsiologia applicata all’attività ﬁsica
V
i siete mai posti la seguen-
te domanda: “quale tipo di
programma cardio è più vali-
do per migliorare i parametri
aerobici della forma fisica?”
oppure “qual è il modo migliore per alle-
narsi con i pesi?” o ancora “quali sono gli
effetti dell’altitudine sulla prestazione nel-
la corsa campestre?” o “che cosa succede al
muscolo quando si eseguono programmi
di allenamento diversi?” o infine “qual è il
modo migliore per perdere grasso corporeo?”
A tali curiosità e domande risponde la ricerca
scientifica.
Il suo obiettivo è proprio quello di trovare
risposte a tali domande. Se non vi fossero
domande, non vi sarebbe alcuna base per la
ricerca. Le risposte ad alcune domande sono
già presenti in ricerche pubblicate in passato
nelle riviste scientifiche. Per rispondere ad
altre domande ci sarà bisogno di ulteriori in-
dagini scientifiche che forniranno nuovi dati,
i quali, a loro volta, daranno delle risposte,
aiutando ad ampliare la nostra comprensio-
ne di un certo argomento. La figura 1-1 for-
nisce uno schema del processo di ricerca. A
molte domande è possibile rispondere con la
ricerca e con la capacità di interpretare studi
su una certa materia già presenti nella lette-
ratura scientifica. Esistono molte riviste nel
campo delle scienze motorie e sportive e an-
cora di più nei settori ad esse associate della
nutrizione, della fisiologia, della medicina e
dell’epidemiologia (Riquadro 1-1). Per essere
in grado di rispondere a tali domande, è ne-
cessario avere una comprensione di base del
processo di ricerca, saper ricercare gli studi
scientifici e saper leggere un articolo scienti-
fico; tutti questi elementi saranno affrontati
nel presente capitolo. Inoltre, questo capito-
lo presenta metodi non scientifici che devo-
no essere evitati, presenta la letteratura scien-
tifica e descrive le componenti di uno studio
scientifico originale. Infine, il capitolo spiega
come ricavare dalla ricerca applicazioni pra-
tiche da utilizzare nelle attività quotidiane.
Contribuisce all’insieme
delle conoscenze
Se accettato
Se non vengono trovate
C t ib i ll
L’insieme delle conoscenze Pratica
Se non vengono trovat
Ricerca delle risposte
Conduzione dello studio
Raccolta dei dati
delle conoscenz
Pubblicazione dell’articolo
Preparazione dell’articolo
Analisi statistica dei dati
Analisi dei dati di laboratorio
Sottoposto
a peer review
• Accettato o rigettato
Se non vengono trovate
Progettazione e sviluppo
di uno studio
• Ricerca di finanziamenti
• Approvazione per svolgere
ricerche sugli animali e sull’uomo
• Studi pilota
• Dati preliminari
FIGURA 1-1
Il processo di ricerca
comporta diverse fasi
correlate tra loro.
Uno degli obiettivi
principali è quello di
aggiungere un insieme
di conoscenze al
settore di studio.

SECONDO
ELEMENTIESSENZIALI DI
BIOENERGETICA
E VIE METABOLICHE
ANAEROBICHE
1. Definire i tre principali substrati metabolici e comprendere come
essi consentano di svolgere un’attività fisica
2. Determinare quali substrati metabolici sono predominanti durante
i periodi di riposo e quelli di attività
3. Comprendere il processo di trasformazione dell’energia derivante
dal sistema dell’adenosina trifosfato-fosfocreatina e dalla glicolisi
4. Capire le caratteristiche positive e negative delle vie del fosfageno
e glicolitiche
5. Spiegare gli adattamenti di questi sistemi energetici
che insorgono con l’allenamento
TERMINICHIAVE
acidograsso,adenosinadifosfato(ADP),
adenosinatrifosfato(ATP),aminoacido,
energiadiattivazione,enzima,
fosfocreatina,glicogeno,metabolismo,
nicotinamide,reazioneanabolica,
recuperopassivo,trigliceridi.

PARTE I - Fondamenti di ﬁsiologia applicata all’attività ﬁsica
40
C
he ci si trovi nello stato di sonno
o di veglia sedentaria, oppure si
stia svolgendo un’attività fisica,
l’energia è sempre necessaria per
il mantenimento delle funzioni
corporee. Inoltre, quando si esegue un’attività
fisica, energia viene richiesta dai muscoli per
esprimere la forza e produrre il movimento.
I prodotti animali e vegetali assunti come
cibo rappresentano il combustibile che forni-
sce energia al corpo umano. Il processo chi-
mico che converte il cibo in energia è deno-
minato bioenergetica, o metabolismo.
Questo processo è simile, per molti aspetti,
all’uso di qualunque altra fonte di combu-
stibile (ad es. carbone, benzina) per fornire
energia a una macchina in funzione; ovvero,
i legami chimici esistenti nel combustibile
vengono scissi con conseguente rilascio di
energia che alimenta il lavoro della macchi-
na oppure, come descritto qui, del corpo
umano.
Alcune delle reazioni necessarie a produr-
re adenosina trifosfato (ATP) richiedono
quantità adeguate di ossigeno. Altre, invece,
o non richiedono per niente ossigeno (siste-
ma del fosfageno) o possono aver luogo anche
in assenza di quantità di ossigeno adeguate
(glicolisi). In questo capitolo, ci concentre-
remo sulle fonti di energia fondamentali per
il funzionamento del corpo umano (substra-
ti alimentari) e su quelle vie bioenergetiche
(del fosfageno, glicolitica) che sono usate per
prime quando inizia uno sforzo fisico e quan-
do il compito motorio è breve ma di elevata
intensità.
FONTI ENERGETICHE
La luce del sole è la fonte fondamentale di
tutta l’energia sulla terra. Le piante, sfruttan-
do il processo di fotosintesi, utilizzano l’e-
nergia della luce per eseguire reazioni chimi-
che che producono carboidrati sotto forma
di zuccheri semplici. Gli esseri umani e gli
animali mangiano piante e altri animali per
ottenere il cibo e l’energia necessari a man-
tenere le funzioni corporee. L’energia esiste
sotto diverse forme, tra cui quella chimica,
elettrica, termica e meccanica, e una forma
di energia può essere convertita in un’altra.
Se così non fosse, non potrebbe avere luogo
la conversione di cibo in energia corporea
utile. Ad esempio, attraverso l’uso delle vie
metaboliche, le cellule all’interno del corpo
convertono l’energia chimica esistente, sotto
forma di legami chimici ‒ nei grassi, nei car-
boidrati e nelle proteine ‒ in energia mecca-
nica, che determina la contrazione muscolare
e il movimento corporeo.
Prima di descrivere il metabolismo, è impor-
tante disporre di alcune informazioni sulle
sostanze organiche che possono essere me-
tabolizzate. Occorre comprendere perché gli
enzimi sono oltremodo indispensabili al me-
tabolismo energetico, sia aerobica che anae-
robico, dell’intero organismo.
CARBOIDRATI
I carboidrati immagazzinati nel corpo for-
niscono una fonte di energia rapidamente
disponibile. Questi carboidrati si trovano in
tre forme: monosaccaridi, disaccaridi e po-
lisaccaridi. I monosaccaridi sono zuccheri
semplici come il glucosio, il fruttosio (zuc-
chero della frutta) e il galattosio (zucchero del
latte). Tutti gli zuccheri semplici contengono
sei molecole di carbonio in una struttura ad
anello (Figura 2-1). Ai fini metabolici, il glu-
cosio è il più importante degli zuccheri sem-
plici ed è l’unica forma di carboidrato che
può essere metabolizzato direttamente per
ottenere energia.

TERZO
METABOLISMO
AEROBICO(OSSIDATIVO)
1. Capire per quale motivo devono essere disponibili quantità adeguate di
ossigeno perché avvenga il metabolismo aerobico
2. Rendervi conto che il metabolismo aerobico ha la capacità di produrre
una maggiore quantità di ATP
3. Spiegare il ruolo dei mitocondri nel metabolismo ossidativo
4. Definire il ruolo dell’ossigeno nel metabolismo aerobico
5. Descrivere il tipo di allenamento che potenzia la capacità
del metabolismo aerobico
6. Conoscere la differenza tra tecniche indirette e dirette della calorimetria
7. Descrivere gli adattamenti fisiologici che si verificano per permettere
una maggiore produzione di ATP tramite il metabolismo aerobico
8. Spiegare come il metabolismo svolga la funzione di mediare il recupero
TERMINICHIAVE
assemblaggirespiratori,caloria,calorimetria
diretta,ciclodiKrebs,debitodiossigeno,
accumulodilattato,fosforilazione
ossidativa,lipasiormonesensibile,
recuperoattivo,sogliadellattato

70
METABOLISMO AEROBICO
Nel Capitolo 2, abbiamo imparato come
la via del fosfageno sia il metodo più im-
mediato per produrre ATP e anche la via
più potente per il fatto che produce molto
rapidamente nuovo ATP, in sostituzione
dell’ATP utilizzato durante lo sforzo fisi-
co. Tuttavia, solo quantità limitate di ATP
e fosfocreatina (CP) sono immagazzinate
nel tessuto muscolare. Quando un’attività
persiste per oltre 30 secondi circa, per pro-
durre ATP si deve fare affidamento sulla
glicolisi o sul metabolismo non ossidativo.
Il prodotto finale della via glicolitica è il
piruvato e il destino di questa sostanza di-
pende dalla quantità di ossigeno presente
nella cellula. In caso di ossigeno inadegua-
to, il piruvato è convertito in lattato, da
qui il termine anaerobico per descrivere la
scissione dei carboidrati. Ma nel caso in
cui fosse presente un’adeguata quantità di
ossigeno, il piruvato prodotto dalla glicoli-
si penetrerà invece nei mitocondri per par-
tecipare al metabolismo aerobico (ciclo di
Krebs, catena di trasporto degli elettroni),
evitando così la produzione di acido latti-
co. Se i carboidrati possono essere meta-
bolizzati aerobicamente, si hanno due ben
distinti vantaggi. Il primo è quello di evi-
tare l’instaurarsi di condizioni di maggiore
acidità all’interno della cellula impegnata
(ovvero, la fibra muscolare) e il secondo è
quello per cui, con il metabolismo aero-
bico, vi sarà una produzione di ATP dal-
la stessa molecola di glucosio di parecchie
volte superiore rispetto alla produzione di
ATP tramite il metabolismo anaerobico.
E mentre il metabolismo anaerobico può
solo usare i carboidrati come suo substrato
alimentare iniziale, il metabolismo aerobi-
co può fare affidamento non solo sul glu-
cosio, ma anche sui lipidi e sulle proteine.
Inoltre, mentre il metabolismo aerobico
genera ATP, può anche generare CO2
e
acqua. L’energia può essere usata per so-
stenere le funzioni corporee; la CO2
può
essere trasportata nel sangue ed espulsa a
livello dei polmoni, mentre le molecole di
acqua possono essere usate a vantaggio del
corpo come qualunque altra molecola di
acqua. Pertanto, tutti i prodotti del me-
tabolismo aerobico possono essere pron-
tamente usati o espulsi. Grazie alla sua
capacità di produrre grande quantità di
energia e all’assenza di sottoprodotti che
limitano la prestazione, il metabolismo
aerobico è usato a riposo e durante l’at-
tività fisica a più bassa intensità di lunga
durata – quando vi è una grande quantità
di ossigeno da destinare ai tessuti corpo-
rei – per assicurare la grande quantità di
energia necessaria in tali condizioni.
N
el capitolo precedente, abbiamo descritto i principi fondamentali della
bioenergetica e i tre principali substrati alimentari (carboidrati, lipidi,
proteine), prima di affrontare nello specifico le due vie metaboliche che
sono più immediatamente disponibili e ad azione più rapida (fosfageno,
glicolisi), utilizzate per convertire l’energia contenuta nel cibo in ATP
utilizzabile. In questo capitolo, rivolgeremo la nostra attenzione alla terza via metaboli-
ca, ovvero, il metabolismo aerobico. Tra le caratteristiche di questa via rientrano la sua
richiesta di una quantità adeguata di ossigeno, un tasso relativamente lento di produ-
zione di ATP, ma anche la capacità di produrne grandi volumi. Grazie a queste caratte-
ristiche si fa affidamento sul metabolismo ossidativo non solo in condizioni di riposo,
ma anche durante l’impegno di lunga durata di intensità lieve o moderata. In effetti,
è la via metabolica aerobica che determina in gran parte la prestazione nelle attività di
resistenza come, ad esempio, la maratona.

4
QUARTO
APPARATOMUSCOLOSCHELETRICO
1. Spiegare come il muscolo scheletrico genera la forza necessaria ad attuare
il movimento corporeo
2. Descrivere l’anatomia strutturale del muscolo scheletrico, comprese
le differenti componenti del sarcomero e le fasi dell’azione muscolare
3. Elencare le tecniche istochimiche che sono usate per identificare
i tipi di fibre muscolari
4. Elencare i diversi tipi di fibre muscolari usando lo schema di analisi istochimica
per l’ATPasi miosinica
5. Descrivere il ruolo dei tipi di fibre muscolari in rapporto ai diversi tipi
di prestazioni atletiche
6. Descrivere la capacità del muscolo di produrre forza in funzione
delle diverse modalità di contrazione muscolare
7. Spiegare la propriocezione muscolare ed il senso cinestesico, con riferimento
al ruolo dei fusi neuromuscolari e degli organi tendinei di Golgi
8. Elencare le modificazioni indotte a carico del muscolo dall’allenamento,
compresi gli effetti specifici dell’allenamento correlati agli esercizi di resistenza
e con sovraccarichi sull’ipertrofia muscolare e la transizione delle fibre
muscolari da un sottotipo a un altro
9. Spiegare gli effetti dell’allenamento simultaneo della forza e della resistenza a
elevata intensità sugli adattamenti specifici a ciascun tipo di allenamento
TERMINICHIAVE
actina,iperplasia,miofibrilla,
miosina,muscoloscheletrico,
filamenti,sarcoplasma,
sarcomero,troponina,
tropomiosina

118 PARTE 2 - Fisiologia dell’esercizio ﬁsico e sistemi corporei
L
a capacità del muscolo sche-
letrico di adattarsi alle diverse
forme di allenamento possibili
è impressionante. Dalla capacità
di sollevare oltre 453,5 kg nello
squat-lift a quella di correre una maratona
in meno di 2 ore e 4 minuti, la specie uma-
na dimostra di poter realizzare un’enorme
gamma di performance fisiche (Fig. 4-1).
Ci si potrebbe chiedere come sia possibile
una tale variabilità funzionale in un’unica
specie. Come vedremo continuando a leg-
gere questo libro, esistono molte funzioni
fisiologiche che concorrono alla prestazio-
ne fisica. Uno degli elementi contribuenti
è l’apparato muscolo scheletrico, di cui si
parla appunto in questo capitolo. La strut-
tura e la funzione del muscolo scheletri-
co, che è il muscolo le cui estremità sono
entrambe attaccate a un osso, influisce
profondamente sulla capacità di esegui-
re un’attività fisica. Inoltre, a causa della
stretta relazione funzionale tra i muscoli
scheletrici e i nervi (trattati nel prossimo
capitolo), questi due elementi insieme
sono conosciuti come apparato neuro-
muscolare, che influenza massicciamen-
te e profondamente la capacità atletica.
Pertanto, possono essere progettati diversi
programmi di allenamento per favorire
gli adattamenti neuromuscolari che mi-
gliorano la forza o la resistenza. Può essere
interessante vedere come si sia tentato di
predire i limiti della prestazione umana
con calcoli matematici; ma senza dubbio
la capacità della prestazione umana sarà
sempre influenzata da una combinazione
di caratteri genetici del soggetto, attrezza-
tura sportiva, motivazione e programmi di
allenamento.39
Per aiutare a capire questi concetti, il pre-
sente capitolo descrive la struttura del mu-
scolo scheletrico, la cosiddetta teoria dei
filamenti scorrevoli, l’attività muscolare
e i tipi di contrazione muscolare. Si par-
lerà anche dei tipi di fibre muscolari, della
capacità di produrre la forza e della pro-
priocezione applicata alla percezione cine-
stetica. Infine, saranno presentati i classici
adattamenti del muscolo all’allenamento
di resistenza e a quello con sovraccarichi.
STRUTTURA
FONDAMENTALE DEL
MUSCOLO SCHELETRICO
Si deve notare che, nonostante la notevole
diversità della capacità di prestazione che
gli esseri umani possiedono, l’apparato
neuromuscolare di ciascuna persona è si-
mile a quello di tutte le altre, per quanto
riguarda la struttura e la funzione. Ogni
programma di allenamento influenzerà in
qualche modo ognuna delle componenti
della funzione muscolare (si veda il Riqua-
dro 4-1). Saranno ora esaminate le strut-
ture fondamentali del muscolo scheletrico
e sarà spiegato come i muscoli producono
la forza e il movimento.
Al fine di comprendere la struttura del
muscolo scheletrico, cominciamo con il
muscolo intatto e continuiamo poi con la
sua suddivisione in componenti sempre
più piccole.

5
QUINTO
IL SISTEMANERVOSO
1. Spiegare l’omeostasi e i sistemi di feedback
2. Descrivere l’organizzazione del sistema nervoso
3. Descrivere schematicamente la struttura di un neurone
4. Differenziare le funzioni del sistema nervoso centrale, da quelle del
sistema nervoso periferico, del sistema nervoso autonomo, del
sistema nervoso simpatico, del sistema nervoso parasimpatico e
del sistema nervoso somatosensoriale
5. Definire un’unità motoria
6. Spiegare la conduzione degli impulsi nervosi
7. Applicare il principio della dimensione per il reclutamento delle fibre
muscolari8. Descrivere il sistema nervoso in azione
9. Considerare le applicazioni pratiche del sistema nervoso
10. Spiegare gli adattamenti neurali all’attività fisica
TERMINICHIAVE
acetilcolina,assone,
cervelletto,dendrite,ipotalamo,
motoneurone,omeostasi,
sinapsi,tetano

I
l sistema nervoso è alla base di qua-
si tutta la comunicazione corporea.
Lavora in intima sinergia con altri
sistemi fisiologici, come si evince
dai termini comunemente usati di
“neuromuscolare”, “neuroendocrino”, o
“neurovascolare”. Le funzioni fondamen-
tali del sistema nervoso consistono nel
ricevere le informazioni, elaborarle, inte-
grarle e rispondere ad esse. Più specifica-
tamente, il sistema nervoso riceve infor-
mazioni dall’ambiente interno ed esterno
e deve poi elaborarle e integrarle con un
grado elevato di specificità. I risultati effet-
tivi sono quindi raggiunti tramite risposte
nervose acute e adattative [un po’ come
dire: immediate e croniche, oppure a bre-
ve e lungo termine, NdC]. Oltre ai pro-
cessi fisiologici normali, il sistema nervoso
svolge un ruolo essenziale nel comunicare
e coordinare rapidamente le funzioni fi-
siologiche prima, durante e dopo l’attività
fisica. Sorprendentemente, vi sono sem-
pre più evidenze che suggeriscono che il
sistema nervoso è molto adattabile e che
questi adattamenti sono non solo speci-
fici, ma anche fondamentalmente legati
agli adattamenti indotti dall’attività fisica.
Pertanto, questo capitolo fornisce un’in-
troduzione alle funzioni e alle strutture
fondamentali del sistema nervoso, descri-
ve la sua organizzazione, quella dell’unità
motoria e il principio della dimensione e
presenta le applicazioni pratiche di questi
concetti in termini di esercizio fisico.
FUNZIONI DEL
SISTEMA NERVOSO
Il sistema nervoso, compreso l’encefalo,
rende possibile la maggior parte delle ca-
ratteristiche che distinguono i vertebrati
superiori dagli animali più primitivi. Il si-
stema nervoso è responsabile della consa-
pevolezza cosciente, della memoria, della
sensazione, del pensiero, della percezione,
dei riflessi subcoscienti e dei movimenti
corporei. Il sistema nervoso, insomma,
funge da principale rete di comunicazio-
ne del corpo, individuando gli elementi di
disturbo e squilibrio tra l’ambiente inter-
no e quello esterno e suscitando cambia-
menti acuti e a lungo termine per mediare
risposte più efficaci. È il sistema nervoso,
infine, il principale responsabile del man-
tenimento dell’omeostasi corporea e, di
conseguenza, della vita stessa.
MANTENIMENTO
DELL’OMEOSTASI
Il sistema nervoso è implicato intimamen-
te nella omeostasi fisiologica, una paro-
la coniata nel 1932 dal famoso fisiologo
Walter B. Cannon della Harvard Univer-
sity. L’esercizio fisico costituisce una for-
midabile sfida ai meccanismi omeostatici
del corpo, poiché lo sforzo determina nu-
merosissime perturbazioni fisiologiche, tra
cui aumento della temperatura corporea,
cambiamenti dell’equilibrio acido-base,
ipoidratazione, cambiamenti della pres-
sione arteriosa e alterazioni della glicemia.
La corretta funzionalità del sistema ner-
voso è essenziale perché il corpo individui
e risponda a queste alterazioni correlate
all’attività fisica.
Vari tipi di sistemi a retroazione (feedback)
sono utilizzati per la comunicazione di-
retta e indiretta tra il sistema nervoso e
ogni sistema organico del corpo. I siste-
mi di feedback più comuni sono chiamati

6
SESTO
APPARATOCARDIOVASCOLARE
1. Delineare la struttura di base e le funzioni dell’intero apparato
cardiovascolare
2. Descrivere un ciclo cardiaco e spiegare come esso viene controllato
3. Spiegare e interpretare un elettrocardiogramma
4. Identificare i fattori che contribuiscono alla gettata cardiaca
5. Spiegare la regolazione della pressione arteriosa
6. Descrivere la composizione del sangue
7. Distinguere tra gli adattamenti all’allenamento cardiovascolare dovuti
all’allenamento di resistenza e quelli dovuti all’allenamento di forza
8. Descrivere l’apporto di ossigeno ai tessuti
9. Descrivere la ridistribuzione del flusso sanguigno durante l’esercizio
fisico10. Descrivere i meccanismi dell’aumento del ritorno venoso e
dell’apporto di ossigeno durante l’attività fisica
11. Spiegare come l’apporto di ossigeno al muscolo venga
incrementato durante l’attività fisica.
TERMINICHIAVE
arterie,bradicardia,capillari,
diastole,elettrocardiogramma,
ematocrito,emoglobina,
gettatacardiaca,miocardio,
sistole,vasodilatazione

A
prescindere che si trovi in
stato di riposo o duran-
te un esercizio massimale,
l’apparato cardiovascolare
è responsabile dell’apporto
delle sostanze necessarie, quali l’ossigeno,
gli ormoni e i nutrienti, a ogni cellula del
corpo e della rimozione dei prodotti me-
tabolici, come l’anidride carbonica, dalle
cellule. Inoltre, l’apparato cardiovascolare
collabora alla regolazione della tempera-
tura (Capitolo 11) e all’azione tampone
dell’acidità (Capitolo 2) e, trasportando
globuli bianchi e piastrine, svolge an-
che un ruolo nella risposta immunitaria
[e nella coagulazione del sangue, NdC].
L’apparato respiratorio (si veda il Capi-
tolo 7), che è responsabile dello scambio
di ossigeno e anidride carbonica con l’at-
mosfera, e l’apparato cardiovascolare, che
è responsabile del trasporto di queste so-
stanze attraverso il corpo, insieme forma-
no il sistema cardiorespiratorio.
L’apparato cardiovascolare è composto
da una pompa – il cuore – e da due si-
stemi principali di vasi che trasportano
il sangue a ciascuna cellula del corpo e ai
polmoni. La struttura e l’organizzazione
dell’apparato cardiovascolare, insieme alla
sua capacità di adattarsi allo stress acuto
e cronico dell’attività fisica, consentono
rilevanti incrementi della sua prestazione.
Ad esempio, durante l’attività fisica massi-
male, la richiesta di ossigeno da parte del
tessuto muscolare attivo aumenta di 25
volte circa rispetto all’ossigeno necessario
a riposo. Capire la struttura, l’organizza-
zione, la funzione e l’adattamento dell’ap-
parato cardiovascolare all’attività fisica
consente di comprendere come sia pos-
sibile aumentare l’apporto di ossigeno al
tessuto in attività, così che un maratoneta
di livello internazionale possa completare
poco più di 26 miglia [la corsa di marato-
na misura 42,195 km, NdC] in un tem-
po superiore di poco alle 2 ore. Tuttavia,
l’apparato cardiovascolare subisce anche
un adattamento ad altri tipi di allenamen-
to, che sono importanti per l’esecuzione
di attività anaerobiche, quali le corse tipo
sprint. Pertanto, lo scopo di questo capi-
tolo è di esplorare non solo la fisiologia
di base dell’apparato cardiovascolare, ma
anche i suoi adattamenti all’attività fisica.
STRUTTURA,
FUNZIONE E
ORGANIZZAZIONE
DELL’APPARATO
CARDIOVASCOLARE
L’apparato cardiovascolare è composto dal
cuore, dal sangue e dal sistema circolato-
rio, che è diviso nei rami periferici e pol-
monari (Fig. 6-1).
CIRCOLAZIONI POLMONARE
E PERIFERICA
La circolazione polmonare trasporta il
sangue dal cuore ai polmoni e nuovamen-
te al cuore. La circolazione periferica
trasporta il sangue proveniente dal cuore
a tutti i distretti del corpo e di nuovo al
cuore. L’azione di pompaggio del cuore,
o contrazione cardiaca, crea una pressio-
ne, che spinge il sangue nella circolazione
polmonare o in quella periferica. Grandi
vasi, denominati arterie, trasportano il
sangue dal cuore verso i polmoni o la peri-
feria. Le arterie si ramificano ampiamente,
formando arterie di calibro più piccolo, o
arteriole. Le arteriole di calibro più pic-
colo si ramificano e formano numerosi ca-
pillari, i vasi sanguigni più piccoli e i più
numerosi. Ramificandosi in un numero
più grande di vasi nel passaggio da arterie
ad arteriole e poi da arteriole a capillari, si
viene a creare una quantità maggiore di se-
zione trasversa totale dei vasi per un dato
volume di sangue.

7
SETTIMO
APPARATORESPIRATORIO
1. Spiegare la struttura e la funzione delle componenti
dell’apparato respiratorio
2. Spiegare la meccanica della ventilazione
3. Descrivere la diffusione dei gas a livello dei polmoni e dei tessuti
4. Descrivere i meccanismi di trasporto dei gas
5. Spiegare la curva di dissociazione dell’emoglobina e i fattori
che ne determinano lo spostamento
6. Descrivere il controllo della ventilazione a riposo e sotto sforzo
7. Identificare e descrivere i recettori che controllano la ventilazione
8. Descrivere le richieste metaboliche della ventilazione
9. Descrivere gli adattamenti ventilatori all’allenamento fisico
TERMINICHIAVE
diaframma,emoglobina,
mioglobina,pleura,
sogliaventilatoria,
respirazione,ventilazione

P
er trasportare ai tessuti corporei
l’ossigeno che deve essere utiliz-
zato nel metabolismo aerobico e
per rimuovere l’anidride carbo-
nica (che è un prodotto del me-
tabolismo aerobico) dai tessuti e, infine,
dall’organismo, sono necessari entrambi i
sistemi, quello respiratorio e quello circo-
latorio. Il fine ultimo della respirazione è
quello di prelevare ossigeno dall’atmosfe-
ra ed eliminare dall’organismo l’anidride
carbonica prodotta. I sistemi respiratorio
e circolatorio operano insieme per adem-
piere a queste funzioni, che implicano di-
versi processi separati:
• la ventilazione polmonare, ovvero
l’aria che entra ed esce dai polmoni,
normalmente definita come atto respi-
ratorio;
• il passaggio dell’ossigeno presente
nell’aria che si trova nei polmoni al
sangue e il passaggio dell’anidride car-
bonica dal sangue all’aria all’interno
dei polmoni, o diffusione polmonare;
• il trasporto di ossigeno e anidride car-
bonica ad opera del sangue;
• lo scambio di ossigeno e anidride car-
bonica tra il sangue e i tessuti corporei,
ovvero scambio gassoso a livello ca-
pillare.
La respirazione si può in realtà suddivi-
dere in due momenti principali. La ven-
tilazione polmonare e la diffusione pol-
monare sono denominate respirazione
polmonare, poiché questi due processi
hanno luogo nei polmoni. La respira-
zione cellulare fa invece riferimento
all’utilizzo dell’ossigeno nel metabolismo
aerobico e alla produzione di anidride
carbonica. Nel presente capitolo, quan-
do si parla di respirazione, si intenderà
quella polmonare. La respirazione, o me-
tabolismo cellulare, è un argomento che
è stato già descritto nel Capitolo 3. Per
comprendere come funziona l’organismo
umano non solo a riposo, ma anche sotto
sforzo, è necessario conoscere la respira-
zione polmonare, il trasporto di ossigeno
e di anidride carbonica e lo scambio gas-
soso a livello capillare. In questo capitolo,
verranno descritte la struttura e la fun-
zione dell’apparato respiratorio a riposo e
sotto sforzo.
STRUTTURA E FUNZIONE
DELL’APPARATO
RESPIRATORIO
I polmoni svolgono la funzione di scam-
bio dei gas tra l’aria e il sangue. A tal fine,
è necessaria la presenza di strutture attra-
verso cui l’aria possa passare da e verso
i polmoni e deve esserci una sede in cui
possa avere luogo lo scambio dei gas a li-
vello capillare. Partendo dal naso, l’aria
inizialmente passa attraverso le narici ed
entra nella cavità nasale (Figura 7-1). Poi
attraversa la faringe, la laringe e la trachea,
che si divide in due bronchi (ognuno dei
quali si dirige verso un polmone), che a
loro volta presentano numerose ramifica-
zioni che formano i bronchioli e, infine, i
bronchioli terminali. Fino a questo punto,
non ha avuto luogo alcuno scambio gas-
soso. I bronchioli terminali conducono
l’aria nei bronchioli respiratori, che a loro
volta portano l’aria negli alveoli (struttu-
re sacciformi circondate da capillari, nelle
quali avviene lo scambio gassoso). Una
parte dello scambio di gas avviene anche a
livello dei bronchioli respiratori. Pertanto,
si può ben dire che alcune strutture all’in-
terno dell’apparato respiratorio fungono
principalmente da condotti per il passag-
gio dell’aria, mentre altre costituiscono le
aree dove avviene lo scambio dei gas.

8
OTTAVO
SISTEMAENDOCRINO
1. Definire e descrivere la funzione di un ormone
2. Illustrare l’organizzazione del sistema endocrino
3. Descrivere la sintesi, la struttura, il rilascio, il trasporto e la degradazione
ormonale4. Descrivere l’utilizzo e gli effetti collaterali delle sostanze anabolizzanti assunte
dagli atleti
5. Illustrare le differenze tra i diversi circuiti di retroazione o retroregolazione
(feedback loops) degli ormoni
6. Descrivere l’azione endocrina, autocrina e paracrina e la loro importanza
nelle risposte ormonali all’attività fisica
7. Illustrare i ritmi circadiani e i cambiamenti stagionali degli ormoni e la
relazione esistente con l’allenamento e la prestazione
8. Descrivere e distinguere le interazioni dei peptidi e degli steroidi con i
recettori9. Descrivere le interazioni dell’ipotalamo con l’ipofisi
10. Parlare delle diverse forme dell’ormone della crescita e delle loro risposte
all’attività fisica
11. Descrivere il ruolo, la regolazione, le risposte, le interazioni e gli
adattamenti, correlati all’attività fisica, degli ormoni presentati in questo
capitolo12. Illustrare l’impatto che la competizione sportiva ha sulla risposta endocrina
TERMINICHIAVE
androgeno,autocrino,
catabolico,emivita,
fattoredicrescita,
ghiandola,ormone,
plasma,recettore

I
sistemi endocrino e nervoso sono i
due principali sistemi di comunica-
zione del nostro corpo, che inviano
segnali o messaggi al fine di stimo-
lare risposte e adattamenti a livello
fisiologico. Il sistema endocrino invia un
segnale sotto forma di un ormone, una
sostanza chimica rilasciata nel flusso ema-
tico da una ghiandola. Una ghiandola è
composta da un gruppo di cellule organiz-
zate [e specializzate, NdC] che funge da
[vero e proprio, NdC] organo che secerne
sostanze chimiche. Ciascuno degli ormo-
ni secreti da una ghiandola è designato, in
maniera specifica, per i recettori che si tro-
vano su una determinata tipologia cellula-
re, o su un gruppo di tipologie cellulari.
Pertanto, l’espressione recettore bersaglio fa
riferimento a una serie specifica di desti-
nazioni cellulari per l’ormone che viene
inviato dalla ghiandola come segnale. Un
ormone può stimolare molte cellule diver-
se, purché queste presentino il recettore
appropriato. Il sistema endocrino rego-
la una vasta gamma di attività nel corpo
umano, dalla funzione cellulare al meta-
bolismo, dai processi sessuali e riprodutti-
vi alla crescita dei tessuti, dalla regolazione
dei fluidi alla sintesi e alla degradazione
delle proteine, fino all’umore.
La figura 8-1 mostra alcune delle princi-
pali ghiandole endocrine, assieme ad altri
organi che secernono ormoni e che pos-
sono, pertanto, essere considerati anch’essi
ghiandole endocrine.
IMPORTANZA DEL
SISTEMA ENDOCRINO
NELLA FISIOLOGIA
DELL’ATTIVITÀ FISICA
Perché, per un professionista dell’attività
fisica, è così importante comprendere il
funzionamento del sistema endocrino? È
sufficiente soffermarsi anche solo un mo-
mento su alcuni dei numerosi ambiti che
coinvolgono il sistema endocrino e che
sono regolati dagli ormoni:
• l’abuso di sostanze anabolizzanti nello
sport
• l’insulinoresistenza
• la sindrome metabolica
• la menopausa
• l’andropausa
• il diabete
• l’ipertrofia muscolare.
I professionisti dell’esercizio fisico si im-
batteranno quotidianamente in questo
genere di argomenti. Comprendere gli
aspetti fondamentali del sistema endo-
crino, comprenderne il funzionamento e
conoscere quali sono gli ormoni coinvolti
nei differenti processi sarà pertanto utile
per acquisire la necessaria visione d’in-
sieme su come funziona il corpo umano.
Le risposte acute all’attività fisica aiutano
il corpo a funzionare durante l’esercizio e
regolano il metabolismo. Anche il recupe-
ro dallo stress provocato dall’attività fisica,
così come la conseguente riparazione dei
tessuti e il loro rimodellamento, è connes-
so alla risposta ormonale. In ultima anali-
si, gli ormoni e i loro recettori mediano gli
adattamenti all’attività fisica.

9
NONO
SUPPORTONUTRIZIONALE
PER L’ATTIVITÀ
FISICA
1. Definire e distinguere i tre macronutrienti
2. Spiegare il ruolo svolto dai macronutrienti nelle funzioni corporee
e nel metabolismo dei substrati
3. Identificare e confrontare le raccomandazioni sui nutrienti per gli atleti
emesse dall’American Dietetic Association
4. Spiegare l’indice glicemico dei cibi
5. Descrivere il processo e l’obiettivo del carico di carboidrati
6. Descrivere lo scopo delle “bevande sportive”
7. Descrivere la composizione e le conseguenze metaboliche
delle diete ipoglucidiche
8. Descrivere le strategie della supplementazione di proteine e carboidrati
sia per gli atleti di resistenza che per quelli della forza
9. Differenziare i tipi di trigliceridi e specificare i loro ruoli nel rischio di
malattia10. Descrivere il ruolo delle diete iperlipidiche nella prestazione sportiva
11. Capire e spiegare il ruolo delle vitamine e dei minerali nel metabolismo
dei substrati
12. Spiegare le conseguenze di un deficit di minerali o di vitamine
13. Descrivere la composizione e lo scopo dei pasti consumati prima
e dopo una competizione
TERMINICHIAVE
acidograsso,bilancioazotato,
corpochetonico,maltodestrine,
osmolalità,osteoporosi,
transferrina,vitamine

392 PARTE 3 - Alimentazione e ambiente
D
a alcuni mesi, molte donne
si stanno allenando per la
corsa di 5 chilometri con-
tro i tumori al seno “Race
for the cure” della Susan
G. Komen. Tutte queste donne seguono
le linee guida tipiche dell’American Colle-
ge of Sports Medicine per la prescrizione
degli esercizi e sono fortemente motivate
a correre il più velocemente possibile e a
tentare anche di stabilire un record per-
sonale in occasione di questa corsa. Nel
tentativo di ottimizzare ogni aspetto della
preparazione, una delle donne ha detto
che dovrebbero utilizzare un carico di car-
boidrati, per aumentare veramente le pos-
sibilità di correre la loro migliore corsa.
Un’altra del gruppo, dopo avere consulta-
to il dipartimento di fisiologia dello sport
dell’università locale, non è sicura che sia
una buona idea. Ha detto al gruppo di
avere saputo che, data la breve distanza,
i carboidrati aggiuntivi immagazzinati,
sotto forma di glicogeno, non sarebbero
veramente necessari nemmeno nel caso in
cui tentassero di stabilire il proprio record
personale. Inoltre, con ogni grammo di
glicogeno vengono immagazzinati fino a
5 grammi di acqua, creando un aumento
ponderale acuto che non può essere uti-
le. Pertanto, ha raccomandato al gruppo
di concentrarsi su quello che stanno fa-
cendo insieme con un valido programma
nutrizionale. Nel fare questo, sarebbero
state sicure di ottenere calorie sufficienti
a soddisfare le richieste del programma
di condizionamento fisico in pista e nella
sala pesi e di non usare alcun tipo di ap-
proccio al sovraccarico di carboidrati per
questa corsa.
Terminato l’evento, in un’area destinata al
recupero post competizione, dopo che cia-
scuna aveva stabilito il proprio record per-
sonale sui 5 chilometri, l’hanno ringraziata
per avere impiegato del tempo a raccogliere
informazioni su ciò che molte ritenevano
fosse necessario ogni volta che si corre.
Se si apprendono i fondamenti della nu-
trizione e le modalità con cui un atleta
o un appassionato del fitness può trarre
beneficio dalla conoscenza di come i car-
boidrati, i lipidi, le proteine, le vitamine
e i minerali sono usati prima, durante e
dopo diverse sessioni di allenamento o
competizioni, sarà possibile applicare un
approccio più scientifico per determinare
le richieste alimentari e l’uso ottimale dei
nutrienti.
In questo capitolo, saranno esplorate le
strategie alimentari sul consumo di car-
boidrati, lipidi, proteine, vitamine e mi-
nerali per potenziare la prestazione fisica.
MACRONUTRIENTI
I carboidrati, le proteine e i lipidi sono
necessari al corpo umano in quantità rela-
tivamente grandi e, di conseguenza, sono
denominati macronutrienti. Tutti e tre
sono sostanze di origine organica, ovvero
sono sostanze derivate dal carbonio. Tutti
e tre i macronutrienti contengono mole-
cole di carbonio, idrogeno e ossigeno; le
proteine contengono anche molecole di
azoto. Tutti possono essere usati nel meta-
bolismo per produrre energia utilizzabile
sotto forma di adenosina trifosfato (ATP;
si vedano i Capitoli 2 e 3).

DECIMO
PROBLEMATICHE
IDROELETTROLITICHE
NELL’ATTIVITÀ
FISICA
1. Identificare le funzioni anatomiche e fisiologiche dei liquidi
e degli elettroliti presenti nell’organismo
2. Spiegare gli effetti di concentrazioni carenti ed eccessive dei
liquidi e degli elettroliti nel corpo e come prevenire tali stati
3. Descrivere pratiche ottimali di consumo dei liquidi
e degli elettroliti per migliorare la prestazione fisica
4. Spiegare che cosa sono gli elettroliti, la loro funzione e offrire
esempi di processi fisiologici in cui agiscono gli elettroliti
5. Spiegare come l’attività fisica può influire sulla funzione
e il bilancio idroelettrolitico
6. Spiegare come si verifica la disidratazione, i sistemi fisiologici
influenzati dalla disidratazione e i fattori che influiscono
sul tasso e l’estensione a cui essa si verifica
7. Identificare strategie ottimali per valutare gli equilibri
idroelettrolitici
8. Descrivere l’iponatriemia, come si verifica e gli effetti collaterali
che possono avere luogo
9. Creare un programma di idratazione, spiegare perché tale
tipo di programmi è importante e identificare le componenti
necessarie di un programma di idratazione completo.
0
TERMINICHIAVE
acquametabolica,aldosterone,
catione,elettrolita,ipertonico,
ipotonico,isotonico,
osmolalità,sete

A
lla maratona di Boston del
1982, Alberto Salazar vinse
su Dick Beardsley in uno
sprint mozzafiato. Quasi su-
bito dopo avere attraversato
il traguardo, Salazar collassò e fu traspor-
tato in un centro medico dove gli furono
iniettati 6 litri d’acqua per via endovenosa
per reintegrare l’acqua persa con l’abbon-
dante sudorazione avvenuta nel percorso
dei 42 chilometri. Per mantenere il ritmo
che riteneva necessario per vincere, Salazar
aveva evitato di bere liquidi durante le ul-
time 8 miglia della corsa. Questa manca-
ta assunzione di liquidi, associata al tasso
di sudorazione estremamente elevato, lo
aveva lasciato pericolosamente disidratato
alla fine di quello che divenne noto come
“Duel in the sun” (Duello sotto il sole).
In effetti, la sudorazione anormalmente
elevata di Salazar (circa 3 l·h−1
) gli aveva
causato già in passato una disidratazione
altrettanto grave, durante altre corse su di-
stanza tanto che egli fu sul punto di mo-
rire (in un caso ricevette anche l’estrema
unzione da un sacerdote) in più di un’oc-
casione. Questi incidenti sottolineano i
gravi problemi di salute che possono es-
sere causati dalla disidratazione durante la
prestazione sportiva.
L’acqua e gli elettroliti sono essenziali per
il mantenimento della vita. L’acqua costi-
tuisce circa il 60% della massa corporea
di un adulto ed è perciò considerata la
sostanza più abbondante dell’organismo
umano. Gli elettroliti, come il sodio e il
cloro, sono necessari per molte funzioni
corporee e sono responsabili della forza
necessaria per mantenere l’acqua all’inter-
no dei compartimenti cellulare ed extra-
cellulare e per spostarla da un lato all’altro
di una membrana cellulare tra i compar-
timenti intracellulare ed extracellulare del
corpo.
La disidratazione, o perdita di acqua
corporea, può ridurre la prestazione fisica
sia aerobica che anaerobica. Parimenti, la
riduzione del contenuto di elettroliti può
compromettere la prestazione fisica. Per-
tanto, il mantenimento dell’idratazione e
degli elettroliti nell’organismo è necessa-
rio non solo per la normale funzione cor-
porea, ma anche per una prestazione fisica
ottimale. In questo capitolo, saranno ap-
profonditi gli aspetti del mantenimento
dell’idratazione e degli elettroliti.

UNDICESIMO
SFIDE AMBIENTALI
E PRESTAZIONE
SPORTIVA
1. Spiegare gli aspetti fondamentali dello stress d’alta quota e identificare
difficoltà, risposte e fattori di affaticamento determinati dalle altitudini
elevate2. Descrivere la natura del mal di montagna e le strategie che includono
l’allenamento in altitudine ai fini della prestazione
3. Spiegare i fondamenti e gli obiettivi fisiologici della termoregolazione
4. Identificare i meccanismi di termodispersione
5. Descrivere le varie forme delle patologie correlate al calore,
identificando i meccanismi per cui si verificano, gli effetti
sull’organismo e i fattori/meccanismi che ne influenzano e ne alterano
la manifestazione
6. Spiegare i concetti relativi alla termoregolazione durante la prestazione
sportiva ad elevate temperature, sia nell’attività di resistenza che in
quella anaerobica
7. Identificare e descrivere i principali fattori di prevenzione delle patologie
correlate al calore e i cali della capacità di prestazione dovuti alla
termoregolazione
8. Descrivere il fondamento fisiologico dello stress da freddo e il modo
in cui questo fattore interferisce con la capacità di prestazione
9. Identificare i mezzi di adattamento agli ambienti freddi e
le strategie di sopravvivenza in situazioni di pericolo
1
TERMINICHIAVE
acclimatazione,broncocostrizione,
colpodicalore,crampi,
esaurimento,gradientetermico,
ipertermia,ipossia,
pressioneatmosferica

L
e condizioni ambientali costi-
tuiscono uno dei fattori che
maggiormente influiscono sul-
la fisiologia dell’organismo e
condizioni ambientali estreme
rappresentano una vera e propria minac-
cia alla sopravvivenza.
Gli elementi ambientali hanno infatti un
ruolo primario per ciò che concerne le ri-
sposte del corpo e gli adattamenti all’eser-
cizio fisico. Nell’atletica leggera, possono
avere un impatto davvero notevole, sep-
pur in modi differenti, sulle prestazioni.
Ad esempio, alla quota di 2.200 metri, il
tempo impiegato per portare a termine
una corsa di 10 chilometri può aumentare
di 2 minuti; eppure, alla stessa altitudine,
i tempi delle prestazioni per una corsa di
400 metri subiscono variazioni negative
minime, o ne traggono addirittura un leg-
gero vantaggio.
Di fatto, i record mondiali sui 400 metri
sono stati stabiliti in occasione di compe-
tizioni in altura. Un allenamento e una
progressione corretti, nelle varie condizio-
ni ambientali, saranno utili a controbilan-
ciare alcuni degli stress fisiologici e delle
carenze nella prestazione. Conoscere le
difficoltà che ci si trova ad affrontare nelle
varie condizioni ambientali è fondamen-
tale per capire come preparare il fisico a
questo tipo di richieste fisiologiche nella
maniera appropriata.
L’AMBIENTE
Al fine di comprendere l’impatto fisiolo-
gico che l’ambiente ha sul corpo e sulle
sue prestazioni, è necessario avere una co-
noscenza di base del sistema ambientale,
noto anche come atmosfera. Da una pro-
spettiva “terrestre”, il tradizionale punto
di partenza o base fondamentale per la
nostra esistenza sul pianeta sono le con-
dizioni atmosferiche al livello del mare.
Le variabili climatiche rilevanti al fine di
definire le condizioni atmosferiche sono:
la pressione atmosferica (o barometri-
ca), la temperatura dell’aria e la satu-
razione dell’aria (o umidità relativa).
Tutte queste variabili descrivono la con-
dizione ambientale generale e dipendono
dal punto esatto del pianeta (ovvero lati-
tudine e longitudine) e dall’altitudine a
cui si trova il soggetto, in combinazione
con le condizioni meteorologiche presen-
ti. La condizione atmosferica standard è
stabilita come la condizione ambientale in
cui si ha una pressione barometrica (nor-
mobarica) al livello del mare di 760 mil-
limetri di mercurio (mmHg) (o 1.013,2
millibar [mb]; kg 1,033 per cm2
[kg/cm2
];
76 cmHg) e una temperatura dell’aria di
15°C. Tali condizioni ambientali standard
possono essere inoltre quantificate tramite
le normali componenti dell’aria, come de-
lineato nella tabella 11-1.
L’atmosfera della Terra può essere descrit-
ta inoltre mediante suddivisioni (ovvero le
zone fisiche e fisiologiche). Come rappre-
sentato nella Figura 11-1, le zone fisiche

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