martedì 25 giugno 2013

Il sistema nervoso e l'esercizio fisico: alla corte del re. Parte Prima

Protocollo ministeriale 9

Il sistema nervoso e l'esercizio fisico: alla corte del re. Parte Prima

Eccoci arrivati all'ultimo (ma non meno importante) dei tre grandi sistemi che governano lo stato dinamico del nostro corpo. 
Come è possibile intuire il sistema nervoso è estremamente complesso, mentre in natura esistono sistemi endocrini e immunitari molto più sviluppati del nostro lo stesso non si può dire del nostro sistema nervoso, fino ad ora risulta essere il sistema più complesso dell'intero universo conosciuto. Non esiste  nulla, macchina od organismo che eguagli la complessità del cervello umano. 

Prima di scappare e timbrare il cartellino di uscita al tornello del Ministero sappiate che questo primo (di due) dispaccio tratterà in modo molto superficiale le strutture celebrali che sono interessate nel movimento umano. Nella seconda parte cercheremo di capire quali alcuni meccanismi molto importati del Sistema Nervoso Centrale per incrementare la performance.

Funzione Motoria del SNC
I movimenti vengono suddivisi in:
  • Movimenti volontari: movimenti eseguiti intenzionalmente al fine di raggiungere uno scopo consapevole. 
  • Attività motoria riflessa: attività motoria involontaria attivata in seguito a stimoli esterni semplici, ha il compito di mantenere l'equilibrio del sistema. 
  • Attività motori ritmica: movimenti avviati dalla volontà ma si perpetuano automaticamente fin quando la volontà non interviene di nuovo per interromperli, es: la deambulazione. 
  • Mantenimento della postura: mantenimento della postura intesa come la posizione del tronco e degli arti tra loro e rispetto allo spazio. Gli aggiustamenti posturali sono messi in atto sia da movimenti volontari che da riflessi, sono veloci e stereotipati. 
Nel SNC operano due sistemi di controllo: a feed back (rilevazione dello scostamento dai valori di riferimento: postura, posizione relativa) o a feed forward (anticipazione: impiego della vista per evitare un ostacolo durante la deambulazione). Il movimento viene prima programmato nell'area prefrontale -> pre motoria -> area motoria, in seguito viene trasmesso lungo il midollo spinale dove giunge ai neuroni motori per venire eseguito, infine il movimento viene controllato dagli organi di feedback che si trovano nei muscoli, nelle giunzioni muscolo tendinee e nella pelle

Il sistema motorio ha un'organizzazione gerarchica dove in cima si trovano le strutture in grado di produrre risposte complesse, mano mano che si scende lungo il SNC le risposte in grado di essere generate diventano più semplici. Lo schema globale è un sistema in serie affiancato da uno in parallelo formato da quelle apparati in grado di produrre comandi che influiscono su  strutture inferiori.
Il sistema motorio periferico è formato dal II motoneurone che origina dalle corna posteriori del midollo, il quale si porta in periferia verso la placca neuromuscolare, questa struttura viene definita unità motoria e rappresenta la via di uscita finale del sistema motorio (volontario, riflesso, ritmico e posturale). 
Il Sistema motorio centrale è caratterizzato da un apparato di elaborazione molto più complesso, l'elaborazione del movimento avviene nelle aree corticali secondarie, la funzione di esecuzione è affidata al sistema piramidale ed extrapiramidale (illustrate in seguito), il primo è formato da fasci di fibre (I motoneurone) che formano la via cortico-spinale (vie che procedono dalla corteccia al midollo), la seconda da sistemi di integrazione del movimento come i nuclei della base (perfezionamento dei movimenti fini) e cervelletto (funzione di controllo degli schemi motori).


Quando il comando motorio arriva al midollo subisce un ulteriore controllo da parte degli: Interneuroni inibitori
Nei motoneuroni spinali agiscono 3 tipi di interneuroni che modulano l'output motorio: 
  1. Interneurone Ia, 
  2. le cellule di Renshaw,
  3. gli interneuroni Ib. 
Gli interneuroni Ia sono responsabili dell'inibizione reciproca (inibiscono l'attività dei muscoli antagonisti nel riflesso da stiramento - consultare il dispaccio L'importanza della Potenza, parte 1). Le cellule di Renshaw attivano l'inibizione ricorrente , un circuito a feedback negativo che inibisce l'attività del motoneurone in base al suo grado di attivazione (più si attiva, più viene inibito), le cellule di Renshaw fanno sinapsi anche con gli interneuroni di tipo Ia diminuendo la loro attività inibitoria con il bilancio netto di aumentare l'attività del motoneurone
Gli interneuroni di tipo Ib sono stimolati dagli organi del Golgi e producono un sistema a feedback negativo ricevono info dai fusi neuromuscolari, dalla cute, dalle articolazioni, dai centri superiori, costituendo la base per i movimenti fini.

Sistema Piramidale
Il sistema piramidale ha origine in parte dalla corteccia motoria primaria, è il solo sistema di fibre che procede senza interruzione dalla corteccia al midollo. Il sistema piramidale nella corteccia ha un'organizzazione somatotropica (le varie parti del corpo sono rappresentate nell'area corticale in base alla finezza e complessità dei movimenti, ne consegue che faccia, bocca e mani ricoprono gran parte della superficie). Il fascio di fibre che origina dalla corteccia arriva ai nuclei dei nervi cranici e , più in basso, alla radice anteriore del midollo dove fa sinapsi con il II motoneurone. Gran parte delle fibre del fascio piramidale (65% - 70%) decussa (cambia lato del corpo) a livello delle piramidi bulbari continuando controlateralmente il proprio percorso, tali fibre vanno ad innervare i muscoli distali degli arti, quei muscoli attivati per uno scopo definito.  Le fibre che scendono direttamente innervano la muscolatura prossimale degli arti e quella assiale, inoltre nella discesa entrano in strutture che hanno un ruolo primario nel controllo della postura.
Le aree corticali coinvolte nel movimento sono 2: 
  • Area 6 di Brodmann o area premotoria che ha una soglia di attivazione elettrica più altra e evoca movimenti più complessi, essa è deputata alla pianificazione degli schemi motori. 
  • Area 4 Boradmann o area motoria, soglia di attivazione più bassa rispetto all'area 6 e richiama movimenti semplici.


Sistema extrapiramidale:
Il sistema piramidale è formato dai Gangli della base e dal Cervelletto.

Gangli della Base



I nuclei della base regolano i movimenti prima e durante l'esecuzione, sono necessari per l'avvio del movimento, se compromessi non si è in grado di passare da un movimento ad un altro armonicamente.

Essi sono formati dal: 
  • Nucleo Caudato e Putamen(corpo striato) implicati nell'avvio di movimenti grossolani intenzionali(alternanza braccia\gambe nel camminare).
  • Globus Pallidus: preparazione del TONO MUSCOLARE ai movimenti fini.

I gangli della base non stabiliscono connessioni dirette con il midollo spinale e sono impiegati in controlli motori superiori come pianificazioni di strategie complesse. Le afferenze ai gangli della base arrivano al corpo striato e le maggiori efferenze (dirette per lo più al talamo) partono dal globus pallido e dalla parte reticolata della sostanza nera (formata da neuroni che producono dopamina), la degenerazione per via autoimmunitaria dei gangli della base è la causa di malattie come il Morbo di Parkinson e la Corea di Huntington. 


Sistema cerebellare


Il cervelletto ha la funzione di coordinare la contrazione e la decontrazione di tutti i muscoli, di controllarne l'andamento ed il risultato, inoltre opera anche un controllo sul tono posturale. Il cervelletto confronta il movimento in esecuzione con lo schema motorio in memoria. In definitiva il cervelletto è coinvolto nella pianificazione del movimento, nella coordinazione degli arti, nel controllo della postura, nella regolazione e controllo del tono muscolare e dell'apprendimento motorio. Il cervelletto è posto in parallelo rispetto alle vie afferenti – sensitive e efferenti – motorie, esso riceve afferenze dal midollo (muscoli, cute, articolazione, vestibolare, occhio) e dalla corteccia ,dalla corteccia arrivano le informazioni teoriche, mentre dal midollo quelle reali, in questo modo il cervelletto confronta le info dell'area corticale (programmazione) con quelle ottenute dalla periferia modificando così il movimento che si sta compiendo. Il cervelletto è organizzato in 3 lobi: lobo flocculonodulare, lobo anteriore e lobo posteriore essi sono delimitati da 2 solchi trasversali profondi, mentre due solchi longitudinali lo delimitano in 3 aree: due laterali (lobi) ed una centrale (verme). Il lobo flocculonudulare è definito archicerebello, il più antico, in connessione diretta con i nuclei vestibolari. Il lobo anteriore è il paleocerebello in connessione con il midollo spinale, esso comprende anche parte del verme e la zona intermedia dei due emisferi. Il lobo posteriore comprende la zona laterale dei due emisferi ed è in contatto con la corteccia celebrale.

Nel prossimo dispaccio metteremo da parte queste nozioni anatomiche-fisiologiche ed andremo a mostrare come il sistema nervoso centrale reagisce agli allenamenti.

giovedì 6 giugno 2013

Il sistema endocrino e l'esercizio fisico: messaggeri di forza. Parte seconda

Protocollo ministeriale 8/bis

Il sistema endocrino e l'esercizio fisico: messaggeri di forza. Parte Seconda.


Nella prima parte del dispaccio abbiamo introdotto il sistema endocrino, uno dei tre grandi sistemi (insieme al sistema immunitario e al sistema nervoso centrale) in grado di mantenere l'omeostasi all'interno del nostro corpo. La stimolazione di questi 3 sistemi con stress giusti è in grado di rendere l'organismo più forte e resistente, mentre un sovraccarico di stimoli troppo intensi e protratti troppo a lungo rischia di mandare in tilt questa delicata rete rendendo difficile il recupero e sfociando in frequenti raffreddori o una secrezione ormonale alterata. La bravura del coach, dell'atleta autodidatta o dell'impiegato del Ministero sta proprio nel saper somministrare la giusta dose di stress per poter ottenere un guadagno più o meno costante viaggiando sempre sul filo dell'overreaching (lieve sovrallenamento, necessario ad innescare la perturbazione dell'omeostasi e, di conseguenza, a stimolare il miglioramento), è molto improbabile ottenere una performance migliore se recuperassimo ogni volta al 100% oppure non recuperassimo affatto. 

In questa seconda parte del dispaccio andremo a vedere come il nostro sistema endocrino reagisce agli stress da allenamento.

Tutte le risposte vengono elaborate dal sistema nervoso centrale, visto che è lui a ricevere tutti gli stimoli afferenti dalla periferia, l'area del cervello che fa da interprete con il sistema endocrino è l'ipotalamo dove due nuclei (sopraottico e paraventricolare) lo collegano all'ipofisi. Quello che più ci ha interessato qui al Ministero è l'attività dell'asse Ipotalamo-Ipofisi-Surrene (già vista nel 7mo dispaccio), gli effetti dell'esercizio sull'asse Ormone della crescita (GH) e il Fattore di crescita insulino simile 1 (IGF1) e , sempre relazionato al movimento, la dinamica del testosterone.

L'esercizio fisico e l'asse Ipotalamo-Ipofisi-Surrene.

Il primo adattamento del corpo ad uno stress è l'attivazione del sistema nervoso autonomo simpatico il quale porta ad una messa in circolo del cortisolo (definito ormone dello stress), l'innalzamento nel torrente ematico dell'ormone dello stress è data dalla stimolazione dell'asse IIS.
L'ipotalamo risponde alla perturbazione dell'omeostasi secernendo due ormoni:
  1. Ormone rilasciante corticotropina (CRH)
  2. arginina vasopressina (AVP)
Queste due sostanze stimolano la produzione di ormone corticotropo (ACTH) che a sua volta induce il rilascio di cortisolo dalla zona fascicolata nella corteccia delle ghiandole surrenali. Gran parte del cortisolo circolante nel sangue viaggia legato ad una proteina (globulina legante il cortisolo CBG, essendo un'ormone steroideo risulta essere idrofobico)e soltanto la frazione libera è in grado di propagarsi all'interno della cellula ed espletare la sua funzione. Il picco di produzione del cortisolo si ha la mattina mentre il nadir è intorno alla mezzanotte, sebbene la luce è il maggior regolatore della produzione di cortisolo l'attività fisica può incidere pesantemente sulla sua presenza all'interno dell'organismo.
La quantità di cortisolo presente nel sangue è legata alla durata e all'intensità dell'esercizio, sedute di media intensità si è visto non innalzare i livelli di cortisolo nel sangue, mentre durante attività più intense o più lunghe viene prodotto più ormone dello stress. La produzione di cortisolo è legata all'omeostasi degli zuccheri, è noto che assumendo carboidrati durante esercizi di lunga durata la secrezione di cortisolo è ridotta (Galbo 1983). Inoltre i livelli di cortisolo si innalzano in atleti che percorrono 1500mt o i 10.000mt ma non in atleti che eseguono sprint sui 100mt o il sollevamento pesi olimpico (Petraglia 1988), qui risulta evidente che in attività molto brevi l'omeostasi del glucosio non viene perturbata e perciò i livelli di cortisolo rimangono simili a quelli di riposo. Si è visto (Ahtiainen et al. 2003) che i livelli di cortisolo tendono ad alzarsi anche in allenamenti con percentuali dell'1RM superiori al 70% per almeno 4 serie.

Prima delle gare la quantità di cortisolo circolate aumenta, questa sovraproduzione è dovuta dallo stress pre-gara.
Altro fattore che incide sulla produzione di cortisolo è l'età, maggiore è quest'ultima minore è la secrezione di glucorticoidi.

Oltre all'attivazione del sistema nervoso simpatico ci sono alcuni fattori umorali (presenti nei fluidi) in grado di  stimolare l'asse ipotalamo-ipofisi-surrene, questi sono:
  • il lattato.
  • interleuchine (citochine, vedere protocollo ministeriale n. 7)
  • angiotensina II (ormone in grado di aumentare la gittata cardiaca).

Il cortisolo esercita un controllo a feedback negativo sull'asse IIS, questo significa che un'alta concentrazione di questo ormone nel torrente ematico inibisce la sua sintesi. La natura e la durata dello stress può incidere su questo meccanismo, per esempio l'attività fisica molto intensa può indurre alterazioni nella sensibilità ai corticosteroidi.

Il compito primario del cortisolo è quello di fornire zuccheri al cervello ed ai muscoli, per fare questo attinge:
  • alle scorte di glicogeno (una forma immagazzinata di glucosio nel fegato)
  • alla trasformazione nel fegato di aminoacidi in glucosio.
  • alla trasformazione del glicerolo presente negli acidi grassi in glucosio.
Inoltre il cortisolo ha un'azione anti-infiammatoria e immuno-soppressiva perchè interagisce con i linfociti inducendone la morte (Hirano 2001).

Overreaching e sovrallenamento, come si comporta l'asse IIS?

L'overreaching può essere considerato un sovrallenamento a breve termine ed è necessario che si verifichi all'interno di una programmazione, invece il sovrallenamento è una vera e propria sindrome descritta come l'esaurimento della capacità di adattamento dell'organismo caratterizzata da stanchezza cronica, frequenti infezioni del tratto respiratorio superiore, stato d'animo alterato e funzione riproduttiva soppressa.
Il sovrallenamento è causato da troppo accumulo di stress per via di un piano d'allenamento errato o assente.
Dal punto di vista dell'asse l'overreaching si caratterizza da un'elevata produzione di ACTH (dovuta ad un abbassamento della sensibilità dell'ipofisi a questo ormone) ma senza essere seguita da un'innalzamento dei livelli di cortisolo. Se l'overreaching sfocia nel sovrallenamento allora entrambi gli ormoni (ACTH e Cortisolo) subiscono un calo di produzione e di presenza nel torrente ematico. Questo tipo di sovrallenamento è indotto da allenamenti di tipo prevalentemente aerobico, mentre nel sovrallenamento tipico degli sport con basso volume ed alta resistenza non si presentano squilibri dei livelli di ACTH e Cortisolo.

L'esercizio fisico e l'asse GH-IGF1

L'asse Gh-IGF1 regola molti processi dell'organismo umano, inclusa la crescita, lo sviluppo, processi riparativi, metabolismo ed altre attività fisiologiche. L'asse viene stimolata dal sistema nervoso centrale il quale, sotto influenze esterne o ritmi circadiani, produce una serie di neurotrasmettitori come le catecolamine, serotonina e agenti colinergici che stimolano l'ipotalamo a sintetizzare l'ormone rilasciante Gh (GHRH) e la somatostatina (SHS). Il GHRH stimola l'ipofisi anteriore a produrre e rilasciare GH, il GH è il maggior prodotto secretorio dell'asse, Le azioni più importanti di questo ormone peptidico sono: la stimolazione della sintesi dell'IGF1 e la regolazione del metabolismo, della differenziazione tissutale e della composizione corporea.

L'IGF1 fa parte dei peptidi collegati con l'insulina, viene secreto dal fegato in seguito se in presenza di GH, le proprietà anaboliche e di crescita dell'IGF1 riproducono in gran parte quelle del GH, in più stimola il rilascio di somatostatina ed inibisce la secrezione di GH con meccanismo a feedback negativo.

La stimolazione dell'asse GH-IGF1 è maggiore in sedute allenanti della durata superiore a 10 min (il picco di produzione di GH indotto dall'esercizio si manifesta dal 25mo\30mo minuto di attività continua) con un intensità della potenza aerobica che va dal 70% al 90% (Felsin, Brasel, Cooper. 1992).
La secrezione di GH è influenzata anche da fattori ambientali e nutritivi, per esempio le temperature calde stimolano la sua sintesi (Okada, Hikita. 1972). Un pasto ricco di grassi (il quale favorisce la produzione di somatostatina da parte dei tessuti gastrointestinali) diminuisce la secrezione di GH (Penman, Wass. 1981). Anche l'iperinsulinemia associata ad eccesso di grasso corporeo inibisce il rilascio dell'ormone della crescita. 

L'IGF1 ha un pattern di stimolazione diverso dal quello del GH, esso sembra venir prodotto anche durante sforzi inferiori ai 10 minuti sopra e sotto la soglia del lattato, inoltre Bang e colleghi hanno dimostrato che l'esercizio fisico è in grado di aumentare la secrezione di IGF1 da parte del fegato anche in soggetti con problemi all'ipofisi.

Sia la produzione che la sensibilità al GH e all'IGF1 sono correlati positivamente con indici di fitness funzionali come la la Vo2 Max e con indici di fitness strutturali come la quantità di tessuto muscolare presente nel corpo (Poehlman, Copeland. 1990).

L'esercizio fisico e il Testosterone.

Tra tutti gli ormoni prodotti dall'organismo umano forse il Testosterone è il più "ricercato" e il più "imitato", molti dei protocolli sviluppati qui al ministero hanno come scopo l'aumento della produzione ENDOGENA di testosterone, il compianto Segretatio del Ministero prof. Carmelo Bosco affermava che il testosterone non è l'ormone della forza ma l'ormone della Potenza, molti tessuti hanno ricettori per questo derivato del colesterolo anche i NEURONI.
Come appena detto il testosterone è un ormone prodotto a partire dal colesterolo grazie ad una serie passaggi regolati da enzimi presenti nelle cellule di Leydig nei testicoli e nelle ghiandole surrenali. La sintesi del testosterone viene regolata da un'altra sostenza: l'LH, ormone proteico prodotto nell'ipofisi, a sua volta la produzione di LH è regolato dall'ormone rilasciante gonadotropina (GnRh) sintetizzato nell'ipotalamo. La secrezione di questi due ultimi ormoni regolatori è controllata, in parte, dalla presenza di testosterone nel sangue (meccanismo di controllo a feedback negativo) , questo significa che se nell'organismo viene somministrato del testosterone ESOGENO la sua produzione interna diminuisce o cessa. 

Il testosterone nel sangue si trova in gran parte legato alla globulina legante, la SHBG e all'albumina. Tra le azioni più importanti in termini di prestazione sportiva il testosterone è in grado di stimolare la produzione di IGF1 ed Eritropoietina, inoltre ha un effetto antagonizzante nei confronti dei glucocorticoidi inibendo molti processi catabolici.

Alterazioni della secrezione del testosterone nell'esercizio fisico.

L'esercizio fisico può incrementare e diminuire la secrezione di testosterone a seconda dell'intensità e della modalità di esecuzione (Viru 1985). Gli incrementi avvengono durante e dopo sedute d'allenamento brevi ed intense come allenamenti con i pesi  e sprint (Sutton et al. 1973; Cumming et al. 1986; Kraemer et al. 1991), e forti decrementi si manifestano durante maratone ed ultra-maratone (Dessypris et al. 1976; Morville et al. 1979; Kuoppasalmi et al. 1980; Schurmeyer et al. 1984).
Il testosterone agisce in sinergia con il GH e L'iGF1 aumentando drasticamente la sintesi proteica nei muscoli e l'accrescimento osseo.

Negli sport di endurance gli androgeni sono responsabili dell'aumento della disponibilità di nutrienti (lipolisi) e della potenziata capacità di trasportare l'ossigeno (Muza et al. 1987; Sawka et al. 1987).

Con questo dispaccio abbiamo fatto luce sul meccanismo di risposta del corpo all'allenamento sia attraverso routine di forza che di resistenza. 
Entrambi i tipi di allenamento sono in grado di stimolare adattamenti profondi e benefici, per questo in qualsiasi preparazione atletica è fondamentale dedicare un blocco della programmazione a sviluppare sia i meccanismi aerobici che anaerobici.

Bibliografia


  • THE ENDOCRINE SYSTEM IN SPORTS AND EXERCISE, WILLIAM J. KRAEMER AND ALAN D. ROGOL. 2005
  • Advanced Exercise Endocrinology, K Borer Human kinetics publishing, 2013.