Nella medicina sportiva la soglia anaerobica o soglia del lattato è un indice che determina il livello massimo di sforzo fisico che l'organismo può sostenere senza accumulare acido lattico e ioni idrogeno (H+) nel sangue e nei muscoliAndrea Lenzi, Gaetano Lombardi, Enio Martino. Endocrinologia e attività motorie Elsevier srl, 2008. p. 259. ISBN 8821429997., oppure il livello di intensità dell'attività fisica di durata oltre il quale il metabolismo energetico passa dall'affidamento al sistema aerobico verso quello anaerobico (lattacido)Robert G. Carroll. Fisiologia. Elsevier srl, 2008. p. 216. ISBN 8821430219.
Fisiologia e metabolismo generale
Quasi tutte le trasformazioni energetiche che avvengono nel corpo sono indicate come metabolismo. Così una via metabolica è una serie di reazioni chimiche che provocheranno la formazione di ATP e di prodotti di scarto (come l'anidride carbonica). I tre sistemi energetici del corpo sono: il sistema anaerobico alattacido o sistema dei fosfageni, con l'impiego di substrati energetici quali adenosina trifosfato (ATP) e fosfocreatina (PC); il sistema anaerobico lattacido o glicolisi, con l'impiego di substrati energetici quali glicogeno e glucosio (carboidrati); il sistema aerobico o ossidativo o respirazione mitocondriale, con l'impiego di substrati energetici quali glicogeno/glucosio, acidi grassi (FFA), amminoacidi glucogenetici (GAA);
Il sistema anaerobico alattacido (ATP-PC) è il sistema energetico più semplice del corpo con la capacità più breve (fino a 15 secondi) per mantenere la produzione di ATP. Durante l'esercizio intenso, come nello sprint, i fosfati rappresentano la fonte di ATP più rapida e disponibile. La principale via metabolica per la rigenerazione dell'ATP durante l'esercizio cardiovascolare e di endurance è quasi esclusivamente la respirazione mitocondriale (sistema aerobico), che inizialmente condivide la stessa via metabolica del processo anaerobico della glicolisi. È sbagliato credere che i sistemi energetici del corpo lavorino in modo indipendente. Infatti, i tre sistemi energetici lavorano insieme cooperativamente per produrre ATP. Attraverso la glicolisi, il glucosio ematico e il glicogeno muscolare (il glicogeno è la forma immagazzinata di glucosio nel muscolo o fegato) vengono convertiti in un'altra molecola chiamata piruvato che, a seconda dell'intensità dell'esercizio, entrerà nel mitocondrio o sarà convertito in lattato. A livelli di intensità di esercizio al di sotto della soglia anaerobica, il piruvato entra nel mitocondrio e la contrazione muscolare continua attraverso la produzione aerobica di ATP. Mentre a livelli di intensità superiori alla soglia anaerobica la capacità di produrre ATP attraverso la respirazione mitocondriale è compromessa, e il piruvato viene convertito in lattato. Il lattato quindi risulta come un sottoprodotto del metabolismo che viene prodotto durante il catabolismo o l'impiego energetico dei carboidrati. Le vie metaboliche che supportano l'intensità di allenamento al di sopra della soglia anaerobica (cioè i sistemi anaerobici) sono in grado di sostenere la contrazione muscolare solo per brevi periodi, limitando così la prestazione. È a questo punto che l'esercizio fisico ad alta intensità è compromesso, perché i sistemi energetici della glicolisi e dei fosfageni che stanno sostenendo la contrazione muscolare continuata al di sopra della soglia anaerobica possono produrre ATP ad un ritmo elevato, ma sono in grado di farlo solo per un periodo limitatoBassett DR Jr, Howley ET. Limiting factors for maximum oxygen uptake and determinants of endurance performance. Med Sci Sports Exerc. 2000 Jan;32(1):70-84.. Quindi, la produzione di energia per le attività fisiche richiede una miscela di tutti i sistemi energetici. Tuttavia, le determinanti del coinvolgimento del particolare sistema energetico sono altamente dipendenti dalla intensità dell'esercizio. Definizione e fisiologia della soglia anaerobica A riposo e in condizioni di esercizio continuato, c'è un equilibrio tra la produzione di lattato nel sangue e la rimozione del lattato nel sangueBrooks GA. Intra- and extra-cellular lactate shuttles. Med Sci Sports Exerc. 2000 Apr;32(4):790-9.. La soglia anaerobica si riferisce all'intensità dell'esercizio in cui avviene un brusco aumento dei livelli di lattato nel sangueRobergs, R. A. and S. O. Roberts. Exercise Physiology: Exercise, Performance, and Clinical Applications. WCB McGraw-Hill, 1997. ISBN 0815172419. Inoltre, è stata definita come il livello specifico di intensità dell'esercizio in cui le concentrazioni di lattato raggiungono i 4 millimoli per litro (4 mmol/l)Heck et al. Justification of the 4-mmol/l lactate threshold. Int J Sports Med. 1985 Jun;6(3):117-30.. Altri ricercatori l'hanno descritta come il livello di lavoro di consumo di ossigeno subito prima che si instauri l'acidosi metabolica e le relative variazioni degli scambi gassosiStegmann et al. Lactate kinetics and individual anaerobic threshold. Int J Sports Med. 1981 Aug;2(3):160-5.. Sebbene la soglia anaerobica possa sembrare la rappresentazione di un passaggio netto, è stato suggerito che in realtà non sia da interpretare come un punto di separazione o una soglia così definita, ma che le concentrazioni di lattato aumentano in maniera curvilineare sin dall'inizio dell'esercizio, e che al livello della soglia anaerobica si verifica un aumento esponenziale della produzione di energia tramite le vie metaboliche anaerobicheHughson et al. Blood lactate concentration increases as a continuous function in progressive exercise. J Appl Physiol. 1987 May;62(5):1975-81..
In termini più semplici, la soglia anaerobica è l'andamento (o l'intensità) massimo che una persona riesce a mantenere durante la corsa, la pedalata, il nuoto o altri esercizi aerobici a ritmo costante senza accusare la fatica (fino ad un'ora in base al livello di tolleranza individuale). In sostanza, si tratta dell'andamento o il ritmo costante massimo (maximal steady state) che una persona riesce a mantenere durante un esercizio continuato. Se la soglia anaerobica viene superata, la fatica insorgerà in tempi molto più rapidi (pochi minuti). Se ad esempio, ad una velocità di 15 km/h il corpo necessita di più ATP per la produzione di energia (più di quello che viene prodotto nei mitocondri, cioè la centrale di produzione di ATP delle cellule) per continuare la contrazione muscolare, l'acqua viene utilizzata per scindere altro ATP all'esterno dei mitocondri. Da questa reazione, inizieranno rapidamente ad accumularsi ioni idrogeno (H+). Con il crescente accumulo di H+, le concentrazioni di lattato aumentano per tamponare l'acidità in modo che l'esercizio possa continuare. Se la velocità di 15 km/h viene mantenuta per un allenamento prolungato (30-60 minuti), avverrà un aumento esponenziale della produzione di lattato. La soglia anaerobica (o soglia del lattato) viene descritta in laboratorio come il punto in cui i livelli di lattato cominciano a salire in modo esponenziale durante l'esercizio progressivamente crescente. Inoltre, dovrebbe essere chiarito che l'intensità dell'esercizio al di sopra della soglia anaerobica può essere mantenuto solo per pochi minuti. Pertanto, in quasi tutte le prestazioni di endurance, anche quelle che si mantengono al livello della soglia anaerobica (maximal steady state), è indispensabile rimanere al di sotto di questo livello.
Correlazione tra lattato e fatica I termini acido lattico e lattato, nonostante le differenze biochimiche, sono spesso usati come sinonimi benché in realtà, l'acido lattico risulti composto da lattato e uno ione idrogeno (H+). L'acido lattico viene in genere ritenuto la causa della stanchezza indotta dall'esercizio fisico, denotata da sensazioni di dolore e di bruciore muscolare percepiti durante l'esercizio fisico intenso. Molti allenatori, atleti, personal trainer e scienziati, tradizionalmente collegano l'acidosi lattica con l'incapacità di continuare l'esercizio ad una data intensità, una teoria che è stata sostenuta per oltre 80 anni. Sebbene la soglia anaerobica indichi che le condizioni all'interno della cellula muscolare siano spostate verso uno stato favorevole per lo sviluppo dell'acidosi, di per sé la produzione di lattato non contribuisce direttamente all'instaurarsi della fatica percepita ad elevate intensità di allenamento. È l'accumulo di ioni idrogeno (H+), che coincide con la produzione di lattato, ma che non è da esso causato, a provocare una diminuzione del pH cellulare (acidosi metabolica), compromettendo la contrazione muscolare, e portando in definitiva alla fatica e al bruciore percepitoRobergs et al. Biochemistry of exercise-induced metabolic acidosis. Am J Physiol Regul Integr Comp Physiol. 2004 Sep;287(3):R502-16.Robergs RA. Exercise-Induced Metabolic Acidosis: Where do the Protons come from?. Sportscience, 2001, 5 (2). Il crescente accumulo di ioni idrogeno (H+) si verifica a causa di alcune differenti reazioni biochimiche che avvengono durante l'intenso esercizio fisico, soprattutto dalla scissione di ATP (la molecola liberata dal corpo) nei miofilamenti muscolari durante una contrazione muscolare intensa, all'esterno del mitocondrio. Quindi la scissione dell'ATP produce molti ioni idrogeno nel sarcoplasma portando all'acidosi cellulare. È interessante notare che i ricercatori più di recente hanno proposto che la produzione di lattato sia un evento fisiologico capace di neutralizzare o ritardare l'instaurarsi di un ambiente acido nelle cellule del muscolo in attività. La vera causa dell'acidosi, o del bruciore, quindi è l'accumulo di H+ nell'ambiente contrattile del muscolo, mentre il lattato in realtà tampona l'acidità nelle cellule accettando H+ all'interno della sua struttura biochimica che altrimenti altererebbe le prestazioni fisiche. In effetti, se non fosse per l'effetto del lattato come tampone o neutralizzatore dell'ambiente acido nella cellula, si sarebbe in grado di allenarsi solo a bassi livelli di intensità. Pertanto, l'accumulo di lattato, che per anni è stato impropriamente considerato come la causa del bruciore, è in realtà un evento metabolico benefico volto a diminuirlo.
Ad ogni modo svariate ricerche hanno dimostrato che la scala RPE è fortemente relazionata con l'elevazione dei livelli di lattato ematicoKraemer et al. Physiologic responses to heavy-resistance exercise with very short rest periods. Int J Sports Med. 1987 Aug;8(4):247-52. (perché proporzionali all'accumulo di H+, vera causa dell'affaticamento) in risposta all'esercizio indipendentemente dal sesso, dal tipo di esercizio eseguito, e dall'intensità dell'esercizio. Come è stato già indicato, la soglia anaerobica si verifica tra i punteggi 13 e 15 sulla scala RPE, che corrispondono alle percezioni un po' duro e duro.
Aspetti endocrini