Il metabolismo energetico è generalmente definito come l’insieme dei processi chimici di un organismo. Questi processi chimici assumono tipicamente la forma di complesse vie metaboliche all’interno della cellula, generalmente classificate come cataboliche o anaboliche. Negli esseri umani, lo studio di come l’energia fluisce e viene elaborata nel corpo è chiamato bioenergetica e riguarda principalmente il modo in cui le macromolecole come grassi, proteine e carboidrati si scompongono per fornire energia utilizzabile per la crescita, la riparazione e l’attività fisica.
Le vie anaboliche utilizzano l’energia chimica sotto forma di adenosina trifosfato (ATP) per alimentare il lavoro cellulare. La costruzione di macromolecole da componenti più piccoli, come la sintesi di proteine da amminoacidi, e l’uso di ATP per alimentare la contrazione muscolare sono esempi di vie anaboliche. Per alimentare i processi anabolici, l’ATP dona una singola molecola di fosfato, rilasciando l’energia immagazzinata nel processo. Una volta che la fornitura di ATP di una cellula funzionante è esaurita, deve essere generata di più dal metabolismo dell’energia catabolica affinché il lavoro cellulare possa continuare.
Le vie cataboliche sono quelle che scompongono le grandi molecole nelle loro parti costituenti, rilasciando energia nel processo. Il corpo umano è in grado di sintetizzare e immagazzinare il proprio ATP attraverso il metabolismo energetico sia anaerobico che aerobico. Il metabolismo anaerobico avviene in assenza di ossigeno ed è associato a brevi e intense esplosioni di energia. Il metabolismo aerobico è la scomposizione delle macromolecole in presenza di ossigeno, ed è associato a un esercizio di intensità inferiore, nonché al lavoro quotidiano della cellula.
Il metabolismo energetico anaerobico si presenta in due forme, il sistema ATP-creatina fosfato e la glicolisi veloce. Il sistema ATP-creatina fosfato utilizza molecole di creatina fosfato immagazzinate per rigenerare l’ATP che è stato esaurito e degradato nella sua forma a bassa energia, l’adenosina difosfato (ADP). La creatina fosfato dona una molecola di fosfato ad alta energia all’ADP, sostituendo così l’ATP esaurito e rienergizzando la cellula. Le cellule muscolari in genere contengono una quantità sufficiente di ATP e creatina fosfato per alimentare circa dieci secondi di attività intensa, dopodiché la cellula deve passare al processo di glicolisi veloce.
La glicolisi veloce sintetizza l’ATP dal glucosio nel sangue e dal glicogeno nel muscolo, con acido lattico prodotto come sottoprodotto. Questa forma di metabolismo energetico è associata a brevi e intense esplosioni di attività &mash; come il powerlifting o lo sprint, quando il sistema cardiorespiratorio non ha il tempo di fornire ossigeno adeguato alle cellule che lavorano. Man mano che la glicolisi progredisce rapidamente, l’acido lattico si accumula sul muscolo, causando una condizione nota come acidosi lattica o, più informalmente, ustione muscolare. La glicolisi veloce produce la maggior parte dell’ATP che viene utilizzato da dieci secondi a due minuti di esercizio, dopodiché il sistema cardio-respiratorio ha avuto l’opportunità di fornire ossigeno ai muscoli che lavorano e inizia il metabolismo aerobico.
Il metabolismo aerobico avviene in due modi, glicolisi veloce o ossidazione degli acidi grassi. La glicolisi veloce, come la glicolisi lenta, scompone il glucosio e il glicogeno per produrre ATP. Poiché lo fa in presenza di ossigeno, tuttavia, il processo è una reazione chimica completa. Mentre la gicolisi veloce produce due molecole di ATP per ogni molecola di glucosio metabolizzata, la glicolisi lenta è in grado di produrre 38 molecole di ATP dalla stessa quantità di carburante. Poiché non c’è accumulo di acido lattico durante la reazione, la glicolisi veloce non ha ustioni muscolari o affaticamento associati.
Infine, la forma più lenta ed efficiente di metabolismo energetico è l’ossidazione degli acidi grassi. Questo è il processo utilizzato per potenziare attività come la digestione e la riparazione e crescita cellulare, nonché attività di esercizio di lunga durata, come la maratona o il nuoto. Piuttosto che utilizzare glucosio o glicogeno come combustibile, questo processo brucia gli acidi grassi che sono immagazzinati nel corpo ed è in grado di produrre fino a 100 molecole di ATP per unità di acidi grassi. Sebbene questo sia un processo altamente efficiente e ad alta energia, richiede grandi quantità di ossigeno e si verifica solo dopo 30-45 minuti di attività a bassa intensità.