La maggior parte degli organismi, compreso l’uomo, ha bisogno di ossigeno per funzionare normalmente e sopravvivere. Ci sono alcuni organismi che non richiedono ossigeno e in realtà lo trovano tossico. Esiste anche un gruppo di organismi che possono funzionare sia in presenza che in assenza di ossigeno. Un sistema che richiede ossigeno è chiamato sistema aerobico e uno che non richiede ossigeno è chiamato sistema anaerobico.
La maggior parte delle attività delle cellule del corpo umano ha bisogno di ossigeno per poter svolgere le proprie funzioni quotidiane. Tuttavia, ci sono alcuni tessuti che sono in grado di funzionare brevemente senza ossigeno. Un esempio sono le cellule muscolari. I muscoli possono lavorare per un periodo di tempo limitato utilizzando un sistema anaerobico prima che sia richiesto l’ossigeno. Anche per un breve periodo di lavoro anaerobico, ci sono ripercussioni piuttosto gravi che devono essere corrette.
Per lunghi periodi di attività continua, come la corsa a distanza, i muscoli utilizzeranno un sistema aerobico e bruceranno ossigeno per fornire l’energia necessaria per mantenere l’attività. Per brevi esplosioni di attività vigorosa, come lo sprint, i muscoli possono abbattere le molecole di glucosio in assenza di ossigeno. Un sistema anaerobico viene spesso utilizzato per un breve periodo di tempo quando il sangue non riesce a trasportare l’ossigeno abbastanza rapidamente alle cellule muscolari che lavorano. Sfortunatamente, questo sistema non può essere utilizzato a tempo indeterminato per una serie di motivi.
L’energia è immagazzinata nelle cellule in una sostanza chimica chiamata adenosina trifosfato o ATP. Di solito, all’interno delle cellule muscolari viene immagazzinato abbastanza ATP per consentire circa 20-30 secondi di attività prima che se ne debba produrre altro. L’ATP viene prodotto durante la respirazione dalla scomposizione delle molecole di glucosio all’interno delle cellule. A seconda che l’ossigeno sia disponibile, la respirazione aerobica o anaerobica produrrà l’ATP. Il sistema aerobico è molto più efficiente e produce molto più ATP, ma il sistema anaerobico è quello che viene utilizzato per i primi minuti di esercizio.
Un altro prodotto della respirazione è l’anidride carbonica. Quando la quantità di anidride carbonica aumenta nel flusso sanguigno, stimola il cuore a pompare più velocemente. Ciò a sua volta fa sì che il sangue più ossigenato venga trasportato in tutto il corpo, comprese le cellule muscolari che lo richiedono per continuare la respirazione e produrre ulteriore ATP. Se i livelli di ossigeno diminuiscono nelle cellule, il sistema anaerobico per la respirazione riprenderà.
L’acido lattico è un prodotto tossico della respirazione anaerobica nell’uomo. Se il sistema anaerobico continua per un certo periodo di tempo, inizierà ad accumularsi nei tessuti. L’accumulo di acido lattico provoca l’affaticamento dei muscoli e può causare effetti collaterali dolorosi come un crampo muscolare. Questo debito di ossigeno deve essere ripagato al più presto, una volta cessata l’attività. La respirazione rapida e profonda aiuta a immettere più ossigeno possibile nel corpo, che viene utilizzato dalle cellule per scomporre l’acido lattico in anidride carbonica e acqua.