Lo scopo di questo articolo è quello di far comprendere al Personal Trainer come dietro la possibilità di fare certe affermazioni circa l’efficacia o meno di un supplemento nutrizionale ci sia una ricerca molto complessa, che chi vende i prodotti o ne suggerisce il consumo spesso non ne è a conoscenza.
L’articolo, dopo un’introduzione che giustifica la necessità di studiare la fatica e le strategie di supplementazione nutrizionale per contrastarla, descrive i metodi che sono stati utilizzati dal nostro laboratorio per stabilire come l’utilizzo di aminoacidi essenziali pre-esercizio di forza possa essere ritenuto efficace per ritardare la fatica e migliorare le performance.
L’articolo originale è stato pubblicato su Frontiers in Physiology, rivista internazionale di fisiologia applicata.
La possibilità che un’integrazione nutrizionale possa avere un effetto acuto sull’allenamento contro resistenza (RE) ha, nelle ultime decadi, attratto un grande interesse tra i ricercatori e molti studi sono stati pubblicati sull’argomento (Kreider et al., 2010; Smith et al., 2010; Martinez et al., 2016). Il mercato del fitness propone fortemente l’assunzione di amminoacidi (AA) prima dell’allenamento RE, allo scopo di ridurre l’insorgenza della fatica e migliorare la performance fisica.
Sfortunatamente, questa interessante ipotesi non è adeguatamente supportata dalla letteratura scientifica che si concentra principalmente su integratori contenenti rapidi rigeneratori di ATP per aumentare forza e potenza (come la creatina) (Butts et al., 2018), stimolanti capaci di aumentare l’attivazione muscolare (come la caffeina) (Goldstein et al., 2010), o tamponi fisiologici capaci di ridurre la produzione di lattato (come la Beta-alanina) (Hoffman et al., 2018).
Alcuni autori ritengono che gli amminoacidi, principalmente quelli ramificati (BCAA) e quelli essenziali (EAA), possano aumentare la performance nell’esercizio attraverso vari meccanismi, come l’aumento della produzione di ormoni anabolici, la modificazione dell’assetto energetico durante l’esercizio, la prevenzione dell’affaticamento mentale o la stimolazione della sintesi proteica e della risposta ipertrofica (Williams, 2005; Blomstrand, 2006; Stepto et al., 2011; Jager et al., 2017). Nonostante ciò, è disponibile un numero limitato di studi sugli effetti di questi AA sugli aspetti centrali e periferici della fatica durante o dopo RE e pertanto l’argomento deve essere ancora approfonditamente studiato.
I lavori al momento disponibili indicano un possibile ruolo dei BCAA nel ritardare la fatica centrale durante esercizi ad alta intensità modulando l’uptake cerebrale di triptofano, come venne storicamente proposto da Bloomstrand (2006); più di recente, Gee e Deniel (2016) hanno ipotizzato come il consumo di BCAA prima e dopo RE intenso possa portare a ridurre la perdita di potenza indotta da danno muscolare aumentando il recupero e la rigenerazione muscolare.
Cos’è la fatica e come si misura
Le componenti centrali o periferiche della fatica (Bigland-Ritchie et al., 1978; Kent-Braun, 1999; Schillings et al., 2003) e il loro contributo relativo durante l’esercizio non sono particolarmente semplici da quantificazione (Merletti et al., 2004) e questo spiega perché le misure di fatica nei protocolli di somministrazione acuta di AA siano basate principalmente su scale di percezione, test cognitivi o tempi di reazione (Blomstrand, 2006; Greer et al., 201 1; Mikulski et al., 2015; Chen et al. 2016).
Un’alternativa validata dal nostro laboratorio è quella di registrare, invece, in maniera accurata e continua l’affaticamento muscolare locale, durante lo sforzo, valutando l’attività mioelettrica di un muscolo target tramite elettromiografia di superficie (sEMG). L’sEMG può analizzare le manifestazioni mioelettriche della fatica, legate principalmente a due fenomeni fisiologici collegati all’esercizio: il rallentamento dei potenziali d’azione delle unità motorie nel loro decorso all’interno delle fibre muscolari, che rappresenta la riduzione della loro velocità di conduzione (CV), come indicatore di fatica periferica (Komi e Tesch, 1979; Bouissou et al., 1989; Brody et al., 1991), e la sincronizzazione delle unità motorie (MU) da parte del sistema nervoso, descritta come una più alta frequenza di scarica di molteplici e simultanei potenziali d’azione da varie MU per aumentare la produzione di forza (Holtermann et al., 2009), come indicatore di fatica centrale.
Lo studio della sincronizzazione delle MU può avvenire attraverso la quantificazione di un indicatore validato (dimensione frattale, FD) (Troiano et al., 2008; Mesin et al., 2009). Sulla base di quanto esposto, recentemente abbiamo valutato l’effetto acuto di una miscela di EAA sulla capacità di generare forza durante una contrazione volontaria isometrica massimale (MVC) e sulle manifestazioni centrali e periferiche della fatica nel muscolo bicipite brachiale (analizzate rispettivamente come variazioni di CV e di FD), misurate con protocollo elettromiografico in seguito ad affaticamento.
MATERIALI E METODI
Soggetti reclutati
Venti soggetti maschi attivi ma non agonisti (età: 27±6 anni; massa corporea: 72.7±7.50 kg; altezza: 1.76±0.06 m) sono stati reclutati per lo studio. La fase di reclutamento è iniziata un mese prima del trial. I soggetti sono stati completamente informati sugli obiettivi, sui rischi e sulle problematiche possibili collegate allo studio e hanno fornito il loro consenso scritto alla partecipazione, completando un questionario per verificare il loro stato di salute. I criteri di inclusione comprendevano un peso e una composizione corporea nei range fisiologici (adeguati per sesso, età e livello di attività fisica) e anche l’esperienza nell’allenamento RE.
I criteri di esclusione invece comprendevano la presenza di condizioni mediche (muscolari, respiratorie o cardiache), più di quattro giorni a settimana di attività fisica e l’uso di supplementi nutrizionali nel mese antecedente il trial. Lo studio è stato compiuto nel centro di medicina dello sport di Voghera, sede distaccata dell’università di Pavia, dopo approvazione da parte di un comitato etico.
Struttura dello studio
Lo studio è stato strutturato come “trial crossover in doppio cieco con gruppo placebo di controllo”. I soggetti hanno ricevuto un mix di EAA o un placebo isocalorico (PLA) in due successivi trial, separati da un tempo di wash-out di 7 giorni.
Valutazione e quantificazione della composizione corporea
Durante la fase di reclutamento dei soggetti si sono valutate una serie di caratteristiche antropometriche. L’indice di massa corporea (BMI) è stato calcolato come il rapporto fra il peso (kg) e la statura al quadrato (m²). La fat-free mass e la massa grassa sono state stimate con l’analisi d’impedenza bioelettrica (BIA). Tutte le rilevazioni sono state compiute a digiuno e dopo 30 minuti dalla minzione di urina. I soggetti durante l’esecuzione della BIA, si trovavano in posizione supina, sdraiati con gli arti superiori distesi e distanziati dal tronco, indossando abiti leggeri ma privi di calze e scarpe.
Procedure Sperimentali
In entrambi i trials (EAA o PLA), ai soggetti venne proibita attività fisica strenua e l’ingestione di alcool, caffè e bevande contenenti caffeina nelle 24h precedenti i test. Il giorno dell’esperimento, due ore prima il loro arrivo in mattinata presso il laboratorio (ore 9:00), i soggetti hanno svolto una colazione standardizzata (fette biscottate con marmellata, té decaffeinato o succo di frutta).
Il Trial è stato organizzato nei seguenti step:
- 1. Determinazione del livello basale plasmatico del lattato (BL1);
- 2. Prima registrazione elettromiografica (sEMG-1);
- 3. Ingestione di EAA o PLA;
- 4. Dopo 2h di riposo, si è effettuato un protocollo affaticante di esercizi contro resistenza (REP);
- 5. Si è rivalutato il lattato post-REP (BL2);
- 6. Seconda elettromiografia (sEMG-2).
Un’accurata simulazione del trial era stata condotta una settimana prima del trial stesso. Questa sessione pre-trial ha permesso ai volontari di familiarizzare con le procedure ed evitare errori dovuti all’inesperienza degli stessi nei confronti del protocollo.
Protocollo di somministrazione della miscela di EAA
I partecipanti hanno ingerito o un mix di EAA (0,15 g/kg di peso corporeo) o il PLA (polvere a base di aspartame con le stesse caratteristiche di aspetto e sapore) entrambi disciolti in 250 ml di acqua. Entrambe la somministrazioni sono state svolte in doppio cieco (cioè in modo tale che né i volontari, né gli sperimentatori sapessero “chi assumeva cosa”, se EAA o PLA).
Dal momento che non è attualmente noto un dosaggio specifico di EAA per ritardare la fatica, la scelta del dosaggio si è basata sulle recenti raccomandazioni per l’integrazione di EAA negli atleti rilasciata dall’lnternational Society of Sports Nutrition (Jager et al., 2017; Kerksick et al., 2017). Si è dunque ipotizzato che il dosaggio consigliato per il recupero post-esercizio potesse anche essere efficace sul miglioramento nella performance RE e nel migliorare il senso di fatica.
Procedure di rilevamento elettromiografico (sEMG)
Le procedure di rilevamento sEMGl e sEMG2, prima e dopo REP, sono state sviluppate su ergometro isometrico con cella di carico, per poter studiare la funzione elettromeccanica del bicipite brachiale. I partecipanti erano seduti, con il gomito a 120 gradi come mostrato in figura.
Il muscolo bicipite brachiale permette di ottenere segnali di alta qualità grazie alla semplicità d’isolamento della contrazione del muscolo e al particolare orientamento delle sue fibre muscolari. Dopo l’allestimento dello strumento e il posizionamento degli elettrodi, si sono completate due MVCs isometriche, separate da due minuti di recupero, allo scopo di utilizzare il valore di MVC più elevato per la determinazione della massima forza isometrica misurabile. Dopo 2 minuti di riposo si è svolta un’altra contrazione sostenuta a bassa intensità (20% MVC) per 90 secondi.
Dopo altri 4 minuti di riposo, ai soggetti è stato chiesto di sostenere una contrazione ad alta intensità (60% MVC) fino a esaurimento, durante la quale sono stati motivati verbalmente a mantenere i livelli di forza richiesti il più a lungo possibile. Questa contrazione ha permesso di rilevare il tempo di contrazione (TtT – time to perform the task), utile al fine di rilevare la capacità di “endurance”, cioè di mantenere per un tempo definito uno sforzo contrattile sub-massimale.
Protocollo di esercizi contro resistenza (REP) e determinazione del lattato plasmatico (BL)
Il REP è stato ideato per provocare fatica nel bicipite brachiale e includeva: un riscaldamento seguito da una serie di 30 secondi al cicloergometro a braccia (Wingate test), seguito da 3 set di curl con bicipiti con manubrio, ad esaurimento. Il carico da utilizzare per i manubri è stato calcolato al 70% dell’1RM e fra i set è stato stabilito un recupero di 90 secondi.
Il tempo totale del REP si è attestato su 362± 12.4 s. Una settimana prima del primo del trial è stato calcolato per tutti i soggetti l’1RM tramite un test indiretto (utilizzando l’equazione di Bryzcki’s). La concentrazione di lattato e stata determinata tramite kit specifico per la misura del lattato ematico (Lactate Pro 2, Arkray, Kyoto, Japan), con prelievo di sangue al lobo dell’orecchio.
DISCUSSIONE DEI RISULTATI OTTENUTI
Per semplicità narrativa, nell’articolo non abbiamo indicato i valori numerici dei risultati ottenuti, disponibili comunque nello studio originale, ma ci limitiamo a descrivere in termini concettuali quanto è stato osservato al termine delle prove.
Miglioramento della forza isometrica (MVC)
Le nostre rilevazioni hanno dimostrano come REP induca una diminuzione significativa della MVC nel gruppo PLA ma non nel gruppo EAA. Altri lavori precedenti hanno dimostrato gli effetti positivi della supplementazione acuta di aminoacidi sulla MVC (Shimomura et al., 2010; Howatson et al., 2012).
È però importante sottolineare come questi studi fossero progettati per indurre danni muscolari evidenti piuttosto che per valutare la capacità acuta di mantenimento della forza. In particolare l’efficacia dell’intervento nutrizionale (supplementazione di BCAA in entrambi gli studi) per mantenere alta l’MVC è stata valutata molte ore dopo la prova contro resistenza (24h o più).
Come sappiamo, prove estenuanti contro resistenza portano a un decremento della funzione muscolare (forza e potenza) dovuto al danno muscolare, che raggiunge un picco dopo circa 24h e che generalmente si risolve in 48-72h (Raastad e Hallén, 2000; Hoffman e al., 2010; Gee et al., 2012).
Negli studi di Shinomura et al. (2010) e Howatson et al. (2012), la supplementazione con BCAA ha dimostrato effetti positivi sulla perdita post-esercizio della MVC, probabilmente a causa della stimolazione della sintesi proteica o dell’inibizione della proteolisi muscolare (o di entrambi) (Blomstrand et al., 2006; Zanchi et al., 2008; Nicastro et al., 2012).
Al contrario, nelle nostre condizioni sperimentali, la miscela di EAA è stata in grado di ridurre la perdita della MVC entro 15 minuti dopo il REP, suggerendo come questo intervento pre-workout di supplementazione possa prevenire l’insorgenza della fatica e quindi la successiva caduta della MVC.
TtT e manifestazioni mioelettriche della fatica
Un minore decremento del tempo di lavoro isometrico (TtT) e di variazione della CV in seguito al REP sono stati riscontrati nel gruppo EAA rispetto al gruppo PLA. In accordo con precedenti risultati del nostro laboratorio, il mantenimento della CV potrebbe correlare con una maggiore resistenza all’aumento della fatica periferica, migliorando anche il TtT (Meduri et al., 2016).
Questi dati dimostrano, per la prima volta in letteratura, l’efficacia di un’assunzione di EAA pre-workout nel miglioramento dei descrittori mioelettrici dell’affaticamento periferico. Fino ad oggi, infatti, solo due studi dallo stesso laboratorio (Rahmani-Nia et al., 2013; Rahmani-Nia et al., 2014) hanno investigato l’effetto di una somministrazione prolungata di 4 settimane di L-glutammina su parametri elettromiografici, senza tuttavia analizzare gli effetti di questa supplementazione sugli aspetti mioelettrici della fatica muscolare.
Potenziale ruolo metabolico degli EAA
Nonostante il mix di EAA non sia stato in grado di migliorare la performance durante il protocollo REP (in termini di numero delle ripetizioni durante i curls o di aumento dei giri effettuati al cicloergometro durante il Wingate test), considerando l’effetto positivo sui valori di TtT e MVC si può ipotizzare un possibile ruolo di rifornimento energetico da parte degli EAA durante l’affaticamento REP-correlato.
Nelle nostre condizioni sperimentali, l’intensità e la durata del REP suggeriscono come sia il sistema dei fosfati ad alta energia (ATP/creatina), sia il metabolismo glicolitico, siano entrambi implicati nella produzione energetica per il muscolo in attività, come dimostrato dal leggero aumento del lattato ematico misurato (differenza BL2-BL1).
Nel gruppo al quale sono stati somministrati EAA, l’aumento dell’endurance si è associato a una percentuale di variazione del lattato significativamente inferiore, rispetto al gruppo PLA, suggerendo un potenziale ruolo dell’intervento nutrizionale sul metabolismo energetico del muscolo. A tal proposito è necessario sottolineare come sia ben documentato in letteratura il ruolo degli EAA sulla produzione e l’utilizzo di ATP (Dioguardi, 2004; Pasini et al., 2004).
CONCLUSIONI
Allo scopo di ritardare la fatica e migliorare la qualità complessiva delle sessioni di allenamento contro resistenza, l’utilizzo d’integratori pre-workout è stato documentato recentemente sia in chi svolge attività fisica 3/5 volte alla settimana, sia in atleti agonisti (Martinez et al., 2016; Jagim et al., 2016).
Nonostante alcuni limiti procedurali, comuni a tutti gli studi scientifici, questo è il primo studio che dimostra l’efficacia di una miscela di EAA, somministrata prima di svolgere una sessione di esercizi contro resistenza, sul declino della MVC, sulla capacità di mantenere lo sforzo e sulla fatica muscolare periferica (tramite misura elettromiografica dei descrittori mioelettrici di fatica).
Questi dati suggeriscono come composti a a base di EAA assunti prima di allenamenti di potenza o sessiosessioni di allenamento in cui ci siano esercizi contro resistenza (es. salti, accelerazioni, sollevamenti, ecc) possano essere utili per ridurre la fatica muscolare, posticipare l’esaurimento e mantenere un miglior livello di espressione di forza.
a cura di Massimo Negro – PhD Ambulatorio di Nutrizione Clinica e dello Sport, Centro di Medicina dello Sport Voghera, Università di Pavia
e Giuseppe D’Antona – PhD Direttore Sanitario e della Ricerca Scientifica, Centro di Medicina dello Sport Voghera, Università di Pavia
Articolo originale:
Negro M, Segreto V, Barbero M, Cescon C, Castelli L, Calanni L, D’Antona G. Essential Amino Acids (EAA) Mixture Supplementation: Effects of an Acute Administration Protocol on Myoelectric Manifestations of Fatigue in the Biceps Brachii After Resistance Exercise. Front Physiol 2018; 9:1140. doi:10.3389/fphys.2018.01140.
Traduzione e adattamento:
a cura di Mauro Parimbelli, Corso di laurea magistrale in Biologia della Nutrizione, Università Statale di Milano
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