Supplementazione di Creatina nella Prestazione e Ipertrofia Muscolare

30 Novembre 2020

Introduzione

Uno dei temi più ricorrenti per chi pratica sport è sicuramente quello dell’integrazione e supplementazione dietetica. Numerosi forum sui social, libri e articoli disponibili discutono in merito a questo problema.

Le domande più frequenti sono sempre le solite: Cosa devo assumere per correre più forte? Cosa devo assumere per avere più massa muscolare? Quando li devo assumere? Prima o dopo l’allenamento?

Per cercare di rispondere a queste domande, concentrandoci sull’analisi di uno dei supplementi più utilizzati e commercializzati al mondo, la creatina (Cr).

Nel 1992 Roger Harris e i suoi colleghi hanno scoperto come la somministrazione di Cr esogena aumentasse il contenuto muscolare di Cr e fosfocreatina (PCr). Successivamente ai Giochi Olimpici di Barcellona dello stesso anno, l’uso della Cr venne impiegata con successo dagli ostacolisti britannici: evento che decretò l’utilizzo di Cr in campo sportivo.

Attualmente, un enorme numero di ricerche sperimentali sottolineano l’efficacia della supplementazione di Cr per promuovere la funzione muscolare in diversi tipi di esercizi finalizzati al miglioramento della forza, della massa muscolare scheletrica, e della performance di potenza.

Di seguito saranno descritti gli aspetti biochimici, fisiologici e sport specifici della Cr, fornendo una visione d’insieme anche su concetti di tipo applicativo.

La biochimica della creatina

La creatina (N-aminoiminometil-N-metilglicina) è un composto azotato non proteogenico, ottenuto per sintesi epatica, renale o pancreatica a partire dagli amminoacidi arginina, glicina e s-adenosil metionina (Figura 1).

Dopo la sua produzione, la Cr è principalmente immagazzinata nel muscolo cardiaco, nel muscolo scheletrico e nel cervello. Per svolgere il suo ruolo fisiologico, la Cr si trasforma in fosfocreatina (PCr). La PCr è un composto energetico di riserva, disponibile per la conversione di ADP in ATP.

Questo processo è essenziale durante l’attività fisica molto intensa per rispondere alle richieste energetiche del sistema anaerobico alattacido. L’enzima che converte la Cr in PCr prende il nome di creatin-chinasi (CK), la quale catalizza il trasferimento reversibile del gruppo fosfato da PCr ad ADP per rigenerare ATP (Wyss et al., 2000).

La CK muscolare è presente in diverse isoforme e lo studio della loro distribuzione a livello subcellulare ha portato a interessanti osservazioni riguardo alla funzione del sistema ADP/PCr.

Le isoforme si trovano principalmente nel citoplasma cellulare e, in particolare, in siti con una grande richiesta di ATP: Ad esempio pompe annesse alle membrane, reticolo sarcoplasmatico, miofibrille (Wallimann et al., 1992).

Esiste anche una CK mitocondriale, che garantisce la conversione da Cr in PCr, quando l’ATP ottenuto dalla fosforilazione ossidativa è disponibile per tale processo.

Le diverse isoforme di CK insieme a Cr e PCr costituiscono un complesso sistema energetico cellulare che per le sue capacità di soddisfare velocemente richieste di rifornimento a vari livelli è stato denominato a “navetta” (Energy Shuttle System – ESS), in cui i fosfati ad alta energia si muovono tra siti mitocondriali di produzione di ATP e siti citosolici di utilizzo di ATP (Wallimann et al., 1992 ) (Figura 2).

Il grado di coinvolgimento di questo ESS dipende dalla struttura fisiologica delle fibre muscolari coinvolte. Pertanto, nelle fibre muscolari a contrazione rapida, principalmente anaerobiche/glicolitiche, l’efficacia della funzione ESS sulla produzione di ATP è predominante rispetto al ruolo di altri metabolismi, mentre nelle fibre muscolari a contrazione lenta, ossidativa, la funzione ESS sul ripristino dell’ATP è meno importante rispetto al coinvolgimento dei sistemi aerobici.

Il sistema Cr/PCr ha, inoltre, una serie di funzioni aggiuntive (Wallimann et al., 1992) che includono il mantenimento del rapporto cellulare ATP/ADP e il buffering dei prodotti dell’idrolisi dell’ATP, importante per mantenere l’efficienza termodinamica delle reazioni (l’idrolisi dell’ATP genera infatti ADP, ione fosfato e uno ione idrogeno).

Durante lo svolgimento di un esercizio ad alta intensità, l’ATP deve essere idrolizzato molto rapidamente ed è essenziale tamponare sia l’ADP che lo ione idrogeno.

Il sistema Cr/PCr può infatti:

1) prevenire l’aumento di [ADP], riconvertendolo velocemente ad ATP, riducendo così l’effetto inibitorio di questo sull’ATPasi;
2) tamponare la produzione locale di idrogeno cellulare, ottenuto per idrolisi dell’ATP, attraverso il coinvolgimento delle CK verso la risintesi dell’ATP (Brosnan e Brosnan, 2007).

Il metabolismo della creatina: escrezione, risintesi e regolazione dei sistemi di trasporto

L’eliminazione di Cr e PCr si basa principalmente sulla loro scomposizione in creatinina e sulla sua escrezione attraverso l’urina. La perdita giornaliera di Cr nell’uomo è circa l’1.7% del pool corporeo totale (Wyss et al., 2000), considerando che in un uomo di 70 kg il totale del contenuto corporeo di Cr è di circa 120 g, con un fabbisogno di circa 2 g/die (D’Antona et al., 2014).

Dal momento che oltre il 90% di Cr e di PCr si trova nel muscolo scheletrico, le perdite di Cr (e l’escrezione di creatinina) variano in relazione al sesso e all’età. L’escrezione di creatinina cambia durante la vita in modo quasi lineare, raggiungendo un massimo tra i 18 e i 29 anni, con tassi medi di perdita di circa 24 mg/kg nelle 24 h, e riducendosi a tassi medi di circa 13 mg/kg nelle 24 h in soggetti di 70-79 anni.

Le donne hanno tassi medi di ricambio di circa 20% in meno rispetto agli uomini (Cockcroft and Gault, 1976). Generalmente il cibo fornisce il 50% del nostro fabbisogno giornaliero di Cr (circa 1 g/giorno), mentre la sintesi endogena produce l’altro 50%.

Le fonti dietetiche esogene di Cr includono carne e pesce, con concentrazioni di Cr che vanno da 4 a 5 g/kg di carne e da 4 a 10 g/kg di pesce (D’Antona et al., 2014). Molto basso è l’apporto con la dieta di Cr disponibile in vegani e vegetariani, dovuto alla carenza di Cr all’interno dei loro alimenti.

Sia i vegani che i vegetariani richiedono essenzialmente una sintesi maggiore di Cr, ma gli studi hanno dimostrato che in questi soggetti, soprattutto se atleti, la produzione endogena è insufficiente a colmare le richieste fisiologiche di Cr, con una sua diminuzione di concentrazione muscolare rispetto agli onnivori (Delanghe et al., 1989; Lukaszuk et al., 2002). Soggetti adulti vegetariani rispondono quindi meglio alla supplementazione di Cr rispetto ad onnivori che hanno concentrazioni muscolari maggiori.

Supplementazione di Creatina

Protocollo di assunzione

Il protocollo di assunzione di Cr più noto trovato in letteratura include una fase di carico di 20 g/die per 5 giorni (divisa in quattro dosi giornaliere), seguita da una dose di mantenimento di 2-5 g/ die. In generale, il muscolo scheletrico aumenta significativamente il suo contenuto di Cr nei primi 2-3 giorni di supplementazione.

Durante questo periodo, si presume che gli effetti osmotici dell’assorbimento di Cr siano responsabili della ritenzione idrica corporea, con conseguente riduzione della produzione di urina (Ziegenfuss et al., 1998).

La supplementazione di Cr insieme a carboidrati (glucosio o maltodestrine) sembra aumentare il suo assorbimento, probabilmente grazie all’effetto dell’insulina. Diversi dosaggi di carboidrati sono stati utilizzati in diverse prove, ma la maggior parte di esse ha evidenziato che il dosaggio efficace per migliorare significativamente l’assorbimento di Cr nei muscoli era di circa 100 g per 5 g di Cr supplementata (Green et al., 1996).

L’esercizio fisico è un altro potente stimolo per l’assorbimento di Cr da parte del muscolo scheletrico. Questa scoperta è stata dimostrata per la prima volta da Harris et al. (1992), che dimostrò come la supplementazione di Cr aumenta il contenuto di Cr muscolare totale (Cr e PCr) di circa il 25% e in media del 37% se associata a esercizio fisico, senza influire sui livelli di ATP muscolare (Harris et al., 1992).

Esistono notevoli variazioni interindividuali nel grado di saturazione muscolare dopo supplementazione e sebbene la ragione di ciò non è stata ancora ben compresa, risulta chiaro come i depositi di Cr muscolare pre-supplementazione rappresentino un fattore critico (Rawson et al., 2002). E’ stata infatti stabilita una relazione inversa tra l’aumento percentuale della PCr muscolare dopo supplementazione di Cr e i livelli di PCr pre-supplementazione in soggetti giovani (tra 20 e 32 anni).

La Cr monoidrato (CM) è la forma più frequentemente utilizzata in letteratura (Jäger et al., 2011). Oltre alla CM, altre forme di Cr sono presenti sul mercato (Tabella 1), che tuttavia rispetto alla CM non hanno dimostrato di portare a maggiori benefi ci in termini di biodisponibilità, effi cacia e/o profi li di sicurezza (Jäger et al., 2011; Andres et al., 2016).

Allo stato attuale, non sono stati segnalati effetti collaterali clinicamente significativi a seguito della supplementazione con CM alle dosi raccomandate, a parte il possibile aumento di peso, come segnalato in diversi lavori (Benderet al., 2008; Dalbo et al., 2008; Kreider et al., 2003a; Schilling et al., 2001).

Supplementazione di creatina e prestazioni fisiche

La supplementazione di Cr e i suoi effetti sulla forza e sulle prestazioni muscolari sono stati ampiamente studiati. La posizione dell’International Society of Sports Nutrition (ISSN) afferma che Cr è il supplemento dietetico più efficace per aumentare le prestazioni muscolari ad alta intensità e la massa muscolare magra (Kreider et al., 2010).

Studi tipicamente indicano come la supplementazione di Cr accoppiata ad allenamenti di forza possa aumentare l’1RM e l’espressione di potenza. Una metanalisi di 63 studi ha dimostrato che la supplementazione di Cr migliora 1RM sulla leg press e 1RM in esercizi di squat, rispettivamente del 3% e dell’8% (Lahner et al., 2015). In diverse condizioni sperimentali la supplementazione di Cr ha mostrato di aumentare parametri di prestazione anaerobici, come la capacità di lavoro totale, la potenza di picco, la capacità di resistenza alla fatica e la forza totale espressa (Wilborn, 2015).

Gli atleti di forza, potenza e che necessitano di costruire massa muscolare sono in genere i principali utilizzatori di Cr, sebbene l’evidenza suggerisca che alcuni benefici possano essere ottenuti anche in atleti di endurance. In particolare, la supplementazione di Cr non è stata associata a miglioramento funzionale in corridori coinvolti in gare di distanza più lunghe di 5000 m, mentre è possibile ottenere aumenti di prestazioni su distanze inferiori a 2000 m (Earnest, 1997; Earnest et al., 1997).

L’efficacia dell’assunzione della Cr sulla capacità di endurance può essere attribuita a diversi meccanismi:

1) la PCr aiuta la risintesi dell’ATP, in modalità decrescente in relazione alla durata e all’intensità del lavoro muscolare (Bangsbo et al., 1990);
2) la Cr può aiutare a produrre ATP aerobicamente, considerando la funzione dell’ESS che mette in relazione la produzione mitocondriale di PCr e il suo utilizzo a livello delle fibre muscolari (Wallimann et al., 1992);
3) la Cr muscolare può supportare la glicolisi anaerobica e ciò può essere associato a una ridotta produzione di lattato intramuscolare (Earnest e Rasmussen, 2015).

Inoltre, sulla base degli effetti osmotici della captazione di Cr (Ziegenfuss et al., 1998), l’uso di Cr negli sport di endurance (da sola o in combinazione con altri composti) è stato ipotizzato come possibile strategia per preservare l’idratazione e minimizzare la perdita di sudore (Beis et al., 2011; Easton et al., 2007; Francaux e Poortmans, 1999; Polyviou et al., 2012; Saab et al., 2002; Watson et al., 2006).

Tuttavia, nonostante il fatto che alcuni effetti positivi della supplementazione di Cr sulla termoregolazione e le risposte cardiovascolari siano stati riportati in letteratura, ciò non sembra influenzare significativamente la capacità di lavoro muscolare in ambienti caldo-umidi (Beis et al., 2011; Easton et al., 2007; Kilduff et al., 2004; Polyviou et al., 2012).

Supplementazione di creatina e ipertrofia muscolare

In diversi sport di forza e potenza/velocità è spesso richiesto un aumento della massa muscolare per migliorare le prestazioni degli atleti. Sulla base di questa affermazione, gli effetti ipertrofici della supplementazione di Cr sono stati studiati in diversi lavori. Durante un tipico periodo di carico di Cr (primi 5–7 giorni), i dati indicano che gli individui possano avere 0.6–2.0 kg di aumento di massa corporea magra (Earnest et al., 1995; Green et al., 1996; Kreider et al., 1998; Kreider, 2003).

Inoltre, la supplementazione di Cr durante allenamenti con i pesi (circa 6-8 settimane) ha dimostrato di poter aumentare la massa magra di circa 3 kg (Earnest et al., 1995; Kreider et al., 1996; Stout et al., 1999).

Altri studi indicano che 4-8 settimane di allenamento alla forza, associato a supplementazione di Cr in combinazione con altre sostanze (ad es. glucosio), può stimolare maggiori guadagni nella massa magra rispetto all’utilizzo di sola Cr (Stout et al., 1997; Kreider et al., 1998). Questi risultati sono in genere osservati negli uomini, ma anche nelle donne sono stati riportati aumenti simili della massa muscolare magra.

Gli studi iniziali sul ruolo dell’utilizzo di Cr suggerirono come fosse l’aumento della ritenzione idrica nel muscolo a contribuire all’aumento di massa magra. Tuttavia, ricerche successive hanno suggerito come la supplementazione di Cr aumenti la massa corporea attraverso una maggiore sintesi proteica muscolare, inducendo quindi ipertrofia delle fibre.

Da questo punto di vista il contributo fornito da Volek et al. (1999) è molto interessante, dimostrando che la somministrazione di Cr in maschi allenati in sport di forza (sollevamento pesi, power lifting, bodybuilding, ecc) aumenta in modo significativo, rispetto al solo allenamento, l’area della sezione trasversa della fibra muscolare in ciascuno dei tipi di fibre muscolari osservate: tipo I (35% vs. 11%), tipo IIA (36% contro 15%) e tipo IIX (35% contro 6%).

Sulla base di questi risultati, Willoughby e Rosene hanno esaminato gli effetti della supplementazione di Cr sull’espressione genica e proteica della catena pesante della miosina (Willoughby e Rosene, 2001, 2003). La conclusione degli autori ha indicato che gli aumenti della massa magra non sono attribuibili unicamente a una maggiore ritenzione idrica nel muscolo, ma piuttosto alla regolazione della sintesi proteica attraverso una diversa espressione di fattori miogenici di regolazione indotti da Cr.

Questi fattori (MRF-4, Myf-5, Myo-D e myogenin) agiscono per controllare l’espressione genica delle proteine contrattili, legandosi al DNA e attivando sequenze di trascrizione necessarie per codificare la sintesi di miosina, α-actinina, troponina I, e CK (Lowe et al., 1998).

Inoltre, l’influenza della Cr sulle funzioni delle cellule satelliti (SC) è stata oggetto di interesse. Tale argomento è stato approfondito da Olsen et al. (2006) e Safdar et al. (2008), i quali hanno dimostrato come l’assunzione di Cr (carico: 24 g/die, 6 g/porzione, 4 porzioni/die, 7 giorni; mantenimento: 6 g/die, 1 porzione/die, 15 settimane) durante un esercizio di contro resistenza promuova la proliferazione di SC e stimola la distribuzione relativa dei nuclei nel muscolo scheletrico.

Safdar et al. (2008) hanno anche riferito come la supplementazione di Cr (carico: 20 g/die, 10 g/porzione, 2 porzioni/die, durata 3 giorni; mantenimento: 5 g/die, 1 porzione/die, durata 7 giorni) induca proliferazione e differenziazione delle SC, attivando così i geni del rimodellamento a carico del citoscheletro.

Conclusioni e direzioni future

In conclusione, possiamo dire che ad oggi l’utilizzo di Cr come supplemento da utilizzare in periodi caratterizzati da allenamenti intensi orientati allo sviluppo della forza, potenza e massa muscolare può considerarsi un sicuro e valido aiuto per l’incremento e il miglioramento della prestazione.

Esiste tuttavia un’ampia variabilità interindividuale di effetto ergogenico della Cr; fattori intrinseci ed estrinseci possono contribuire a questa variabilità. Oltre alle modalità di somministrazione e al timing sembra che la distribuzione della massa magra possa contribuire nel determinare le differenze d’effetto riscontrate tra responders e non responders. Tra i fattori estrinseci un ruolo importante è da attribuire alla contemporanea assunzione di altre sostanze che ne possono modificare l’efficacia.

Di grande discussione, a tal proposito, è l’utilizzo dei multi-ingredient supplements (MIS) a base di Cr: prodotti cioè in cui la Cr è inserita in una matrice complessa di altre sostanze ergogeniche (es. beta-alanina, aminoacidi, talvolta caffeina, eccetera) con lo scopo di esaltarne le proprietà fisiologiche.

La letteratura sull’argomento è ancora difficile da interpretare, perché se da un lato esistono numerosi trial che mettono a confronto MIS e placebo, con effetti positivi sulla performance e la fatica, dall’altro mancano lavori strutturati con sottogruppi d’indagine al fine di stabilire “quale sostanza” dei MIS considerati è “in grado di fare cosa”. In tale senso le direzioni future d’indagine dovranno concentrarsi maggiormente sul discernimento di questi aspetti.

In merito poi ai tanti dubbi legati all’utilizzo combinato della creatina insieme alla caffeina, al di là di qualche sporadica osservazione circa la possibilità che la caffeina possa ridurre significativamente gli effetti della creatina, revisioni approfondite sulla materia hanno sottolineato come creatina e caffeina regolino meccanismi indipendenti legati allo stimolo della forza e possibili interazioni farmacocinetiche tra le due sostanze siano altamente improbabili (Trexler and Smith-Ryan, 2015).

a cura di Sebastiano Buontempo – Centro di Medicina dello Sport Voghera, Università di Pavia

Giuseppe Cerullo – PhD in Scienze delle attività motorie e sportive, Università degli Studi di Napoli

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