effetto della creatina sulla prestazione muscolare

EFFETTO DELLA CREATINA SULLA PRESTAZIONE MUSCOLARE
Eric Hultman
La creatina (Cr), o acido guanidin metil acetico, è una sostanza che si ritrova naturalmente nel corpo umano; in
particolare in un uomo di 70 Kg si ritrovano 120 gr di creatina, di cui il 95% è distribuito nei muscoli e costituiscono il
pool della creatina corporea totale (1).
L’abbondanza di creatina è maggiore nelle fibre muscolari di tipo II (le fibre veloci) e la sua concentrazione è
maggiore del 45% rispetto alle fibre lente di tipo I e del 55 % maggiore rispetto al muscolo cardiaco. La creatina è
anche presente in piccole quantità nel cervello, nel fegato, nel rene, e nel testicolo.
La creatina era stata identificata nella carne addirittura nel 1837 da Chevreul. Successivamente nel 1847 Liebig
dimostrò che poteva essere estratta dai muscoli, ma non dagli altri organi. Dalla scoperta della fosfocreatina nel 1927 in
poi era stato evidenziato che la creatina diffusibile aumentava durante la contrazione (2 ) . Negli successivi moltissime
ricerche avevano dimostrato l’importanza della creatina durante la contrazione muscolare. Inoltre il fatto che no si
ritrovasse nelle urine aveva fatto pensare che non fosse un prodotto del catabolismo. Chanutin nel 1926 osservò che la
somministrazione di creatina era trattenuta dall’organismo (3 ).
Era stato determinato il precursore della creatina marcando l’N e isolando ogni forma di creatina (4). E’ stato così
possibile le due vie metaboliche che portano alla formazione della creatina e che avvengono nel fegato (figura 1). Le
reazioni sono mediate dai due enzimi: glicina-transaminidasi e guanidinoacetato-metiltransferasi. E’ accertato che
l’inizio della reazione della creatina origina dalla glicina nel rene e prosegue nel fegato. Null’uomo la biosintesi exnovo di creatina avviene sia nel pancreas che nel fegato (5). La somministrazione di creatina nell’uomo sopprime la
produzione endogena di creatina, suggerendo che la sintesi della creatina è regolata da un meccanismo di feed-back
negativo. Poiché la sintesi di Cr endogena si mantiene bassa nonostante la supplementazione di glicina,è logico pensare
di ricorrere alla supplementazione orale per aumentare il contenuto totale muscolare di creatina.
Figura 1
Vari studi hanno dimostrato che la cretina entra nel muscolo per un processo attivo, contro un gradiente di
concentrazione, ricorrendo probabilmente alla interazione con siti specifici di membrana che riconoscono il gruppo
amidinico della Cr (6 ) . recentemente è stato identificato un trasportatore attivo della creatina nel muscolo, nel cuore e
nel cervello (7).
Circa il 60% della Cr muscolare è sotto forma di fosfocreatina ed è incapace di attraversare le membrane per la sua
polarità cosicché la Cr viene intrappolata all’interno della cellula.
Nel soggetto normale sano, la creatina muscolare si riforma alla quantità di circa 2 gr al giorno mediante la sintesi
endogena o assunzione dietetica giornaliere di Cr, con la carne (5) e la somministrazione di Cr orale sopprime la
produzione endogena di Cr. La creatinina è il prodotto finale unico di degradazione della Cr e avviene con una reazione
enzimatica irreversibile (8). Poiché il muscolo è la sede principale di deposito del pool di Cr, questo è anche il sito di
maggior produzione di creatinina.
La escrezione giornaliera renale di creatinina è costante in un individuo, ma può variare tra i singoli individui
essendo dipendente dalla massa muscolare totale.
Ruolo della Creatina sul metabolismo energetico e la fatica.
Questo argomento è già stato ampiamente trattato nella relazione del prof. Hultman nel precedente Corso con i relativi
Atti già pubblicati.
Effetti della ingestione di Creatina sulla performance di esercizio.
Come precedentemente dimostrato, esiste un equilibrio reversibile tra Cr (creatina) e Pcr (fosfocreatina) e lo sviluppo
della fatica durante l’esercizio ad alta intensità è associato alla degradazione di Pcr muscolare. La Cr nella sua forma
libera e fosforilata svolge tuttavia un ruolo centrale nella regolazione e omeostasi del metabolismo energetico muscolare
e della fatica.
Gli effetti della supplementazione orale di creatina sul metabolismo muscolare e sulla performance atletica è
diventata l’area di maggior interesse per i fisiologi dell’esercizio ed ha stimolato un gran numero di ricerche.
La fatica che si manifesta nell’uomo durante un esercizio di breve durata e ad alta intensità è dovuta alla incapacità
del muscolo a mantenere la produzione di ATP, che avviene anaerobicamente dalla idrolisi di fosfocreatina (PCr)
(9,10). Inoltre, varie ricerche dimostrano che la fatica in queste condizioni può essere attribuita ad una difficoltosa
produzione di ATP predominante nelle fibre muscolari di tipo II, nelle quali la concentrazione di CPr è rapidamente
consumata (11,12).
Nel 1992 Harris e coll. (13) furono i primi a dimostrare che la ingestione di 5 gr. di creatina monoidrato in quattro o
sei somministrazioni quotidiane per alcuni giorni consecutivi era in grado di aumentare la concentrazione totale di
creatina muscolare di una media di 25 mmoli/kg di muscolo secco, il 30% dei quali sotto forma di PCr. Gli autori
concludevano che queste modificazioni avevano un effetto positivo sulla prestazione dell’esercizio nell’uomo.
Infatti recenti studi controllati con il placebo, usando una varietà di modelli sperimentali, hanno confermato che la
supplementazione con cretina dietetica può migliorare la prestazione dell’esercizio durante ripetute sessioni di esercizio
di massima intensità (14-18).
Figura 2
Figura 3. Effetti della somministrazione di creatina sulla forza. Sono raffigurat
FIGURA 3
L’effetto ergogenico della creatina è dovuto all’aumentata capacità del muscolo di formare ATP dall’ADP durante
l’esercizio e questo risultato può essere raggiunto aumentando la concentrazione muscolare di PCr prima dell’esercizio.
Greenhaff ha dimostrato inoltre che una aumentata disponibilità di creatina muscolare accelera la risintesi di PCr nelle
pause di recupero , durante la contrazione isometrica muscolare intensa stimolata elettricamente, dopo la
supplementazione di creatina (19).
Gli studi di Harris e coll (13) e di Greenhaff e coll (19) avevano posto l’attenzione sulla grande variabilità
individuale del contenuto muscolare di Creatina totale che sembra essere correlato alla concentrazione iniziale di
creatina muscolare. Tuttavia Greenhaff e coll (19) hanno dimostrato che un effetto misurabile della ingestione di
creatina sulla risintesi di PCr durante i recuperi di un esercizio a massima intensità solo quando la concentrazione di
creatina totale nel muscolo aumenta a più di 20 mmoli/Kg di sostanza secca . Questi risultati dimostrano che gli effetti
della ingestione di creatina orale sul metabolismo e sulla prestazione durante l’esercizio ed il recupero dipendente
criticamente dall’aumento di concentrazione della creatina muscolare totale.
Effetto della creatina sulla composizione corporea.
Pochi studi, e solo recentemente, sono stati condotti per valutare le variazione della composizione corporea indotte dalla
somministrazione di creatina ( ).L’uso di creatina orale è in grado di aumentare la massa corporea rotale, aumentando la
massa magra, mentre gli effetti sulla massa grassa sono irrilevanti. (figura 3)
Figura 3. Effetto della somministrazione di creatina sulla composizione corporea.
Effetto della creatina ed il metabolismo muscolare sull’esercizio massimale.
Casey e coll. (20) hanno studiato l’effetto della somministrazione di creatina orale sulla prestazione muscolare a
massima intensità. Sono stati studiati 9 soggetti maschi sani, ben allenati, che hanno assunto 20 gr di Cr al giorno,
disciolti in 250 ml di acqua calda-bollente per cinque giorni consecutivi. Al quinto giorno i soggetti dovevano eseguire
due serie di esercizi al cicloergometro isocinetico alla massima intensità. Ogni serie di esercizi durava 30 secondi, al
ritmo di 80 pedalate/minuto e quattro minuti di recupero tra una serie el’altra. Sono state eseguite le biopsie muscolari
prima e dopo la prova per valutare direttamente nel muscolo il contenuto di creatina, di ATP e di Pcr prima e dopo la
prova.
Il lavoro di picco è rappresentato nella figura 4.
FIGURA 4
Figura 4. Lavoro di picco e totale durante due serie di 30 secondi ad un esercizio a massima intensità alla ciclette isocinetica. Ogni
serie di esercizi era eseguita al ritmo di 80 pedalate al minuto e intervallate da 4 minuti di recupero. I valori espressi
dall’istogramma tratteggiato sono riferiti alla condizione prima della somministrazione di creatina. L’istogramma nero, dopo la
creatina.
Dopo la ingestione di Cr sette dei nove soggetti hanno evidenziato un miglioramento della produzione del lavoro di
picco sia nella prime che nella seconda serie.
L’incremento del contenuto totale di creatina muscolare dopo la supplementazione con creatina orale è espresso nella
figura 5. La figura dimostra che esistono delle variazione interindividuali nell’incremento della concentrazione di Tcr
(creatina totale) muscolare.
FIGURA 5
Figura 5. Concentrazione di Creatina totale nel muscolo (fosfocreatina+creatina) in soggetti individuali prima e dopo
supplementazione di creatina 20 gr per 5 giorni. I valori riportati rappresentano la media della biopsie ottenute prima e dopo le due
serie di esercizi.
Degradazione di Pcr nelle fibre muscolari di tipo I e tipoII.
La degradazione di fosfocreatina (Pcr) nelle fibre muscolari di tipo I e II prima e dopo ingestione di creatina è
rappresentata nella figura 6. Dopo l’ingestione di Cr, la degradazione di Pcr rimane invariata durante la serie 1 di
esercizio, ma era più grande durante la seconda serie. Così la degradazione di Pcr nelle fibre di tipo II non era
modificata dalla ingestione di creatina durante la serie 1 di esercizio, mentre era maggiore durante la serie 2.
FIGURA 6
Figura 6. Degradazione della Pcr nelle fibre di tipo I e di tipo II durante due serie di esercizi di 30 secondi alla massima intensità
alla ciclette isometrica. I valori espressi dagli istogrammi tratteggiati si riferiscono a prima della somministrazione di creatina, gli
istogrammi neri a dopo.
Il presente studio dimostra, in accordo con altre ricerche pubblicate (14,15,16,17,18), che la supplementazione con
creatina migliorare la prestazione muscolare durante l’esercizio a massima intensità. Inoltre le indagini fatte mediante
biopsia sul muscolo hanno evidenziato che la rifosforilazione di ADT in ATP durante l’esercizio è aumentato come
conseguenza della supplementazione di creatina.
La quota di degradazione di Pcr è ,maggiore del 10-25% nelle fibre di tipo II, rispetto alle fibre di tipo I, mentra la
differenza di concentrazione di Pcr tra i due tipi di fibra muscolare è modesta prima dell’esercizio. E’ ragionevole
pensare che la supplementazione con Cr determina un effetto maggiore sulle fibre di tipo II durante l’esercizio a
massima intensità.
E’ stato inoltre evidenziato che la produzione di acido lattico durante l’esercizio a massima intensità era
immodificato dopo la somministrazione di creatina (15,20).
Effetto dell’esercizio submassimale nel favorire l’accumulo di creatina e glicogeno nel muscolo.
L’insulina a dosi soprafisiologiche aumenta la captazione di creatina nel muscolo scheletrico del ratto (21). E’ stato
suggerito che questa risposta fosse dovuta ad un rilascio di insulina glucosio-indotta. Più recentemente è stato
dimostrato che alte concentrazioni di insulina circolante sono necessarie per aumentare l’accumulo di Cr nel muscolo
(22).
L’esercizio sub-massimale eseguito immediatamente prima dell’ingestione di Cr, è stato dimostrato che sia in grado
di aumentare la captazione muscolare di Cr (23). Sono stati studiati 14 soggetti che vengono sottoposti ad esercizio al
cicloergometro. I soggetti devono pedalare con una gamba sola,mentra l’altra rimane a riposo. Si continua l’esercizio
fino all’esaurimento. Si eseguono poi le biopsie al quadricipite della gamba esausta (ex) e della gamba non esausta
(Nex). Vengono eseguite le biopsie dopo 6 ore e 5 giorni. Dopo l’esercizio i soggetti vengono suddivisi in due gruppi.
Un gruppo riceve una soluzione di acqua solo nelle 6 ore successive e poi acqua zuccherata al 18% (CHO group).
L’altro gruppo nelle 6 ore successive all’esercizio consumaavano una soluzione con 5 gr di creatina disciolta in acqua e
successivamente una soluzione di creatina e carboidrati. I risultati sono riportati nella figura 7.
Figura 7. Concentrazione del glicogeno muscolare in gambe esauste (Ex leg) e non esauste (Nex leg) dopo esercizio ad
una gamba e 6 ore e 5 giorni dopo l’assunzione di carboidrati (CHO) o creatina+carboidrati (Cr+CHO).
E’ chiaramente evidente come nella muscolatura della gamba esausta si raggiungono alti livelli di concentrazione di
glicogeno muscolare nell’arto esausto e la miscela Cr+CHO determina un livello di glicogeno significativamente
maggiore. In conclusione l’esercizio esaustivo aumenta il successivo accumulo di creatina nel muscolo esercitato
attraverso un meccanismo non ancora chiarito. La supplementazione creatina + carboidrati aumenta la risintesi del
glicogeno muscolare nei muscolo esercitati, che può esserte considerato sufficiente per un aumento di prestazione
nell’esercizio di endurance. (24).
I dati di ricerca danno una importante indicazione pratica sull’assunzione di creatina e carboidrati che vanno
preferibilmente assunti dopo l’esercizio esaustivo per aumentare la concentrazione di glicogeno e di creatina muscolare.
BIBBLIOGRAFIA
1) Myers, V,C., Fine, M.S. The metabolism of creatine and creatinine. VII The fate of creatine when
administered to man. J. Biol. Chem. 21:277-83, 1915
2) Needham, D.M. Machina carnis. The biochemistry of muscolar contraction in its historical development.
Cambridge: Cambridge University Press, 1971
3) Chanutin, A. The fate of creatine when administered to man. J. Biol. Chem. 67:29-37, 1926
4) Bloch, H., Schoenheimer, R. The metabolic relation of creatine and creatinine studied with isotopic nitrogen.
J. Biol. Chem. 131:111-121;1939
5) Walker, J.B. Creatine: Biosynthesys, regulation and function. Adv. Enzymol. Relat. Areas Mol. Med. 50:177242;1979
6) Fitch, C.D. Significance of abnormalities of creatine metabolism. In:Rowland, L.P.. ed. Pathogenesis of
human muscular dystrophies. Amsterdam: Excerpta Medica; 1977:328-340.
7) Schloss, P., Mayser, W., Betz, H. The putative rat choline transporter chot1 trtansport creatine and is
highlyexpressed in neural and mucle rich-tissues. Biochem. Biophys. Res. Commum. 198:637-645;1994
8) Fitch, C.D., Lucy, D.D., Borhofen, J.H., Dalrymple, G.V. Creatine metabolism in skeletal muscle.
Neurology, 18:32-39; 1968
9) Hitchcock, H.C. Recovery of short-term power after dynamic exercise. J. Appl. Physiol. 67:677-681, 1989
10) Katz, A, Sahlin, K, and J. Henriksson. Muscle ATP turnover rate during isometric contraction in humans. J.
Appl. Physiol. 60:1839-1842, 1986
11) Casey, A, D. Constantin-Teodosiu,, S. Howell, E, Hultman, and P.L. Greenhaff. Metabolic response of
type I and II muscle fibers during repeated bouts of maximal exercise in humans. Am. J. Physiol.
271(Endocrinol Metab. 34): E38-E43, 1996
12) Soderlund, K., P:L: Greenhaff, and E. Hultman. Energy metabolism in type I and II human muscle fibers
during shortterm electrical stimulation at different frequencies. Acta Physiol. Scand. 144:15-22, 1992
13) Harris, R.C., M. Viru, P.L. Greenhaff, and E. Hultman. Elevation of creatine in resting and exercised
muscle of normal subjects by creatine supplementation. Clin. Sci. Lon. 83 :367-374, 1992
14) Balsom, P.D., B. Ekblom, K. Soderlund, B, Sjodin, and E. Hultman. Creatine supplementation and
dynamichigh-intensity intermittent exercise. Scand. J. Med. Sci. Sports 3:143-149, 1993
15) Birch, R., D. Noble, and P.L. Greenhaff. The influence of dietary creatine supplementation on performance
during repeated bouts of maximal isokinetic cycling in man. Eur. J. Appl. Physiol. 69 :268-270, 1994
16) Earnest, C.P., P.G. Snell, R. Rodriguez, A.L. Almada, and T.L. Mitchell. The effect of creatine
monohydrate ingestion on anaerobic power indices, muscular strength and body composition. Acta Physiol.
Scand. 153:207-209, 1995
17) Greenhaff, P.L., A. Casey, A.H. Short, R. Harris, K. Soderlund, and E. Hultman. Influence of oral
creatine supplementation on muscle torque during repeated bouts of maximal voluntary exercise in man. Clin.
Sci. Lond. 84:565-571, 1993
18) Harris, R.C., M. Viru, P.L. Greenhaff, and E. Hultman. The effect of oral creatine supplementation on
running performance during maximal short term exercise in man (Abstract). J. Physiol. Lond. 467:74, 1993
19) Greenhaff, P.L., K. Bodin, K. Soderlund, and E. Hultman. Effect of oral creatine supplementation on
skeletal muskle phosphocreatine resynthesis. Am. J. Physiol. 266 (Endocrinol. Metab. 29): E725-E730, 1994
20) Casey, A, D. Constantin-Teodosiu,, S. Howell, E, Hultman, and P.L. Greenhaff. Creatine ingestion
favorably affects performance and muscle metabolism during maximal exercise in humans. Am. J. Physiol.
271(Endocrinol. Metab. 34): E31-E37, 1996
21) Haughland, R.B., and Chang, D.T. Insulin effects on creatine transport in skeletal muscle. Proc. Soc. Ep.
Biol. Med. 148 :1-4, 1975
22) Steenge, G.R., Lambourne, J., Casey, A., Macdonald, I.A., and P.L. Greenhaff. The stimulatory effect of
creatine accumulation in human skeletal muscle. Am. J. Physiol. 275 (Endocrinol. Metab. 38):E974-E979,1998
23) Harris, R., Soderlund, K., and E. Hultman. Elevation of creatine in resting and exercised muscle of normal
sobjects by creatine supplementation. Clin. Sci. (Coloch.)83: 367-374,1992
24) Robinson, T.M., Sewell, D.A., Hultman, E., and J.P. Greenhaff. Role of submaximal exercise in promoting
creatine and glycogen accumulation in human skeletal muscle. J. Appl. Physiol. 87(2):598-604, 1999

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