Abstract:

Versione in italiano:

Il glicogeno è un polisaccaride ramificato di glucosio utilizzato dai tessuti, in particolare dal muscolo scheletrico, per produrre ATP. Durante l’esercizio fisico, il glicogeno viene degradato in funzione della durata e dell’intensità dell’attività fisica. È noto che la concentrazione di glicogeno è strettamente correlata alla comparsa della fatica durante l’esercizio. Secondo il modello della fatica periferica, quando il glicogeno è esaurito, svolge un ruolo metabolico limitando la risintesi di ATP alla velocità necessaria per sostenere lo sforzo. Più recentemente, è stato proposto che il glicogeno muscolare abbia anche un ruolo strutturale, influenzando il rilascio degli ioni calcio dal reticolo sarcoplasmatico.

Pochissime ricerche sono state condotte riguardo ai potenziali meccanismi centrali della fatica. Secondo il modello psicobiologico (PBM) della fatica, durante l’esaurimento del glicogeno si verifica un aumento dello sforzo percepito legato alla spinta motoria centrale verso i muscoli locomotori, che interagisce con fattori motivazionali per determinare quando le persone decidono di rallentare o interrompere l’esercizio di resistenza. Essere in grado di quantificare in modo non invasivo le riserve di glicogeno è cruciale per regolare correttamente l’esercizio e l’intervento nutrizionale negli atleti. Tuttavia, altri percorsi possono innescare la fatica centrale.

La dieta chetogenica (KD) è un approccio nutrizionale basato su una ridotta assunzione di carboidrati (<5%). Mentre l’esercizio fisico intenso esaurisce le riserve di glicogeno localmente, gli effetti della KD sono più generali e coinvolgono la produzione di corpi chetonici, fattori neurotrofici (ad esempio BDNF) e il metabolismo di altre molecole, come la chinurenina, note per avere un effetto diretto sul cervello.

La nostra IPOTESI PRINCIPALE è che, a parità di livelli di glicogeno muscolare, in un regime di KD, la fatica centrale durante l’esercizio sarebbe ridotta grazie all’azione dei corpi chetonici. Utilizzando l’esercizio come modello di esaurimento del glicogeno, testeremo la nostra ipotesi in adulti sani perseguendo i seguenti obiettivi specifici:

Obiettivo 1: sviluppare e validare nuove metodologie non invasive per misurare le variazioni nella concentrazione di glicogeno. Ipotizziamo che la bioimpedenza a singola frequenza sensibile alla fase (SF-BIA) sarà in grado di rilevare alterazioni nell’acqua corporea dopo un carico o un esaurimento di carboidrati, stimando così la localizzazione del glicogeno nelle cellule muscolari.

Obiettivo 2: testare l’ipotesi che la chetosi nutrizionale migliori la performance di resistenza negli esseri umani con glicogeno muscolare esaurito. Ipotizziamo che la chetosi nutrizionale migliori la performance di resistenza quando le differenze iniziali nella concentrazione di glicogeno muscolare, causate dalla dieta chetogenica, vengono eliminate dall’esaurimento di glicogeno indotto dall’esercizio.

Obiettivo 3: esplorare i meccanismi psicobiologici alla base del presunto effetto positivo della chetosi nutrizionale sulla performance di resistenza. Ipotizziamo che, oltre ai suoi effetti metabolici (ad esempio la cheto-adattazione), la chetosi nutrizionale eserciti il suo effetto migliorativo sulla performance riducendo l’attività corticale e la percezione della fatica durante l’esercizio di resistenza.

English version:

Glycogen is a multibranched polysaccharide of glucose used by tissue, and in particular skeletal muscle, to produce ATP. During exercise glycogen is degraded depending on the duration and intensity of physical activity. It is well known that glycogen concentration is closely related to fatigue during exercise. According to the peripheral fatigue model, when depleted, glycogen has a metabolic role limiting the resynthesise ATP at the rate required to sustain the effort. More recently, it has been proposed that muscle glycogen has also a structural role by impairing the release of calcium ions by the sarcoplasmic reticulum. Very little research has been conducted with regard to potential central mechanisms of fatigue. According to the psychobiological model (PBM) of fatigue, during glycogen depletion an increase in the central motor drive to the locomotor muscles is perceived at a psychological level and interacts with motivational factors to determine when people decide to slow down or stop endurance exercise. Being able to quantify in a non-invasive way glycogen stores can be crucial to properly regulate exercise and nutritional intervention in athletes. However other pathways may trigger central fatigue. Ketogenic diet (KD) is a nutritional approach based on a reduced intake of carbohydrates (<5%). Whilst exertive exercise depletes glycogen stores locally the effects of KD are more general and involve the production of ketone bodies, neurotrophic factors (i.e BDNF) and the metabolism of other molecules such as kynurenine, which are known to have a direct effect on brain.Our MAIN HYPOTHESIS is that at equal levels of muscle glycogen, under a KD regimen, central fatigue during exercise would be reduced due to the ketone bodies action. Using exercise as models of glycogen depletion, we will test in healthy adults out hypothesis by pursuing the following specific aims:
Aim 1: to develop and validate new non-invasive methodology to measure change in glycogen concentration. We hypothesize that phase-sensitive bioimpedance at single frequency (SF-BIA) will be able to detect alteration in body water after carbohydrate loading or depleting and thus estimate glycogen localization in muscle cells.
Aim 2: to test the hypothesis that nutritional ketosis improves endurance performance in humans with depleted muscle glycogen. We hypothesize that nutritional ketosis improves endurance performance when potential initial differences in muscle glycogen concentration caused the ketogenic diet are eliminated by exercise-induced muscle glycogen depletion.
Aim 3: to explore the psychobiological mechanisms underlying the hypothesized positive effect of nutritional ketosis on endurance performance. We hypothesize that, in addition to its metabolic effects (i.e. keto-adaptation), nutritional ketosis exerts its performance-enhancing effect by reducing cortical activity and perceived fatigability during endurance exercise.

Contatti: antonio.paoli@unipd.it