Nel corso dell’ultimo secolo, la fisiologia dell’esercizio ha compiuto progressi fondamentali nel chiarire come i capillari e i mitocondri del muscolo scheletrico collaborino per garantire un’efficace fornitura di ossigeno e nutrienti alle cellule e per sostenere la produzione di energia al loro interno.
Già tra il 1939 e il 1940, la biochimica ucraina Olga Chepinoga pubblicò le prime evidenze che l’allenamento fisico è in grado di stimolare la biogenesi mitocondriale nel muscolo scheletrico.
Qualche decennio più tardi, nel 1975, Per Andersen riportò la prima osservazione di un aumento della densità capillare nel muscolo scheletrico in risposta all’esercizio.
Queste scoperte pionieristiche hanno aperto la strada ad un secolo di ricerca che ha progressivamente chiarito come l’allenamento induca adattamenti coordinati nei mitocondri e nella rete capillare, migliorando la capacità ossidativa del muscolo e la sua efficienza nel trasporto di ossigeno e nutrienti.
Oggi tali adattamenti sono considerati elementi centrali della fisiologia dell’esercizio e rappresentano un fondamento biologico essenziale per comprendere come l’attività fisica migliori la salute metabolica e cardiovascolare.
I mitocondri sono organelli responsabili della maggior parte della produzione di ATP.
Data la loro funzione centrale nel fornire energia chimica, non sorprende che un aumento del contenuto mitocondriale sia associato ad un miglioramento della performance di endurance e, soprattutto, ad una riduzione del rischio di numerose malattie croniche e condizioni legate all’età.
Per questo motivo, è fondamentale comprendere come i mitocondri si adattino ai diversi stimoli dell’esercizio per sviluppare protocolli di allenamento efficaci e basati sull’evidenza.
Attualmente è in corso un dibattito su quale variabile dell’allenamento (intensità o il volume totale) sia più determinante nell’aumentare il contenuto mitocondriale.
Questa distinzione è cruciale, poiché influenza direttamente il modo in cui si progettano programmi di allenamento mirati a ottimizzare la salute metabolica e la capacità ossidativa del muscolo.
Inoltre, diversi altri fattori possono influenzare l’entità dell’aumento del contenuto mitocondriale in risposta all’allenamento (cioè la trainability) tra cui:
- livello di fitness iniziale
- età
- sesso
- menopausa
- quantità di massa muscolare attivamente coinvolta durante l’esercizio
- presenza di malattie
Sebbene esistano indicazioni del loro ruolo, nessuno di questi elementi è stato finora analizzato in modo sistematico in un’unica coorte di studi.
È stato proposto che sessioni di allenamento prolungate svolte a bassa o moderata intensità; quindi, caratterizzate da un volume totale relativamente elevato, possano essere particolarmente efficaci nel favorire la crescita capillare nel muscolo scheletrico.
Se ciò fosse confermato, questo pattern di adattamento risulterebbe diverso da quello che sembra guidare l’aumento del contenuto mitocondriale, per il quale una quota maggiore del volume totale di allenamento deve essere eseguita ad alta intensità.
Tale distinzione suggerisce che capillari e mitocondri rispondano in modo differenziale alle variabili dell’allenamento, sottolineando l’importanza di comprendere come intensità e volume contribuiscano, in maniera specifica, ai diversi aspetti dell’adattamento muscolare.
Nello studio di Mølmen et al. (ports Med. 2025 Jan;55(1):115-144. doi: 10.1007/s40279-024-02120-2) gli autori hanno confrontato gli effetti di un allenamento di endurance continuo a bassa o moderata intensità, con quello di un allenamento intervallato o continuo ad alta intensità e intervallato a sprint sulle variazioni del contenuto mitocondriale e della capillarizzazione del muscolo scheletrico, considerando covarianti come la frequenza, le settimane di intervento e le caratteristiche dei partecipanti.
Lo studio è stato condotto come una revisione sistematica e meta-regressione, analizzando circa 50 anni di dati scientifici e ha incluso dati provenienti da 425 articoli scientifici.
In totale sono stati analizzati 5973 partecipanti (5650 per la sintesi mitocondriale e 1897 per quella capillare).
I partecipanti sono stati classificati in base al livello di fitness iniziale (non allenati, moderatamente allenati, ben allenati), all’età, al sesso e allo stato di salute (sani o con malattie
Gli autori hanno raggruppato gli interventi in tre categorie principali basate sull’intensità:
- ET (Endurance Training): allenamento continuo a bassa o moderata intensità (sotto l’87% della frequenza cardiaca massima)
- HIT (High-Intensity Training): allenamento ad alta intensità, continuo o ad intervalli (sopra l’87% della frequenza cardiaca massima)
- SIT (Sprint Interval Training): sprint massimali o quasi massimali di breve durata (4–90 secondi) con ampi recuperi
Per rendere i dati confrontabili tra i vari studi, i ricercatori hanno estratto e analizzato:
- Marcatori mitocondriali: sono stati combinati cinque indicatori (citrato sintasi, succinato deidrogenasi, citocromo c ossidasi, HADH, idrossiacil-coenzima A deidrogenasi, enzima mitocondriale che funge da marcatore specifico per la beta-ossidazione degli acidi grassi, e densità volumetrica mitocondriale) in un unico valore chiamato Mitopooled per aumentare la potenza statistica
- Marcatori capillari: sono stati misurati i capillari per fibra (C/F) e la densità capillare (CD)
- Misure secondarie: sono stati valutati anche il VO₂max, l’area della sezione trasversale delle fibre e la proporzione dei tipi di fibre
Dopo aver corretto i dati per variabili quali settimane di intervento e fitness iniziale, i tre tipi di allenamento hanno mostrato aumenti simili nel contenuto mitocondriale:
- ET: 23 ± 5%
- HIT: 27 ± 5%
- SIT: 27 ± 7%
Lo studio distingue tra due parametri:
- capillari per fibra (C/F), aumenta in modo simile con ET (15%), HIT (13%) e SIT (10%)
- densità capillare (CD)
Mentre tutte e tre le modalità (ET, HIT, SIT) aumentano il numero di capillari per ogni singola fibra in modo simile, l’effetto sulla densità (il numero di capillari in una determinata area muscolare) varia significativamente.
L’allenamento ET è risultato superiore per l’aumento della densità capillare (capillari per mm2) rispetto a HIT e SIT non per una crescita capillare intrinsecamente maggiore, ma principalmente a causa di una minore ipertrofia delle fibre muscolari.
Gli allenamenti ad alta intensità (HIT e soprattutto SIT) promuovono un aumento maggiore dell’area della sezione trasversale della fibra muscolare, ovvero l’ipertrofia.
Quando la fibra muscolare si ingrossa, i capillari esistenti o nuovi vengono distribuiti su una superficie più ampia; questo “diluisce” la densità capillare.
Poiché l’ET causa meno ipertrofia, l’aumento dei capillari si traduce in un incremento più netto della densità per mm2.
Le fonti suggeriscono anche una ragione fisiologica legata agli stimoli angiogenici.
L’esercizio ET potrebbe essere più efficace nel mantenere livelli elevati del fattore di crescita dell’endotelio vascolare (VEGF).
Al contrario, l’esercizio intermittente ad alta intensità è stato associato, in alcuni studi, ad una riduzione dei livelli di VEGF, fornendo uno stimolo potenzialmente più debole per la proliferazione delle cellule endoteliali.
Considerando le tempistiche di adattamento, la maggior parte dei guadagni nella capillarizzazione avviene nelle fasi iniziali dell’allenamento (< 4 settimane), in quanto una volta che il muscolo ha migliorato la sua rete capillare iniziale, la domanda di ossigeno viene soddisfatta più facilmente e le forze meccaniche che spingono la crescita di nuovi vasi diminuiscono, portando a una saturazione dell’adattamento entro il primo mese di attività.
Al contrario, i mitocondri e il VO2max mostrano miglioramenti più lenti ma costanti su un numero maggiore di settimane per i protocolli ET e HIT, mentre il SIT tende a raggiungere un plateau mitocondriale più rapidamente.
In sintesi, mentre i capillari completano il loro adattamento entro il primo mese, i mitocondri e il VO2max possono continuare a migliorare per molti mesi, a patto che l’allenamento (specialmente ET e HIT) sia mantenuto con volumi e frequenze adeguati.
Una delle conclusioni più incisive della ricerca riguarda l’universalità della risposta all’esercizio.
Non è stata trovata nessuna differenza significativa negli incrementi percentuali per i mitocondri e la capillarizzazione tra giovani (<35 anni) e anziani (>55 anni).
A differenza dei marcatori muscolari locali, per il VO2max si sono osservate alcune divergenze legate all’età.
l VO2max aumenta a qualsiasi età, ma l’entità del miglioramento diminuisce progressivamente con l’avanzare degli anni.
I giovani (< 35 anni) mostrano gli incrementi più elevati, sia in termini percentuali sia assoluti.
Gli adulti (35–55 anni) migliorano in modo intermedio, mentre gli anziani (> 55 anni) mantengono una buona capacità di adattamento, seppur con incrementi più modesti.
Le donne giovani migliorano più degli uomini, ma questo vantaggio si riduce dopo i 55 anni.
In sintesi, l’età modula la grandezza della risposta, ma non elimina la capacità di aumentare il VO2max.
Il metodo più efficiente per ora di allenamento è il SIT.
Se si vuole massimizzare il VO₂max in senso assoluto, l’HIT è la scelta ottimale.
Se si vuole massimizzare il VO₂max nel minor tempo possibile la scelta è il SIT (2,9 volte più efficiente dell’HIT e 4,9 volte più efficiente dell’ET nel migliorare il VO₂max per ora di allenamento).
In base alla meta-regressione fornita, la presenza di malattie croniche non impedisce al muscolo scheletrico di adattarsi all’esercizio fisico; la capacità di migliorare il contenuto mitocondriale, la capillarizzazione e il VO₂max rimane sostanzialmente preservata.
Mentre alcune condizioni come la broncopneumopatia cronica ostruttiva (BPCO) possono limitare la capacità di sostenere carichi di lavoro elevati (influenzando indirettamente lo stimolo), il muscolo scheletrico di questi pazienti mantiene la plasticità necessaria per migliorare significativamente in risposta ad uno stimolo di allenamento adeguato.
L’aumento del contenuto mitocondriale cresce in modo proporzionale al carico totale di lavoro.
Il carico di allenamento è stato definito come il prodotto tra l’intensità relativa dell’esercizio e il volume di allenamento, definito dalla durata totale dell’esercizio.
La formula utilizzata nelle fonti è:
- Volume = (minuti per sessione) × (frequenza di allenamento, ovvero sessioni a settimana) × (numero di settimane di intervento)
L’intensità dell’esercizio viene solitamente espressa in relazione a valori massimi individuali. I parametri comuni citati includono
- consumo massimo di ossigeno
- frequenza cardiaca massima
- potenza massima erogata
L’intensità può compensare un volume ridotto (come accade nel SIT, che risulta estremamente efficiente per ora di esercizio) ma il volume rimane ciò che sostiene la progressione nel tempo.
SIT induce aumenti rapidi nelle prime settimane, ma tende a stabilizzarsi presto; ET e HIT, grazie ad un volume più elevato, continuano a produrre miglioramenti costanti per molte settimane.
In questo senso, l’intensità accelera l’adattamento, mentre il volume ne determina la continuità e la profondità.
La capillarizzazione risponde in modo ancora più marcato al volume.
La maggior parte della crescita dei capillari avviene nelle prime quattro settimane, e questo processo è favorito da sessioni prolungate a bassa o moderata intensità.
L’endurance continuo, che accumula più tempo sotto carico con una minore ipertrofia delle fibre, permette ai nuovi capillari di aumentare non solo per fibra ma anche per unità di area, mantenendo una densità elevata.
Anche il VO₂max riflette questa dinamica: tutti i protocolli lo migliorano, ma la continuità del miglioramento dipende dal volume.
L’HIT tende a produrre gli incrementi assoluti maggiori, mentre SIT è il più efficiente nel breve termine; tuttavia, per mantenere la crescita nel tempo, è necessario un volume sufficiente di lavoro aerobico.
Infine, la frequenza settimanale amplifica ulteriormente gli effetti del volume: sei sessioni a settimana producono adattamenti più marcati rispetto a quattro o due, sia per i mitocondri sia per il VO₂max.
In conclusione, l’entità del cambiamento nel contenuto mitocondriale, nella capillarizzazione e nel VO2max in risposta all’allenamento fisico è ampiamente determinata dal livello di forma fisica iniziale.
La capacità di adattarsi all’allenamento fisico si mantiene per tutta la vita, indipendentemente dal sesso e dalla presenza di malattie.
Volumi di allenamento maggiori (maggiore frequenza di allenamento settimanale e maggior numero di settimane di allenamento) e intensità di allenamento più elevate (per ora di allenamento, SIT > HIT > ET) sono associati a maggiori incrementi del contenuto mitocondriale e del VO2max.
Pertanto, il carico di allenamento (volume x intensità) è un predittore affidabile dei cambiamenti nel contenuto mitocondriale e nel VO2max.
Gli incrementi della capillarizzazione si verificano principalmente nelle prime fasi dell’allenamento fisico (< 4 settimane), con ET, HIT e SIT che aumentano in egual misura i capillari per fibra, mentre l’ET è più efficace nell’aumentare la densità capillare (capillari per mm2) a causa di un’ipertrofia delle fibre muscolari meno pronunciata.
