EPOC, acronimo di Excess Postexercise Oxygen Consumption (volgarmente detto "afterburn"), traducibile in italiano come Consumo di ossigeno in eccesso post-allenamento, è l'indice di misurazione dell'aumento del consumo di ossigeno a seguito della intensa attività, destinato a soddisfare il "debito di ossigeno" del corpo. Talvolta alcune ricerche denominano questo evento come Excess post-exercise energy expenditure (EPEE), cioè dispendio energetico in eccesso post-allenamento, riferendosi nello specifico al consumo energetico piuttosto che a quello di ossigenoSedlock, Darlene A. Post-exercise Energy Expenditure After Cycle Ergometer and Treadmill Exercise. Journal of Strength & Conditioning Research. February 1992 - Volume 6 - Issue 1.
Infatti questo parametro viene usato per determinare la spesa energetica e l'innalzamento del metabolismo basale (RMR, Resting Metabolic Rate) in seguito all'attività. Nel contesto storico era stato precedentemente diffuso il termine "debito di ossigeno" per tentare di quantificare la spesa di energia anaerobica, in particolare per quanto riguarda il metabolismo dell'acido lattico/lattato, ancora oggi ampiamente utilizzato. Esperimenti calorimetrici diretti e indiretti hanno però definitivamente smentito tutte le associazioni tra metabolismo e lattato come causale di un elevato consumo di ossigenoScott CB, Kemp RB.. Direct and indirect calorimetry of lactate oxidation: implications for whole-body energy expenditure. J Sports Sci. 2005 Jan;23(1):15-9., così nel 1984 Gaesser e Brooks pubblicarono una review in cui veniva introdotto questo nuovo concetto, il quale iniziò sempre più a sostituire la vecchia definizione di debito di ossigenoGaesser GA, Brooks GA. Metabolic bases of excess post-exercise oxygen consumption: a review. Med Sci Sports Exerc. 1984;16(1):29-43..
L'EPOC rappresenta in altri termini l'incremento del metabolismo totale e del dispendio energetico per diverse ore a seguito dell'allenamento fisicoBørsheim E, Bahr R. Effect of exercise intensity, duration and mode on post-exercise oxygen consumption. Sports Med. 2003;33(14):1037-60.LaForgia et al. Effects of exercise intensity and duration on the excess post-exercise oxygen consumption. J Sports Sci. 2006 Dec;24(12):1247-64., ed è collegato alla termogenesi da attività fisica (EAT), che invece stima il dispendio energetico durante l'attività.
Definizione Al termine dell'esercizio fisico, l'attività metabolica e il dispendio calorico non ritornano ai livelli di riposo, ma rimangono più elevati per un tempo relativamente lungo in base all'intensità e alla durata dell'attività, un concetto noto come Post Exercise Oxygen Consumption (EPOC)Kenney, Wilmore, Costill. Physiology of Sport and Exercise. Human Kinetics, 2011. ISBN 0736094091. Il corpo continua a richiedere ossigeno ad un tasso superiore rispetto ai valori basali. Originariamente indicato con il nome di debito di ossigeno, questo stato post-esercizio era stato ipotizzato da AV Hill e H. Lupton già nel 1922. Hill e Lupton teorizzarono che il corpo ha la necessità di sostituire l'ossigeno utilizzato dai muscoli in attività durante l'esercizio sia leggero che intenso.
Più recentemente, precisamente dal 1984, i ricercatori hanno iniziato ad usare il termine EPOC per riconoscere i diversi eventi che si verificano per riportare il corpo all'omeostasi. L'incremento del EPOC è proporzionale all'intensità e la durata (o volume) dell'attività fisicaMaehlum et al. Magnitude and duration of excess postexercise oxygen consumption in healthy young subjects. Metabolism. 1986 May;35(5):425-9., e i suoi valori appaiono spiccati dopo esercizio ad alta intensità, ma non dopo esercizio fisico di blanda intensità. Molti studi concludono però che l'intensità abbia un impatto notevolmente maggiore sul EPOC rispetto alla durataSmith J, Mc Naughton L. The effects of intensity of exercise on excess postexercise oxygen consumption and energy expenditure in moderately trained men and women. Eur J Appl Physiol Occup Physiol. 1993;67(5):420-5.Gore CJ, Withers RT. Effect of exercise intensity and duration on postexercise metabolism. J Appl Physiol. 1990 Jun;68(6):2362-8..
Gli studi hanno riscontrato che la portata (l'elevazione del consumo di ossigeno) e la durata (il tempo in cui il consumo di ossigeno rimane elevato) del EPOC dipendono dall'intensità e dalla durata dell'esercizio. Di solito, occorrono al corpo tempi largamente variabili che vanno da 15 minuti a 48 ore, per recuperare completamente i valori allo stato di riposo. Altri fattori che influenzano l'EPOC includono lo stato dell'allenamento e il sesso. Va rilevato che molte differenze metodologiche (ad esempio l'esecuzione di esercizi da seduto o da posizione supina, o le tecniche/criteri utilizzati per ottenere questi valori) nei vari studi contribuiscono a delineare delle ampie variazioni nella durata temporale del EPOC. Fisiologia L'EPOC è uno di quei fattori che possono spiegare i processi metabolici e fisiologici che si verificano durante la fase di recupero in seguito dell'esercizio fisico. Durante il recupero, l'ossigeno (EPOC) viene utilizzato per lo svolgersi dei processi di ripristino dell'organismo allo stato di riposo che si adatta alle imposizioni dall'esercizio appena eseguito. Questi processi includono: l'aumento della temperatura corporea (ipertermia) che si eleva per qualche ora, l'aumento dell'attività cardiaca, e l'aumentato impiego di ossigeno, e quindi dei processi ossidativi. Il 2-5% del EPOC è impiegato per ristabilire l'ossigenazione dei tessuti (come il muscolo scheletrico) e i fluidi corporei (come il sangue). Avviene un riequilibrio salino tra calcio, sodio, e potassio. L'aumento del metabolismo totale è dovuto anche al bilanciamento ormonale, dunque all'attività endocrina e neuroendocrina delle molecole triiodotironina e tiroxina (aumento dell'attività tiroidea), adrenalina e noradrenalina, e cortisolo (aumentata attività surrenale). L'EPOC ristabilisce le scorte di fosfageni: viene sintetizzato nuovo ATP e alcune di queste molecole cedono il loro gruppo fosfato alla creatina fino a che i livelli di ATP e creatina sono tornati nuovamente ai livelli basali. L'EPOC viene impiegato anche per ossidare l'acido lattico. L'acido lattico viene prodotto durante l'esercizio e poi viaggia attraverso il flusso ematico verso i reni, il muscolo cardiaco (miocardio), e il fegato. Una quantità maggiore di ossigeno è necessaria a convertire l'acido lattico ad acido piruvico in questa collocazioneSaladin, Kenneth (2012). Anatomy & Physiology: The Unity of Form and Function. New York: McGraw Hill. pp. 425. ISBN 978-0-07-337825-1.. Elevati valori di EPOC rappresentano uno dei fattori responsabili dell'elevazione del metabolismo a seguito dell'esercizio fisico e uno dei principali motivi per cui l'esercizio stesso contribuisce in maniera sensibile ad avviare i processi di dimagrimento nelle svariate ore successive al termine (lipolisi)Børsheim et al. Adrenergic control of post-exercise metabolism. Acta Physiol Scand. 1998 Mar;162(3):313-23.JL Alexander. The Role of Resistance Exercise in Weight Loss. Strength and Conditioning Journal, 2002..
Sintesi generale Durante l'EPOC il corpo sta ripristinando il suo stato pre-esercizio, e sta quindi consumando ossigeno ad un ritmo elevato. Ciò significa che anche l'energia viene consumata ad una velocità elevata. Di seguito i meccanismi si verificano durante EPOC:
1) Ricostituzione delle risorse energetiche: Il recupero delle scorte si verifica per le fonti immediate di energia, note come fosfati o fosfageni muscolari, che sono rappresentati da fosfocreatina (CP) e adenosina trifosfato (ATP). Inoltre, il lattato, una molecola che viene prodotta durante l'esercizio più intenso, viene convertita in piruvato per l'utilizzazione come combustibile. Il corpo inoltre avvia il ripristino del glicogeno che è stato utilizzato durante la sessione di attività fisica. 2) Riossigenazione del sangue e ripristino degli ormoni in circolo: durante il metabolismo nell'esercizio, grandi quantità di ossigeno sono utilizzate per sfruttare le fonti energetiche. Pertanto, il corpo continua a consumare energia dopo l'esercizio per ri-ossigenare il sangue. Inoltre, nel periodo post-esercizio, il corpo ripristina i livelli di ormoni circolatori, che aumentano durante l'esercizio, ai livelli basali. 3) Diminuzione della temperatura corporea: come l'energia viene liberata dai tessuti muscolari in attività, viene prodotto calore (termogenesi da attività fisica). Così, anche durante l'EPOC, il corpo deve spendere energia per ripristinare la normale temperatura corporea. 4) Recupero della normale ventilazione e frequenza cardiaca: il dispendio energetico è molto elevato, il corpo ritorna rapidamente ad un tasso di respirazione normale, come anche la frequenza cardiaca, ritornano ai livelli pre-esercizio.J. M. Reynolds, L. Kravitz. Resistance Training and EPOC .
Le fasi Possiamo suddividere l'EPOC in 2 fasi che insieme costituiscono il periodo totale di recupero:
Fase veloce (entro un'ora):
Temperatura elevata (ipertermia); Ventilazione polmonare elevata; Aumentata attività cardiaca; Recupero dei livelli di ossigeno (O2) a livello ematico e muscolare; Risintesi di Adenosin tri-fosfato (ATP); Risintesi della fosfocreatina (CP); Ossidazione del lattato (gluconeogenesi); Conversione del lattato a glicogeno muscolare (ciclo di Cori);
Fase lenta (da una a più ore):
Metabolismo accelerato; Elevato livello delle catecolamine (adrenalina, noradrenalina); Elevato livello degli ormoni tiroidei (tiroxina o T4); Elevato livello degli ormoni glucocorticoidi (cortisolo); Risintesi delle scorte di glicogeno muscolare (glicogenosintesi muscolare);
EPOC ed esercizio cardiovascolare Un errore comune è pensare che l'EPOC a seguito dell'attività aerobica si prolunghi per 24 ore ed incida significativamente sul bilancio calorico giornalieroZelasko CJ. Exercise for weight loss: what are the facts?. J Am Diet Assoc. 1995 Dec;95(12):1414-7.. Come già detto in precedenza, l'entità del EPOC si differenzia a seconda dell'intensità e della durata dell'esercizio fisico. A seguito dell'aerobica a bassa intensità e basso volume (<65% FCmax per meno di un'ora), approssimativamente 5 kcal totali in eccesso sono impiegate dopo l'esercizio. A seguito dell'aerobica a moderata intensità e maggiore volume (>65% FCmax per più di un'ora) l'EPOC può consistere in un dispendio approssimativo di 35 kcal totali. A seguito dell'esercizio intenso (attorno al 85% FCmax, quindi esercizio anaerobico), il dispendio calorico post-esercizio può arrivare a 180 kcalBahr R. Excess postexercise oxygen consumption: magnitude, mechanisms and practical implications. Acta Physiol Scand 1992. La maggior parte dei soggetti non può sostenere intensità di esercizio così elevate da generare un grande EPOC in seguito dell'attività aerobica. Tranne alcune eccezioni (atleti d'élite o allenamenti a volumi molto alti), l'EPOC dell'esercizio aerobico difficilmente risulta significativo in maniera tale da incidere sul bilancio calorico complessivo. Al contrario, l'esercizio cardiovascolare ad alta intensità (anaerobico), come l’High Intensity Interval Training (HIIT), riesce a saltare l'EPOC più dell'esercizio aerobico in maniera da influenzare significativamente l'ossidazione lipidica post-allenamentoChan HH, Burns SF. Oxygen consumption, substrate oxidation, and blood pressure following sprint interval exercise. Appl Physiol Nutr Metab. 2013 Feb;38(2):182-7., il bilancio calorico, e infine la perdita di grasso. EPOC e intensità nell'esercizio aerobico