The Energetic Cost of Building Human Skeletal Muscle

Per decenni, atleti, allenatori e chiunque sia interessato alla prestazione umana ha operato su una convinzione semplice e intuitiva: per costruire muscoli, bisogna mangiare più di quanto si consuma. La logica è solida. Se il corpo deve costruire nuovo tessuto, ha bisogno di materie prime e di carburante. Eppure, mentre il principio generale è accettato, il costo specifico del progetto è rimasto un mistero. Nessuno ha mai calcolato esplicitamente quanta energia sia effettivamente necessaria per costruire un singolo chilogrammo di muscolo scheletrico umano da zero. Questa lacuna esiste perché il processo è nascosto all'interno della complessa macchina corporea. Non si tratta solo di impilare mattoni; comporta l'assemblaggio chimico delle proteine, l'accumulo di grassi e zuccheri, il calore generato dal lavoro stesso del corpo e l'energia necessaria per mantenere in vita quel nuovo tessuto mentre viene costruito. Senza un numero chiaro, è difficile sapere se i massicci surplus alimentari spesso raccomandati per la crescita muscolare siano biologicamente necessari o semplicemente un margine di sicurezza per compensare una sottostima dei bisogni del corpo.

Un team di ricercatori dalla Grecia ha ora affrontato questa domanda costruendo un modello contabile dettagliato. Invece di cercare di misurare l'energia di una singola sessione di costruzione muscolare, il che è quasi impossibile da isolare, hanno calcolato il costo partendo dal basso. Sono partiti dalla composizione chimica nota di un chilogrammo di muscolo umano umido, scomponendolo nei suoi ingredienti primari: proteine, grassi e glicogeno, che è la forma immagazzinata di zucchero nei muscoli. Hanno poi aggiunto l'energia necessaria per assemblare questi ingredienti, l'energia extra che il corpo brucia durante il lavoro di deposizione, il costo per mantenere in vita il nuovo muscolo durante il periodo di crescita e, infine, l'energia persa sotto forma di calore durante la digestione del cibo extra necessario per alimentare il processo. Sommando questi cinque distinti strati, sono arrivati a una stima precisa del prezzo totale metabolico per la costruzione del muscolo.

Il calcolo inizia con l'energia immagazzinata all'interno del tessuto stesso. Un chilogrammo di muscolo scheletrico umido contiene circa 177 grammi di proteine, 30 grammi di grassi e 20 grammi di glicogeno. L'energia chimica racchiusa in queste molecole ammonta a circa 5.670 kilojoule. Questa è l'energia che otterresti se potessi bruciare il tessuto muscolare come combustibile, ma non è il costo per costruirlo. Per assemblare queste molecole, il corpo deve spendere energia. I ricercatori hanno calcolato che il lavoro biochimico di legare gli amminoacidi in proteine e assemblare grassi e zuccheri aggiunge altri 670 kilojoule. Combinando l'energia immagazzinata con il costo dell'assemblaggio, il totale sale a circa 6.340 kilojoule. Questa cifra rappresenta l'energia minima assoluta richiesta se il corpo fosse una macchina perfettamente efficiente, cosa che non è.

In realtà, il corpo è tutt'altro che perfetto. Il processo di ritenzione di nuove proteine muscolari è inefficiente, il che significa che il corpo brucia molta più energia di quella contenuta nel prodotto finale. I ricercatori hanno utilizzato dati da studi sulla crescita e sulla ritenzione proteica per stimare questa efficienza. Hanno determinato che per ogni unità di energia che il corpo dedica al mantenimento di nuova proteina muscolare, solo circa il 46 percento viene effettivamente trattenuto nel tessuto. Il resto viene perso sotto forma di calore derivante da processi biologici come il trasporto di amminoacidi, il ripiegamento delle proteine nelle loro forme corrette e la riparazione delle strutture danneggiate. Quando questa inefficienza viene presa in considerazione, il fabbisogno energetico aumenta drasticamente. Il costo totale per depositare il tessuto, tenendo conto di queste perdite biologiche, sale a circa 10.830 kilojoule per chilogrammo. Questo è il costo fisiologico del lavoro di costruzione.

La storia non finisce con la costruzione. Mentre il muscolo cresce, il corpo deve anche mantenere il nuovo tessuto durante la fase di crescita. I ricercatori hanno ipotizzato una linea temporale di crescita realistica in cui un chilogramo di muscolo viene guadagnato in circa 84 giorni. Durante questo periodo, il corpo sostiene costantemente una media di mezzo chilogrammo di nuova massa muscolare. Questo mantenimento richiede un flusso costante di energia per le funzioni cellulari di base. Aggiungendo questo costo di riposo, il fabbisogno energetico totale arriva a circa 13.110 kilojoule. Infine, i ricercatori hanno considerato il costo del mangiare. Digerire e processare il cibo genera calore, un fenomeno noto come termogenesi indotta dalla dieta. Per garantire che abbastanza energia utilizzabile raggiunga i muscoli dopo questa perdita di calore, il corpo deve consumare ancora più cibo. Quando viene aggiunto questo ultimo strato, l'energia totale supplementare necessaria per costruire un chilogrammo di muscolo scheletrico umido arriva a circa 14.570 kilojoule, ovvero circa 3.481 calorie.

Questo numero fornisce un punto di riferimento cruciale per comprendere la crescita muscolare. È significativamente più alto dell'energia immagazzinata nel muscolo stesso, confermando che costruire tessuto è un processo biologico costoso. Tuttavia, è molto più basso dei surplus energetici giornalieri spesso raccomandati nella nutrizione sportiva, che possono variare da 1.260 a 2.090 kilojoule al giorno. Se un atleta segue una dieta standard ad alto surplus per un periodo di 84 giorni, consumerà una quantità enorme di energia extra, superando di gran lunga i 14.570 kilojoule necessari per costruire un singolo chilogramma di muscolo. Ciò suggerisce che i grandi surplus comunemente consigliati non sono strettamente necessari per pagare il muscolo stesso. Inveve, probabilmente servono come un cuscinetto per coprire i costi energetici dell'allenamento, del recupero e l'inevitabile incertezza nel stimare quanto muscolo una persona guadagnerà effettivamente, permettendo anche un certo accumulo di grasso.

I ricercatori sottolineano con cautela che la loro cifra è una stima basata su un modello, non una misurazione diretta su un soggetto umano. Il calcolo si basa su ipotesi riguardanti la composizione muscolare e l'efficienza della ritenzione proteica, che derivano da studi su neonati e animali piuttosto che su esseri umani adulti. L'efficienza della deposizione proteica è la parte più incerta dell'equazione, poiché la crescita muscolare negli adulti coinvolge meccanismi biologici diversi rispetto alla crescita rapida osservata nei bambini. Nonostante queste limitazioni, il modello offre la prima stima integrata e quantitativa del costo energetico della costruzione del muscolo scheletrico umano. Chiarisce che, sebbene la crescita muscolare sia energeticamente impegnativa, il corpo non richiede gli enormi surplus energetici giornalieri spesso prescritti per ottenerla. Il vero costo è una quantità specifica e calcolabile che si colloca tra l'energia immagazzinata nel tessuto e gli enormi eccessi calorici dei piani dietetici tradizionali.