Nell'ambito scientifico, il concetto di crossover o punto di crossover (dall'inglese Crossover concept o Crossover point) indica un evento metabolico riguardante l'impiego dei substrati energetici utilizzati durante l'attività fisica aerobica, in particolare il rapporto tra lipidi e carboidrati.Brooks GA, Mercier J. Balance of carbohydrate and lipid utilization during exercise: the "crossover" concept. J Appl Physiol. 1994 Jun;76(6):2253-61.Brooks GA. Importance of the 'crossover' concept in exercise metabolism. Clin Exp Pharmacol Physiol. 1997 Nov;24(11):889-95.Brooks GA. Mammalian fuel utilization during sustained exercise. Comp Biochem Physiol B Biochem Mol Biol. 1998 May;120(1):89-107.Philippe Connes, Olivier Hue, Stéphane Perrey. Exercise Physiology: From a Cellular to an Integrative Approach. IOS Press, 2010. pp. 344-345. ISBN 1-60750-496-0
Definizione A basse e moderate intensità, i lipidi e i carboidrati giocano entrambi un ruolo importante come substrati energetici, ma i lipidi rappresentano il carburante centrale in questi range di sforzo. Tuttavia, quando l'intensità supera i valori del 60-65% del VO2max, i carboidrati assumono un'importanza sempre maggiore, mentre i lipidi al contrario sempre minoreGeorge Brooks, Thomas Fahey, Kenneth Baldwin. Exercise Physiology: Human Bioenergetics and Its Applications. McGraw-Hill Education, 2004. ISBN 0-07-255642-0.
Uno studio molto importante (Romijn, 1993) condotto su ciclisti professionisti cercò di determinare più precisamente il grado di impiego dei diversi substrati a diverse intensità. In questa ricerca si concludeva sinteticamente che l'impiego di glucosio e l'ossidazione di glicogeno incrementano di pari passo con l'intensità dell'esercizio aerobico assieme ad una progressiva riduzione del rilascio degli acidi grassi nel plasma; mentre la lipolisi periferica (la mobilizzazione dei grassi depositati) viene stimolata al massimo con l'esercizio a basse intensità:Romijn et al. Regulation of endogenous fat and carbohydrate metabolism in relation to exercise intensity and duration. Am J Physiol. 1993 Sep;265(3 Pt 1):E380-91.
al 25% del VO2max, l'80% del combustibile impiegato è rappresentato dai lipidi plasmatici provenienti dal tessuto adiposo; al 65% del VO2max, il glicogeno muscolare copre la maggior parte della richiesta energetica, ma il 50% dell'energia proviene dagli acidi grassi plasmatici e dai trigliceridi intramuscolari; all'85% del VO2max, oltre il 60% della richiesta energetica proviene dal glicogeno muscolare, mentre solo il 28% è coperto dagli acidi grassi.
Il concetto di crossover, traducibile come concetto di passaggio o di attraversamento, venne descritto per la prima volta dai ricercatori Brooks e Mercier in un documento scientifico del 1994. Questo concetto indica il fatto che i lipidi giocano un ruolo predominante come fonte energetica in condizioni di riposo e per sostenere uno sforzo muscolare a basse intensità, cioè fino a circa il 50-60% VO2max o inferiori, mentre un aumento dello sforzo oltre questi livelli fa sempre più affidamento sul glicogeno muscolare e in generale sui carboidrati come substrati energetici principali, dimostrando come l'aumento dell'intensità sia direttamente proporzionale all'impiego di carboidrati e inversamente proporzionale all'impiego di lipidi. In termini semplici il crossover point rappresenta il livello di intensità in cui l'energia derivata dai carboidrati prevale sull'energia ricavata dai lipidi, dove ulteriori aumenti dell'intensità determinano un ulteriore incremento dell'impiego di carboidrati e di conseguenza un ulteriore decremento dell'ossidazione di lipidi. Quindi, con l'aumentare dell'intensità da valori bassi a valori moderati o alti, la selezione dei substrati energetici subisce una transizione (crossover) passando da una dipendenza dai lipidi a una dipendenza sempre maggiore di carboidrati. Secondo i ricercatori, l'intensità è il principale fattore determinante il bilancio dell'utilizzo di substrati durante l'esercizio. Quindi, intensità moderate o elevate determinano: un aumento della glicogenolisi muscolare (rilascio di glicogeno depositato nei muscoli in forma di glucosio); un aumento della glicolisi a livello muscolare (l'utilizzo di glucosio da parte dei muscoli) indotto dalla contrazione muscolare; un aumento del reclutamento delle fibre muscolari a contrazione rapida (fibre di tipo 2); un aumento dell'attività del sistema nervoso simpatico (SNS); una riduzione del trasporto di acidi grassi nei mitocondri; Di conseguenza, ad alte intensità il ruolo dei lipidi è sempre minore fino a diventare insignificante superata la soglia anaerobica. Venne suggerito che la risposta del lattato nel sangue rappresenta un particolare marker (segnalatore) del punto di crossover, dato che il lattato nel sangue e la risposta delle catecolamine all'esercizio incrementale possono essere collegatiMazzeo RS, Marshall P. Influence of plasma catecholamines on the lactate threshold during graded exercise. J Appl Physiol. 1989 Oct;67(4):1319-22.Podolin et al. Plasma catecholamine and lactate response during graded exercise with varied glycogen conditions. J Appl Physiol. 1991 Oct;71(4):1427-33.Weltman et al. Catecholamine and blood lactate responses to incremental rowing and running exercise. J Appl Physiol. 1994 Mar;76(3):1144-9.. Nella loro pubblicazione inoltre Brooks e Mercier ipotizzarono la discussa teoria che riconosce come il tasso di utilizzazione del glucosio ad intensità moderate ed elevate sia maggiore nei soggetti allenati rispetto ai non allenati, una questione dibattuta da altri ricercatori. Punto di crossover e intensità Nei suoi documenti, Brooks e colleghi riconoscono il punto di crossover approssimativamente nel range di intensità moderato. Ciò significa che il livello di intensità in cui l'impiego energetico di carboidrati prevale su quello dei lipidi avviene indicativamente a livelli moderati, superiori al 70% VO2max o pari al 75% del VO2max. Tuttavia si suppone che non sia possibile riconoscere un preciso livello di intensità in cui i carboidrati prevalgono sui lipidi, a causa delle variazioni largamente individuali che, ad esempio, si rilevano molto differenti anche nei parametri della soglia anaerobicaWilliam D. McArdle, Frank I. Katch, Victor L. Katch. Exercise Physiology: Energy, Nutrition, and Human Performance. Lippincott Williams & Wilkins, 2010. ISBN 0-7817-9781-0 o della zona lipolitica. Nella prima pubblicazione, Brooks segnalava che ad intensità basse, riconoscibili a livelli del 45% del VO2max o inferiori, i lipidi sono il substrato principale, mentre a livelli di intensità mediamente elevati, pari o superiori al 75% del VO2max, i carboidrati risultano il principale substrato energetico. Considerando che questi risultano valori medi, si potrebbe concludere che la transizione metabolica che vede un crescente decremento della percentuale di lipidi ossidati e un crescente aumento dell'utilizzo di carboidrati avviene in un range di intensità approssimativo compreso tra il 45 e il 75% del VO2max. Superati tali valori si trova il punto di crossover, dove i glucidi prevalgono sui lipidi. Altri risultati, come quelli rilevati nella ricerca di Romijn (1993), riconoscevano che, su soggetti allenati, il glicogeno muscolare cominciava a prevalere sull'utilizzo di lipidi al 65% del VO2max, ma a questi livelli il 50% delle fonti energetiche proveniva dai lipidi, mentre all'85% del VO2max il 60% della richiesta energetica proveniva dal glicogeno muscolare. Bisogna però riconoscere che anche il range di intensità in cui si riscontra un maggiore tasso di ossidazione di lipidi avviene a livelli moderati, e queste percentuali comunque possono facilmente presentarsi differenti per i soggetti non allenati o moderatamente allenatiAchten J, Jeukendrup AE. Optimizing fat oxidation through exercise and diet. Nutrition. 2004 Jul-Aug;20(7-8):716-27.. Come riporta Romijn e altri ricercatori, anche se la percentuale di lipidi ossidata a intensità moderate è inferiore rispetto alla bassa intensità, il tasso di ossidazione lipidica massima, o l'impiego complessivo di lipidi per unità di tempo, è maggiore. Da quanto riscontrato anche da studi successivi (Thompson, 1998), l'attività aerobica di bassa intensità (33% VO2max) e di lunga durata o alto volume (90 min), risulta in una maggiore ossidazione totale di grassi rispetto all'attività fisica di intensità moderata (66% VO2max) e durata più ridotta (45 min), ma dal simile dispendio caloricoThompson et al. Substrate use during and following moderate- and low-intensity exercise: implications for weight control. Eur J Appl Physiol Occup Physiol. 1998 Jun;78(1):43-9.. Dunque a parità di dispendio calorico, l'esercizio a bassa intensità ossida più lipidi totali, mentre se valutato a parità di volume (stessa durata), l'esercizio a moderata intensità ossida più lipidi totali a causa del maggiore dispendio calorico complessivo.
Queste evidenze possono far concludere che nei range di intensità moderati, nonostante avvenga un aumentato e crescente impiego di glucidi che culmina nel punto di crossover, si verifica anche il maggiore tasso di ossidazione lipidica, un livello riconosciuto come "zona lipolitica" o più precisamente "Fat(max) zone"Achten J, Jeukendrup AE. Maximal fat oxidation during exercise in trained men. Int J Sports Med. 2003 Nov;24(8):603-8. (approssimativamente attorno al 60-65% del VO2max). Valutando alcuni risultati, sembrerebbe tuttavia che il crossover point sia collocato a livelli di intensità simili o subito superiori alla zona lipolitica. Sebbene i livelli approssimativi del punto di crossover vengano riconosciuti ad un'intensità superiore al 70%van Loon et al. The effects of increasing exercise intensity on muscle fuel utilisation in humans. J Physiol. 2001 October 1; 536(Pt 1): 295–304. o pari al 75% del VO2max, altri autori segnalano che nei soggetti allenati, i valori di intensità massimi in cui l'ossidazione di lipidi viene massimizzata (zona lipolitica) si collocano all'incirca allo stesso livello, cioè al 75% del VO2maxKnechtle et al. Fat oxidation in men and women endurance athletes in running and cycling. Int J Sports Med. 2004 Jan;25(1):38-44..
Controversie Adattamenti metabolici