IO MITOCONDRIO, TU MITOCONDRI, EGLI MITOCONDRIA: UN POPOLO DI ESSERINI E IL SUCCESSO NEGLI SPORT DI RESISTENZA

Ad inizio di ogni gara, di velocità o resistenza che sia, tutti gli atleti si posizionano sulla linea di partenza e, nei primi metri dopo lo sparo, cominciano ad utilizzare la fosfocreatina per generare energia.

Dopo pochi secondi comincia il primo imbarazzo energetico: la fosfocreatina nei muscoli è come un cerino acceso al vento, si esaurisce subito. Per fortuna il nostro corpo può contare su meccanismi che la ripristinano in breve tempo e possono fornire moneta energetica anche da altre fonti.

C’è interazione, cooperazione. Si crea una perturbazione dell’omeostasi cellulare e, da quel momento in poi, comincia la ricerca di nuovo equilibrio energetico.

Immaginate di essere un equilibrista su una corda e vedere a pochi metri un appoggio saldo. Ecco: quell’appoggio è il nostro sistema aerobico, un modo più lento ma nettamente più efficiente per generare energia, che utilizza l’ossigeno per bruciare grassi e carboidrati, in organelli all’interno della cellula chiamati mitocondri. Lo scopo, se lo sforzo continua, è arrivare ad affidare la responsabilità a quell’appoggio il prima possibile.

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I MITOCONDRI

Secondo un’importante teoria endosimbiotica, più di 1,45 miliardi di anni fa, due procarioti – un archaeon e un α/proteobatterio – svilupparono una relazione biologica reciprocamente vantaggiosa o “simbiotica” per supportare le reciproche esigenze nutrizionali. Alla fine, l’archaeon acquisì gli α-proteobatteri che divennero i mitocondri primordiali. Sebbene i meccanismi sottostanti che spiegano la simbiosi tra gli α-proteobatteri e gli archaeon non siano ben compresi, i dati attuali indicano che lo scambio di metaboliti tra gli archaea ospiti e gli α-proteobatteri endosimbionti costituisce la base di questa simbiosi. Nel corso del tempo, l’endosimbionte ha trasmesso la maggior parte del suo DNA al nucleo ospite, mantenendo solo alcuni dei suoi geni. Ad oggi, i mitocondri sono onnipresenti in tutte le linee eucariotiche e continuano a scambiare costantemente metaboliti con il citosol (7).

In poche parole, i mitocondri sono esseri vecchi come il mondo. Fanno parte di noi da sempre. Ci siamo evoluti grazie a loro e al loro preziosissimo aiuto. Anche loro si appoggiano a noi, in quello che possiamo definire in tutto e per tutto uno scambio con reciproci vantaggi.

Ultimamente ho avuto la fortuna di partecipare ad un convegno web internazionale proprio su questo argomento e mi sono accorto che, spesso, ciò che pensi di conoscere in realtà non lo conosci affatto. Per esempio: i mitocondri vengono illustrati un pò ovunque su libri e riviste scientifiche come degli esserini tondeggianti, spesso ovoidali, delle specie di fagioli.

Manco per sogno. Nelle cellule muscolari di un atleta di endurance assomigliano molto di più a dei rametti allungati, dei tubicini smussati e multiformi che, più è alto è il valore dell’atleta, più sono appiccicati ed interconnessi, quasi a formare un’unica e continua rete.

Un’altra cosa che ignoravo è che fossero così incredibilmente dinamici. Ho visto un video che mi ha lasciato a bocca aperta.

Praticamente si tratta di una ricostruzione in tempo reale di ciò che succede all’interno di una cellula muscolare durante un esercizio di resistenza. I mitocondri si toccano, uniscono e separano in maniera continua, come impazziti. Immaginate di osservare degli insetti in un nido.

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UN POPOLO ALLENABILE

Una delle principali proprietà di questo piccolo popolo è di essere altamente addestrabile. Le quantità mitocondriali nei muscoli, in seguito a continui e ripetuti allenamenti di resistenza, aumentano già dopo qualche giorno, fino a raggiungere un numero più considerevole entro 10/15 gg. Parliamo quindi di adattamenti a breve termine, molto più breve rispetto a tantissimi altri che riguardano il nostro corpo (cuore ed altri organi, per esempio).

Ciò che accade è, in sostanza, un miglioramento sia in numero, sia in qualità: si modifica anche la struttura e la funzione dei mitocondri già presenti.

A guardarli con occhio ironico si potrebbe dire che l’esercizio li trasforma in culturisti…punk.

Questo perchè la loro membrana interna tende a formare più “creste” (ecco perchè punk). Più creste ci sono più anche lo spessore stesso dei mitocondri (rapporto superficie/volume) aumenta: si “ingrossano” (1)!

Grazie a questa, chiamiamola “mutazione naturale”, migliora di conseguenza la produzione proteico/enzimatica e così anche l’assorbimento di ossigeno nei muscoli.

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ATLETI E NON-ATLETI

É ovvio che una simile evenienza interessa la scienza in generale, non solo per favorire gli atleti ma anche i non-atleti: in sostanza si tratta di una attivazione di segnali che promuovono la biogenesi (creazione della vita), una accelerazione della rimozione di vecchi mitocondri e di segmenti poco funzionali alla cellula, mica roba da poco.

Molte malattie rivelano una disfunzione mitocondriale: il diabete, l’obesità, l’Alzheimer, il Parkinson e altre malattie neurodegenerative. Spesso anche cancro e alcune malattie cardiache e cardiopolmonari nascondono mitocondri “difettosi”.

Quindi, al di là dei loro ruoli canonici nella bioenergetica e nella biosintesi, possono agire come organelli di segnalazione, portando un drammatico cambiamento nella visione dei loro ruoli nel controllo della funzione cellulare, dettando, fra l’altro, diversi esiti fisiologici e fisiopatologici.

Comprendere i percorsi biochimici attraverso i quali l’esercizio stimola un quantitativo e un volume mitocondriale più elevato negli atleti potrebbe, ad esempio, portare a terapie che stimolino la salute dei mitocondri di persone anziane (anche sedentarie) e di malati (3).

Gli scienziati stanno cercando cosa realmente attivi tutto questo processo a livello biochimico, perchè poterlo comprendere a fondo potrebbe significare fare un grandioso bingo.

Ad oggi, in attesa di manne dal cielo (campa cavallo…), certi risultati si ottengono solo con un’esercizio costante, saltuariamente intenso e ripetuto, accompagnato da una vita e da una alimentazione adeguata (non mi soffermerò su questi ultimi due aspetti in questo momento o rischierei di scrivere un libro, più che un post).

E, stando solo sull’esercizio, se all’inizio di una carriera di endurance questi risultati arrivano senza grossi sforzi, mano a mano che si raggiunge un determinato livello di forma e specializzazione, tutto diventa più difficile.

Capiamoci: un atleta élite si deve spingere al limite per avere solo piccoli vantaggi, piuttosto marginali e difficili da mantenere.

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CIÓ CHE VIENE…VA

I mitocondri muscolari, come detto, hanno un’emivita di solo una manciata di giorni, quindi, in assenza di stimolo costante, il numero presente nel muscolo può scendere rapidamente da “quantità da olimpionico” a quelle da “sportivo in buona forma” fino a “sedentario” in men che non si dica.

Piuttosto demotivante. Ecco perchè capire quali regimi e quali mezzi di allenamento possano essere più utili per chi si allena può essere paragonabile ad avere una pila in una grande caverna buia.

Ma è proprio qui che si rischia di imbattersi in un bombolone di banalità.

Se la pratica da campo ha sempre avuto “il lavoro a testa bassa” come risposta, la scienza si sta attrezzando per capire meglio “quanto e quale lavoro” sia più utile da svolgere per ottenere il massimo con…il minimo possibile. Questo perchè la quantità e l’intensità dell’allenamento sono cruciali per definire la quantità e la qualità di questo popolo di “esserini biologicamente dinamici”.

Si ok. Però in pratica poi…

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IL MORBIDO BOMBOLONE DI BANALITÁ

Nella pratica, tutti i mezzi allenanti hanno un impatto più o meno accentuato sulla popolazione mitocondriale.

É una storia che magari qualcuno può raccontare con paroloni ed esempi di biochimica cellulare da premio nobel. Ma non è che nel nostro corpo le cose accadono a compartimenti stagni…Quando parliamo di mitocondri parliamo genericamente di “impianto aerobico” e per allenare l’impianto aerobico potremo anche considerarne le varie parti separatamente (per pura comodità), ma ben sapendo che tutte queste parti rispondono agli stessi stimoli e si sviluppano complessivamente, nello stesso momento, in modo (diversamente) corale.

Esempio convenzionale: se una persona non ha mai praticato la corsa in vita sua è ovvio che, inizialmente, anche il cammino e le corse lente basteranno a richiamare adattamenti (anche) mitocondriali, di qualsiasi tipo, sia quantitativo che qualitativo. D’altra parte anche il suo cuore e tutto il suo corpo in generale si modificheranno di pari passo.

Per un runner già allenato ed esperto invece servirà molto di più. Tutto questo per il famoso principio della supercompensazione: se ieri ero “3” e oggi, con poco, sono “5”, per diventare “7” servirà fare qualcosina in più.

Sto dicendo qualcosa di strano!? Non credo.

La pratica che da millenni svolgiamo sui campi di atletica e per le strade del mondo ha fornito solide basi su cui studiare. L’unica cosa che la scienza ha cercato di fare è capire PERCHÉ certi mezzi funzionano e COME funzionano esattamente nel nostro corpo.

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IL RIPIENO DEL BOMBOLONE

Voglio fare qualche esempio semplice su cui ragionare insieme, proprio in relazione al popolo mitocondriale.

Che i puristi non si offendano per cortesia. Stiamo cercando di affrontare argomenti piuttosto complicati in maniera facilitata, in modo che risultino comprensibili anche per i meno avvezzi.

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• FONDO MEDIO E SIMILARI

Un fondo medio (o una qualsiasi attività di endurance sui generis) cosa stimola? Basta pensare a cosa viene richiesto al nostro corpo in quella precisa occasione: un (non troppo elevato) quantitativo di energia a carattere continuo, per un medio/lungo periodo di tempo.

Andare mediamente forte a lungo è plausibile che tenda a lavorare maggiormente sul “rafforzamento” della popolazione mitocondriale. Dopo un allenamento sui generis ogni singolo mitocondrio si adatterà moltiplicando le sue creste per cercare di gestire al meglio le richieste energetiche che gli sono state fatte: richieste gestibili e tutto sommato equilibrate alla sua natura gestionale.

Il “medio” è la rappresentazione formale del concetto di resistenza, il pane di queste creature, un compito metodico e regolare, senza particolari picchi di velocità di lavoro a livello energetico.

Ecco perchè il cambiamento principale a cui sarà possibile assistere nei mitocondri in questo caso sarà l’accrescimento della loro mole (già visto prima: + creste + aggancio enzimatico, quindi + volume).

La continuazione di questo tipo di stimolo nel tempo (settimane) provocherà però un secondo adattamento specifico.

Cosa ci permette, a livello energetico, di continuare a lungo uno sforzo mediamente impegnativo? Lo switch verso un più alto consumo dei grassi.

Ecco allora che, automaticamente, la nostra meravigliosa fisiologia avvicinerà ai mitocondri molecole di acidi grassi da sfruttare in maniera più veloce come fonte energetica. Evento piuttosto comune, per esempio, in tutti i maratoneti, soprattutto da un certo livello in su.

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• RIPETUTE E SIMILARI

Un insieme di intervalli veloci (le classiche ripetute attorno – ⬆️⬇️ – alla seconda soglia del lattato) cosa faranno mai? Solito pensiero: che tipo di richiamo energetico viene richiesto al nostro corpo?

Alto, in poco tempo. In questo caso sarà naturale che anche la risposta mitocondriale favorisca questo aspetto: quindi il “popolino” dovrà lavorare sulla sua capacità di lavoro, sveltire i procedimenti enzimatici e migliorare le proprie funzioni. Quindi “non solo creste” ma soprattutto portata, velocità ed attitudine di lavoro.

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• INTERVALLI BREVI, SPRINT E SIMILARI

E degli sprint brevi (100, 200, 300, etc)? Cosa succede a voi se vi mettono un pacco di roba da fare sulla scrivania entro brevissimo tempo? Da soli è impossibile farcela. E allora…non chiedete aiuto ad altri?

Idem per i mitocondri. Serve personale! Ed ecco che gli esserini lavorano sul loro numero…si duplicano. Infatti questo tipo di mezzi in specifico sembra lavorare proprio sulla quantità della popolazione mitocondriale.

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É ovvio che, come detto, nessuna di queste risposte è nettamente separata dalle altre. Se ho tanto lavoro da fare in poco tempo chiederò senz’altro aiuto ad altri ma dovrò comunque sveltirmi e la mia capacità lavorativa migliorerà comunque. Stiamo cercando di inquadrare delle finezze.

Veri segreti nella pratica non esistono. A volte ci si fa impressionare da cose dette in maniera diversa, ricche di tecnicismi e termini scientifici. Ma “la ciccia”, signori cari, è sempre quella.

E questo processo di semplificazione può avvenire soltanto quando dentro ai vari argomenti si entra e li si dipana sui libri e dal vivo, cioè ciò che ho sempre cercato di fare io nel mio piccolo e ciò che da tempo invito con insistenza a fare ad ogni lettore (sui miei canali e nel mio progetto editoriale – libri RUN), non solo sulla corsa o l’endurance, ma su qualsiasi argomento plausibilmente praticabile.

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MA IL BELLO VIENE ORA

Va bè, fermarsi qui adesso sarebbe veramente mortificante. Ci vuole qualche fuoco d’artificio, qualcosa in più, qualche tattica “cult” per chiudere questo post con gli squilli di tromba.

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LE TRE TATTICHE CULT

Se c’è una cosa che odio è dare a questi articoli un’aria accademica. Leggere è come farsi intrattenere in uno spettacolo. Ci devono essere varie componenti, compresa una parte scherzosa che possa spegnere la serietà di certi argomenti, poichè di quella ne abbiamo già troppa ogni santo giorno.

Ciò che segue è quindi un elenco delle valutazioni scientifiche che si sono fatte negli ultimi tempi su come migliorare quantitativamente e qualitativamente la popolazione mitocondriale. Delle tattiche pratiche “diverse” da provare (se lo si vuole) e di cui poter usufruire, smorzate degli aspetti troppo seriosi e condite da titoli vagamente esotici.

Pronti/via.

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• TANA DELLE TIGRI: vecchiotta ma sempre valida. Esaurire il muscolo di glicogeno attraverso esercizi ad alta intensità e continuare l’allenamento con il serbatoio del carburante semi-vuoto. È stato dimostrato che questo tipo di stress stimola la disgregazione e la rigenerazione mitocondriale. In fin dei conti lo scopo dell’allenamento è quello di disturbare l’omeostasi nei muscoli. Gli devi rompere le scatole a quei poveri cristi…e così lo fai.

Risultato: plausibilmente certo.

Pericoli di infortunio: plausibilmente molti.

Tradotto: se non sapete cosa state maneggiando, è plausibilmente certo che incorrerete in infortuni plausibili.

Tag #avostrorischioepericolo.

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• VIVO IN ALTURA E MI ALLENO IN PIANURA vs VIVO E MI ALLENO IN ALTURA: in poche parole…allenamento e altitudine. 

Il corpo di un atleta si acclimata all’allenamento ad alta quota aumentando i volumi di sangue, il numero (e la capacità) dei globuli rossi e la gittata cardiaca. I muscoli hanno a che fare con l’ossigeno come con un amore incasinato e difficile, tipo Romeo e Giulietta. E così i mitocondri. In genere l’esposizione all’altitudine per un mesetto aumenta la densità del volume mitocondriale del 6-8% (4).

Nota curiosa: l’interesse attorno a questi risultati è nata dopo le Olimpiadi del 1968, che si sono svolte a Città del Messico a un’altitudine di circa 2.300 metri. La gente tornava dalle Olimpiadi e andava più forte di prima.

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• CALDO, DANNATAMENTE CALDO, PURE TROPPO: ecco una nuova frontiera, l’allenamento con il calore. Il calore è un tipo di stress/chiave durante gli eventi di resistenza. Calcolate che la velocità media nelle maratone d’élite diminuisce quando la temperatura dell’aria supera i 12°/13° C circa.

Una branca piuttosto “convinta” della scienza (d’altronde così deve essere) sta conducendo esperimenti sulle cosiddette Heat Shock Protein, ovvero “proteine da shock termico“. Queste molecole sono coinvolte in diversi adattamenti alla resistenza e sembrano incoraggiare la sintesi di nuovi mitocondri (5). Il loro effetto principale è quello di contrastare le conseguenze denaturanti del calore, fornendo un certo grado di protezione alle nostre cellule, ma non per sempre. L’agente che ha indotto lo stress (il calore) deve essere eliminato nel breve o cominciano fenomeni contrari: tipo morte cellulare.

Per comprendere queste proteine bisogna immaginare delle specie di “meccanici del calore”. Quando si attivano, corrono nei loro “box” (le cellule) a sistemare i danni procurati dallo shock termico.

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UOMINI E TOPI

Ma attenzione. La maggior parte di queste conclusioni sono state raggiunte…facendo esperimenti sui topi e pochissimi sull’uomo.

C’è un perchè. Per comprendere al meglio l’effetto che l’allenamento ha sui mitocondri degli atleti, gli scienziati dello sport devono dare un’occhiata DENTRO ai muscoli degli atleti.

Biopsie. Chi se le farebbe fare volentieri?!

La procedura prevede l’utilizzo di una sonda a forma di spillo allungato che penetra il muscolo e ne “strappa” in profondità circa 50-100 milligrammi. In questo modo è possibile misurare il consumo di ossigeno di quel tessuto e la sua attività enzimatica (ovvero il reale precursore della biogenesi mitocondriale).

Immaginare la risposta classica di ogni sportivo quando gli viene proposta una simile evenienza non è tanto difficile. Ed è ovvio che sentirsi mandare a quel paese non fa piacere a nessuno, tantomeno ad uno scienziato. Ecco perchè si sono da sempre usati i topi (che imprecano ugualmente ma non li capisce nessuno – animalisti non prendetevela con me non c’entro nulla) e si sono cercate nuove tecniche per valutare in vivo il metabolismo mitocondriale.

Fra queste…

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LA SPETTROSCOPIA FUNZIONALE DEL VICINO INFRAROSSO

Se vorrete mai scrivere una lettera di insulti a qualcuno…giusto per liberarvi, ma avete paura delle conseguenze, basterà intitolarla come questo paragrafo: state certi che non la leggerà mai.

Io ho pensato di farlo più volte nei confronti dei vari governi italiani (ed europei), ma poi ho pensato che alcuni avrebbero potuto scoprirne il contenuto e, da vigliacco, ho sempre mollato.

La spettroscopia funzionale nel vicino infrarosso è un approccio promettente per misurare il consumo di ossigeno muscolare senza aghi. L’ossigenazione muscolare è una misura localizzata che dipende dal livello del flusso sanguigno e dai cambiamenti nella curva di dissociazione dell’emoglobina, la molecola che trasporta l’ossigeno nel sangue.

L’ossigenazione muscolare viene misurata con dei sensori ottici che sfruttano la luce del vicino infrarosso (vedi apparecchiature come Moxy monitor e similari), quindi non è invasiva. I diversi spettri di assorbimento della luce infrarossa (che passa attraverso il tessuto muscolare) possono essere utilizzati per identificare la quantità relativa di emoglobina e ossigeno legato alla mioglobina (la corrispondente proteina muscolare dell’emoglobina ematica) rispetto alla quantità che non lo è.

Inoltre un altro aspetto interessante è il poter sfruttare la naturale fluorescenza delle molecole energetiche di NADH – che si trovano principalmente nei mitocondri – proprio per determinare l’uso di ossigeno (6). Questo perchè il tasso di produzione e utilizzo di NADH nel muscolo è spesso quasi direttamente proporzionale all’ossigeno consumato.

E ora che sono passato sui vostri organi genitali con una fresatrice, direi che è ora di chiudere.

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CONCLUDENDO

Un mio personalissimo ragionamento. Pure egoista.

La scienza sportiva (non quella generica), con una certa insistenza, sta indirizzando gli studi delle varie risposte mitocondriali verso gli atleti di alto livello. Ma coinvolgere atleti élite in questi ragionamenti trovo non abbia alcun senso. É ovvio che i muscoli di questi atleti sono già pieni di mitocondri, probabilmente già super-efficienti.

Che senso ha?

É improbabile che una qualsiasi intuizione in proposito influenzi le prospettive di successo ai prossimi mondiali o alle Olimpiadi. Non credo proprio ci sia tutto questo margine operativo nel corpo di un atleta élite: a livello di mezzi si lavora su finezze che raramente garantiscono vantaggi esagerati.

Per un ragionamento puramente quantitativo, molto più intelligente coinvolgere popolazioni “amatoriali” o poco o per nulla atletiche in questi studi, non trovate? Invece no, perchè il commercio ha bisogno di testimonial, e i testimonial sono solo quelli che vincono. Le vittorie producono successo e il successo produce denaro.

Eppure…crediamo che il mondo si stia evolvendo verso un popolo di instancabili corridori? Assolutamente no. É molto più facile che i nostri figli abbiano corredi muscolari decisamente orientati verso fibre veloci piuttosto che lente e resistenti. Vedete bambini correre liberi nei parchi o giocare tutto il giorno all’aperto?

Inoltre tutto si sta velocizzando. La gente ha poco tempo. Ci sono intelligenze artificiali che fanno lavori per noi e mondi virtuali da esplorare seduti ad una scrivania…

Sempre per il famoso adagio del “comodo e redditizio” già adesso si è ampiamente compreso che conviene investigare metodi veloci ed impattanti sulla dinamica muscolare, che allo stesso tempo si coniugano perfettamente con il concetto di “facciamo in fretta…che ho fretta” (tipo l’HIIT (High intensity interval training, per esempio), piuttosto che i faticosissimi metodi degli allenatori del passato (che comunque avevano portato ad un popolo atletico in molti casi superiore a quello attuale con la metà della metà delle risorse e della conoscenza).

E sapete perchè? Scusate la franchezza….Della serie: “Date al pubblico ciò che chiede. E vendeteglielo col fiocco”.

Cercate di continuare a leggere, informarvi e studiare, qualsiasi cosa facciate. Solo così sceglierete, in coscienza, il miglior modo per ottenere ciò che volete per voi stessi………che, in tanti casi, non è ciò che il mondo vi vuole vendere.

Alla prossima.

Un saluto.
D.

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Riferimenti scientifici:

1. Nielsen J, Gejl KD, Hey-Mogensen M, et al. Plasticity in mitochondrial cristae density allows metabolic capacity modulation in human skeletal muscle. J Physiol. 2017;595(9):2839-2847. doi:10.1113/JP273040
2. Andreux PA, Blanco-Bose W, Ryu D, et al. The mitophagy activator urolithin A is safe and induces a molecular signature of improved mitochondrial and cellular health in humans. Nat Metab. 2019;1(6):595-603. doi:10.1038/s42255-019-0073-4
3. Greggio C, Jha P, Kulkarni SS, et al. Enhanced Respiratory Chain Supercomplex Formation in Response to Exercise in Human Skeletal Muscle. Cell Metab. 2017;25(2):301-311. doi:10.1016/j.cmet.2016.11.004
4. Jacobs RA, Lundby AK, Fenk S, et al. Twenty-eight days of exposure to 3454 m increases mitochondrial volume density in human skeletal muscle. J Physiol. 2016;594(5):1151-1166. doi:10.1113/JP271118
5. Articolo: Tamura, Y. et al. Am. J. Physiol. 307 , R931-R943 (2014) https://journals.physiology.org/doi/full/10.1152/ajpregu.00525.2013
6. Willingham TB, Zhang Y, Andreoni A, Knutson JR, Lee DY, Glancy B. MitoRACE: evaluating mitochondrial function in vivo and in single cells with subcellular resolution using multiphoton NADH autofluorescence. J Physiol. 2019;597(22):5411-5428. doi:10.1113/JP278611
7. Ram Prosad Chakrabarty, Navdeep S. Chandel; Beyond ATP, new roles of mitochondria. Biochem (Lond) 30 August 2022; 44 (4): 2–8. doi: https://doi.org/10.1042/bio_2022_119