Appunti - Fisiologia clinica dell'esercizio

Fisiologia clinica dell'esercizio

Omeostasi

Omeostasi è la capacità degli organismi viventi di mantenere entro certi limiti qualsiasi parametro vitale. È, infatti, certo che il funzionamento delle cellule (e quindi, dei tessuti, degli organi, e dell’organismo) dipenda dal fatto che determinati parametri quali, ad esempio:

• Glicemia
• Calcemia
• Volume Idrico
• pH
• Temperatura

Siano mantenuti entro limiti ristretti, grazie all’azione di complessi meccanismi regolatori omeostatici; sistemi di controllo fisiologici, che tramite meccanismi a feedback (per la maggior parte negativo) mantengono i diversi parametri entro limiti fisiologici. "L’organismo o si adatta o muore", cioè ha questa grande caratteristica che per qualsiasi parametro ambientale, dove per ambientale non intendiamo solo il clima, ma anche:

• Alimentazione
• Clima
• Sedentarietà
• Esercizio fisico

Il nostro organismo reagisce adattandosi per poter continuare a vivere. Quindi questi parametri (alimentazione, clima, sedentarietà, esercizio fisico) contribuiscono a mantenere l’omeostasi.

Questo grafico misura il tempo di sopravvivenza di un individuo al variare sempre maggiore di qualsiasi parametro ambientale. Se stiamo all’interno dell’intervallo di tolleranza, siamo capaci di vivere, cioè il tempo di sopravvivenza è pari a +infinito. Se ci spostiamo da questi intervalli, verso valori più bassi o più alti, entriamo nell’intervallo di resistenza; meno ci restiamo nell’intervallo di resistenza è meglio è. Quindi, se intervengono dei meccanismi che ci riportano nell’intervallo di tolleranza sopravviviamo, altrimenti moriamo.

La fisiologia dell’esercizio fisico

La fisiologia dell’esercizio fisico si occupa delle modificazioni alle strutture e funzioni dell’organismo in risposta all’esercizio fisico, in soggetti in condizione di stabilità clinica.

Condizione di stabilità clinica

Ma che cosa significa "in condizione di stabilità clinica"? La fisiologia clinica dell’esercizio fisico tratta la promozione della salute attraverso l’esercizio:

• In soggetti presunti sani (quindi stabili per definizione), ma ad aumentato rischio di malattia. Es. Obesi.
• In soggetti con disordini e malattie: cardiovascolari, respiratorie, metaboliche, neuromuscolari, neoplastiche quindi in condizione di stabilità clinica.

Campo applicativo

I soggetti, quindi, che traggono più benefici da questo tipo di approccio sono:

• Soggetti ad aumentato rischio di malattia vascolare (diabete di tipo 2 non complicato, obesità, ipertensione arteriosa sistemica lieve o moderata, iperdislipidemia), sedentarietà, dismetabolismi, anziani.
• Soggetti con cardiopatia ischemica (post infartuale o trattata con rivascolarizzazione miocardica); alcune cardiopatie valvolari (prima e dopo interventi cardiochirurgici); scompenso cardiaco; malattia ostruttiva polmonare; ictus; insufficienza renale; patologie articolari, osteoporosi, sarcopenia, lesioni neuromuscolari.

Compiti e obiettivi

• Valutazione del quadro clinico generale e, eventualmente, delle capacità residue individuali (lavoro di equipe). Esempio. È un soggetto che fuma? Normopeso, sovrappeso o sottopeso? In menopausa? Ha qualche problema cardiologico evidenziato dall’ECG? Ha degli squilibri ormonali? Ha difficoltà nel movimento di una o più articolazioni?
• Conoscenza dei "meccanismi adattivi" specifici, cioè conoscere quali sono i meccanismi che uno specifico tipo di attività fisica indurrà in quello specifico soggetto.
• Identificazione e applicazione di un protocollo specifico di attività fisica.
• Valutazione dei risultati ottenuti (lavoro di equipe).

Concetto fondamentale

Attività fisica non significa per forza allenamento. L’attività fisica è qualunque movimento corporeo risultante in spesa calorica; dove la spesa calorica, permette la perdita o il mantenimento del peso corporeo, aspetto fondamentale per la prevenzione (soggetti non malati) o il management (soggetti clinici) di:

• Obesità
• Patologie coronariche (causano il 50% delle morti premature)
• Diabete
• Ipertensione

Primo passo: La valutazione preliminare

È un lavoro di equipe e comprende:

• Valutazione generale delle capacità e stato fisico
• ECG sotto sforzo (se possibile), al fine di confrontare le differenze
• Calcolo del VO2max o se questo non fosse possibile (come nei cardiopatici), test equivalente (VO2 peak).

Elettrocardiogramma (ECG)

È la registrazione grafica dell’attività elettrica del cuore. In sostanza rappresenta la somma dell’attività elettrica di tutte le cellule registrata dalla superficie corporea. L’attività elettrica cardiaca è registrata, mediante l’applicazione sulla cute del paziente di elettrodi, in grado di rilevare su un piano frontale e uno orizzontale (o trasversale) la differenza di potenziale tra poli (non i potenziali d’azione!) che vedono arrivare ed allontanarsi l’onda di depolarizzazione/ripolarizzazione nei vari distretti cardiaci.

Quindi, è possibile utilizzare elettrodi di superficie per registrare l’attività elettrica interna, perché le soluzioni saline, come il nostro liquido extracellulare a base di NaCl, sono dei buoni conduttori di elettricità. Praticamente, durante la propagazione del PA nelle diverse parti del cuore, i fenomeni di depolarizzazione - ripolarizzazione generano campi elettrici che si estendono alla superficie del corpo (noi siamo ottimi conduttori).

Le variazioni istantanee di grandezza e direzione di questi campi elettrici si rispecchiano in variazioni delle differenze di potenziale, che possono essere misurate tra punti diversi della superficie corporea. L’ECG è, quindi, espressione dell’eccitamento (attività elettrica) e non della contrazione cardiaca. Semplificando, l’ECG è una registrazione di superficie del fronte di eccitamento e ripolarizzazione.

Un ECG è diverso da un singolo potenziale di azione, perché quest’ultimo è un evento elettrico che si verifica in una singola cellula, registrato utilizzando un elettrodo intracellulare. L’ECG, invece, è una registrazione extracellulare che rappresenta la somma dei numerosi potenziali d’azione che hanno luogo nel miocardio.

Un concetto che molte persone confondono e al quale si deve prestare molta attenzione è che una registrazione ECG rappresenta la depolarizzazione o la ripolarizzazione indifferentemente; cioè, non è possibile affermare se una deflessione in rapporto alla linea base rappresenti l’uno o l’altro evento. Per esempio l’onda P rappresenta la depolarizzazione atriale e l’onda T la ripolarizzazione ventricolare, ma entrambe le onde sono deflessioni al di sopra della linea base. Differente invece nel PA osservato nei neuroni e fibre muscolari, in cui una deflessione verso l’alto rappresenta sempre una depolarizzazione.

Infine, diciamo che il padre del moderno ECG è stato il fisiologo olandese, Walter Einthoven; egli chiamò le onde dell’ECG nel modo in cui oggi noi le conosciamo e definì il "triangolo di Einthoven", un triangolo ipotetico disegnato attorno al cuore formato dagli elettrodi sistemati su entrambe le braccia e sulla gamba sinistra. I lati del triangolo sono numerati per corrispondere alle 3 derivazioni, o coppie di elettrodi, utilizzate per una registrazione.

Un ECG viene registrato utilizzando una derivazione per volta. Un elettrodo agisce come elettrodo positivo e un secondo elettrodo agisce come elettrodo negativo della derivazione. (Il terzo elettrodo è inattivo).

Quindi, quando un’onda elettrica che si sposta attraverso il cuore, si dirige verso l’elettrodo positivo (del galvanometro utilizzato per la registrazione), l’onda dell’ECG si sposta verso l’alto rispetto alla linea di base del tracciato dell’elettrocardiogramma. Se invece il movimento netto delle cariche elettriche attraverso il cuore si dirige verso l’elettrodo negativo, il tracciato si sposta verso il basso.

Registrazione sul piano frontale (derivazioni periferiche)

Le derivazioni periferiche sono situate alla periferia degli arti, indagano il cuore sul piano frontale e si dividono a loro volta in:

• Bipolari: 2 elettrodi registranti, uno polo positivo e uno negativo.
• Unipolari: un unico elettrodo registrante, gli altri 2 e l’indifferente come riferimento.

Posizionamento elettrodi periferici: per ottenere le derivazioni degli arti, gli elettrodi vengono posti su:

• Braccio DX
• Braccio SX
• Gamba SX
• È posto anche un elettrodo sulla gamba DX (neutro)

Quindi, gli elettrodi posti su entrambe le braccia e sulla gamba sinistra formano un triangolo disegnato attorno al cuore (triangolo di Einthoven); i lati del triangolo sono numerati per corrispondere alle 3 derivazioni, o coppie di elettrodi, utilizzate per una registrazione.

Infine, possiamo affermare che le derivazioni periferiche sono 6, di cui:

• 3 derivazioni bipolari degli arti (di Einthoven).
  • D1 registra la differenza di potenziale fra Braccio DX (-) e SX (+)
  • D2 tra Braccio DX (-) e gamba SX (+)
  • D3 tra Braccio SX (-) e gamba SX (+)
• 3 derivazioni unipolari degli arti (di Goldberg).
  • aVR esprime il potenziale elettrico nel Braccio DX
  • aVL esprime il potenziale elettrico nel Braccio SX
  • aVF esprime il potenziale elettrico nella Gamba SX

Registrazione sul piano orizzontale

Le derivazioni precordiali sono situate nella regione toracica intorno al cuore, indagano il cuore sul piano orizzontale e sono tutte monopolari. Sono 6: V1 – V2 – V3 – V4 – V5 – V6. Quindi in totale l’ECG comprende 12 derivazioni: 6 periferiche e 6 precordiali. Gli elettrodi, invece, sono 10: 4 periferici e 6 precordiali.

Posizionamento degli elettrodi precordiali

• V1: 4º spazio intercostale, bordo sternale DX
• V2: 4º spazio intercostale, bordo sternale SX
• V3: a metà strada tra V2 e V4
• V4: 5º spazio intercostale, sulla linea emiclaveare SX
• V5: 5º spazio intercostale, sulla linea ascellare anteriore SX
• V6: 5º spazio intercostale, sulla linea medio ascellare SX

Quindi, le derivazioni V1, V2, V3 e V4 esplorano l’attività elettrica della parete anteriore del cuore. Le derivazioni V5, V6, D1 e aVL esplorano la parete laterale del cuore. Le derivazioni D2, D3 e aVF esplorano la parete inferiore del cuore.

Onde

L’ECG normale presenta una serie di onde positive e negative, indicate con le lettere da P a T. La distanza tra 2 onde è detta tratto o segmento, e rappresenta un periodo in cui non si registrano differenze di potenziale.

• Onda P: è la prima deflessione del ciclo cardiaco e rappresenta la depolarizzazione di entrambi gli atri. La sua presenza permette di definire un ritmo sinusale (l’impulso ha correttamente origine dal nodo senoatriale). Maggiormente evidente in D2, V1, V2.
• Intervallo PQ: intervallo tra l’inizio dell’Onda P e l’inizio del Complesso QRS. Rappresenta il tempo di conduzione atrio-ventricolare.
• Onda Q: è la prima deflessione negativa dopo l’Onda P, può non essere presente. Questo perché rappresenta la depolarizzazione del setto interventricolare (cioè l’attività elettrica che passa nel fascio di His), e quest’ultimo, soprattutto nei più giovani, talvolta è talmente tanto sottile e le fibre sono talmente poche che non è che l’attività elettrica non c’è, ma siccome la stima registrando extracorporalmente, non la riusciamo a derivare.
• Complesso QRS: composto dalle 3 Onde Q, R e S. Rappresenta la depolarizzazione e attivazione dei 2 ventricoli. La sua durata è di norma inferiore a 0,12 secondi. Setto (Q), Apice (R) e Base (S).
• Tratto ST: (qualunque slivellamento è indice di un danno grave). È di norma isoelettrico, si estende dalla fine del complesso QRS all’onda T. Rappresenta il tempo in cui il miocardio rimane depolarizzato.
• Onda T: è di norma asimmetrica, esprime la ripolarizzazione dei ventricoli; di norma è positiva in tutte le derivazioni tranne che in aVR e, nel 50% delle donne in V1.
• E la ripolarizzazione degli atri? L’onda di ripolarizzazione degli atri non è visibile, perché la contemporanea depolarizzazione ventricolare (QRS), maschera le variazioni di potenziale relative a questo evento.

Misurazioni su carta millimetrata

L’ECG registra l’attività elettrica del cuore su carta millimetrata, che scorre alla velocità di 25mm/sec. Il grafico risultante delinea una linea grafica in cui:

• Il tempo è letto orizzontalmente (sec)
• Il voltaggio dell’attività elettrica verticalmente (mV)

Orizzontalmente il lato del quadratino (1mm), corrisponde ad un tempo di 0,04 secondi; 5 quadratini formano la base di un quadrato più grande, delimitato da linee più spesse, che corrisponde ad un tempo di 0,20 secondi. 5 quadrati grandi corrispondono a 1 secondo. Parimenti, in termini di voltaggio (verticalmente):

• Il lato del quadratino piccolo corrisponde a 0,1 mV
• Ogni quadrato grande a 0,5 mV
• 2 quadrati grandi (10 quadratini) a 1 mV

L'analisi dell'ECG

Asse elettrico cardiaco

L’asse elettrico cardiaco indica la direzione del vettore elettrico (risultante di depolarizzazione), dell’intero muscolo cardiaco al momento della sistole. Questo vettore, normalmente, è diretto in basso e verso sinistra; quindi il range di normalità è tra i valori di -30° e +90° (in questo caso la depolarizzazione procede regolarmente e il miocardio non ha aree danneggiate).

Non solo ha un peculiare significato clinico (alcune sindromi hanno un asse elettrico caratteristico), ma la comprensione dell’asse elettrico serve ad interpretare le diverse morfologie osservabili in tracciati normali nelle varie derivazioni.

In sostanza, indica in quale direzione procede la depolarizzazione del cuore, se verso il ventricolo SX che, verosimilmente, deve essere quello più potente e sviluppato, o in direzioni anomale.

Come determinare l’asse elettrico cardiaco: il "Metodo del Colpo d’Occhio". È questo il metodo più intuitivo e consiste nell’osservare il Complesso QRS in 2 derivazioni: D1 e aVF.

• Se QRS è positivo (rivolto verso l’alto) in D1 e aVF: l’asse è normale.
• Se QRS è positivo in D1 e negativo (rivolto verso il basso) in aVF: l’asse è deviato a SX (patologico).
• Se QRS è negativo in D1 e positivo in aVF: l’asse è deviato a DX (patologico).
• Se QRS è negativo in D1 e anche in aVF: abbiamo deviazione assiale a DX estrema (patologico).

Se è più negativo di -30° si parla di deviazione assiale a SX. Le cause più frequenti sono: infarto nella zona inferiore, emiblocco anteriore SX. Se è più positivo di 90° allora si parla di deviazione assiale a DX. Le cause più frequenti sono: ipertrofia ventricolare dx; infarto antero-laterale; emiblocco posteriore sx; una BPCO; difetto interatriale. Nei bambini un asse verticale fino a +120° è normale.

Sopra-slivellamento del tratto ST

Il tratto ST è isoelettrico e se si presenta sopra-livellato in D2, D3 e aVF indica un infarto a localizzazione inferiore ed è il più grave. Se si presenta sopra-livellata nelle derivazioni V2, V3, V4 e in D1 e aVL indica un infarto a localizzazione antero-laterale, confermato dal sotto-livellamento ST in D2, D3 e aVF.

Perché è così predittivo? Il tratto isoelettrico ST corrisponde grossolanamente al periodo di plateau del potenziale d’azione delle cellule di lavoro ventricolari. Uno slivellamento indica, quindi, un danno ad una porzione del ventricolo.

Infarto

• STEMI: ostruzione coronarica che conduce all’arresto totale del flusso sanguigno nel territorio irrorato dall’arteria interessata. È denominato STEMI da: ST Elevation Myocardial Infarction (cioè abbiamo sopra-slivellamento).
• NSTEMI: occlusione della coronaria parziale o transitoria. È denominato NSTEMI da: NON-ST Elevation Myocardial Infarction (sotto-slivellamento del tratto ST).

VO2max

Esprime il volume massimo di ossigeno che un individuo può consumare nell’unità di tempo (ml/kg/min). Si può misurare in maniera diretta (sperimentalmente), usando un metabolimetro per l’analisi degli scambi gassosi (VO2 e VCO2) durante test da sforzo su Treadmill; ma questo ha un costo elevato.

Quindi, esiste un calcolo teorico del VO2max (ad esempio nei soggetti normopeso) utilizzando:

• FC a riposo
• FC massimale
• Età

VO2Max = 15,3 x (FC max / FC riposo). La FC max, a sua volta contiene il parametro dell’età, e si ottiene: FCmax = 208 – (0,7 x età). La FC riposo = numero di battiti cardiaci in 20 sec x 3.

Oppure, tenendo conto di un maggior numero di parametri si usa il "Rockport Fitness Walking Test", che si applica facendo camminare un soggetto sul treadmill per 1 miglio (1,6 km) ad una velocità costante molto tranquilla.

VO2max = 132,853 – (0,0769 x P) – (0,3877 x E) + (6,315 x G) – (3,2649 x T) – (0,1565 x N)

• P = peso (in kg)
• E = età (in anni)
• G = genere, 0 per le donne e 1 per gli uomini
• T = tempo impiegato per completare 1,6 km (in minuti)
• N = numero di battiti cardiaci in 10 sec alla fine della camminata

Grazie ai numerosi fattori di correzione si ottiene così un VO2max abbastanza preciso (per normopeso o leggermente sovrappeso).