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CONTROLLO DELLA VENTILAZIONE DURANTE ESERCIZIO MUSCOLARE
I fattori nervosi "centrali" e "periferici" che intervengono nella regolazione del respiro durante attività fisica. Fin dalla fine del XIX secolo, diverse teorie sul controllo della ventilazione durante esercizio sono state via via postulate. Ancora oggi, non è ancora stata identificato un meccanismo responsabile, tuttavia si ritiene che i fattori nervosi, di origine sia centrale che periferica, rivestano un ruolo fondamentale.
Evidenze sperimentali suggeriscono che contemporaneamente all'attivazione da parte della corteccia motoria dei muscoli locomotori, avvenga anche la stimolazione dei neuroni dei centri respiratori bulbari: TEORIA DEL COMANDO CENTRALE. Inoltre si è visto che afferenze nervose di tipo eccitatorio giungono ai centri respiratori da terminazioni sensitive (MECCANOCETTORI) situate nelle articolazioni, tendini e muscoli. Questo spiegherebbe come mai il motivo passivo.
degli arti,così come la stimolazione elettrica dei muscoli in cui è impedito l'afflusso di sangue, suscita una risposta riflessa iniperventilazione.Accanto a questi, altri fattori, in parte non ancora definiti, contribuiscono a stimolare i centri respiratori bulbari. Ad esempio,un aumento della temperatura corporea, rilevato da recettori termici periferici (disposti nella cute) e centrali (situati nel cervello in particolare nell'ipotalamo), svolge un'azione di stimolo sui centri respiratori e quindi si traduce in iperventilazione.Ovviamente questo fattore non spiega le rapide variazioni di ventilazione polmonare osservate all'inizio e alla fine dell'esercizio, ma potrebbe intervenire durante esercizi intensi e prolungati.Un'altra teoria, infine, chiamata IPOTESI METABOLICA, prevede che durante esercizio vengano prodotte da parte dei muscoli, sostanze (idrogeno, ioni H+, ioni potassi e altre) che abbiano un'azione di stimolo sui
centri respiratori bulbari. Ruolo dei vari fattori in funzione dell'intensità di esercizio. È chiaro a questo punto che il controllo dell'attività respiratoria durante lavoro muscolare non è legato all'influenza di un solo fattore, ma piuttosto rappresenta la risposta riflessa integrata che risulta dall'azione combinata di vari stimoli di origine chimica, nervosa o di altra natura. In questo grafico, si è tentato di rappresentare il peso relativo di ciascuno di questi fattori in funzione dell'intensità di esercizio. Si può vedere come con l'aumento del consumo di ossigeno, i fattori non neurogeni assumono un'importanza progressivamente maggiore. Si pensi in particolare all'aumento della temperatura corporea e alla riduzione del pH conseguente all'accumulo di acido lattico che si verificano quando l'esercizio diventa particolarmente intenso. L'apparato respiratorio puòlimitare la massima prestazione muscolare? Se ciò fosse vero, la relazione tra ventilazione polmonare e consumo di ossigeno dovrebbe mostrare un appiattimento dei valori di ventilazione polmonare quando ci si avvicina al massimo consumo di ossigeno, a significare che il sistema respiratorio non è più in grado di assecondare la richiesta di un aumento del consumo di ossigeno.
In realtà, come mostrato nella figura già vista precedentemente, la ventilazione aumenta ulteriormente all'approssimarsi al massimo consumo di ossigeno, quindi in base a questa osservazione, non sembra ipotizzabile che il sistema respiratorio rappresenti un fattore limitante la massima potenza aerobica. Questo è vero in soggetti sani con un valore di massimo consumo di ossigeno inferiore ai 65 ml al minuto per kg di peso corporeo (soggetti moderatamente allenati) perché diversi autori hanno osservato, in atleti di alto livello, una riduzione dei valori di PO2 nel
Questo è uno dei molti lavori che hanno osservato questo fenomeno. Il grafico in alto mostra i valori di PO2 arterioso a riposo e nel momento in cui i soggetti raggiungono il massimo consumo di ossigeno. In alcuni soggetti (triangolini vuoti), non c'è una riduzione dei valori di PO2 arterioso, ma ci sono soggetti più fit (pallino nero) che nel momento in cui raggiungono l'esaurimento, hanno un valore di pressione di ossigeno sostanzialmente più alto rispetto a quello osservato a riposo.
L'APPARATO RESPIRATORIO IN ALTA QUOTA
Quanto abbiamo appena visto succedere negli atleti di élite, viene in genere spiegato col fatto che questi soggetti sono in grado di raggiungere dei valori di gettata cardiaca estremamente elevati nel momento
in cui fanno il massimo sforzo. Questaelevata gettata cardiaca determina una riduzione del tempo di transito del globulo rosso nel capillare polmonare e quindiquesto tempo breve non permette il raggiungimento dell’equilibro della pressione di ossigeno tra sangue e alveolo.Analogia limitazione può verificarsi in alta quota, dove la diminuzione del valore di pressione di ossigeno ambientale riducela spinta all’ossigeno ad entrare nel capillare polmonare come si vede nel grafico. Qui, la diffusione a livello alveolare puòrisultare compromessa soprattutto durante esercizio.
IL LAVORO RESPIRATORIO:
Per far espandere i polmoni i muscoli devono consumare energia.Ciò costituisce parte del lavoro respiratorio che comprende anche:
- LAVORO ELASTICO: che i muscoli intercostali e il diaframma devono svolgere per vincere la retrazione elasticadel polmone;
- LAVORO RESISITIVO: deve essere svolto per far muovere l’aria lungo le vie respiratorie.
Costo energetico
Per la ventilazione (in lilla), e consumo di ossigeno totale (in viola) in funzione di vari livelli di ventilazione polmonare:
A riposo, nel corso della respirazione tranquilla, il costo energetico per la ventilazione polmonare ammonta ad appena il 2-3% dell'energia complessivamente spesa dall'intero organismo (circa mezzo ml di ossigeno per litro di ventilazione).
Durante attività fisica molto intensa, quando si raggiungono livelli di ventilazione tra 90-130 litri al minuto, la quantità di energia richiesta aumenta e il costo della ventilazione può arrivare fino al 10% del consumo di ossigeno totale (circa 5 ml e mezzo di ossigeno per litro di ventilazione).
Appare evidente che in alcune particolari circostanze, il dispendio energetico per mantenere questi elevati livelli di ventilazione potrebbe limitare la massima prestazione fisica. In queste condizioni, l'aumento di ventilazione costerebbe più della quantità di ossigeno che potrebbe essere fornita.
essere resa disponibile dalla ventilazione stessa. In altri termini, si potrebbe verificare COMPETIZIONE PER L'OSSIGENO da parte dei muscoli della respirazione che potrebbero sottrarre ossigeno ai muscoli della locomozione.
L'APPARATO RESPIRATORIO IN ALTA QUOTA è quello che può succedere ad esempio in alta quota dove la riduzione della PO2 ambientale provoca un aumento della ventilazione sia a riposo che durante esercizio fisico (come si può vedere dalla figura).
Per compiere lo stesso esercizio che richieda un consumo di ossigeno di circa 2 litri al minuto, in alta quota la ventilazione polmonare può essere più del doppio rispetto a quella osservata a livello del mare.
Al picco dell'esercizio in alta quota, si possono raggiungere livelli di ventilazione di oltre 200 litri al minuto. In queste condizioni, il costo energetico della ventilazione polmonare aumenta notevolmente (come mostrato nella figura di destra) e può arrivare fino al
30% del consumo di ossigeno totale. Tenendo conto che in alta quota anche la diffusione dei gas a livello alveolare risulta alterata, si può ben comprendere come in queste situazioni la ventilazione possa diventare il fattore limitante la massima potenza aerobica. Anche in alcuni pazienti affetti da patologie polmonari, che fanno aumentare il lavoro respiratorio elastico o resistivo, si può arrivare al punto in cui la ventilazione polmonare diventa il fattore limitante la massima prestazione aerobica. ADATTAMENTI LAVORI INDOTTI DALL'ALLENAMENTO Relazione tra VE e VO in un soggetto prima (B) e dopo (A) allenamento 2L'allenamento di tipo aerobico induce molte variazioni nella ventilazione polmonare, come si può vedere in questo grafico. A livello massimale si assiste a un aumento dei valori di massima ventilazione polmonare, che devono accompagnare l'incremento del massimo consumo di ossigeno. A livello sottomassimale, si osserva in genere una riduzione dellamuscolare è il processo attraverso il quale i nostri muscoli ottengono l'energia necessaria per contrarsi. Durante l'esercizio fisico, i muscoli utilizzano principalmente due sistemi energetici: il sistema aerobico e il sistema anaerobico. Il sistema aerobico utilizza l'ossigeno per produrre energia. Questo sistema è efficiente e può essere sostenuto per lunghi periodi di tempo. Durante l'esercizio aerobico, come la corsa o il nuoto a ritmo costante, i muscoli richiedono una quantità costante di ossigeno per produrre energia. La ventilazione polmonare, cioè la quantità di aria che entra ed esce dai polmoni, aumenta per fornire l'ossigeno necessario ai muscoli. Il sistema anaerobico, invece, non utilizza l'ossigeno per produrre energia. Questo sistema è utilizzato durante esercizi ad alta intensità e di breve durata, come gli sprint o gli esercizi di forza. Durante l'esercizio anaerobico, i muscoli producono energia attraverso la glicolisi anaerobica, che non richiede ossigeno. In questo caso, la ventilazione polmonare può aumentare per eliminare l'accumulo di anidride carbonica prodotta dalla glicolisi anaerobica. Durante l'allenamento aerobico, la ventilazione polmonare può essere influenzata da diversi fattori. Ad esempio, l'allenamento regolare può migliorare la capacità polmonare, consentendo una maggiore ventilazione. Inoltre, l'allenamento aerobico può migliorare l'efficienza del sistema respiratorio, riducendo la frequenza respiratoria e aumentando la profondità del respiro. In conclusione, la ventilazione polmonare è un processo fondamentale per fornire ossigeno ai muscoli durante l'esercizio fisico. L'allenamento aerobico può influenzare positivamente la funzione respiratoria, migliorando la capacità polmonare e l'efficienza del sistema respiratorio.Il nostro corpo utilizza l'energia chimica dell'adenosintrifosfato (ATP) per produrre movimento e svolgere le sue funzioni. L'ATP è spesso definito come la "moneta di scambio energetico" del nostro organismo.
Come tutti i motori, il nostro corpo non è perfetto dal punto di vista dell'efficienza. Gran parte dell'energia chimica rilasciata dall'idrolisi dell'ATP (rompendo i legami fosfato) viene dispersa sotto forma di calore. Questo è il motivo per cui il nostro corpo ha una temperatura interna di circa 37°C e perché i nostri muscoli diventano caldi quando si contraggono o svolgono lavoro.
L'ATP è composto da una base azotata (adenina), uno zucchero (ribosio) e tre gruppi fosfato. La scissione idrolitica di uno dei tre legami fosforici ad alta energia, mediata dall'enzima ATPasi, fornisce l'energia necessaria per le attività cellulari e metaboliche.
energia alle cellule.La concentrazione di ATP nelle fibrocellule muscolari è molto bassa (circa 5 millimoli/kg di muscolo) ed è appena
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