Fisiologia dell' esercizio fisico più possibili domande

Interazione dei fattori centrali e periferici nel controllo della circolazione

La funzione principale del sistema circolatorio è quella di distribuire le sostanze necessarie al metabolismo e alla crescita tissutale, rimuovendo le scorie metaboliche. La perfusione (distribuzione di sangue nell'organismo) tissutale dipende dalla pressione arteriosa e dalle resistenze vascolari locali. La pressione arteriosa dipende a sua volta dalla portata cardiaca e dalle resistenze periferiche totali (RPT).

Gittata cardiaca

La gittata cardiaca o portata cardiaca è il prodotto tra frequenza cardiaca (num. battiti al minuto) e gittata sistolica (volume di sangue che i due ventricoli riescono ad espellere in un minuto, attraverso l'arteria polmonare e l'aorta, varia a riposo da 5 a 5,5 litri). Un ruolo importante lo riveste il rene con un controllo dell'equilibrio dei fluidi, assieme alla corteccia surrenale e al sistema nervoso, al fine di mantenere un volume ematico costante.

Nell'esercizio fisico/sforzo

La regolazione del cuore durante lo sforzo include fattori nervosi e chimici (compensazione). I fattori nervosi consistono in:

• Controllo centrale: rappresentato dall'attivazione cerebrocorticale del sistema nervoso simpatico che induce accelerazione cardiaca, aumento della forza contrattile del miocardio e vasocostrizione periferica (nelle regioni splancniche e renali, e nella muscolatura inattiva) e vasodilatazione vascolare a livello locale.
• Riflessi della muscolatura contrattile, attivati per via intramuscolare tramite stimolazione di meccanocettori e chemocettori.
• Riflesso barocettoriale: controlla la pressione vascolare.

La regolazione del sistema vascolare ha due vie principali:

• Via intrinseca: rilascio di potassio e metaboliti vasoattivi.
• Via estrinseca: data dal sistema nervoso simpatico (che induce vasodilatazione).
• Temperatura (vasodilatatore): per disperdere il calore, tramite sudorazione e ventilazione.

Resistenze periferiche

Nell'uomo si osserva l'attivazione del sistema vasodilatatore simpatico cui fa seguito la dilatazione dei vasi di resistenza a livello muscolare. Nella cute, nei reni, nelle regioni splancniche e nella muscolatura in fase inattiva, la vasocostrizione aumenta le resistenze vascolari, riducendo quindi il flusso sanguigno in queste aree (tale aumento persiste per l'intero sforzo). In sostanza, avremo un aumento della portata cardiaca e dell’affluenza di sangue ai muscoli in attività, con una contemporanea diminuzione del flusso sanguigno a reni e ad aree meno interessate, mentre quello cerebrale resta costante: l'effetto finale è un aumento del flusso complessivo diretto a cuore e muscolo. Il flusso di sangue al muscolo può aumentare di 15-20 volte rispetto al livello basale. La riduzione delle resistenze periferiche totali (RPT) consente al cuore di pompare una maggiore quantità di sangue ad un carico di lavoro minore e con maggiore efficienza. Un vasodilatatore è il potassio che viene rilasciato dal muscolo in fase di contrazione. Durante la contrazione i muscoli estraggono grandi quantità di O₂ dal sangue che li perfonde.

La riduzione del PH, la secrezione di acido lattico e l'incremento termico, associati alla contrazione muscolare, contribuiscono a spostare verso destra la curva di dissociazione dell'ossiemoglobina. Il consumo di ossigeno può aumentare fino a 60 volte rispetto a quello a riposo, mentre un incremento del flusso ematico muscolare solo sino a 20 volte il livello basale. La mioglobina può costituire una riserva limitata di O₂ e può inoltre facilitare il trasporto di O₂ dai capillari ai mitocondri, funzionando come vettore di O₂. Gli atleti ben allenati presentano a riposo livelli minori di stimolazione simpatica splancnica rispetto ai soggetti non allenati. Il condizionamento fisico si associa inoltre all'aumento di estrazione di O₂ dal sangue da parte del muscolo. Allenamenti prolungati aumentano la densità capillare della muscolatura scheletrica. Aumenta anche il numero di mitocondri e dei suoi enzimi ossidativi, l'azione dell'ATPasi, della mioglobina e degli enzimi che partecipano al metabolismo lipidico.

Limiti alla capacità di eseguire uno sforzo fisico

I due fattori fondamentali che possono limitare la prestazione della muscolatura scheletrica sono rappresentati dal tasso di utilizzo di O₂ da parte della muscolatura e dall'apporto di O₂ alla muscolatura stessa. L'utilizzo di O₂ da parte della muscolatura scheletrica non è probabilmente d’importanza critica poiché durante lo sforzo il consumo massimo di O₂ generalmente non aumenta, anche dopo il reclutamento di ulteriori aree muscolari. L'apporto di O₂ alla muscolatura attiva sembra essere il fattore limitante per eccellenza ai fini della prestazione muscolare.

Tale limitazione è forse dovuta al fatto che la portata cardiaca può aumentare solo fino ad un certo livello a causa dell'insufficienza della gittata sistolica (il fattore primario è la capacità di pompa del cuore che non può superare un certo livello), e non per insufficienza dell'ossigenazione polmonare, dato che al livello del mare il sangue è saturo di O₂.

Allenamento fisico e condizionamento

Il sistema cardiovascolare risponde all'esercizio fisico aumentando l'invio di sangue, quindi anche di O₂ alla muscolatura attiva e migliorando contemporaneamente la capacità della muscolatura di utilizzare O₂. L'allenamento aumenta proporzionalmente il livello di VO₂max, gli atleti sottoposti ad allenamenti intensi presentano riduzione della frequenza cardiaca a riposo, inducendo a volte bradicardia. La bradicardia a riposo è dovuta all'aumento del tono vagale (stato d'eccitazione del sistema parasimpatico) e alla riduzione di quello ortosimpatico. Mentre la frequenza cardiaca massima è uguale sia in un soggetto allenato sia in uno non allenato, viene raggiunta solo a livelli massimali di sforzo.

Condizionamento da esercizio fisico: + VO₂Max, - F.C. a riposo, + Gittata Sistolica, - RPT, - Resistenze vascolari a livello muscolare, + Mitocondri, + Arteriole, + Capacità di estrazione di O₂ dal sangue. Se il carico di lavoro è modesto e costante, la frequenza cardiaca raggiungerà un determinato livello sul quale si attesterà per l'intera durata dello sforzo. Se il carico aumenta, allora aumenterà anche la F.C. sino al raggiungimento di un punto di Plateau (180 b/m). Rispetto alla F.C. la gittata sistolica aumenta di poco.

Il ritorno venoso comprende il sangue ricco di CO₂ che dagli organi torna al cuore attraverso la vena cava superiore e quella inferiore, grazie all'attività della muscolatura scheletrica e dei muscoli respiratori. La contrazione della muscolatura scheletrica comprime i vasi che la attraversano, e nel caso di vene le cui valvole siano orientate verso il cuore, questa provoca un ritorno venoso in direzione dell'atrio destro. Questo ritorno venoso è provocato da un aumento del gradiente pressorio intratoracico.

La perdita di liquidi, dati dalla sudorazione e dall'iperventilazione, abbassa il volume ematico circolante ed è parzialmente compensata dal passaggio nella corrente sanguigna dei liquidi provenienti dalle regioni splancniche e dalla muscolatura inattiva. Il mantenimento delle riserve idriche è garantito anche dalla riduzione della diuresi da parte dei reni.

Meccanismo di Frank-Starling

Il meccanismo di Frank-Starling (il muscolo cardiaco regola la forza della sua contrazione, quindi la sistole, in relazione alla quantità di sangue presente nel ventricolo alla fine della diastole (volume telediastolico): più sangue sarà entrato nel ventricolo e più ne sarà eiettato, garantendo l'equilibrio tra il ritorno venoso e la gittata cardiaca) non consente dunque di spiegare l'aumento della gittata sistolica durante sforzi di modesta entità. Durante sforzi massimali, la pressione nell'atrio destro e il volume telediastolico aumentano: il meccanismo di Frank-Starling contribuisce dunque all'incremento della gittata sistolica durante sforzi intensi.

La pressione arteriosa aumenta durante lo sforzo a seguito dell'aumento della portata cardiaca; comincia a salire all'inizio dello sforzo, l'incremento pressorio è all'incirca proporzionale all'entità dello sforzo stesso. Durante lo sforzo aumentano i livelli ematici di noradrenalina (proviene dalle terminazioni simpatiche della muscolatura attiva).

Fase di recupero

Durante un esercizio fisico intenso o uno sforzo sostenuto, la F.C. raggiunge un massimo di 180 b/m e la gittata sistolica sale fino ad un punto di Plateau, dopo il quale si riduce, provocando un calo della pressione arteriosa (si verifica disidratazione). Il PH tissutale ed ematico si riduce, a seguito della produzione di acido lattico e di CO₂, ed è da tale riduzione che dipende l'entità massima dello sforzo che ogni individuo è in grado di tollerare in presenza di dolore muscolare, senso di affaticamento e perdita della volontà di sopportare la fatica.

Nella fase di recupero successiva allo sforzo si ha una brusca riduzione della frequenza e della portata cardiaca. Le RPT restano basse per un certo periodo dopo il termine dello sforzo (probabilmente a causa dell'accumulo di metaboliti vasodilatatori nei muscoli). Con la riduzione della portata cardiaca e della persistenza della vasodilatazione muscolare, la pressione arteriosa si riduce, scendendo spesso al di sotto dei livelli basali: successivamente la pressione si normalizza grazie all'azione dei riflessi barocettoriali (resistenze periferiche totali si alzano e resistenze periferiche locali si abbassano, per cui si alza la pressione).

La risposta ventilatoria ad un carico di lavoro costante consiste in 3 fasi: all'inizio dell'attività c'è un aumento immediato della ventilazione per poi continuare ad aumentare lentamente per giungere ad una fase di equilibrio (se l'esercizio non è molto faticoso). L'incremento della ventilazione è di solito il risultato dell'aumento sia del volume corrente (quantità d'aria che viene incamerata con ciascun atto respiratorio) sia della frequenza respiratoria. L'aumento immediato della ventilazione si verifica troppo velocemente per essere considerato una risposta alle alterazioni del metabolismo o alle variazioni di gas nel sangue (fattore nervoso). In corso di attività leggera i valori medi della PO₂ e della PCO₂ rimangono costanti.

Emorragia

Un individuo con emorragia ha perso una notevole quantità di sangue, con conseguente diminuzione di pressione arteriosa sistolica, diastolica e differenziale (differenza tra pressione sistolica e diastolica) e portata cardiaca. Le vene cutanee sono collassate, la cute appare pallida e cedevole. La resp