Fisiologia preventiva e adattata

FISIOLOGIA DELL’ATTIVITA’ PREVENTIVA ED ADATTATA

INTOLLERANZA ALL’ESERCIZIO

E’ l’incapacità a far fronte alle richieste metaboliche dell’esercizio fisico sostenuto ed è

caratterizzato da un eccessivamente basso volume di ossigeno massimo (VO2 max).

L’’intolleranza è una condizione per cui il soggetto non è in grado di raggiungere un

certo livello di esercizio, è indice di uno stato di decondizionamento del soggetto

(sedentarietà, inattività prolungata). Le cause di questa intolleranza possono avere

due origini:

- Centrale = di origine cardiorespiratoria. Il sistema cardiorespiratorio non è in

grado di fare fronte alla richiesta di consumo di ossigeno elevata che c’è

durante l’esercizio fisico per:

1) una riduzione del meccanismo di Frank – Starling (adatta la gittata cardiaca,

la quantità di sangue messa in circolo dal cuore, al ritorno venoso).

2) una eccessiva pressione arteriosa polmonare (nel ventricolo destro, che

immette il sangue refluo nel sistema polmonare, un aumento del post

-carico, cioè del carico che deve vincere il ventricolo).

3) scarsa risposta inotropa o cronotropa alle catecolammine (inotropa = forza

di contrazione; cronotropa = FC); questi due paramenti durante l’attività

fisica sono sotto il controllo delle catecolammine e se c’è scarso controllo di

queste sostanze o scarsa risposta i parametri non soddisfano il fabbisogno

dell’esercizio.

4) Ostruzione coronarica = insufficiente irrorazione o nutrizione del miocardio,

che a riposo sono funzioni asintomatiche, poiché la richiesta di ossigeno del

cuore è molto bassa. Mentre, durante l’esercizio aumentando di 3 o 4 volte

la richiesta di ossigeno da parte del cuore, allora questa carenza di flusso

legata ad un’ostruzione coronarica è evidente.

5) Insufficiente ventilazione polmonare = l’apparato respiratorio non riesce ad

apportare una quantità sufficiente di ossigeno.

- Periferica = di origine muscolare, non legate alla capacità del sistema

cardiorespiratorio, ma legata all’incapacità da parte dei muscoli di utilizzare

questo ossigeno. Che si divide in:

1) Insufficienti risposte circolatorie in termini di aumento del flusso ematico nei

muscoli.

2) Indebolimento dei muscoli che non riescono a sviluppare la forza necessaria

per eseguire l’esercizio fisico.

3) Affaticamento precoce con precoce accumulo di acido lattico o lattato che

comporta fatica e interruzione dell’esercizio.

Questi concetti portano fondamentalmente alla formazione di due grandi cause di

insufficienza:

Insufficiente trasporto di sangue e ossigeno ai muscoli.

 Insufficiente capacità del muscolo di utilizzare l’ossigeno.



Queste cause si riassumono nell’ EQUAZIONE DI FICK.

EQUAZIONE DI FICK

Riassume quelli che sono i fattori condizionanti il consumo di ossigeno. Si basa sul

fattore che se noi conosciamo in un determinato condotto ematico, la differenza di

concentrazione a monte (C1) e a valle (C2) di un segmento e la quantità di liquido (Q)

che passa attraverso questo condotto, allora riusciamo a trovare la quantità di

sostanza (FLUSSO) che viene estratta da questo circuito in un minuto.

FLUSSO = Q x (C1 – C2)

Quando la sostanza estratta è l’ossigeno che viene consumato dai tessuti, conoscendo

la differenza di concentrazione dell’ossigeno che si calcola nei distretti arterioso (C1) e

venoso (C2) e la quantità di ossigeno che viene estratta (Vo2) rispetto alla differenza

di concentrazione artero – venosa, ci dà la portata circolatoria.

Questa equazione però può essere scritta in funzi0one del consumo di ossigeno e

questo porterebbe ad una modificazione della formula per cui: il VO2 = Q (portata

circolatoria) x CaO – C O (diff. di ossigeno artero – venosa). Però quest’ equazione

2 v 2

serve soprattutto per stabilire quali sono i fattori determinanti del consumo di

ossigeno che dipende: dalla quantità di ossigeno che viene trasportata ai muscoli

(portata circolatoria) e dalla differenza artero – venosa. La portata circolatoria o gittata

cardiaca (Q) è il prodotto tra gittata sistolica per la frequenza cardiaca (capacità di

trasportare ossigeno), mentre la differenza artero – venosa (capacità di utilizzare

l’ossigeno muscolarmente) dipende dalla capacità dei muscoli di estrarre ossigeno dai

tessuti. FLUSSO = GS X FC X (DIFF. A - V O2)



In conclusione, i fattori da cui dipende il consumo di ossigeno sono due: quanto

ossigeno viene trasportato ai muscoli e quanto ossigeno i muscoli sono in grado di

sfruttare. Questi fattori possono essere considerati anche dei limiti sul consumo di

ossigeno, quando i loro valori sono inferiori rispetto a quelli standard per cause fisiche

o patologiche.

Il massimo consumo di ossigeno si raggiunge poiché il nostro organismo ha raggiunto

la massima gittata cardiaca e la massima capacità dei muscoli di sfruttare l’ossigeno.

Questi limiti sono intrinseci riguardo al sistema poiché il cuore più di tanto sangue al

minuto non può mettere in circolazione per determinare la portata circolatoria, la FC e

la GS sono massime, allora quella è la quantità massima di sangue che il sistema

circolatorio riesce a fare arrivare ai muscoli e quindi a parità di consumo di ossigeno

nel sangue è anche definita la massima capacità di trasporto dell’ossigeno. Dall’altra

parte la massima differenza artero – venosa è legata alle limitazioni delle cellule del

tessuto muscolare che utilizzando l’ossigeno, usano le vie metaboliche aerobiche

(enzimi) e quando l’attività di queste vie (enzimi, mitocondri) è a pieno regime anche

se noi avessimo il doppio di ossigeno, esso non verrebbe utilizzato perché la cellula ha

raggiunto la massima capacità di usare l’ossigeno e quindi bisogna aumentare la

capacità di usare l’ossigeno e non più di saperlo utilizzare. MASSIMA CAPACITA’



AEROBICA

Come si misura il consumo di ossigeno?

Il metodo più antico per misurare il consumo di ossigeno è il sacco di Douglas. Il sacco

di Douglas è un sacco di gomma e tela impermeabile, dentro al quale il soggetto

sottoposto al test, espira tutta l’aria in un determinato periodo di tempo. Sapendo qual

è la pressione parziale dell’ossigeno nell’aria atmosferica (20%), successivamente

l’ossigeno arriva agli alveoli e viene captato dai capillari alveolari e all’interno del

complesso alveolare il tenore di ossigeno si abbassa e di conseguenza quando il

soggetto espira l’aria, essa sarà più povera di ossigeno. Se noi abbiamo a disposizione

un misuratore della concentrazione di ossigeno, sappiamo la concentrazione

dell’ossigeno nell’aria inspirata, misuriamo la concentrazione di ossigeno nell’aria

espirata nel sacco e possiamo calcolare, dalla differenza tra l’ossigeno contenuto

nell’aria inspirata e quello contenuto nel sacco, il consumo dell’ossigeno. Questo è un

metodo relativamente semplice, ma poco pratico a causa soprattutto della

voluminosità del campo, difficilmente trasportabile sul campo, ma eseguibile solo in

laboratorio.

METABOLIMETRO

Questo metodo oggi anche se preciso, è stato sostituito dalla misurazione respiro per

respiro del consumo di ossigeno attraverso uno strumento: il metabolimetro. Questo

strumento, utilizzato in tutti gli ambulatori/laboratori, si basa su un principio

fondamentale: è un metodo a circuito aperto, dove l’aria viene inspirata attraverso

una mascherina e poi espirata; e noi possiamo valutare il consumo di ossigeno respiro

per respiro.

Il soggetto respira solo attraverso la mascherina che è connessa ad una turbina che

con il flusso dell’aria ruota in una determinata direzione in base all’atto di inspirazione

e espirazione. La turbina è tarata in maniera che leggendo il suo numero di giri, noi

possiamo conoscere il flusso. La conoscenza del flusso ci serve per calcolare il volume.

Sapendo che il flusso = volume / tempo, se noi abbiamo volume e tempo possiamo

conoscere il flusso di ossigeno in un determinato periodo di tempo.

In questo dispositivo, sono presenti dei sensori molto precisi che leggono

istantaneamente la concentrazione di ossigeno e anidride carbonica. Quindi si legge la

concentrazione di ossigeno in inspirazione (aria atmosferica) e poi si legge, sempre nel

singolo respiro, la concentrazione di ossigeno in espirazione; successivamente facendo

la differenza si ottiene quanto ossigeno si è consumato in un singolo respiro; questo

risultato si moltiplica per il numero di respiri e si ottiene il volume e si può poi

calcolare il consumo di ossigeno. Questo metodo è forse meno preciso del sacco di

Douglas, perché si basa sulla sensibilità dei sensori, ma è sicuramente un metodo che

può essere usato anche su campo e non solo in laboratorio.

RER (RAPPORTO DI SCAMBIO RESPIRATORIO)

Il rapporto di scambio respiratorio è uno dei parametri fondamentali nel consumo di

ossigeno, perché si valuta per avere indicazioni se il picco di ossigeno è uguale o

vicino al massimo consumo di ossigeno. Uno dei parametri per affermare che il picco

di ossigeno corrisponde al massimo consumo di ossigeno è quello di un RER > 1,1 il

che vuol dire che siamo in un regime di tipo lattacido. IL RER E’ il rapporto tra la CO2

In

eliminata e l’O2 consumato. condizioni di steady state è uguale al quoziente

respiratorio (QR). La RER aumenta durante l’esercizio a causa dell’iperventilazione e

del tamponamento dell’ac. lattico

VAT( SOGLIA ANAEROBICA VENTILATORIA)

Un altro aspetto importante per le valutazioni del consumo di ossigeno (metabolismo

aerobico o anaerobico) è quello della soglia anaerobica ventilatoria (VAT). La soglia

anaerobica ventilatoria è quel valore di consumo di ossigeno al quale il lattato

comincia ad accumularsi nel sangue; e la ventilazione aumenta esageratamente

rispetto al consumo di ossigeno.

GRAFICO LATTATO IN FUNZIONE DELL’INTENSITA’

Se guardiamo la curva della concentrazione di lattato ematico in funzione della

intensità dell’esercizio’è una regione della rampa di crescita dell’intensità, dove il

lattato si mantiene più o meno costante, intorno alle 2 mmmoli per litro. Raggiunto un

certo punto si ha un leggero incremento, abbastanza lento, della concentrazione di

lattato che porta la concentrazione da 2 a 4 mmmoli. Successivamente continuando a

far crescere l’intensità dell’esercizio, il lattato si accumula in maniera sempre più

rapida e la curva del lattato si impenna. Quindi ci sono due punti individuabili di

incremento del lattato ematico:

1) Un primo punto in cui il lattato ematico da costante tende leggermente ad

aumentare in base all’intensità dell’esercizio

2) Un secondo punto in cui la curva del lattato si impenna e il lattato aumenta in

maniera considerevole.

Fra il primo ed il secondo punto, se l’intensità dell’esercizio si mantiene costante, il

lattato può essere mantenuto costante fra le 2 e le 4 mmmoli con una fase di steady

state, dove c’è iperproduzione di lattato rispetto al valore di riposo, che può essere

mantenuta tale. Superata la fase di steady state, invece il lattato tende a crescere

anche se noi manteniamo l’intensità superiore ad un certo livello, per cui non si può

raggiungere un valore di steady state a quel valore di lattato.

LE SOGLIE

Possono essere valutate in base alla ventilazione respiratoria e all’intensità

dell’esercizio. Fondamentalmente esistono due soglie:

- SOGLIA AEROBICA

- SOGLIA ANAEROBICA

La soglia aerobica, attualmente, è definita:

Il primo punto di variazione della concentrazione di lattato

 Sulla base degli equivalenti ventilatori di ossigeno e anidride carbonica, che

 sono il rapporto tra la ventilazione polmonare (aria espirata) e a seconda del

gas perso in considerazione, il consumo di ossigeno e la produzione di anidride

carbonica. In poche parole, l’equivalente ventilatorio dell’ossigeno (VEVO2)

quanti litri d’aria vengono ventilati al minuto per ogni litro di ossigeno in più

consumato? per soddisfare il fabbisogno di un litro di ossigeno in più del



nostro organismo, quanti litri di aria in più devono essere ventilati rispetto alla

condizione di riposo = costo respiratorio del consumo di ossigeno. D’altra parte

lo stesso discorso vale per l’equivalente ventilatorio dell’anidride carbonica

(VEVCO2), ovvero quanti litri d’aria dobbiamo ventilare al minuto per poter

eliminare un litro al minuto di anidride carbonica? costo respiratorio



dell’eliminazione dell’anidride carbonica.

 Gli equivalenti ventilatori sono considerati come due flussi, quindi volume/

tempo. Questi rapporti entro un certo limite, sono costanti. Nella prima parte

della curva l’inclinazione di questi due rapporti è uguale, non il valore, il che

vuole dire che il rapporto tra ventilazione/consumo d’ossigeno /anidride

carbonica è costante = per ogni litro in più di ossigeno consumato o per ogni

litro in più di anidride carbonica consumata, noi dobbiamo ventilare in più

sempre la stessa quantità d’aria (20-21 lt al minuto per ogni litro di ossigeno in

più consumato o litro di anidride carbonica eliminata). C’è un punto però in cui

all’aumentare dell’intensità dell’esercizio, il consumo di ossigeno cresce sempre

con la stessa inclinazione, ma la ventilazione cresce in misura maggiore così

come la produzione di anidride carbonica, rispetto al consumo di ossigeno. C’è

una piccola differenza tra il rapporto ventilazione/consumo di ossigeno e

ventilazione/produzione anidride carbonica. Allora, il punto in cui il VEVO2

comincia ad aumentare rispetto all’intensità d’esercizio, evidenzia che il costo

ventilatorio dell’ossigeno tende a crescere e si consumano circa 23 -24 lt al

minuto di aria ventilati per ossigeno consumato. Questo perché, c’è un punto

chiamato BREAK POINT VENTILATORIO, determinato dal fatto che l’acido lattico

comincia ad aumentare rispetto al valore di riposo e questo punto viene

considerato come la soglia aerobica. Quindi, il VEVO2 aumenta all’incremento di

acido lattico perché l’acido lattico che viene prodotto si scinde in ioni idrogeno

(H+) e lattato e gli ioni idrogeno vengono tamponati dagli ioni bicarbonato,

prodotti dai fluidi corporei. Da questo tamponamento, si forma prima acido

carbonico, che si scinde in anidride carbonica e acqua. Quindi abbiamo questo

surplus di anidride carbonica non metabolica, che si va ad aggiungere alla quota

metabolica già presente. L’anidride carbonica è lo stimolo principale che

sostiene la ventilazione perché aumentando l’anidride carbonica aumenta

anche la ventilazione per eliminare questo eccesso di anidride carbonica.

Mentre prima l’anidride carbonica che veniva prodotta durante l’esercizio aveva

bisogno sempre della stessa quantità di incremento di ventilazione perché era

solo metabolica, adesso la ventilazione aumenta in misura superiore perché

deve eliminare anche quella quantità non metabolica e quindi essendo la CO2

che determina la variazione della ventilazione, noi abbiamo un incremento di

ventilazione nonostante il consumo di ossigeno cresca sempre con lo stesso

tasso. Per cui questo punto di rottura (break point ventilatorio) viene definito

come soglia aerobica.

Diversamente il rapporto VE/VCO2, si mantiene costante perché la ventilazione

è guidata dallo stimolo di anidride carbonica prodotta in più per cui per ogni



quantità di anidride carbonica prodotta in più viene ventilata sempre la stessa

quantità d’aria. Per cui questa prima soglia, è quella in cui il VE/VO2 incomincia

a crescere, mentre il rapporto VE/VCO2 si mantiene ancora costante, essendo la

CO2 la responsabile dell’aumento della ventilazione per eliminare il surplus di

CO2 non metabolica.

La soglia anaerobica, invece, corrisponde:

al secondo punto di incremento del lattato (LTP2), quando il lattato supera le 4

 mmoli per litro.

al fatto che questa soglia può essere definita in base anche agli equivalenti

 ventilatori perché: il VE/VO2 aumenta, ma aumenta anche il VE/VCO2 poiché la

ventilazione aumenta in maniera esageratamente superiore rispetto alla

produzione di CO2 = il tamponamento degli ioni H+ da parte degli ioni

bicarbonato non è più sufficiente a compensare questa produzione di acido, per

cui lo ione H+ comincia ad accumularsi nel sangue ed essendo un responsabile

dell’aumento di ventilazione, la ventilazione stessa aumenta notevolmente non

solo dalla CO2 in più ma anche dagli ioni H+ prodotti. Quindi la ventilazione

aumenta in maniera maggiore rispetto alla quantità che serve per eliminare la

CO2 in eccesso (non metabolica). Quindi quando il VE/VO2 continua ad

aumentare ed inizia ad aumentare anche il VE/VCO2, allora stabiliamo la

presenza della soglia anaerobica.

L’aumento dei due rapporti (VE/VO2 e VE/VCO2) è indice anche dell’aumento

dell’acido lattico nel sangue che comporta la comparsa della fatica. Infatti, al

raggiungimento della seconda soglia, la pressione parziale dell’anidride

carbonica nell’aria espirata, tende a diminuire perché c’è un’iperventilazione.

al punto di compenso respiratorio.

 alla massima quantità di lattato che è possibile sopportare in questo punto.



In conclusione, quando noi parliamo di soglie dobbiamo def