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FC = 70

q = 75 ml

1 dl di sangue arterioso (con 15 g di emoglobina Hb) contiene circa 20 ml di

 ossigeno

1 dl di sangue venoso misto (con 15 g di emoglobina Hb) contiene circa 15 ml di

 ossigeno

Quindi il sangue, nel passare dalla condizione di sangue arterioso alla condizione di

sangue venoso misto, ha ceduto 5 ml di ossigeno per ogni suo dl; nel caso in cui un

soggetto contenga 5 l di sangue, cede 250 ml di ossigeno al minuto (circa, perché

dipende dai kg del soggetto per cui andrà normalizzata per la massa corporea).

Questi sono i valori di un uomo a riposo di media taglia, perché la q cambia a seconda

della massa corporea del soggetto; un atleta può guadagnare aumentando la gittata

sistolica e quindi il flusso di sangue ed ossigeno al minuto.

CONDIZIONI MASSIMALI

Nelle condizioni massimali si può lavorare sulla saturazione del sangue di ossigeno,

sulla frequenza cardiaca (FC), sulla gittata sistolica (q). il fattore di guadagno della FC

e della q fa si che il fattore di guadagno del flusso ematico sia di 6 volte (da 5 a 30 litri

al minuto).

La FC aumenta fino a 100 perché diminuisce il tono parasimpatico, oltre i 100 battiti

interviene il tono simpatico con 2 effetti (effetto cronotropo positivo, effetto inotropo

positivo con aumento della contrattilità del miocardio): alla fine la FC aumenta al

massimo di circa 3 volte rispetto alla condizione di riposo.

La gittata sistolica (q) può aumentare di 2 volte da 75 a riposo a 150 ml, e questo per

due motivi: una certa quota rimane sempre nel sangue e nel momento in cui il cuore

accelera il ritmo e la contrattilità e pesca proprio da questa “riserva” e quindi per

aumentare la q si può aumentare la frazione di eiezione (più il sangue viene espulso e

più torna indietro, e più il tono simpatico aumenta l’espulsione di sangue, legge di

Frank-Starling), in più è possibile sfruttare il sangue con flusso lento (es: milza, …)

N.B.: frazione di eiezione = –

= il muscolo aumenta il lavoro per cui aumenta l’attività mitocondriale,

per cui sfruttando i cilindri di Krog aumento il reclutamento dei capillari e do la

possibilità alle cellule di sfruttare più ossigeno, quindi posso desaturare il sangue da 5

ml per ogni dl di sangue fino ad un valore di 15 ml per ogni dl di sangue; l’allenamento

aerobico promuove la capillarizzazione del muscolo, quindi la formazione di

neocapillari, e quindi il muscolo può trarre meglio ossigeno

Il miocardio non è molto “contento” di eseguire esercizi massimali, quindi per

aumentare l’apporto di ossigeno al miocardio bisogna aumentare la perfusione di

sangue: il 5% della gittata cardiaca va al cuore, sia in condizioni di riposo (5% dei 5

litri) sia per esercizi massimali (5% di 30 litri), quindi l’atleta ha bisogno di un circolo

coronario perfetto (riserva coronarica).

GETTATA CARDIACA

Come si comporta la gettata cardiaca in rapporto all’aumento dell’intensità di esercizio

(espressa in consumo di ossigeno al minuto, flusso)?

In questo grafico (tratto dal Cerretelli) sono rappresentate delle linee “iso” (millilitri di

ossigeno ceduti da un dl di sangue), che rappresentano l’effetto delle variazioni di

saturazione sanguigna di ossigeno (5-10-15 ml di ossigeno per dl di sangue, con

concentrazione di emoglobina pari a 15 g). La concentrazione di emoglobina è

modificabile nel meglio e nel peggio (patologie anemiche): un emoglobina molto

elevata significa anche una grande massa eritrocitaria, quindi un ematocrito elevato

con elevata viscosità del sangue (aumenta la resistenza del sistema circolatorio)

L’aumento della viscosità induce una scarsa distribuzione periferica; inoltre induce

anche trombosi locali. Quindi avere ematocrito alto, oltre certi valori, è più inutile che

altro. La comparsa e l’aumento di lattato, rappresentato come velocità di accumulo

(quantità di accumulo nel tempo).

FREQUENZA CARDIACA (FC)

In un grafico rappresentiamo in ascissa l’intensità di esercizio (espressa in consumo di

ossigeno al minuto, flusso) ed in ordinata la frequenza cardiaca (FC, pulsazioni al

minuto); se io lavoro con braccia avrò un aumento di FC maggiore rispetto ad esercizi

di marcia a parità di intensità, perché?

La gettata cardiaca in qualche modo è proporzionale al consumo di ossigeno, la FC è

una delle determinanti della gettata cardiaca: un lavoro con le braccia ostacola il

ritorno venoso attraverso la parete toracica (che non può espandersi liberamente

come nella marcia), quindi se io diminuisco il ritorno venoso diminuisce la gittata

sistolica e quindi per avere la stessa gettata cardiaca dovrò aumentare la FC. Però, la

FC diventa il fattore limitante in esercizi con le braccia ed in maniera assolutamente

minore negli esercizi con le gambe.

(principio di Fick)

Q = FC x q (polso di ossigeno)

 

La frequenza cardiaca è un parametro semplice da misurare, che ci fornisce però buoni

risultati. Supponiamo di eseguire un esercizio “a step” (a gradini), disegniamo un

grafico con in ascissa il consumo di ossigeno e con ordinata la potenza (W, watt) e la

FC; ogni gradino dura circa 4 minuti (nell’ultimo minuto posso misurare i valori di

ossigeno e la FC), e quindi potrò determinare una tabella con i gradini di W ed i valori

corrispondenti di consumo di ossigeno e FC… Ora ci chiederemo: come varia nel

tempo la FC?

In un grafico con ordinata consumo di ossigeno e FC ed ascissa il tempo, notiamo che

la FC ha una cinetica simile al consumo di ossigeno ma più rapidamente; adesso

disegno un ulteriore grafico, con ascissa il consumo di ossigeno ed ordinata la FC,

partendo dalla condizione di FC a riposo e consumo di ossigeno a riposo: esiste una

relazione lineare tra FC e consumo di ossigeno, che per un esercizio sottomassimale è

sicuramente vero ma si complica nel caso di esercizi sovramassimali.

N.B. = supponiamo di avere un atleta e di conoscerne mediante la solita formula

(FC=220-età) la sua FCmax, quindi definisco la pendenza e l’equazione della retta

FC/consumo di ossigeno ed ottengo la stima ragionevole del massimo consumo di

ossigeno; supponendo che il suo massimo consumo di ossigeno è di 4 litri al minuto,

quanti W ragionevolmente può produrre questo “genio”? Sapendo che 1 litro di

ossigeno al minuto corrisponde a 350W, se il suo massimo consumo di ossigeno è 4

litri di ossigeno, ma conoscendo che il rendimento statisticamente è del 25% sapremo

che a 350W meccanici il nostro signore ha il suo massimo consumo di ossigeno.

FISIOLOGIA RESPIRATORIA

le misurazioni della fisiologia vengono effettuate con spirometro a campana,

particolare tipo di spirometro sensibile alla velocità ed ai movimenti respiratori che

traccia un grafico dei volumi respiratori; se costituito da un'unica via respiratoria è

ormai obsoleto in quanto sarebbe un circuito chiuso e farebbe circolare la stessa aria,

quindi efficace a patto che la via respiratoria venga sdoppiata in due vie (espiratoria,

inspiratoria) con via espiratoria dotata di un sistema di valvole per intrappolare i

volumi di anidride carbonica. Tracciando un grafico che metta in relazione volumi e

tempo, notiamo i volumi:

VC (VOLUME CORRENTE)

 VOLUME DI INSPIRAZIONE MASSIMALE

 VOLUME DI ESPIRAZIONE MASSIMALE

Inoltre, esiste un’altra tipologia di spirometro a campana dotata di sistema a doppie

valvole (valvola inspiratoria, valvola espiratoria); disegnando un grafico dei volumi nel

tempo notiamo che in condizioni di riposo i volumi di inspirazione ed espirazione

diminuiscono progressivamente: inspiro azoto ed ossigeno ed espiro azoto ossigeno ed

anidride carbonica ma la valvola espiratoria, che trattiene l’anidride carbonica, e

quindi fa diminuire il volume di ossigeno nella successiva inspirazione, per cui lo

spirometro è un ottimo strumento per valutare la variazione di ossigeno nel tempo e

quindi il consumo effettivo di ossigeno. Il fattore limitante di questo sistema è

l’anidride carbonica, in quanto aumenta la pressione e quindi di conseguenza deve

aumentare la ventilazione polmonare.

I volumi che noi conosciamo, deducibili a partire dal grafico volume-tempo, sono:

a) Volume corrente (VC)

b) Volume residuo (VR) = volume inaccessibile in quanto l’aria rimane

intrappolata nei polmoni

c) Capacità funzionale residua = somma di volume di riserva inspiratoria e

volume residuo

d) Capacità inspiratoria

e) Capacità vitale = aria mobilizzabile nel corso di un ciclo respiratorio

massimale (inspirazione massimale seguita da una espirazione massimale), può

essere anche forzata (capacità vitale forzata)

f) Volume di riserva inspiratoria

g) Volume di riserva espiratoria

Il volume corrente, a riposo di circa 0,5 litri, si espande “a tromba” (vedi grafico) fino

a circa il 65% della capacità vitale (CV), andando a “rubare” gas dai volumi di riserva

espiratoria ed inspiratoria; questo fattore influisce ai fini dell’esercizio.

Il volume corrente (VC), aumentando progressivamente, produce aumento di lavoro

respiratorio, molto complesso perché deve mobilizzare un gas con le sue

caratteristiche intrinseche, producendo un flusso che va incontro a specifiche

resistenze:

- Resistenze derivanti dall’elasticità e dalla viscosità dei tessuti

- Resistenze derivanti dalle caratteristiche dei gas

In condizioni di riposo il lavoro respiratorio è quasi trascurabile ai fini energetici, in

condizioni massimali di esercizio il lavoro consuma circa il 10% dell’ossigeno totale.

È possibile aumentare l’efficienza del lavoro respiratorio, e quindi del sistema

toraco-pomonare?

La ventilazione a riposo è pari a 7,5 litri al minuto; il guadagno in termini di volume

veramente rilevante sta nell’aumento di volume di ossigeno che termina negli alveoli,

piuttosto che l’aumento della frequenza respiratoria, mantenendo sempre costante il

volume nello spazio morto.

Nel caso di un lavoro massimale, è possibile guadagnare ben di 4 volte sulla frequenza

respiratoria e ben 6 volte sul volume corrente, arrivando a ben 180 litri al minuto.

In condizioni di riposo, la produzione di anidride carbonica è dettata dalla suddetta

condizione, perciò aumentando la ventilazione alveolare la pressione parziale di

anidride carbonica diminuisce; in condizioni massimali la produzione di anidride

carbonica aumenta perciò aumenta anche la pressione parziale.

Osservando le variazioni di volume nel corso dell’età, si nota che diminuiscono la

capacità polmonare totale e la capacità vitale, ma aumenta il volume corrente: infatti,

nel corso dell’età gli alveoli tendono a deformarsi perdendo la loro elasticità, quindi

intrappolano maggiori quantità di aria.

VOLUMI POLMONARI DINAMICI

I volumi polmonari dinamici o flussi sono buoni indicatori della bontà del nostro

sistema toraco-polmonare: dopo una inspirazione massimale tenuta per qualche

secondo per registrare i dati, viene effettuata una espirazione massimale, che descrive

una traccia gradualmente decrescente. Da questi grafici possiamo evidenziare:

a) Volume massimale espirato nel 1° secondo (FEV1 o VEMS)

b) Indice di Tiffeneaux

%

Se questo indice è basso, significa che il polmone si svuota più lentamente e quindi il

grafico denota una pendenza lieve e quindi le resistenze sono aumentate; questo può

essere indice di patologie:

- Bronchite cronica

- Affezioni respiratorie

- Asma

L’asmatico necessita di farmaci bronco-dilatatori per sviluppare al meglio la sua abilità

respiratoria; questi farmaci vengono utilizzati anche dagli atleti per migliorare le loro

prestazioni.

ACIDO LATTICO

Negli esercizi sottomassimali, nei quali si ha una produzione solamente di lattato

precoce, non si ha ripagamento del suddetto lattato in quanto si tratta proprio di

lattato precoce.

Analizzando l’esercizio massimale, invece, notiamo che la curva dell’ossigeno è

formata da 3 componenti:

a) Componente cardiodinamica dei transienti

b) Curva monoesponenziale

c) Stato stazionario

La 3° curva esponenziale (stato stazionario) si comporta in modi diversi a seconda

dell’intensità dell’esercizio:

Se l’esercizio è blando, la curva dello stato stazionario diventa una retta

 Se l’esercizio ha una certa intensità, la curva diventa esponenziale

Nell’ultimo caso, il consumo di ossigeno segue il grafico della potenza meccanica fino

ad un certo punto, nel quale inizia la produzione di lattato. Il lattato, per favorire la

sintesi di fosfocreatina (che a sua volta cederà il gruppo fosfato all’ADP per produrre

ATP, e quindi energia) dalla creatina, si scinde in ioni idrogeno (provocando acidosi) e

ioni lattato. Ricordiamo che il lattato è prodotto a partire dal piruvato in eccesso.

ESERCIZI SOVRAMASSIMALI

Il dibattito sulle funzioni del lattato è un dibattito di scuole di pensiero:

- Il lattato che si misura nel sangue non è un buon indicatore attendibile della

funzione muscolare (scuola scandinava)

- Il lattato è un substrato a disposizione e quindi quello noi usiamo (scuola

milanese o di Margaria)

Il nostro organismo è un sistema compartimentato con membrane, quindi il lattato nel

sangue può essere un buon riassunto del lavoro muscolare, e quindi l’inizio di una

trattazione sul lattato muscolare.

In buona norma, il lattato basale di un soggetto sedentario in condizioni di riposo ha

una concentrazione massimale di 1 mM/L, mentre in condizioni di esercizio massimale

può raggiungere anche una concentrazione di 19-20 mM/L; questa concentrazione può

essere indice della capacità lattacida, in quanto è trasformabile in equivalenti di

ossigeno.

Rivisitando la cinetica di un esercizio sovramassimale, ed in particolare la fase OFF,

notiamo:

a) Una linea tratteggiata parallela all’asse del tempo consumo di ossigeno a

riposo, cessazione degli effetti dell’esercizio

b) Una curva molto “rapida” ripagamento del debito alattacido (fosfocreatina, t

½ di 30 secondi circa)

c) Una linea tratteggiata ripagamento del debito lattacido (t ½ di 15-18 minuti)

d) Una linea continua aumento generale della temperatura provoca aumento

del metabolismo, non dovuto a contrazione

Perché lo smaltimento dell’acido lattico comporta un aumento di ossigeno? Perché

l’anione lattato (La-) ottenuto dalla scissione del lattato viene utilizzato per comporre

glicogeno in due vie:

1) Viene trasformato in acido glucidico che va poi alla gluconeogenesi (che

necessita di ossigeno)

2) Viene mandato ai mitocondri ed ossidato in anidride carbonica ed acqua

Vogliamo ora ricavare l’equivalente energetico, in termini di volumi di ossigeno, del

lattato accumulato:

Definiamo le unità di misura

VARIABIL ATP C La b

E

UNITA’ DI

MISURA

Normalizziamo il tutto dividendo per “C”

Otteniamo sempre la reazione in ambito muscolare, ma… Margaria ha notato che,

immediatamente dopo la fine dell’esercizio e quindi nella fase OFF, il picco di lattato

ematico non viene raggiunto subito, ma dopo circa 5 minuti, e quindi decade. Quindi

ha deciso di sostituire b con b’ (coefficiente di lattato ematico), e l ha moltiplicato per

la concentrazione di lattato ematico.

L’ultimo prodotto è definito come la velocità di accumulo del lattato. Il rapporto tra ATP

e coefficiente C viene trasformato in E (potenza metabolica), e quindi otteniamo:

Se normalizziamo tutto per il massimo consumo di ossigeno abbiamo:

Il primo rapporto, qualora sia compreso tra 0 e 3, definisce un intensità di lavoro

sovramassimale; le parti algebriche dopo l’unità non sono altro che il contributo

lattacido all’esercizio sovramassimale.

Y = a + dx

Elidendo il massimo consumo di ossigeno ottengo gli equivalenti di ossigeno dell’acido

lattico, quindi il suo contributo nell’esercizio.

L’importanza del numero 3, numero storico della scuola Di Pramperiana di Gemona

Per esempio, nel caso di un valore di lattato netto di 10 mM di un soggetto di 70 kg,

abbiamo:

(10 mM La + 1 mM La) x 70 kg x 3 = 2100 ml di ossigeno

ESERCIZIO

Un atleta ha i seguenti parametri:

a) Consumo di ossigeno = 4,2 L/min = 70 ml di ossigeno al secondo

b) Massa corporea = 75 kg

c) Esercizio ad esaurimento sovramassimale con corsa per 1 km e durata di 150 s

d) Picco di lattato ematico = 15 mM La, 14 mM se non consideriamo il lattato

basale

Calcoliamo la potenza metabolica totale

IONI IDROGENO E pH

L’organismo tende a mantenere il suo pH fisiologico, misurato per esempio nel sangue

a 7,4 (nelle urine è pari a 4,4 quindi la concentrazione di ioni idrogeno è mille volte

maggiore).

Nel plasma la concentrazione varia da 7,4 a 7,1 per cui la concentrazione dell’acido

può raddoppiare (log 2=0,3).

Davenport ha definito la relazione tra pressione parziale di anidride carbonica (40 mm

Hg e concentrazione di ione bicarbonato (24 mEq), quindi il pK uguale a 6,13; quindi

ha definito la relazione, con pressione parziale di anidride carbonica costante a 40 mm

Hg, tra concentrazione di ione bicarbonato e pH ed ha scoperto in pratica che

l’organismo dispone di diversi tamponi, orchestrati dal principio isoidrico che tende

a far mantenere il pH di 7,4:

- Acido carbonico

- Proteine (acidi deboli)

- Fosfati

Supponendo quindi di fare un esercizio massimale, che quindi comporti la produzione

di acido lattico che viene riversato nel plasma e quindi determina l’abbassamento del

pH, la pressione parziale dell’anidride carbonica rimane pressochè costante, ci

troveremo in sitazioni di acidosi

a) pH acidosici < 7,4

b) pH alcalosici > 7,4

siccome il tampone di ioni bicarbonato non basta a fermare l’acidosi ematica, bisogna

far variare un parametro respiratorio: la ventilazione alveolare. Attraverso questo

metodo si diminuisce la pressione parziale alveolare di anidride carbonica.

In condizioni di riposo o in condizioni ambientali di alta quota, l’organismo utilizza

l’iperventilazione per eliminare più anidride carbonica di quella prodotta (alcalosi

respiratoria), per cui per ristabilire il pH il mio organismo deve eliminare alcune

sostanze alcaline attraverso le urine.

SOGLIA ANAEROBICA

Fino al 70% del massimo consumo di ossigeno grosso modo possiamo assistere ad un

aumento del lattato fino ai 4 minuti di recupero seguito da uno stato stazionario;

salendo di intensità il lattato anche dopo il 4° minuto aumenta. Il 75% del massimo

consumo di ossigeno costituisce una frontiera tra atleti e non atleti.

Tutti dicono che le 4 mM di concentrazione di lattato nel sangue costituiscono la

cosidetta “soglia anaerobica”: il signor Mader ha notato che nella maggior parte delle

persone una volta raggiunto il valore di 4 mM di La aumentando l’intensità aumenta il

lattato “di botto”. Questa sua arbitrarietà di valore è stata dettata dalla statistica.

Un acidosi metabolica è correggibile attraverso un meccanismo di tipo respiratorio,

ossia aumentando la respirazione: se noi prendiamo l’intensità di lavoro e ci andiamo

a misurare la ventilazione polmonare, notiamo una relazione abbastanza lineare

(proporzionalità) ma non sempre con la stessa pendenza perché esiste un punto dal

quale questa relazione diventa più ripida in quanto c è la necessità di smaltire ulteriore

anidride carbonica prodotta nel sangue dal tamponamento del lattato quindi

necessitiamo di aumentare la ventilazione. Quindi bisogna trovare un valore (o un

range) di intensità che determina il cambiamento di pendenza delle curve della

ventilazione in relazione all’intensità, che sarà definito come “soglia ventilatoria” e si

può ritenere che coincida con la “soglia anaerobica”.

TEST DI CONCONI

Il test di Conconi è un test molto semplice e comodo che consente di individuare “a

occhio” la S.A. Il soggetto deve correre in pista ad intensità incrementali, quindi

vengono determinate la f.c. (frequenza cardiaca in bpm) e la v (velocità in km/h) e si

trova sempre il punto che determina il cambiamento di pendenza della linea. La f.c. è

un parametro importante che ci induce diverse considerazioni a fronte di un potere

economico decisamente accessibile, con una semplice misurazione di frequenza

cardiaca posso cogliere lo stato di allenamento ed il funzionamento dei grandi organi.

CONSIDERAZIONI “DI PRAMPERO-ANTONUTTESCHE”

1) Un aumento di concentrazione superiore a quello di riposo (1 mM) è

conseguenza di un aumentata produzione di lattato, se questo valore rimane

costante vuol dire che produzione ed eliminazione hanno una stessa identità

2) Il lattato non viene rimosso come tale, bensì viene eliminato per ossidazione,

trasformazione in piruvato e/o risintesi di glicogeno

3) Nel corso di esercizio prolungato, la risintesi di lattato a glicogeno è pressochè

minima

4) La rimozione del lattato quindi è interamente dovuta alla sua ossidazione a

livello cardiaco, renale, cerebrale, ma soprattutto a livello dei muscoli scheletrici

(ma le fibre muscolari non sono tutte uguali, esistono diversità tra le fibre nel

consumo di ossigeno, quindi un soggetto che produce lattato ad intensità basse

è un soggetto con sistema ossidativo carente)

5) In esercizi prolungati, la concentrazione di lattato nel sangue è proporzionale

alla quantità di lattato presente nell’organismo

Una situazione in cui, per unità di tempo, tanto lattato prodotto quanto è eliminato,

l’organismo è in uno stato interamente aerobico in cui quindi il consumo di ossigeno è

una misura quantitativa del dispendio energetico totale. Piuttosto di “soglia

anaerobica” è meglio parlare di “OBLA” (punto in cui inizia l’accumulo di

lattato).

ESERCIZIO SOVRAMASSIMALE

Come si può calcolare la potenza meccanica che il soggetto può esprimere dai suoi

arti inferiori pedalando sul cicloergometro, sapendo il picco di lattato, il consumo di

ossigeno allo stato stazionario e quello massimo?

Massa = 70 kg 6’ di esercizio = 4,5 L/min = 4 mL/kg x min

[La]s = 21 mM

∆ [La]s = 21-1 = 20 (siccome non è indicato, lo deriviamo dalle nostre conoscenze)

4 mL/kg x min = 0,28 L/min (abbiamo normalizzato il consumo di ossigeno a riposo)

= 4,5-0,28 = 4,22 L/min (consumo di ossigeno netto, togliendo dal massimo

quello a riposo)

20 mM x 70 kg x 3 = 4,2 L (contributo energetico nell’esercizio sovramassimale dato

dal metabolismo lattacido) (contributo del

 

metabolismo alattacido)

4,22 x 6 = 25,3 L di ossigeno (metabolismo aerobico)

25,3 (metabolismo aerobico) + 4,2 (metabolismo lattacido, La) + 2,8 (metabolismo

alattacido, PCr) = 32,32 L

32,32 L/6 min = 5,32 L/min

Intensità = = 1,27 127 % max

SUBSTRATI DELL’ESERCIZIO

I substrati, più che l’intensità, determinano la durata dei metabolismi energetici

dell’uomo. La capacità massima (tabella 4.4) determina le massime potenzialità dei

metabolismi:

FONTI ENERGETICHE CAPACITA’ MASSIMA (

)

FONTI ANAEROBICHE 0,85

ALATTACIDE 0,75

0,75

FONTI ANAEROBICHE 1,00

LATTACIDE

FONTI OSSIDATIVE (lipidi,

glucidi, proteine) 4000

8000

Normalmente, a riposo, l’utilizzo di aminoacidi come fonte energetica è pari al 4%, e

nel corso dell’esercizio sottomassimale scende; nell’esercizio massimale può arrivare

anche al 10%. Su questa teoria è stata costruita la filosofia degli integratori,

contenenti aminoacidi, che permettono di sfruttare aminoacidi conseguenti alla dieta

al posto di quelli endogeni.

I glucidi sono limitati nell’organismo: grosso modo sono presenti 14 grammi per chilo

nel muscolo fresco (400 grammi di glicogeno in tutto l’organismo), 150 grammi sono

presenti nel fegato, 5 grammi sono presenti nel torrente sanguigno. Se io faccio un

esercizio muscolare con dei gruppi muscolari ben definiti, utilizzerò il glicogeno

presente in quei gruppi muscolari e non in altri; l’unico organo che può cedere

glicogeno è il fegato, in base alle esigenze fisiologiche. Il fegato può anche cedere tutti

i suoi grammi di glicogeno, ma impiega 1 giornata per ristabilire 80 grammi di

glicogeno. I 5 grammi del sangue (glicemia) sono più che altro un indicatore (come il

livello della benzina) piuttosto che una fonte, in quanto intervengono anche le

esigenze cerebrali.

Di grassi, al contrario dei glucidi, ce n è anche troppi, e sono pure mobilizzabili.

In una rappresentazione semplice vengono raffigurati i grassi (lipidi) e gli zuccheri

(glucidi) in rapporto all’intensità di esercizio (espressa in percentuale del consumo di

ossigeno). Ricordiamo che grosso modo consumiamo 1 W/kg a riposo, ossia 4 ml di

ossigeno pro chilo al minuto; questi W se ne vanno quasi tutti in calore. La misura del

QR (quoziente respiratorio) è un parametro semplice per valutare apporto glucidico e

lipidico ad una determinata intensità:

- Per esercizi inferiori al 50% del max consumo di ossigeno la fornitura si basa sui

lipidi (per far dimagrire una persona bisogna farle fare un esercizio a bassa

intensità per lunga durata)

- Quando l’esercizio comincia ad essere oltre il 60%, esiste una proporzionalità

lineare tra intensità di esercizio e consumo glucidico, quest’ultimo diventa

imponente perché oltre all’aspetto ossidativo inizia l’aspetto anaerobico

- Se io faccio un esercizio massimale, la velocità di consumo glicosidico è di 3,5

mM di unità glicosidiche al minuto pro chilo corporeo, se io supero il massimale

posso arrivare a 35 mM di unità glicosidiche al minuto (fittizio in quanto uno

sprint dura meno di un minuto, ma va bene per rapportare le due variabili) pro

chilo

In un grafico, rappresentante un esercizio al cicloergometro con potenza pari a 80%

del massimo consumo di ossigeno, sono presenti in ordinata il glicogeno muscolare

(mM di unità glicosidiche per kg di muscolo fresco) ed in ascissa la durata

dell’esercizio (minuti): tra queste due grandezze, è ovvio, c è un rapporto di

proporzionalità inversa, partendo da 85 mM pro chilo al minuto 0 ed arrivando al

minuto 70 a 3 mM pro chilo di unità glicosidiche. Potrei costruire una serie di relazioni

variando l’intensità dell’esercizio.

Una relazione uguale, però con il 75% del max consumo di ossigeno, definisce anche

l’apporto della dieta con:

- una dieta ipoglucidica prima dell’esercizio

- una dieta normoglucidica subito dopo l’esercizio

- una dieta iperglucidica seguente

se io fornisco una dieta ipoglucidica prima, diminuisco la durata della metà

dell’esercizio; se io fornissi una dieta iperglucidica, l’esercizio dura il doppio ma la

concentrazione postesercizio glucidica è il doppio. Queste teorie sono la base delle

“diete dissociate”, che sfruttano il cosiddetto “effetto rimbalzo”: somministrando una

dieta ipoglucidica (svuotando il magazzino) e quindi una dieta iperglucidica

(immettendo nuove risorse glucidiche) si potenzia la capacità glicolitica. Questa dieta

è stata alla base della scuola nordica, che però evidenzia un deficit: gli atleti avevano

un sovrappeso funzionale, con grandi magazzini di glicogeno negli arti ma anche, a

causa dell’osmolarità del glicogeno, grandi concentrazioni nelle stesse zone di acqua.

La riserva glicosidica è il limite locale della potenzialità locale (esaurimento); in un

grafico vengono messi in relazione durata di un esercizio (minuti) in funzione della

percentuale del massimo consumo di ossigeno, partendo da un valore di quest’ultimo

di 65% ed arrivando al 85%, e rilevando per determinati valori il QR: esiste una

relazione lineare molto precisa tra intensità e consumo. L’equazione che descrive

questa relazione è:

Una maratona dura circa 2 ore e 20 minuti, con intensità pari a circa il 80-85% del

massimo consumo di ossigeno. [[ CVD ]]

CALCOLO DEI CONTRIBUTI GLUCIDICI E LIPIDICI

Q.R. = =

Il termine “volume di anidride carbonica” viene scomposto nelle sue componenti

lipidiche e glucidiche:

a) Fl = frazione lipidica

b) Fg = frazione glucidica

Flip + Fgluc = 1

Adesso dobbiamo ricavare il parametro C, che mette in rapporto le moli di ATP

ricostituite conoscendo anche il substrato

C gluc = 6,2 C lip = 5,6

Se il C è misto, sarà: C = 6,2 x Fg + 5,6 x Fl

Quindi:

che alla fine abbiamo:

Il nostro motore, il motore del nostro organismo, è quasi un “diesel”: preferisce i grassi

ai glucidi (stiamo parlando di esercizi non sopra il massimale).

ESERCIZIO SIMILE ALL’ESAME

Un soggetto emette 27 litri di anidride carbonica e consuma 30 litri di ossigeno

Ora dobbiamo andare a vedere in termini di grammi quanti lipidi e glucidi ha

consumato per effettuare questo lavoro, conoscendo le seguenti eguaglianze

Dividendo questi valori per l’energia di lipidi e glucidi otteniamo:

g (glucidi) = 417,6 / 17,2 = 24,2 g g (lipidi) = 200,61 /

38,9 = 5,16 g

adesso abbiamo capito che un litro di ossigeno consumato è pari a 21 kJ quando il QR

è pari a 0,96 in quanto variando il QR cambieranno i valori energetici del litro di

ossigeno.

esperimento

Jvaskyla è tipo “La Mecca”, “Gerusalemme”, “caput mundi” dell’esercizio. In uno

studio sui 100 metri hanno rilevato su 7 soggetti caratteristiche antropometriche (età,

altezza, peso, percentuale di grassi, percentuale di fibre veloci) e quindi rilevazioni di

fosfocreatina, acido lattico, ecc ecc … Lo studio “leader” sulla cinetica muscolare è

stato effettuato in Finlandia in quanto è un paese che permette l’esecuzione di biopsie

muscolari, indicatori più specifici del lattato muscolare in quanto i prelievi venosi

rilevano un lattato “trattato” sin dalla sua uscita dal muscolo. In un giorno venivano

effettuati 4 biopsie muscolari, 2 (prima e dopo la prestazione) per ogni tratto di corsa

con pausa di 2 ore. In 4 giorni diversi veniva effettuata la biopsia su 4 distanze diverse

(40-60-80-100 metri) e vengono rilevati parametri di velocità, lattato muscolare e

sanguigno, pH muscolare, PCr (fosfocreatina) ed ATP muscolari; la biopsia consiste

nell’estrarre una parte piccolissima di muscolo per estrarne le caratteristiche mediante

le conoscenze dell’istologia. L’istologo divide la parte di muscolo in “fettine” e

congelato, quindi viene effettuato un processo di colorazione istochimica, per porre in

evidenza per esempio l’enzima lattico-deidrogenasi LDH. Grazie alla morfometria si

può prendere il campioncino di muscolo e si può affermare grazie alla statistica delle

considerazioni su tutto il muscolo, sulle sue fibre veloci e dividerle in veloci

mitocondriali e non (rilevando con colorazione l’enzima succinico-deidrogenasi SDH).

In conclusioni, questi soggetti non hanno una percentuale di fibre veloci

drammaticamente distanti dalla media totale. La dinamica della velocità nel corso del

tempo è corretta; il pH va da 7,20 a 7,40; il lattato viaggia da 3 a 17 mM circa; l’ATP

rimane sostanzialmente costante, giustamente; già durante il warm-up

(riscaldamento) si dimezzano le concentrazioni di fosfocreatina.

a) 40 metri valori medi di lattato muscolare ed ematico sono sostanzialmente

i

vicini, le deviazioni standard sono simili

b) 60 metri i valori sono ancora simili ma prevale leggermente il lattato ematico,

le deviazioni standard sono simili

c) 80 metri 

d) 100 metri prevale il lattato ematico

Effettivamente il lattato rilevato nel sangue è un buon indice del lattato muscolare, ma

di quello di un muscolo che ha lavorato significativamente.

Un altro grafico, ottenuto dividendo i 7 soggetti in 2 gruppi (3 più bravi, 4 meno bravi),

evidenzia le capacità di utilizzare fosfati altamente energetici, maggiori nel gruppo di

3 soggetti

MISURAZIONE DEL MASSIMO CONSUMO DI OSSIGENO DEL CICLISMO

(CICLOERGOMETRO)

PREMESSE

1) Esiste una relazione lineare tra potenza aerobica e potenza meccanica (

)

2) Esiste una relazione lineare tra potenza aerobica e frequenza cardiaca (

)

Questa è una misura, non una stima: la stima consiste nel fermarsi prima ed

indirettamente determinare il massimale.

MATERIALI E METODI

- Volontario (conoscenza del sesso, età, statura, massa corporea MC)

- Protocollo sperimentale

a) Strumenti (cicloergometro a frenatura elettromagnetica, metabolimetro,

cardiofrequenzimetro)

b) Procedura operativa

Il cicloergometro ha un fine controllo elettro-magnetico che determina la frenatura

sulla potenza o sulla frequenza di pedalata. A partire da un carico iniziale di 140W, il

ciclista è sottoposto a 20W aggiuntivi al minuto. Con il cicloergometro si misura la

parte meccanica (potenza meccanica) con 8 sensori (streengage) con una parte

elettrica ancorata ad una parte metallica: la frazione di potenziale, ben trattata,

determina la potenza meccanica.

Nel caso del ciclismo:

W (potenza meccanica) =

La potenza calcolata è una potenza meccanica media. Quello che viene effettivamente

calcolato il momento torcente e la velocità angolare che, moltiplicate, fanno derivare

la potenza meccanica.

Un computer imposta la frenata quindi determina il carico, e determina (curva verde)

la potenza meccanica erogata dal soggetto. Se non ho un unico strumento che mi

registra, devo creare un momento per allineare i segnali delle curve meccaniche e

metaboliche: per poter confrontare le curve devo far partire i due strumenti nello

stesso tempo.

Il freno, basato su induzione magnetica, non è l’unico modo: esistono cicloergometri a

freno meccanico. Un limite del sistema elettromagnetico è che cambiano la

temperatura, e quindi cambiano anche le caratteristiche elettromagnetiche del

sistema. Un modo furbo è effettuare la taratura biologica dello strumento, dando un

rendimento scontato (es: 25%), impostando a partire dal consumo di ossigeno la

potenza meccanica. Si potrebbero trovare anche cicloergometri a frenatura

aerodinamica, con delle palette che ruotando a velocità sempre incrementata

provocano resistenza ( ).

Il metabolimetro è in grado di misurare per ogni atto respiratorio tutti i gas, fornendo

in percentuale anidride carbonica ed ossigeno, misurare il volume corrente, la

frequenza respiratoria, il QR (quoziente respiratorio). Il metabolimetro misura sia il

volume inspiratorio, sia quello espiratorio; la velocità della ventola del metabolimetro

permette di misurare queste variabili. Il boccaglio è collegato a 2 fili, uno nero che

misura la velocità, uno trasparente che carpisce un campione del respiro. L’umidità

viene eliminata per avere le misure in condizioni STPD standard (0°C di temperatura,

760 mm Hg di pressione, aria secca).

FISIOLOGIA MUSCOLARE

Sull’eterogeneità funzionale dell’apparato muscolare gli allenatori possono strutturare

il loro allenamento.

La curva tensione-lunghezza del sarcomero; il mezzo possiede una certa viscosità, con

associate le componenti elastiche (in serie, in parallelo): questo è il modello di Hill. In

base a questo modello è possibile descrivere due curve:

a) TENSIONE/LUNGHEZZA se io ho un insieme di sarcomeri e applico un

sistema per farlo contrarre e vado a misurare la tensione alle estremità, a

lunghezze diverse ottendo diverse tensioni: la lunghezza ideale del sarcomero è

di 2 micron; se io produco una contrazione isometrica, al di là della lunghezza

ideale diminuisce la tensione che i sarcomeri possono sviluppare, e lo stesso

vale per lunghezze minori di quella ideale (la tensione al 100% si sviluppa con

lunghezza di 2 micron)

Adesso spieghiamo il perché di questo fenomeno: esiste una combinazione ottimale

tra teste della miosina ed area di legame della testa di miosina, per formare il ponte

acto-miosinico che determina contrazione eccellente; nel caso in cui io stiro il

sarcomero, “scopro” alcune teste della miosina che non incontrano aree di sito di

actina. Nel caso in cui io accorcio il sarcomero, si crea un fenomeno di interferenza

meccanica: i siti di actina si trovano troppo vicini, per cui le teste di miosina non

riescono a trovare i loro siti di legame.

Questo è possibile notarlo “in vivo”: considerando il muscolo come elastico “morto” e

tenendo come lunghezza base la lunghezza di riposo, notiamo la deformazione

elastica del muscolo producendo tensioni progressive. Sullo stesso muscolo,

imponendogli delle lunghezze, lo si stimola e si va ad ottenere una curva di tensione a

lunghezze differenti. Guarda caso, la massima tensione si sviluppa quando il muscolo

è a lunghezza di riposo. La somma della tensione attiva e della tensione passiva

(elastica) da luogo ad una curva polinomiale che descrive le funzionalità del muscolo

in toto.

COSA NE POSSO RICAVARE? La tensione massima che può sviluppare un muscolo è di

circa 300 , l’area che descrive una contrazione è il lavoro totale del muscolo o

sul muscolo; il lavoro è il prodotto della forza per la lunghezza del muscolo, la

diminuzione di lunghezza del muscolo è la vera contrazione isotonica (con tensione

costante). Il lavoro totale è suddivisibile in parte contrattile (descrivibile con un

trapezoide) e parte elastica (descrivibile con un triangoloide). Qui sono descritte due

contrazioni: contrazione con prestiramento e senza prestiramento; per evitare le parti

elastiche e quindi considerare solo le parti contrattili dovrei partire dalla lunghezza di

base (lunghezza di riposo).

Il modello “fibra isolata” ci ha spiegato il perché di un fenomeno empirico, il modello di

Hill ha costruito la macchinetta elementare che ci può spiegare il muscolo in toto

(muscolo con tendini, …), che possiede una capacità di essere stirato, di contrazione,

di elasticità

b) FORZA/VELOCITA’ Hill non lavora più con un muscolo in condizioni

isometriche, ma lavora sul muscolo appeso ad un capo; questo discorso nasce

da una condizione empirica, perché per esempio il braccio senza carico lavora a

velocità notevoli mentre aumentando il carico si diminuisce la velocità. Quindi il

grafico derivante dice che forza e velocità sono inversamente proporzionale, ma

non descrivibile da un iperbole (non esistono velocità e forza infinite) ma da un

ramo di iperbole con traslazione di assi

(v + b) x (F + a) = A la costante A è il prodotto della forza più una costante per la

velocità più un'altra costante, considerando soprattutto i limiti (forza 0 e forza

massimale).

Il rapporto tra la forza massima isometrica e la costante a è di circa 4, il rapporto tra

costante b e la velocità massima è di circa 4. La costante b è di circa 1/3 della

lunghezza a riposo al secondo, la velocità massima intrinseca del muscolo è di circa

1,3 Lo/s (deriva dalla velocità con la quale le teste di miosina sono in grado di

idrolizzare l’ATP): la velocità di contrazione è proporzionale alla velocità di idrolisi

dell’ATP prodotta dalle teste di miosina, quindi diverse forme di miosina causano

diverse velocità di accorciamento del muscolo

Queste curve possono essere determinate partendo dalla miofibrilla o considerando il

muscolo in toto.

Se io prendo diverse fibre muscolari (I, IIa, IIx) e costruisco diverse curve come

velocità di accorciamento/forza. Per l’allenamento di forza è conveniente lavorare in

modalità eccentrica, però “cum grano salis” perché il muscolo non ama questa

modalità; il massimo di potenza corrisponde al prodotto di un valore di forza pari ad

1/3 della massima forza isometrica ed 1/3 della massima velocità, quindi è circa 1/10

del prodotto della massima forza e della massima velocità. Anche le potenze sono

diverse in relazione alla tipologia di fibra (I, IIa, IIx): in un grafico con velocità di

accorciamento e potenza applicata. Considerando che il muscolo in toto è una specie

di “miscela” di fibre, per cui la sua curva potenza-velocità non sarà mai decisamente

precisa.

Se guardo sempre il fenotipo miosinico della mia fibra muscolare, posso anche

misurare in relazione alla tipologia di fibra l’attività ATPasica. Il concetto di grosso in

fisiologia non è molto puro, è meglio il concetto di superficie di sezione trasversa; il

rapporto di forza/superficie di sezione trasversa è differente nelle tipologie di fibre: le

fibre I sono abbastanza scadenti, le fibre IIa e IIx non sono molto distanti come valori.


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Neno88

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DETTAGLI
Corso di laurea: Corso di laurea in scienze motorie e Sportive
SSD:
A.A.: 2014-2015

I contenuti di questa pagina costituiscono rielaborazioni personali del Publisher Neno88 di informazioni apprese con la frequenza delle lezioni di Fisiologia dello sport e studio autonomo di eventuali libri di riferimento in preparazione dell'esame finale o della tesi. Non devono intendersi come materiale ufficiale dell'università Foro Italico - Iusm o del prof Scienze Storiche Prof.

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