Fisiologia dell'apparato respiratorio

CONSUMO DI OSSIGENO IN UN SOGGETTO CON MIOPATIA MITOCONDRIALE

I due grafici presentano l’andamento del consumo di ossigeno in funzione della GC e della differenza

artero-venosa durante esercizio per un gruppo di persone affette da miopatia mitocondriale, che quindi

non riescono ad estrarre l’ossigeno.

Nel primo grafico si può notar come, a differenza della persona sana che compie esercizio sul livello del

mare con grandi gruppi muscolari, nel miopatico non c’è correlazione tra gittata e consumo di O2. Nel

grafico c’è una retta ma non statisticamente significativa, ovvero non c’è correlazione tra le due variabili

2 molto basso, 0,08), quindi c’è bassa probabilità che la retta sia rappresentativa di uno di questi

(infatti l’r

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Sistema Respiratorio

punti. Infatti il miopatico, anche se manda tantissimo ossigeno mediante il sangue al muscolo, non riesce ad

estrarlo.

Nel secondo grafico si nota invece come c’è una

correlazione tra consumo di O2 e capacità di

estrazione dello stesso, con differenze all’interno

dei miopatici tra persone che riescono tuttavia a

estrarne abbastanza e altre incapaci di farlo. Infatti

c’è una grande eterogeneità tra le miopatie

(maggiore o minore mutazione enzimatica). Nella

persona sana questa correlazione non si avvera: la

capacità di estrazione influenza la gittata cardiaca

solo per un 20%.

TEST CARDIOPOLMONARE

Un buon metodo per valutare l’efficienza del sistema trasporto-utilizzo dell’ossigeno è quello di sottoporre

il soggetto a un carico di lavoro esterno, infatti questo comporta un aumento della richiesta energetica e

quindi impone anche un maggior carico funzionale sui meccanismi coinvolti nel sistema trasporto-utilizzo

dell’ossigeno.

Il carico di lavoro viene imposto facendo pedalare il soggetto su un ciclo-ergometro o correre su un tappeto

rotante. Noi prenderemo in considerazione il test effettuato sul cicloergometro.

PROTOCOLLO DI ESERCIZIO AL CICLOERGOMETRO

Il tipo di esercizio che si può fare per valutare i parametri in modo non invasivo è:

- Piccolo riscaldamento con pedalata libera,

- Esercizio a carico costante a bassa intensità per circa 6 minuti, che servirà a valutare le

caratteristiche dell’innesco della via ossidativa.

- Aumento graduale del carico fino a 8-12 minuti, fino a esaurimento, finché il paziente non ce la fa

più.

VARIABILI INDAGATE

- VO E (ventilazione polmonare, data da fR + V ), VO O , VO CO (mediante metabolimetro, respiro per

T 2 2

respiro) Nel metabolimetro vi è sia un misuratore di flusso (turbina), sia un tubicino che permette

di campionare i gas respiro per respiro.

- SaO (ossimetria pulsata al lobo orecchio)

2

- HR (elettrocardiografia)

- ∆[deoxy(Hb+Mb)], indice di ossigenazione del muscolo vasto laterale (spettroscopia nel quasi

infrarosso, NIRS, near infra red spectroscopy). È una sonda che si pone sul muscolo da indagare,

che emette una luce, nella lunghezza d’onda di qualche infrarosso, che penetra attraverso il tessuto

(non c’è nessun rischio di danno) ed esce assorbita dal tessuto, che ci permette di vedere come il

muscolo estrae l’O2 durante l’esercizio. La NIRS è non invasiva e permette di valutare come il

muscolo usa l’ossigeno in continuo, quindi durante tutto l’esercizio, per capire se il muscolo è

efficiente. L’emogas invece è invasiva. 31

Come medici è importante saper quantificare, a partire dai parametri bisogna saper capire, per esempio un

uomo di 37 anni che pesa 50 kg e ha da 70 battiti a 155, è sano, sedentario, senza grandi capacità di sforzo.

Vediamo gli altri parametri:

1. RQ: Quoziente respiratorio, dato dal rapporto tra produzione di CO2 e consumo di O2. Se questo

valore super 1,1 la persona sta producendo lattato.

2. PetO PetCO : End Tidal Pressure, valori di pressione all’interno dell’alveolo.

2, 2

3. Diffusione

4. Rf: Frequenza repiratoria.

5. Borg: Parametro relativo alla percezione soggettiva di fatica (chiedendo al paziente quanta fatica

sta facendo da 6 a 20: scala di Borg). Perché da 6? Se si correla la scala di Borg alla frequenza

cardiaca e si mettono in un grafico, si vede che la fatica corrispondente a zero corrisponde a

frequenza cardiaca di 80, quando si arriva a frequenza cardiaca 200 la scala di Borg è 18-20.

Quando non c’è questa correlazione tra frequenza e scala di Borg, significa che c’è un problema.

Per esempio un miopatico avverte come faticosissimo un esercizio anche se la FC non aumenta,

invece un paziente con problemi di circolazione (es scompensato) non avverte fatica anche se la FC

aumenta molto.

Inoltre in questo test i bambini non sono attendibili, e poco attendibili sono anche gli atleti con alto

livello di sopportazione della fatica.

CONSUMO DI OSSIGENO

Il soggetto in esame viene fatto pedalare su un cicloergometro a un determinato carico costante, e si

registra come dal tempo zero durante un minuto di esercizio, il consumo di O in ml/min gradualmente

2

aumenta: quando la via metabolica è completamente attivata si raggiunge un valore stazionario. Quindi il

suo consumo di O , misurato con un metabolimetro, tramite un boccaglio, non aumenterà più; questo

2

accade perché i muscoli che lui utilizza per svolgere quell’esercizio sono già stati reclutati e non ne servono

altri. A carico 50W il V` O stazionario sarà di circa 1l/min

• 2

A carico 100W il V` O stazionario (raggiunto in un tempo maggiore) sarà di circa 2l/min

• 2

A carico 200W il soggetto inizierà a fare fatica, ma riesce comunque a raggiungere un valore

• stazionario (circa 3.5l/min)

A carico 250W il consumo di O non aumenta più: significa che questa persona a 250W ha raggiunto

• 2

la sua massima potenza aerobica. Se pedala ad un carico maggiore intervengono quindi altri

meccanismi di sostegno, oltre alla fosforilazione ossidativa, per la richiesta metabolica del muscolo.

Anche queste vie comunque andranno, col procedere del tempo, incontro a esaurimento.

Per individuare il consumo di ossigeno massimo di una persona si costruisce un grafico indicando i valori di

V` O in relazione ai diversi carichi (W): quando il V` O non aumenta più, quella sarà la massima potenza

2 2

aerobica.

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Sistema Respiratorio

Per capire cosa rispecchiano i valori del carico di lavoro presenti sul grafico si può rapportare il V` O max alla

2

camminata: un consumo di ossigeno di 900 ml/min corrisponde all’incirca a un’andatura di 5 km/h. A

questa velocità corrisponde quindi un aumento della frequenza cardiaca e della ventilazione; camminando

ad una velocità inferiore, non importa per quanto tempo, il sistema non si allena, non ci sono modifiche

nella ventilazione o nella gittata. Di solito tra i 6 e gli 8 km/h, a seconda delle lunghezze delle leve, inizia la

corsa: un consumo di 2100 ml/min inizia a corrispondere ad una corsetta, lenta ma con un dispendio

energetico e un aumento di ventilazione e gittata.

PRODUZIONE DI LATTATO

Oltre il valore di V_ O max (200 watt nel soggetto considerato) si ha un progressivo accumulo di acido lattico

2

e, corrispondentemente, una riduzione del pH e della concentrazione di bicarbonati plasmatici.

In questa fase, l’aumento della richiesta energetica viene coperto tanto dal metabolismo aerobico, che si

sta avvicinando al suo massimo, quanto dal metabolismo anaerobico lattacido, come rivelato dall’aumento

della concentrazione dell’acido lattico nel sangue.

L’adattamento funzionale all’acidosi si realizza mediante tamponamento dell’acido lattico nel sangue ad

opera del bicarbonato e iperventilazione per stimolazione dei chemocettori.

Il carico di lavoro a cui inizia ad accumularsi l’acido lattico nel plasma (4 mmol/l), cui corrisponde anche

l’inizio dell’iperventilazione in risposta all’acidosi metabolica, viene indicato con il termine di SOGLIA

ANAEROBICA.

Anche se una volta veniva visto come un evento metabolico negativo, l'aumento della produzione di lattato

che si verifica esclusivamente durante l'esercizio ad alta intensità è naturale. Anche a riposo avviene una

leggera di produzione di lattato, il che indica l'esistenza di un processo di rimozione del lattato, altrimenti

l'accumulo si verificherebbe anche a riposo. Il mezzo principale per la rimozione del lattato include il suo

assorbimento da parte del cuore, del fegato e dei reni come combustibile metabolico. All'interno del

fegato, il lattato agisce come componente chimico per la produzione di glucosio (processo noto

come gluconeogenesi), che viene poi rilasciato nel flusso sanguigno per essere usato come combustibile (o

substrato) altrove. Inoltre, i muscoli non attivi o meno attivi sono in grado di assorbire il lattato e

consumarlo. A intensità di esercizio al di sopra della soglia anaerobica, non c'è corrispondenza tra la

produzione e l'assorbimento, con un tasso di rimozione del lattato apparentemente in ritardo rispetto al

.

tasso di produzione di lattato

In un soggetto dotato di elevate doti aerobiche la soglia anaerobica si colloca molto prossima a V_ O max

2

(>>70% di V_ O max). Le doti aerobiche riflettono un’elevata gittata cardiaca, una buona capillarizzazione

2

muscolare e notevole ricchezza di fibre muscolari rosse (o lente).

Una soglia anaerobica inferiore al 50% di V_ O max è espressione di scarse doti aerobiche; può riflettere una

2

ricchezza di fibre bianche e/o una scarsa efficienza del sistema trasporto-utilizzo dell’ossigeno.

La quantità di lattato prodotto dipende sia dalla

composizione delle fibre del soggetto che sembra

essere una cosa predisposta geneticamente, sia

dallo sviluppo delle stesse e dall’allenamento del

soggetto.

Un ciclista per esempio, il quale deve svolgere un

esercizio spesso anaerobico (es volata), presenterà

molto probabilmente molte fibre anaerobiche e

quindi produrrà molto lattato che però, allo stesso

tempo, sarà anche più tollerato. Quindi tende a

sostenere carichi superiori rispetto a un velocista o

mezzofondista ed è bravo sia in resistenza che in

potenza. Il maratoneta invece è più bravo in

resistenza che in potenza perché presenta più fibre

rosse. Quindi velocisti (non esattamente scattisti) e mezzofondisti presentano minor sviluppo di lattato per

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minor percentuale di fibre anaerobiche. Si è visto però che lo sviluppo in questi soggetti anche delle fibre

aerobiche permette loro di sopportare meglio l’esercizio. Ci vuole equilibrio tra i due sistemi, tra la

percentuale di fibre dei due tipi.

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