Risposte acute all’esercizio fisico

Redazione originale – Wanda van Niekerk sulla base del corso di James Laskin

Contributori principali – Wanda van Niekerk, Jess Bell e Nupur Smit Shah

Risposte all’esercizio(modifica | modifica fonte)

L’esercizio fisico impone delle richieste ai sistemi fisiologici del corpo umano, che inducono diverse risposte. Queste risposte dipendono da(1):

  • tipo o modalità di esercizio
  • intensità dell’esercizio
  • durata dell’esercizio
  • frequenza dell’esercizio
  • condizioni ambientali(2)
  • influenze emotive(3)

Sistema cardiopolmonare( modifica | fonte edit )

  • Componenti(4):
    • sistema circolatorio
    • sistema polmonare
  • Funzione(4):
    • trasporto e scambio di gas respiratori (ossigeno e anidride carbonica)
    • trasporto e scambio di nutrienti e prodotti di scarto
    • trasporto di ormoni e messaggeri chimici
    • regolazione della temperatura corporea (termoregolazione)
    • regolazione dell’equilibrio dei fluidi
    • regolazione della pressione sanguigna
    • mantenimento dell’equilibrio del pH
    • prevenzione della perdita di sangue attraverso i meccanismi emostatici
    • prevenzione delle infezioni attraverso i globuli bianchi e il tessuto linfatico

Per saperne di più: Sistema cardiovascolare

Frequenza cardiaca( modifica | modifica fonte )

  • C’è un aumento lineare della frequenza cardiaca con il carico di lavoro e il consumo di ossigeno (VO2) durante l’esercizio dinamico
  • La risposta della frequenza cardiaca (FC) può essere influenzata da(5):
    • età
    • posizione del corpo
    • fitness/forma fisica
    • tipo di attività
    • farmaci
    • condizioni ambientali
    • volume del sangue

Frequenza cardiaca massima(modifica | fonte edit)

  • La frequenza cardiaca massima (FCmax) viene raggiunta dopo uno sforzo massimale fino all’affaticamento volontario.(6) È il valore più alto della frequenza cardiaca che un individuo può raggiungere durante uno sforzo massimale fino all’esaurimento. È verificata da un plateau nella frequenza cardiaca nonostante l’aumento del carico di lavoro.(7)
  • Allenabilità della FCmax:
    • Sebbene esistano diverse risorse che affermano che la FCmax rimane invariata con l’allenamento, ci sono anche studi che riportano che la FCmax si riduce dopo un esercizio aerobico regolare in adulti sedentari e atleti di resistenza.(8)(9) (10)(11)
    • La FCmax può aumentare quando si interrompe l’esercizio aerobico regolare e ci sono evidenze che suggeriscono anche che il tapering o il detraining aumentano la FCmax.(8)(12)
    • Whyte et al.(13) hanno riportato che la FCmax era simile tra gli atleti d’élite allenati in modo aerobico e anaerobico; tuttavia, quando questi atleti sono stati confrontati con partecipanti sedentari della stessa età, la FCmax degli atleti era significativamente più bassa rispetto a quella dei partecipanti sedentari.
  • La FCmax rimane costante di giorno in giorno e diminuisce leggermente di anno in anno
  • La FCmax può essere stimata attraverso equazioni di previsione basate sull’età, ma si noti che questi metodi presentano un alto errore standard di stima. Si raccomanda inoltre di applicare queste equazioni a popolazioni simili a quelle utilizzate quando sono state ricavate le equazioni.(14)
    • FCmax = 220 – età in anni (questa è la formula più comune e diffusa)(15)
      • Questa formula viene ancora utilizzata nei contesti clinici. Tuttavia, è stato riportato che esistono deviazioni e sovrastime e sottostime della frequenza cardiaca massima in popolazioni giovani e anziane.(16)
    • FCmax = 208 – (0,7 x età in anni) – questa è una formula più precisa, adattata per le persone di età superiore ai 40 anni(17)
    • FCmax = 211 – (0,64 x età in anni) – formula ancora più precisa, adattata per persone generalmente attive(7)
  • Valutazione della FCmax:
    • Contesto di laboratorio
      • Test da sforzo graduale(16)
    • Test sul campo
      • Protocolli di corsa e ciclismo
  • La misurazione della FCmax aiuta i professionisti sanitari a determinare la compliance cardiovascolare ai test di esercizio, lo sforzo durante l’esercizio e la prescrizione dell’esercizio.(16)

(18)

Frequenza cardiaca dello steady state(modifica | fonte edit)

  • Steady state (stato stazionario) = “una condizione in cui il dispendio energetico fornito durante l’esercizio è bilanciato con l’energia necessaria per eseguire l’esercizio stesso e i fattori responsabili della fornitura di questa energia raggiungono livelli elevati di equilibrio”
  • Frequenza cardiaca dello steady state = frequenza cardiaca ottimale per soddisfare le richieste circolatorie con un determinato carico di lavoro/intensità submassimale
  • La frequenza cardiaca dello steady state è legata all’efficienza del cuore e all’equilibrio tra l’aumento della contrattilità e l’aumento del volume sistolico. Quindi, la frequenza cardiaca viene mantenuta il più bassa possibile con un determinato carico di lavoro, grazie a una maggiore contrattilità e ad un aumento del volume sistolico
    • L’aumento del volume sistolico deriva da un aumento del ritorno venoso, che a sua volta aumenta il volume telediastolico del ventricolo sinistro (precarico). L’aumento del precarico allunga il miocardio, che si contrae con maggiore forza (aumento della contrattilità) (secondo la legge di Frank-Starling)

(19)

  • La frequenza cardiaca dello steady state aiuta a predire la capacità funzionale

Consumo massimo di ossigeno (VO2max)(modifica | fonte edit)

  • Il VO2max è il gold standard per la valutazione della capacità aerobica(20)
  • È il prodotto della gittata cardiaca massima (Q) e della differenza artero-venosa di ossigeno (a – vO2)(21)
  • È la massima capacità dell’organismo di consumare (assorbire, fornire e utilizzare) l’ossigeno per la produzione di energia(20)
  • Per saperne di più: VO2 Max

VO2max = FCmax x SVmax x (a-vO2)max = Q x (a -vO2)max

Volume sistolico( modifica | fonte di modifica )

  • Volume sistolico = “il volume di sangue pompato dal ventricolo sinistro del cuore durante ogni contrazione cardiaca sistolica”(22)
  • Il volume telediastolico (EDV) dipende dalla pressione di riempimento e dalla compliance ventricolare(23)
  • Il volume telesistolico (ESV) dipende dal postcarico e dalla contrattilità(23)
  • Volume sistolico (SV) a riposo: 60-100 ml/battito
  • Volume sistolico massimo: 100-120 ml/battito
  • Raggiunge il valore massimo a circa il 50% dello sforzo massimo

SV = EDV – ESV(22)

(24)

Regolazione del volume sistolico(modifica | fonte edit)

  • Volume telediastolico (EDV)(23)
    • Volume di sangue nei ventricoli alla fine della diastole (“precarico”)
  • Pressione arteriosa aortica media(23)
    • La pressione contro la quale il cuore deve pompare per spingere il sangue (“postcarico”)
    • Aumento del postcarico = diminuzione del volume sistolico (solitamente in soggetti malati e non in popolazioni atletiche sane)
  • Forza della contrazione ventricolare(23)
    • “Contrattilità”

Volume telediastolico(modifica | fonte di modifica)

  • Meccanismo di Frank Starling
    • Un precarico maggiore determina un allungamento dei ventricoli e una contrazione più vigorosa(25)
  • Influenzato da:
    • Vasocostrizione
    • Pompa muscolare scheletrica
    • Pompa respiratoria

Gittata cardiaca( modifica | modifica fonte )

  • La gittata cardiaca è la quantità di sangue pompata dal cuore in 1 minuto(22)
  • Gittata cardiaca (Q) = Frequenza cardiaca (FC) X Volume sistolico (SV)(23)
  • A riposo: 5 L/min
  • Massima: 20 L/min o più
  • Fino a circa il 50% dello sforzo massimo, la FC e il SV contribuiscono entrambi a un aumento della Q(23)

Frequenza cardiaca, volume sistolico e gittata cardiaca – Risposta cardiaca integrata all’esercizio fisico(modifica | fonte edit)

Consideriamo questo esempio: una persona è in posizione sdraiata, poi passa alla posizione seduta e infine alla posizione eretta. Il cuore risponde a questi cambiamenti di posizione come segue(23):

  • In posizione sdraiata, la frequenza cardiaca è al minimo (ad esempio 50 battiti/min)
  • In posizione seduta, la frequenza cardiaca aumenta un po’ di più (ad esempio 55 battiti/min)
  • In piedi, la frequenza cardiaca aumenta ulteriormente (ad esempio, 60 battiti/min)
  • Spiegazione(23):
    • Stare in piedi aumenta il ristagno venoso di sangue nelle parti del corpo più dipendenti
      • Con i cambiamenti di posizione dalla posizione sdraiata a quella seduta a quella in piedi, la gravità provoca un ristagno di sangue nelle gambe e quindi un volume ridotto di sangue che ritorna al cuore.
    • Questa ridistribuzione del sangue provoca una riduzione del volume di sangue intratoracico che ritorna al cuore. Attraverso il meccanismo di Frank-Starling, questo provoca una riduzione del volume sistolico (dal 30% al 40%)
    • Per compensare la riduzione del volume sistolico, la frequenza cardiaca aumenta per mantenere la gittata cardiaca
    • Il volume sistolico aumenta nuovamente quando si torna in posizione supina, in risposta all’aumento del ritorno venoso

Consideriamo questo esempio: dalla posizione eretta (in piedi), una persona inizia a camminare, poi a fare jogging a un ritmo moderato e infine si lancia in una corsa a ritmo sostenuto. Il cuore risponderà come segue:

  • Il cuore in posizione eretta è il più basso (ad esempio, 60 battiti/min)
  • Camminata – la frequenza cardiaca aumenta (ad esempio, 90 battiti/min)
  • Jogging a ritmo moderato – la frequenza cardiaca aumenta ulteriormente (ad esempio, 140 battiti/min)
  • Corsa a ritmo sostenuto – ulteriore aumento della frequenza cardiaca (ad esempio, 180 battiti/min)
  • Spiegazione(23):
    • La frequenza cardiaca aumenta proporzionalmente all’aumentare dell’intensità dell’esercizio
    • L’aumento iniziale della frequenza cardiaca (fino a circa 100 battiti/min) è mediato da una riduzione del tono parasimpatico
    • L’aumento dell’attivazione del sistema nervoso simpatico media un ulteriore aumento della frequenza cardiaca
    • Il volume sistolico aumenta con l’esercizio fisico e, quindi, aumenta ulteriormente la gittata cardiaca

Nei soggetti non allenati, nelle fasi iniziali dell’esercizio, l’aumento della gittata cardiaca è il risultato dell’aumento della frequenza cardiaca e del volume sistolico. Il volume sistolico aumenta proporzionalmente con l’aumentare dell’intensità dell’esercizio, ma negli individui non allenati il volume sistolico massimo viene solitamente raggiunto al 40-60% del VO2max. In seguito, l’aumento della gittata cardiaca è principalmente il risultato dell’aumento della frequenza cardiaca. Tuttavia, gli atleti altamente allenati sono in grado di aumentare ulteriormente il volume sistolico.(23)

Pressione sanguigna( modifica | fonte edit )

  • Pressione sanguigna sistolica (SBP)
    • Durante l’esercizio di resistenza, la pressione sanguigna sistolica aumenta in modo direttamente proporzionale all’aumento dell’intensità dell’esercizio(26)
  • Pressione sanguigna diastolica (DBP)
    • Leggera diminuzione o aumento o nessuna variazione
  • Per saperne di più: Pressione sanguigna

Differenza artero-venosa di ossigeno (a-vO2)(modifica | fonte di modifica)

  • Differenza artero-venosa di ossigeno = la quantità di ossigeno estratta dal sangue mentre attraversa il corpo(23)
  • Calcolata come la differenza tra il contenuto di ossigeno del sangue arterioso e quello del sangue venoso
  • Aumenta con l’aumentare dell’intensità dell’esercizio fisico, poiché viene prelevato più ossigeno dal sangue
    • A riposo: (20ml O2/100ml – 15ml O2/100ml) = 5ml O2/100ml
    • Con esercizio massimale: (20 ml O2/100ml – 5 mlO2 ml/100ml) = 15 ml O2/100 ml

(27)

Ventilazione polmonare (Ve)(modifica | fonte di modifica)

  • Ve = Frequenza respiratoria (FR) x Volume corrente (VC)
    • VC = volume d’aria respirato in un singolo respiro
  • All’inizio dell’esercizio fisico, c’è un aumento immediato della ventilazione
    • Ciò è dovuto all’espansione del volume corrente e all’aumento della frequenza respiratoria(28)
  • Con la progressione dell’esercizio, l’aumento del metabolismo genera CO2 e idrogeno (H). Questo stimola i chemorecettori periferici nei corpi carotidei e i chemorecettori centrali per attivare il centro respiratorio nel cervello.(23)
  • Quando l’esercizio fisico cessa, la ventilazione polmonare torna alla normalità ad un ritmo più lento
  • Risposta ventilatoria all’esercizio fisico leggero, moderato e pesante(23):
    • Nell’esercizio fisico leggero e moderato, c’è un iniziale aumento brusco, dopodiché il tasso di ventilazione raggiunge un plateau ad un valore di steady state (stato costante)
    • Nell’esercizio fisico intenso, il tasso di ventilazione non raggiunge un plateau (continua ad aumentare con l’esercizio intenso)

Flusso sanguigno(modifica | fonte di modifica)

Gli schemi del flusso sanguigno cambiano dallo stato di riposo all’esercizio fisico(23):

  • A riposo, il 15-25% della gittata cardiaca (Q) va al muscolo scheletrico
  • Con l’esercizio fisico, l’85-90% della gittata cardiaca va al muscolo scheletrico
  • Il flusso sanguigno verso il cuore aumenta di cinque volte
  • Durante l’esercizio fisico, il flusso sanguigno cutaneo, renale, epatico e splancnico diminuisce
  • Ci sono solo piccole variazioni del flusso sanguigno al cervello

Transizione dal riposo all’esercizio e dall’esercizio al recupero(modifica | modifica fonte)

  • Ci sono adattamenti dipendenti dall’intensità in FC, SV, Q, SBP, RR, Ve e VO2
  • Plateau nell’esercizio submassimale (cioè al di sotto della soglia del lattato)
  • Il recupero dipende da:
    • durata e intensità dell’esercizio
    • stato di allenamento dell’individuo

Esercizio fisico prolungato e deriva cardiaca(modifica | fonte edit)

Con l’esercizio aerobico prolungato nello steady state, il volume sistolico diminuisce gradualmente e la frequenza cardiaca aumenta. In questo modo si mantiene la gittata cardiaca. Anche la pressione arteriosa diminuisce. L’aumento della frequenza cardiaca durante l’esercizio fisico prolungato è noto come deriva cardiaca ed è dovuto alla disidratazione, all’aumento del flusso sanguigno cutaneo (aumento della temperatura corporea) e alla diminuzione del ritorno venoso.(23)

Deriva cardiaca = deriva verso l’alto della frequenza cardiaca nel corso del tempo, associata a una progressiva diminuzione del volume sistolico e al continuo mantenimento della gittata cardiaca.

(29)

Sintesi delle risposte fisiologiche acute all’esercizio fisico(modifica | fonte edit)

  • Risposta pressoria all’esercizio
    • Evocata dalla contrazione muscolare
      • I recettori muscolari sono stimolati da distorsioni muscolari o da sottoprodotti metabolici – trasmissione del segnale afferente al sistema nervoso centrale (SNC)
    • Fenomeni del sistema nervoso simpatico
      • Vasocostrizione generalizzata nel muscolo scheletrico non attivo
      • Aumento della contrattilità miocardica
      • Aumento della frequenza cardiaca (FC)
      • Aumento della pressione sanguigna sistolica (SBP)
      • Aumento e ridistribuzione della gittata cardiaca (Q)
      • Risposta = intensità dell’esercizio
  • Una delle principali sfide all’omeostasi poste dall’esercizio fisico è l’aumento della richiesta di ossigeno da parte dei muscoli
  • Durante l’esercizio fisico intenso, il fabbisogno di ossigeno potrebbe essere da 15 a 25 volte superiore
  • Due significative regolazioni del flusso sanguigno durante l’esercizio fisico sono:
    • aumento della gittata cardiaca
    • ridistribuzione del flusso sanguigno
  • Dipende da:
    • Tipo, intensità e durata dell’esercizio fisico
    • Condizioni ambientali
    • Influenza emotiva
Tabella 1. Risposte fisiologiche acute all’esercizio fisico
Sistema cardiovascolare
  • Aumento della frequenza cardiaca
  • Aumento del volume sistolico
  • Aumento della gittata cardiaca
  • Aumento della pressione sanguigna (sistolica)
  • Ridistribuzione del flusso sanguigno ai muscoli che stanno lavorando
  • Aumento della differenza artero-venosa di ossigeno
Sistema respiratorio
  • Aumento della frequenza respiratoria
  • Aumento del volume corrente
    • a basse intensità di esercizio, il volume corrente e la frequenza respiratoria aumentano in modo proporzionale
    • durante l’esercizio fisico ad alta intensità, il volume corrente raggiunge un plateau e l’ulteriore aumento della ventilazione è dovuto all’aumento della frequenza respiratoria
  • Aumento della ventilazione
  • Aumento della diffusione polmonare
  • Aumento dell’assorbimento di ossigeno
Sistema muscolare
  • Aumento del reclutamento delle unità motorie e delle fibre muscolari
  • Aumento del flusso sanguigno ai muscoli
  • Aumento della differenza artero-venosa di ossigeno
  • Aumento della temperatura muscolare
  • Aumento dell’attività enzimatica muscolare
  • Aumento dell’apporto e dell’utilizzo di ossigeno
  • Diminuzione dei livelli di substrato muscolare

Citazioni(edit | edit source)

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