Cinetica del consumo di ossigeno

La Cinetica del consumo di ossigeno è l’andamento temporale del consumo di ossigeno in esercizi sotto massimali, in test non incrementali, ma a carico costante. Per quantificare il consumo di ossigeno, si utilizza la costante di tempo, la quale valuta una variabile esponenziale (in questo caso l’intensità). Viene misurata in base all’intensità dell’esercizio. Sotto la soglia aerobica la cinetica raggiunge lo steady-state in circa 3 minuti. Più aumenta l’intensità dell’esercizio e più tempo impiega la cinetica a raggiungere lo steady-state.

INFLUENZA DELLA COMPONENTE LENTA SUL DEFICIT DI OSSIGENO

Esercizio moderato: Le curve V’o2-ON e V’o2-OFF hanno stessa costante di tempo τ (circa 30 sec). La riduzione di PCr e depositi di O2 della fase iniziale sono ripagati completamente nel post-esercizio.

Esercizio intenso: τV’o2-OFF è minore di τV’o2-ON. Il calcolo del deficit di O2 è più complesso e non può essere stimato dal pagamento del debito. Qualche ricerca (Engelen et al.) riporta però una simmetria tra fase ON e fase OFF della cinetica anche nell’esercizio intenso. Per spiegare i fattori che limitano la cinetica del V’o2 all’inizio dell’esercizio sono state avanzate 2 ipotesi:

– Insufficiente capacità dei muscoli di utilizzare l’O2

– Insufficiente trasporto di O2 nel sangueLa Componente Lenta è la differenza di Ossigeno consumato tra il 3 e il 6 minuto, che quindi ritarda lo Steady-State. Questa influisce sul Deficit di Ossigeno, in quanto con l’aumentare dell’intensità, diviene insufficiente sia il trasporto dell’ossigeno (emoglobina), e sia l’utilizzo dell’ossigeno da parte del muscolo (mioglobina). Nel post-esercizio quindi, si crea un Debito di Ossigeno, il quale aumenterà successivamente, a riposo, il consumo di ossigeno, ripagando lo sforzo precedente (EPOC). Così successivamente aumenterà anche la capacità del consumo di ossigeno.

MECCANISMI CHE CONDIZIONANO LA CINETICA DELL’OSSIGENO

• Accumulo di lattato ematico

• Adrenalina, fattore non determinante, ma contribuente

• Costo ventilatorio, Fattore che determina Il 18-23% della componente lenta

• Aumento della temperatura, anche questo fattore non determinante, ma influente

• Tipi di fibre muscolari, in quanto quelle di tipo IIx, consumano più ossigeno, rispetto a quelle di tipo I

EFFETTO DEL RECLUTAMENTO DELLE FIBRE

Le fibre di tipo IIx (IIb) consumano molto più ossigeno di quelle di tipo I per un dato livello di produzione di forza. E’ stata dimostrata una correlazione positiva tra l’aumento del segnale EMG dovuto al reclutamento di unità motorie, e l’aumento di V’o2 a carichi costanti. In seguito a un esercizio affaticante, esercizi sottomassimali comportano un maggiore consumo di ossigeno. E’ stata anche dimostrata una correlazione negativa tra la componente lenta e la percentuale di fibre di tipo I attivate. Sembra che il reclutamento di fibre IIx possa contribuire in maniera sostanziale alla componente lenta del V’o2

Evidenze a favore dell’ipotesi di deficit dell’utilizzo di ossigeno:

– La cinetica della gittata cardiaca è più veloce di quella del Vo2 all’inizio dell’esercizio.

– Durante la stimolazione di un muscolo isolato al 70% di V’o2max, la Po2 è sempre sopra i 2 mmHg, il valore critico per mantenere un ricambio aerobico dell’ATP.

– La cinetica del V’o2 del muscolo riflette la dinamica del PCr, sia in esperimenti (Whipp & Mahler) sul muscolo isolato di rana, sia nell’uomo, dove la riduzione di PCr è correlata col tempo medio di risposta del V’o2 all’inizio di un esercizio sottomassimale (65% V’o2max)

– La costante di tempo della cinetica del PCr è simile alla cinetica del Vo2

– In fase 1 la cinetica del flusso ematico locale e della ventilazione alveolare risultano essere più veloci di quella del V’o2 locale.

– Una limitazione imposta al flusso ematico non modifica significativamente la cinetica del Vo2

Evidenze a favore dell’ipotesi di deficit del trasporto di ossigeno:

– La cinetica del V’o2 durante il passaggio riposo-lavoro (40% LT) è più veloce di quella del passaggio lavoro-lavoro (40%-80%). In questo secondo caso il rallentamento della cinetica è correlato con un rallentamento della frequenza cardiaca e quindi della gittata cardiaca.

– La cinetica del V’o2 è rallentata dalla somministrazione di ß-bloccanti.

– L’ipossia rallenta la cinetica del V’o2

– La cinetica è più lenta in posizione supina, nella quale meno sangue giunge agli arti inferiori

– La cinetica del V’o2 nel muscolo segue l’aumento di flusso ematico muscolare

– Maggiore cinetica di V’o2 in esercizi con occlusione circolatoria nell’arto opposto

– Il V’o2mus aumenta proporzionalmente all’aumento del flusso ematico

Nell’esercizio moderato (sotto la soglia aerobica), la cinetica dell’ossigeno si divide in:

• Fase precoce, dove si ha nella prima fase dell’esercizio, solo aumento di G.C., e altri aggiustamenti sia centrali che periferici, senza consumo di ossigeno,

• Fase Esponenziale, avviene l’aumento del consumo di O,

• Fase Steady-State, cioè equilibrio tra O introdotto e consumato. E’ il consumo di O che soddisfa il fabbisogno del muscolo. Qui siamo entro la soglia aerobica.

Più aumenta la fase esponenziale (fase 2, correlata all’intensità dell’esercizio), più si viene a creare questa componente lenta, che ritarda lo steady-state (ovvero equilibrio fra ossigeno introdotto e consumato, il quale, ad esercizio moderato, si raggiunge entro il 3 minuto).

Nell’esercizio Intenso

La differenza con l’esercizio moderato è che la fase esponenziale tende ad aumentare, in quanto aumenta l’intensità, provocando la componente lenta che ritarda lo steady-state. Qui siamo dalla soglia aerobica al MLSS.

Nell’esercizio Severo

Non avviene mai il raggiungimento dello steady-state, in quanto la prestazione termina prima di tale raggiungimento.

Soglia Aerobica (Prima soglia ventilatoria)

La soglia aerobica è stata definita come il punto subito al di sotto il livello del metabolismo energetico dove le concentrazioni di lattato ematico aumentano rispetto ai livelli basali. Può essere anche definita come il livello al di sotto del quale la maggior parte delle fibre muscolari lavorano attraverso il metabolismo aerobico. Questo punto viene generalmente raggiunto quando le concentrazioni di lattato ammontano a circa 2 millimoli per litro (2 mmol/l), chiamato anche Prima soglia del lattato. Qui si ha un aumento del consumo di ossigeno, senza aumento della Co2.

Soglia Anaerobica (Seconda soglia ventilatoria) o soglia del lattato

Viene descritta come il punto in cui i livelli di lattato cominciano a salire in modo esponenziale durante l’esercizio progressivamente crescente. Si distinguono varie fasi:

• Punto di compenso respiratorio, punto in cui gli equivalenti ventilatori di Ossigeno e Co2 aumentano. Come un esercizio di intensità moderata.

• Poi dopo i 4 millimoli per litro di lattato, fino al M.L.S.S. (Maximal lactate stady state), considerato come uno steady-state del massimo consumo di lattato, si raggiunge un punto chiamato seconda soglia del lattato. Qui si ha un aumento dell’ossigeno consumato, ma aumenta il volume della Co2 prodotta.

  Per quantificare le soglie si tiene conto dell’Equivalente Respiratorio, dato da:

• Equivalente ventilatorio dell’Ossigeno (VE/Vo2),

• Equivalente ventilatorio della Co2 (VE/VCo2),

Dai risultati che si ottengono attraverso il test di Wassermann è possibile identificare le due soglie ventilatorie attraverso il metodo degli equivalenti respiratori. Questo metodo si basa sul presupposto che gli equivalenti respiratori per l’O2 e per la CO2 mantengono una relazione lineare fino alla prima soglia ventilatoria (VO2 e VCO2incrementano linearmente con VE). Quando si arriva alla prima soglia ventilatoria VE/VO2 inizia ad aumentare (la ventilazione aumento più del consumo di O2) senza un contemporaneo aumento della VE/VCO2 (perché la velocità di aumento della VE e pari velocità di produzione della CO2 metabolica + CO2 del sistema tampone H++HCO3-). Continuando ad aumentare il carico si arriva ad un punto in cui vi è un ulteriore aumento delle VE (stimolato dai chemocettori carotidei che rilevano il calo del pH sanguigno) che fa aumentare la VE/VCO2 e fa diminuire la PCO2. Questo punto viene definito ventilatory compensatio point (seconda soglia) e si ha quando la ventilazione inizia a compensare l’acidosi metabolica. Tuttavia esistono numerosi test indiretti che permettono di identificare la seconda soglia dato che, tra le due, è la più utile ai fini dell’allenamento.

• Il primo di questi test che qui vi propongo viene conosciuto come “l’ora di corsa”. Questo test consiste nel percorrere in un’ora la maggior distanza possibile su un terreno pianeggiante. Il rapporto tra la distanza percorsa (in km) ed il tempo impiegato (un’ora) fornisce la velocità di soglia (ovvero quell’intensità alla quale avvengono i cambiamenti precedentemente descritti).

• Altro test molto famoso ed utilizzato per identificare indirettamente la soglia anaerobica è il test di Conconi che consiste nel misurare la frequenza cardiaca al termine di tratti di 200m correndo su terreno pianeggiante o meglio ancora su una pista d’atletica. Poiché il questo test si percorrono distanze uguali in tempi via via minori la frequenza cardiaca aumenterà di pari passo con la velocità (relazione lineare tra velocità e frequenza cardiaca) fino alla velocità di deflessione alla quale la frequenza cardiaca rimarrà costante nonostante un ulteriore aumento dell’intensità dell’esercizio.

CONCLUSIONI

La natura della cinetica del Vo2 è una funzione dell’intensità dell’esercizio. Sotto la soglia aerobica V’o2 aumenta esponenzialmente verso lo steady state in 3 minuti. La costante τ (tau) non varia con l’intensità dell’esercizio. A livelli superiori a SA la cinetica diventa più complessa e si sviluppa una componente addizionale lenta, che rallenta il raggiungimento dello steady-state. Le evidenze disponibili suggeriscono che la velocità di aggiustamento del V’o2 all’inizio dell’esercizio riflette la capacità del trasporto di O2 al muscolo e dell’utilizzo O Tuttavia non è chiaro quale sia il dell’utilizzo di O2. fattore predominante. I fattori fisiologici che determinano la componente lenta del V’o2 durante l’esercizio intenso rimangono indefiniti. L’ampiezza della componente lenta è fortemente correlata con l’aumento di acido lattico nel sangue, sia prima che dopo allenamento aerobico. Tuttavia non ci sono prove di un rapporto causa-effetto. L’aumento della temperatura può giustificare una piccola percentuale della componente lenta. Un’altra possibile causa della componente lenta è il reclutamento di fibre IIx, che hanno una minore efficienza di utilizzazione dell’O2 delle fibre di tipo I. Negli esercizi ad elevata intensità, la riduzione di pH ridurrebbe l’efficienza dei muscoli, causando un maggior reclutamento di fibre IIx, per mantenere costante la forza, e da ciò deriverebbe un maggior costo aerobico.

CASI PATOLOGICI

Soggetti con malattie cardiache congenite, mostrano una fase 2 (la fase incremento esponenziale) di componente lenta più tardiva, dovuto al flusso polmonare ridotto e alla ridotta capacità ossidativa dei muscoli. Nei Soggetti con sindromi polmonari croniche-ostruttive, questa fase 2 (incremento esponenziale) è resa tardiva dalla resistenza vascolare del polmone, riducendo così la capacità di aumentare il flusso polmonare durante l’esercizio.