Fisiologia dell’Esercizio: Adattamenti Vascolari

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In termini globali, è stato stimato di recente che l’inattività fisica, ha causato il 6-10% di tutte le morti da malattie non trasmissibili (malattia coronarica, diabete di tipo 2, tumori del seno e del colon). Circa un terzo della popolazione globale non soddisfa i requisiti minimi di attività fisica per una buona salute. In Occidente, l’impatto della tecnologia e il cambiamento dei livelli di attività fisica, sta aumentando lo spettro degli individui in condizioni di fragilità e bassa qualità della vita, con aumenti dei costi sanitari annessi. Non è mai esistita una popolazione più sedentaria rispetto alla società occidentale del XXI secolo.

STIMOLI EMODINAMICI DURANTE UNA SINGOLA SESSIONE DI ESERCIZIO FISICO

Effetti dell’esercizio sull’emodinamica

All’inizio dell’esercizio, il flusso sanguigno e lo sforzo di taglio sono più marcati nelle regioni attive in modo intensità-dipendente, per soddisfare l’aumento della domanda metabolica. Se vengono reclutati gli arti inferiori, essendo un volume muscolare più grande, aumenta maggiormente la pressione sanguigna e la gittata cardiaca. Studi che hanno esaminato i meccanismi vasodilatatori locali, che contribuiscono all’afflusso di sangue, durante l’esercizio, hanno spiegato che i meccanismi vasodilatatori locali insieme ad aumenti della pressione arteriosa e della gittata cardiaca, contribuiscono a mantenere l’iperemia muscolare, portando ad aumenti significativi nello “sforzo di taglio” nelle aree attive durante. Questi dati dimostrano che la velocità di taglio, aumenta in media ad ogni arto attivato. È importante considerare che l’esercizio, ha un impatto sulla compressione vascolare e sulla trasduzione delle forze correlate alla pressione trans-murale.

Studi indicano che l’esercizio svolto con gli arti inferiori, provoca un adattamento vascolare anche nell’arto superiore, in maniera indiretta. L’aumento del flusso nella porzione superiore sarebbe dovuto all’attivazione del sistema nervoso simpatico (SNS) e ad un aumento della resistenza vascolare a valle. In alternativa, l’aumento immediato di questo flusso nell’arto superiore, può essere causato da un immediato aumento della pressione critica (chiusura microvascolare). Questo immediato aumento di flusso nell’arto superiore all’inizio dell’esercizio, rimane relativamente stabile all’aumentare del carico di lavoro. Al contrario, con intensità più alte di esercizio, sono associate maggiori aumenti dello stress da taglio, probabilmente a causa dell’aumento della gittata cardiaca. Di conseguenza, nell’arteria brachiale, si indica un flusso sanguigno a modello bifasico, con una diminuzione dello stesso, a intensità di esercizio inferiori e un aumento del flusso sanguigno a più alte intensità di esercizio, nella regione inferiore.

Quali sono i meccanismi causali dello stress da taglio all’inizio dell’esercizio?

Il blocco di ossido nitrico sintasi, all’inizio dell’attività causa un calo significativo del flusso di sangue dell’arteria brachiale, ad esempio durante il ciclismo. Ciò suggerisce che il flusso agli arti superiori, durante l’esercizio agli arti inferiori è, almeno in parte, mediato dal rilascio dall’endotelio di NO (ossido nitrico). Durante l’esercizio prolungato degli arti inferiori, il flusso di sangue nell’arteria brachiale, subisce cambiamenti marcati. Oltre ai fattori centrali (cioè, gittata cardiaca, pressione arteriosa, SNS), la dilatazione durante l’esercizio, si verifica nella microcircolazione cutanea, come risposta termoregolatoria per facilitare lo scambio di calore. Questa dilatazione indotta porta a diminuzioni nella resistenza vascolare periferica. Quindi il flusso sanguigno nella parte superiore, osservato all’inizio dell’esercizio, è limitato a causa della vaso-costrizione o resistenza periferica sotto gli effetti del sistema nervoso simpatico, ma alla fine si risolve in una diminuzione della resistenza vascolare, come una conseguenza della dilatazione termoregolatoria. Cambiamenti nel flusso sanguigno in risposta all’esercizio sono dati da: termoregolazione, modifica della distribuzione sistemica del flusso sanguigno ed emodinamica. I dati riportano che lo stress da taglio, è uno stimolo importante per la dilatazione dei vasi in una prima fase dell’esercizio. Caratteristiche funzionali e strutturali del sistema cardiovascolare influenzano anche le risposte emodinamiche all’esercizio, evidenziando la natura complessa e integrativa dello stimolo dell’esercizio.

Impatto dello stress da taglio sulla funzione arteriosa

Gli studi hanno dimostrato che l’esercizio acuto può portare ad un aumento immediato della dilatazione dell’endotelio. Per esaminare l’importanza relativa dello sforzo da taglio, Tinken et al. hanno riportato che dopo un esercizio di impugnatura di 30 minuti, si è ottenuto un aumento dei livelli di stress di taglio, evidenziando l’importanza dello stress da taglio nella dilatazione dall’endotelio. L’elevazione nello sforzo di taglio, indipendente dall’esercizio, influisce direttamente sulla vascolarizzazione. Data la relazione intensità-dipendente tra esercizio e iperemia, esercizio ad alta intensità (e quindi maggiore sforzo di taglio) può portare ad aumenti incrementali nella funzione vascolare. Questi dati forniscono ulteriori prove che aumentando lo stress da taglio, si può migliorare la funzione vascolare, anche in maniera dose-dipendente.

ADATTAMENTI VASCOLARI IN SEGUITO ALL’ESERCIZIO FISICO

Adattamenti nella funzione vascolare

Studi su soggetti che presentano una compromissione della funzione endoteliale (ad es. ipertensione, ipercolesterolemia, diabete mellito di tipo 2, obesità) o con patologie cardiache stabili (ad esempio, insufficienza cardiaca, periferica malattia dell’arteria), hanno in genere rivelato un miglioramento della funzione nel condotto arterioso, in seguito all’attività. In effetti, una recente meta-analisi ha confermato che l’esercizio fisico migliora l’afta epizootica, con maggiori miglioramenti in popolazioni con disturbi cardio-metabolici. La forte relazione inversa tra dilatazione del vaso mediata da flusso e miglioramento dell’afta epizootica, ha suggerito che la funzione endoteliale delle arterie del condotto è altamente suscettibile di miglioramento, specialmente nei soggetti con presenza di malattia. Allo stesso modo, l’esercizio fisico è in grado di migliorare il diametro dell’arteria coronaria, le risposte coronariche del flusso sanguigno alla somministrazione intra-coronarica di acetilcolina e la riserva di flusso sanguigno coronarico con infusione di adenosina. Dati indicano che i benefici sono dovuti ad un aumento di espressione di eNOS e fosforilazione di eNOS (ossido nitrico sintasi). La sovraregolazione di eNOS è di particolare rilevanza, poiché la fosforilazione di eNOS è collegata alla trasduzione del carico di taglio. Inoltre, vi è una correlazione tra miglioramento della funzione endoteliale dipendente dal taglio e fosforilazione di eNOS. Quindi l’esercizio provoca l’attivazione di eNOS, attraverso una sollecitazione a taglio, portando ad un miglioramento della funzione endoteliale. L’esercizio ha un effetto maggiore sulla rigidità delle arterie periferiche rispetto alla rigidità dell’aorta, in quanto l’aorta ha pareti più forti ed elastiche, quindi il tutto rimanda alla morfologia dei vasi.

L’esercizio fisico migliora anche la funzione endoteliale, in soggetti con ipertensione, diabete di tipo 2, obesità, ipercolesterolemia, in soggetti con malattia coronarica e insufficienza cardiaca. Studi recenti si sono concentrati sul potenziale impatto dell’esercizio sulla formazione di prostaciclina vasodilatatore (PGI2). Hellsten et al. hanno rilevato che 8 settimane di allenamento in i partecipanti ipertesi hanno aumentato la formazione di adenosina e PGI2, che possono contribuire a migliorare le risposte vascolari. L’allenamento ha aumentato i livelli muscolari della proteina muscolare PGI2 negli uomini anziani, in donne post-menopausa e soggetti ipertesi. Vasocostrittori endotelina (ET)-1 e angiotensina II (ANG II) non contribuiscono in modo significativo alla regolamentazione del tono vascolare e l’allenamento aerobico non altera questi vasocostrittori. Ma al contrario, soggetti con problemi cardiovascolari, manifestano maggiori percorsi sovra-regolatori di fattori di vasocostrizione, quindi l’esercizio aerobico è in grado di invertire in parte il contributo di ET-1 nei soggetti più anziani. L’esercizio fisico è anche associato a diminuzione dei livelli plasmatici e muscolari di ET-1. Riguardo all’angiotrensina 2 (ANG II), l’esercizio fisico, nei soggetti con malattie cardiache, ha causato una riduzione del 49% nella vasocostrizione indotta da ANG II, migliorando così i percorsi vasocostrittori.

Il sistema nervoso simpatico è un percorso vaso-attivo altamente rilevante nel contesto degli effetti dell’allenamento e sulla variabilità della frequenza cardiaca. Ricercatori hanno scoperto che la norepinefrina plasmatica diminuisce dopo l’allenamento in soggetti con insufficienza cardiaca. L’allenamento riduce la compromissione nel baroriflesso, rilevata in età anziana. Inoltre, l’attività del nervo simpatico muscolare, diminuisce dopo l’allenamento. Infine, l’esercizio fisico induce l’attivazione di centri staminali, compreso il midollo ventro-laterale rostrale, che possono modificare l’output simpatico centrale e la vasocostrizione.

Microcircolazione

Durante l’esercizio, quando una data soglia è raggiunta, la vasodilatazione cutanea aumenta linearmente con gli aumenti della temperatura interna fino a raggiungere un plateau. L’allenamento modifica questa risposta, causando uno spostamento della relazione tra vasodilatazione cutanea e temperatura interna (cioè, con una vasodilatazione a una soglia inferiore) e un plateau più alto (cioè, un maggiore volume di sangue alla pelle per la dissipazione del calore). Questi risultati suggeriscono che l’allenamento induce adattamenti nel flusso sanguigno cutaneo, dipendenti molto dall’espansione del volume circolante di sangue o plasma. Questi adattamenti sembrano essenziali a fini termoregolatori. Questi adattamenti intrinseci possono essere particolarmente rilevanti per la prevenzione di malattie microvascolari. L’esercizio fisico è associato a una migliore variabilità di ossido nitrico nella pelle e le maggiori risposte microcircolatorie della pelle, indotte dall’allenamento, possono essere correlate all’ossido nitrico e / o alla migliore capacità ossidativa. L’esercizio regolare migliora la funzione vascolare cutanea e migliora la reattività microvascolare. Questi risultati supportano che aumenti del flusso sanguigno cutaneo, migliorano la funzione microvascolare intrinseca della pelle.

Adattamento nella struttura vascolare

Le arterie coronarie risultano più grandi dopo l’esercizio, e ciò può facilitare l’aumento della domanda di ossigeno, con il possibile aumento dei carichi di lavoro. L’esercizio regolare aumenta il diametro del lume dell’arteria e presi insieme, questi studi suggeriscono fortemente che l’esercizio fisico induce adattamento localizzato del diametro dell’arteria del condotto, e soprattutto nell’arto o distretto fisicamente attivo. Gli studi suggeriscono che l’esposizione allo stress da taglio, associata all’esercizio fisico, rappresenta uno stimolo chiave per il rimodellamento. Questo rimodellamento del condotto delle arterie, rappresenterebbe un tentativo di adattamento per normalizzare lo sforzo di taglio successivo, rendendo più efficienti i vasi.

Quando si confronta direttamente popolazioni addestrate all’esercizio e sedentarie, alcuni studiosi hanno trovato uno spessore della parete della carotide più piccola negli atleti d’élite rispetto a sedentari, e sembrerebbe dovuto al fatto che gli atleti hanno maggiori necessità di sangue in alcuni distretti, migliorando la direzionalità del sangue, da un’area non muscolarmente attiva, verso una maggiormente attiva. Questi risultati suggeriscono che gli adattamenti nello spessore dei vasi, in risposta all’allenamento, possono verificarsi indipendentemente da aumenti localizzati dello stress da taglio, cioè i cambiamenti nello spessore delle pareti arteriose possono essere mediati, anche da cambiamenti nel tono funzionale. Secondo la legge di Laplace, un aumento di diametro porta ad un aumento dello stress della parete circonferenziale. Di conseguenza, un’ipotesi è che l’esercizio porta al rimodellamento della parete arteriosa e l’organizzazione dei tessuti che si traduce nella capacità di sostenere tensione più alta in presenza di spessore ridotto. Recenti studi suggeriscono anche che l’esercizio fisico è associato con la stabilizzazione della placca aterosclerotica e aumento del contenuto di collagene ed elastina.

Resistenza arteriosa

La resistenza arteriosa comporta la creazione di un picco di flusso, spesso attraverso ischemia prolungata. Un’incapacità di aumentare ulteriormente il flusso suggerisce un’alterata capacità del letto vascolare. Il rimodellamento dell’arteria è un adattamento localizzato. Il rimodellamento dell’arteria in risposta all’allenamento è strettamente accoppiato al lavoro metabolico nell’area muscolare interessata. Questi dati suggeriscono che ripetuti aumenti dello sforzo di taglio rappresentano un importante stimolo per l’allargamento delle arterie più rigide e resistenti. L’allargamento strutturale, richiede un aumento del lavoro metabolico che porta all’aumento del flusso sanguigno del muscolo scheletrico. La maggiore capacità intrinseca di vasodilatazione del muscolo, conseguente all’allenamento, può essere concepibile dall’aumento della densità capillare che si verifica con l’allenamento. Questi cambiamenti strutturali nella microvascolarizzazione del muscolo scheletrico sono stati fortemente legati ai miglioramenti in ambito locale di assorbimento di ossigeno. Studi hanno trovato che gli aumenti di densità capillare rappresentano un adattamento precoce durante l’allenamento che precede il miglioramento dell’assorbimento di ossigeno di picco. Perciò, la crescita dei capillari rappresenta un importante adattamento all’esercizio che consente una sufficiente capacità di diffusione, anche in condizioni molto difficili. L’aumento della densità capillare può prolungare il tempo di transito dei globuli rossi attraverso i capillari muscolari, portando ad un aumento del tempo disponibile per lo scambio di gas. Questi adattamenti benefici contribuiscono ad un miglioramento dell’ambiente microvascolare che consente maggiore diffusione di ossigeno dai capillari alle cellule muscolari.

L’esercizio fisico svolto sotto ipossia (elevata intensità), ha mostrato un maggiore miglioramento nella densità capillare nel rapporto capillare-fibra, rispetto all’esercizio in normossia. Questi risultati suggeriscono che l’ipossia (localizzata), mediata dall’esercizio, rappresenta un importante modulatore per l’adattamento strutturale nella componente microvascolare scheletrica. Oltre all’ipossia, forze meccaniche presenti durante l’attività muscolare, come lo stress da taglio, contribuiscono all’adattamento nella crescita dei capillari muscolari. I fattori angiogenici coinvolti nella mediazione di questi adattamenti includono il fattore di crescita endoteliale vascolare (VEGF). Durante le contrazioni, il VEGF aumenta nel muscolo e si lega a recettori del VEGF sull’endotelio capillare. Il VEGF innesca un processo angiogenico che contribuisce al rimodellamento del letto vascolare capillare. Questo adattamento fa sì che siano sempre disponibili vescicole contenenti VEGF. Di conseguenza, ciò consente la secrezione di VEGF all’esposizione di una successiva fase di esercizio.

L’esercizio può essere considerato uno stimolo evolutivo volto al mantenimento della salute vascolare. L’esercizio fisico è fondamentale per il mantenimento della funzione muscolo-scheletrica di fronte all’invecchiamento, fragilità e malattia, ma è altrettanto importante nell’emodinamica, come una forma diretta di medicina vascolare.

BIBLIOGRAFIA

Green et al. “Vascular adaptation to exercise in Humans: role of hemodynamic stimuli” Physiol Rev 97: 495–528, 2017.

Moreau and Ozemek Vascular Adaptations to Habitual Exercise in Older Adults: Time for the Sex Talk” Exerc Sport Sci Rev. 2017.

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Dott. Fabio Perna

Chinesiologo Clinico (Specialista in Esercizio Fisico Adattato). Aree di interesse: Osteoporosi - Cardiopatie - Recupero Motorio Post-riabilitativo - Rieducazione Posturale - Malattie Metaboliche (Diabete Mellito, Sindrome Metabolica, Obesità) Consulenza: dott.fabioperna@gmail.com

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