Fisiologia dello Sport: Adattamenti Cardiovascolari

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Il tema dell’adattamento cardiovascolare nell’atleta, è sempre stato limitato alla descrizione dei reperti fisici fino all’avvento di moderne tecniche di imaging. La fisiologia che sta alla base dell’atletica e dell’esercizio vigoroso è complessa. L’attività fisica richiede la contrazione coordinata e mirata di specifici gruppi di muscoli che vengono reclutati dal sistema nervoso centrale per svolgere compiti specifici. Per ogni atleta, esiste una correlazione diretta tra la grandezza del lavoro esterno e la quantità di lavoro interno richiesto per completare qualsiasi specifico compito. Il lavoro interno, ovvero il costo metabolico totale, è un termine ampio che comprende il substrato utilizzato, trasporto del substrato e rimozione del sottoprodotto metabolico, ed è più comunemente quantificato dalla misurazione del consumo di ossigeno (VO2). Il sistema cardiovascolare svolge un ruolo chiave. In particolare, l’obiettivo primario del sistema cardiovascolare è quello di fornire simultaneamente al muscolo scheletrico il substrato ricco di energia (cioè glucosio, acidi grassi e ossigeno) e di restituire i sottoprodotti del metabolismo agli organi responsabili del loro smaltimento. Questo processo è realizzato da un aumento della gittata cardiaca, la cui ampiezza è strettamente legata alle esigenze dei muscoli attivati. Meccanismi fondamentali responsabili dell’aumento della gittata cardiaca, includono aumenti della frequenza cardiaca, del volume del riempimento ventricolare e della vasodilatazione arteriosa periferica.

FISIOLOGIA DEL RIMODELLAMENTO CARDIACO

Il rimodellamento cardiaco indotto dall’esercizio, è stimolato dagli stressors di pressione e volume che accompagnano gli aumenti del lavoro sia esterno che interno. Gli stimoli inerenti la risposta all’esercizio si riferiscono al movimento di grandi quantità di sangue attraverso il sistema cardiovascolare. Discipline sportive tra cui la corsa a lunga distanza, lo sci nordico, il canottaggio e il ciclismo, sono caratterizzati da una predominanza dello stress isotonico. Dal punto di vista del cuore, la fisiologia isotonica impartisce un carico maggiore di “volume” che riguarda tutte e 4 le camere cardiache e i grandi vasi. In contrasto con questo lavoro, lo stress isometrico si riferisce alla generazione di un’alta pressione intravascolare, quindi discipline sportive che richiedono brevi ma intense attività come il sollevamento pesi, il football americano e le arti marziali, si avvicinano alla massima contrazione di grandi gruppi muscolari, accoppiati a picchi nella causa del rilascio di catecolamine e aumenti transitori della pressione arteriosa sistemica (superiore a 400 mmHg). Dal punto di vista del cuore, la fisiologia isometrica conferisce un carico di “pressione” che si concentra in gran parte sul ventricolo sinistro a causa del fatto che una valvola mitrale competente, risparmia il resto delle componenti cardiache. La maggior parte delle attività atletiche caratterizzate dall’isometria, vengono eseguite senza il respiro necessario per neutralizzare la pressione ventricolare sinistra transmurale. Gli sport caratterizzati da uno stress isotonico relativamente puro, includono la corsa a lunga distanza, calcio e sci di fondo. Gli sport di stress isometrico relativamente puro, includono sollevamento pesi, arti marziali e gesti di lancio. Lo stress isotonico indotto dall’esercizio, provoca una dilatazione biventricolare, dilatazione biatrica e potenziamento della funzione diastolica ventricolare sinistra. Al contrario, lo stress isometrico stimola il rimodellamento confinato al ventricolo sinistro, tipicamente caratterizzato da lievi gradi di ipertrofia ventricolare concentrica con compromissione della funzionalità diastolica invariata o relativa. È interessante notare che molti degli sport più popolari, coinvolgono quantità significative di stress isotonico e isometrico cardiovascolare.

ADATTAMENTI MIOCARDICI ALL’ESERCIZIO

Il rimodellamento ventricolare sinistro in risposta all’allenamento è stato oggetto di approfonditi studi. A seconda della scelta, il 30% di atleti sani, hanno maggiori dimensioni della camera sinistra, che superano i limiti della norma. In modo simile, lievi aumenti dello spessore della parete ventricolare sinistra, in genere vanno da 12-14 mm e sono comunemente osservati tra gli atleti allenati. Gli individui che partecipano a sport isotonici, tendono a sviluppare un rimodellamento ventricolare sinistro di tipo eccentrico, caratterizzato da dilatazione della camera e ispessimento della parete. Al contrario, gli atleti che partecipano a sport maggiormente isometrici, sviluppano il rimodellamento ventricolare sinistro in modo concentrico, caratterizzato da ispessimento della parete, senza dilatazione della camera. Gli adattamenti funzionali del ventricolo sinistro all’esercizio fisico, sembrano essere nello stesso modo specifici per lo sport. L’allenamento isotonico porta ad una migliore funzione diastolica, mentre gli atleti che partecipano a sport isometrici, dimostrano una funzione diastolica ventricolare sinistra normale o leggermente ridotta. Quindi questo rappresenta una riserva fisiologica in funzione dell’attività, piuttosto che una patologia subclinica.

La fisiologia isotonica impartisce uno stress biventricolare bilanciato e quindi spesso si traduce in dilatazione del ventricolo destro. Oltre al ventricolo sinistro, anche la funzione sistolica del cuore destro, può essere lievemente ridotta tra gli atleti di resistenza e probabilmente riflette la sostanziale riserva contrattile. Data la difficoltà di quantificare l’ipertrofia ventricolare destra con l’imaging, non invasivo, ci sono dati limitati che affrontano se la parete ventricolare destra si ispessisce in risposta all’esercizio fisico. La letteratura disponibile suggerirebbe che questa ipertrofia ventricolare destra, è una risposta insolita all’esercizio fisico, in assenza di qualche forma di ipertensione polmonare concomitante. Il ventricolo destro appare in gran parte non reattivo all’allenamento sportivo isometrico. Pertanto, la dilatazione del ventricolo destro e / o ipertrofia tra gli atleti, dovrebbe far pensare maggiormente ad una patologia sottostante, piuttosto che a fisiologia adattativa.

DETERMINANTI TEMPORALI DELL’ADATTAMENTO CARDIACO

Il rimodellamento cardiaco indotto dall’esercizio, richiede un’esposizione ripetitiva e prolungata all’esercizio fisico. Al momento attuale, l’intensità minima e la durata dell’esercizio richiesti, per stimolare questo processo rimangono ignoti. Non si è in grado di stabilire relazioni di causa-effetto e il tempo necessario affinché l’esercizio induca il rimodellamento cardiaco. Il lavoro svolto dall’Harvard Athlete Initiative, ha dimostrato che sono sufficienti 90 giorni di intenso allenamento di squadra, per produrre le forme specifiche per lo sport, del rimodellamento ventricolare sinistro. Uno studio sui clisti del Tour de France, hanno dimostrato una progressiva dilatazione della camera del ventricolo sinistro con concomitante riduzione dello spessore della parete, dopo un periodo di tre anni di ciclismo professionale.

REGRESSIONE DEGLI ADATTAMENTI

Gli adattamenti cardiovascolari all’esercizio possono regredire dopo lo stop / riduzione dell’esercizio. Maron et al. studiarono 6 atleti d’élite (partecipanti nel 1988 ai Giochi olimpici di Seoul) con marcata ipertrofia ventricolare sinistra (spessore della parete del setto = 13,8 ± 0,9 mm) dopo periodi variabili (6-34 settimane) di riduzione volontaria dell’allenamento. Dopo la riduzione dell’attività, questa piccola coorte di atleti ha dimostrato una significativa regressione dell’ipertrofia ventricolare sinistra (spessore della parete del setto = 10,5 ± 0,5 mm). Questo importante studio ha portato al concetto di decondizionamento per differenziare l’ipertrofia fisiologica da cardiomiopatia patologica lieve. Un decennio dopo, Pelliccia e altri hanno esaminato 40 atleti maschi d’élite con ipertrofia ventricolare sinistra eccentrica (diametro della camera LV = 61,2 mm, parete LV spessore = 12,0 ± 1,3 mm, massa ventricolare sinistra = 194 g / m) dopo un maggiore distensione (5,6 ± 3,8 anni). In questo caso, sia la massa ventricolare sinistra (14021 g / m) che lo spessore della parete (10.10.8 mm) sono tornati ai valori normali in tutti gli atleti mentre la dilatazione della cavità ventricolare sinistra persistente è rimasta nel 22%. Questo studio suggerisce che alcuni aspetti del rimodellamento cardiaco indotti dall’esercizio fisico (ad es. dilatazione della camera) possono essere permanenti per lunghi periodi dopo l’astinenza da esercizio. Weiner e colleghi hanno studiato 5 atleti di calcio maschile con ipertrofia del ventricolo sinistro in modalità concentrica (massa VS = 139 ± 7 g / m2, spessore della parete LV = 12,4 ± 0,5 mm), hanno mostrato, dopo 6 mesi di decondizionamento prescritto, delle riduzioni statisticamente significative della massa ventricolare sinistra, con spessore della parete ventricolare e dimensione atriale sinistra, pari alla norma.

ADATTAMENTO ELETTROFISIOLOGICO

L’allenamento induce cambiamenti sia nell’elettrofisiologia cardiaca sia direttamente, sia attraverso cambiamenti nell’input autonomo. L’allenamento atletico, in particolare l’allenamento di resistenza, ha anche effetti profondi sul sistema nervoso autonomo e questi effetti si manifestano in alterazioni di elettrofisiologia cardiaca. L’alterazione autonoma primaria è un aumento del tono parasimpatico, con conseguente bradicardia sinusale, aritmia sinusale, primo grado di blocco atrioventricolare e blocco atrioventricolare di secondo grado Mobitz I. La bradicardia di riposo, influenza anche la ripolarizzazione ventricolare cardiaca. Questa alterazione della ripolarizzazione ventricolare, aumentata del tono vagale può anche essere il meccanismo di aumento dell’ampiezza dell’onda T nel cuore dell’atleta. La ripolarizzazione precoce dell’atleta va distinta dalla simile situazione che si riscontra nella morte improvvisa, e un modo più efficace per differenziarle, potrebbe essere riconoscere che mentre la ripolarizzazione precoce nel giovane atleta appare dinamicamente nei momenti di massima forma fisica, l’aumento della mortalità associata a modelli di ripolarizzazione precoce, sembra essere limitato alla quarta o quinta decade di vita.

FARMACI E RIMODELLAMENTO CARDIACO

L’uso dei farmaci che migliorano la performance, è aumentato negli ultimi decenni tra atleti di élite e amatoriali. Mancano studi definitivi che documentino l’impatto dei farmaci sulla struttura e sulla funzione cardiaca. Dati suggeriscono che gli steroidi androgeni anabolizzanti, possono facilitare l’ipertrofia ventricolare sinistra lieve con riduzioni associate della funzione diastolica e sistolica ventricolare sinistra.

APPROCCIO ALL’ATLETA CON MORFOLOGIA CARDIACA “GRAY-ZONE”

Ci può essere una sostanziale sovrapposizione quantitativa tra marcato adattamento fisiologico e lieve malattia cardiomiopatica. Storicamente, l’atleta in “zona grigia” era una frase usata per descrivere l’individuo che presentava spessori di parete ventricolare sinistra, che hanno superato i valori normali destando così preoccupazione di Cardiomiopatia ipertrofica. La probabilità che un anormalità cardiaca in un atleta, rappresenti una vera malattia, inizia con la considerazione vari pre-test. L’ecocardiografia rimane il test iniziale di scelta tra gli atleti con una sospetto patologia miocardica. La risonanza magnetica cardiaca (cMRI) e la tomografia computerizzata cardiaca (cCT), si sono dimostrate utili in questo contesto clinico. Va sottolineato che la valutazione della zona grigia dell’atleta va oltre l’imaging e in genere richiede monitoraggio e test da sforzo.

L’adattamento cardiovascolare all’allenamento è specifico per lo sport e dipende dal tempo. Modifiche strutturali al cuore si verificano in risposta alla pressione e / o al volume di sangue, durante l’allenamento e la competizione. I cambiamenti elettrofisiologici si verificano in parallelo ai cambiamenti strutturali, anche in conseguenza del tono autonomo alterato.

BIBLIOGRAFIA

Kovacs, R., & Baggish, A. L. “Cardiovascular Adaptation in Athletes” Trends in Cardiovascular Medicine, 26(1), 46–52, 2016.

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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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