LO SPORT COME MEZZO DI
PREVENZIONE
ADATTAMENTO DEI PARAMETRI
RESPIRATORI E METABOLICI IN ATLETI DI
ENDURANCE
Dott. Walter Castellani1, Dott. Marco Chiostri2
1
Fisiopatologia e Riabilitazione Respiratoria – Az. San. Firenze – Osp. P. Palagi
2 Dipartimento del Cuore e dei Vasi – Università di Firenze
IPPODROMO DEL VISARNO
FIRENZE, 14 SETTEMBRE 2013
1964
Stress Test
1970
1975
Current Technology
WASSERMAN
METABILOSM
CIRCULATION
PERIPHERAL GAS
EXCHANGE
VENTILATION
PULMONARY GAS
EXCHANGE
DURANTE ESERCIZIO FISICO AEROBICO, PER MANTENERE
L’EQUILIBRIO TRA DOMANDA E OFFERTA DI O2 SI VERIFICA:
•AUMENTO DEL FLUSSO SANGUIGNO A LIVELLO DEI MUSCOLI
FINO A 20-25 VOLTE SUPERIORE RISPETTO ALLA CONDIZIONE
DI RIPOSO (da 3 a 75 ml/100 gr di muscolo per minuto), GRAZIE A:
- AGGIUSTAMENTI CENTRALI (cuore e circolazione polmonare)
- AGGIUSTAMENTI PERIFERICI (circolazione sistemica)
•AUMENTO DELL’ESTRAZIONE DELL’O2 DAL SANGUE (DIFFERENZA ARTERO-VENOSA DI O2 (Da-vO2))
- SOGGETTO NON ALLENATO: da circa 5 a 13 ml di O2/100 ml
- SOGGETTO ALLENATO: da circa 5 a 17 ml di O2/100 ml
AGGIUSTAMENTI CARDIOVASCOLARI CENTRALI
AUMENTO DELLA PORTATA CARDIACA (CO)
CO = SV x HR
NELL’ESERCIZIO DINAMICO-ISOTONICO
AUMENTO SIGNIFICATIVO DI HR E IN MINOR MISURA DI SV
DIMINUZIONE DELLE RESISTENZE VASCOLARI ARTERIOSE
SISTEMICHE (VASODILATAZIONE)
AUMENTO DEL RITORNO VENOSO
MODESTO O NULLO AUMENTO DELLA PRESSIONE
ARTERIOSA MEDIA
CONSEGUENZA
MAGGIOR CONSUMO DI O2 DA PARTE DEL MIOCARDIO, MA L’AUMENTO DI
GITTATA SISTOLICA E PORTATA CARDIACA E’ ADEGUATO E PROPORZIONALE ALLE
RICHIESTE ENERGETICHE DELLO STESSO.
LA POMPA CARDIACA EFFETTUA UN LAVORO DI VOLUME SPINGENDO GROSSE
QUANTITA’ DI SANGUE CONTRO UN SISTEMA CIRCOLATORIO CON RESISTENZE
PERIFERICHE DIMINUITE.
AGGIUSTAMENTI CARDIOVASCOLARI PERIFERICI
RIGUARDANO I VASI SANGUIGNI CHE IRRORANO I DIVERSI ORGANI
RE-DISTRIBUZIONE DELLA GETTATA CARDIACA (CO) CON:
•AUMENTO DEL FLUSSO SANGUIGNO AI MUSCOLI IMPEGNATI
SALVAGUARDANDO COMUNQUE CUORE E CERVELLO
•DIMINUENDO IL FLUSSO SANGUIGNO IN ALTRI DISTRETTI
(SPLANCNICO, CUTANEO NELLE FASI INIZIALI).
ADATTAMENTI RESPIRATORI ALL’ALLENAMENTO
MODIFICAZIONI MORFOLOGICHE E FUNZIONALI STABILI NEL
TEMPO IN RISPOSTA AI CARICHI SOSTENUTI.
DIPENDONO DA:
•CARATTERISTICHE FISIOLOGICHE DI BASE DEL SOGGETTO (IN GRAN
PARTE DEFINITE GENETICAMENTE)
•TIPO, INTENSITA’ E DURATA DELLE COMPETIZIONI E DELLE SEDUTE
DI ALLENAMENTO
•ETA’ ED EPOCA DI INIZIO DELL’ATTIVITA’ SPORTIVA
Breathing Parameters
•
•
•
•
Ventilation
Tidal Volume
Respiratory Rate
Breathing Reserve
• Others include Ti, Ttot,
VE
VT
RR
BR
(L/min)
(L)
(Breaths/min)
(% Max Pred)
Breathing Reserve
• Percent of PREDICTED MAX
• How much Ventilation we have in reserve
eg
Predicted Max Ve
Current Ve
25 L/min reserve
= 125 L/min
= 100 L/min
= 20%
Predicted Max Ventilation
We need to know if patients reached
THEIR ACHIEVABLE MAX VE,
not the Ve predicted for a healthy individual.
• Should not use prediction from age height etc.
• Can measure Max Voluntary Ventilation (MVV)
• Best Prediction for Max VE during exercise=
35 x FEV1
Normal Ventilatory Response
160-
Predicted Maximum Ventilation
}
.
VE
(l/min)
10
0
|
Work
Max
Predicted
BR = 20-40%
Ventilatory Limitation
160-
BR = 50 %
.
VE
(l/min)
10
0
Individuals Predicted Maximum Ventilation
BR = 0 %
|
Work
Max
Predicted
Breathing Pattern
5 -
Normal
VT
(L)
Restrictive
Obstructive
0
0
|
VE
120
VCO2
• How much carbon dioxide we produce.
ml/min
Respiratory Exchange Ratio
How much CO2 is exchanged for O2
RER = VCO2 / VO2
RER= 400 / 500 = 0.8
RQ sometimes used, but RQ true measure of
exchange in tissues, not at mouth.
Substrate Utilisation
• Carbohydrate RER = 1.0
• Fat
RER = 0.7
RER between 0.7 and 1.0 tells us what
proportion of Fat and CHD we are
utilising. Useful in calorimetric
studies
VO2
• How much oxygen we uptake.
• Not how much oxygen we breathe in!
O2 -Uptake (ramp)
O2 -Uptake (step)
V-Slope Method of AT
4
VCO2
L/min
AT: Change in slope
VO2 L/min
4
Anaerobic Threshold (AT)
Predicted Max VO2
(AT => 40% Pred VO2)
.
VCO2
.
VO2
Change in Vd\Vt
• With Vt of 600ml,
300ml is deadspace
300ml is alveoloar (gas exch)
• Increase Vt to 900ml, 300ml is deadspace
600ml is alveoloar (gas exch)
• Increase ventilation by 50%
• Increase alveolar ventilation by 100%
BECOME MORE EFFICIENT!
?
Ma i valori predetti cui facciamo
riferimento per le nostre
valutazioni funzionali sono adatti
alla valutazione dell’atleta?
SCOPO
Valutare la corrispondenza dei valori predetti
per i parametri respiratori al massimo dello
sforzo ed eventualmente ricercare dei fattori di
correzione per i parametri metabolici essenziali
che si ricavano da un test da sforzo
cardiorespiratorio condotto su atleti d’élite.
MATERIALE
45 corridori di sesso maschile praticanti ciclismo
a livello professionistico immediatamente prima
della loro stagione di allenamento, in stato di
buona salute da almeno 60 giorni, nelle ore
mattutine, dopo una leggera colazione.
Età media
21,6±2,8 anni (range 18 – 29)
Altezza media
177±5 cm (range 166 – 190)
Peso medio
68,3±4,7 Kg (range 60 – 79)
Superficie corporea media
1,84±0,08 m2 (range 1,70 – 2,03)
Indice di massa corporea medio 21,8±1,2 Kg/m2 (range 19,7 – 23,9)
METODO
•Spirometria di base
•Emogasanalisi arteriosa
•Registrazione manuale di pressione
sanguigna e pulsiossimetria
•Elettrocardiogramma (anche durante test)
•Test da sforzo cardiorespiratorio al
cicloergometro (70-80 pedalate/min:
riscaldamento a 30 W, gradini di 30 W,
recupero a 30 W.
METODO
PARAMETRI METABOLICI REGISTRATI:
- V’E
- V’t
- FIO2, FEO2, FICO2, FECO2
e derivati:
- V’O2, V’CO2, V’CO2/V’O2
- V’E/V’O2, V’E/V’CO2
- PETO2, PETCO2
- Soglia anaerobica
Valori di riferimento ricavati secondo Knudson (parametri
respiratori) e secondo Jones (V’O2max, V’Emax e WRmax).
RISULTATI
Spirometria di base:
I valori trovati rientrano nei limiti della norma
(fra 80% e 140% dei valori predetti) in tutti i
soggetti
Test da sforzo:
Tutti i soggetti hanno raggiunto uno sforzo
massimale
Per V’Emax, V’O2max, V’Emax / V’O2max e
massimo carico di lavoro (WRmax) i valori
raggiunti sono risultati superiori ai predetti in
maniera statisticamente molto significativa.
V'O2 max
30
150
20
100
10
0
mL/min
200
50
10.52.3
135.919.9
Baseline
@ max
0
500
5000
400
4000
300
3000
200
2000
100
1000
0
Baseline
1.3
1.3
1.1
1.1
0.9
0.9
0.7
0.7
Baseline
@ max
@ max
0.5
150
250
100
200
50
150
bpm
1.5
1.190.08
0
bpm
1.5
0.900.07
3955530
Heart Rate
Units
Units
V'CO2 / V'O 2
0.5
28558
mL/min
40
L/min
L/min
V'E
0
60.111.7
188.19.9
Baseline
@ max
100
V'O2 max
V'E max
5000
200
4000
mL/min
L/min
150
100
50
0
3000
2000
1000
0
p<0.001
Predicted
Achieved
p<0.001
Predicted
V'E/V'O 2 @ max
Achieved
Work Rate
60
500
400
Units
Watts
40
20
300
200
100
0
0
p<0.001
Predicted
Achieved
p<0.001
Predicted
Achieved
Equazione
originaria
Equazione
corretta
(0.046xH)-(0.021xA)-4.31
[(0.046xH)-(0.021xA)-4.31]x1.17
V’Emax
FEV1*35
(FEV1*35)x0.88
WRmax
[(20.4xH)-(8.74xA)-1909]
6.12
[(20.4xH)-(8.74xA)-1909] x1.60
6.12
V’O2max
V'O2 max
V'E max
5000
200
4000
mL/min
L/min
150
100
50
0
3000
2000
1000
0
p<0.001
p=0.926
Predicted Achieved New pred.
V'E/V'O 2 @ max
p<0.001
p=0.959
Predicted Achieved New pred.
Work Rate
60
500
400
Units
Watts
40
20
300
200
100
0
p<0.001
p=0.688
Predicted Achieved New pred.
0
p<0.001
p=0.701
Predicted Achieved New pred.
CONCLUSIONI 1
L’introduzione del fattore di correzione porta
ad una buona corrispondenza fra valori medi
teorici e quelli effettivamente riscontrati. In
questo modo è assai più agevole sia
consigliare l’atleta sul tipo di allenamento da
effettuare nel prosieguo della preparazione
che rivalutarlo successivamente, a stadi di
allenamento più avanzati.
CONCLUSIONI 2
Dai nostri dati emerge che non è allenabile il
massimo consumo di ossigeno oltre un certo
limite (infatti dipende dalle caratteristiche
individuali), ma il target su cui lavorare per
l’atleta di endurance è l’efficienza, cioè la
capacità di estrazione di ossigeno a livello
muscolare e quindi la sua utilizzazione nella
produzione di energia.
Mitochondrial Biogenesis
Altered phenotype
6 weeks of cycle
ergometer training
(Hoppeler et al., 1985)
Preferential increase in SS mitochondria
Grazie per
l’attenzione!