LO SPORT COME MEZZO DI PREVENZIONE ADATTAMENTO DEI PARAMETRI RESPIRATORI E METABOLICI IN ATLETI DI ENDURANCE Dott. Walter Castellani 1, Dott. Marco Chiostri.

LO SPORT COME MEZZO DI PREVENZIONE

ADATTAMENTO DEI PARAMETRI RESPIRATORI E METABOLICI IN ATLETI DI

ENDURANCE

Dott. Walter Castellani1, Dott. Marco Chiostri21 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

VENTILATION

CIRCULATION

PULMONARY GAS

EXCHANGE

PERIPHERAL GAS

EXCHANGE

METABILOSM

WASSERMAN

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 (DIFFE-RENZA 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-ISOTONICOAUMENTO SIGNIFICATIVO DI HR E IN MINOR MISURA DI SVDIMINUZIONE 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’ALLENAMENTOMODIFICAZIONI 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 VE (L/min)

• Tidal Volume VT (L)

• Respiratory Rate RR(Breaths/min)

• Breathing Reserve BR (% Max Pred)

• Others include Ti, Ttot,

Breathing Reserve

• Percent of PREDICTED MAX• How much Ventilation we have in reserve

eg Predicted Max Ve = 125 L/min Current Ve = 100 L/min 25 L/min reserve = 20%

Predicted Max VentilationWe 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

VE(l/min)

Work|

-

MaxPredicted

010

160 Predicted Maximum Ventilation

}BR = 20-40%

.

Normal Ventilatory Response

VE(l/min)

Work|

-

MaxPredicted

010

160

Individuals Predicted Maximum Ventilation.BR = 0 %

Ventilatory Limitation

BR = 50 %

VT(L)

VE|

-

1200

0

5

Breathing Pattern

Normal

Restrictive

Obstructive

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

VCO2

L/min

VO2 L/min

4

4

AT: Change in slope

Predicted Max VO2

VCO2

VO2

.

.

(AT => 40% Pred VO2)

Anaerobic Threshold (AT)

Change in Vd\Vt

• With Vt of 600ml, 300ml is deadspace300ml is

alveoloar (gas exch)

• Increase Vt to 900ml, 300ml is deadspace600ml 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 anaerobicaValori di riferimento ricavati secondo Knudson (parametri respiratori) e secondo Jones (V’O2max, V’Emax e WRmax).

RISULTATISpirometria di base:I valori trovati rientrano nei limiti della norma (fra 80% e 140% dei valori predetti) in tutti i soggettiTest da sforzo:Tutti i soggetti hanno raggiunto uno sforzo massimalePer 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'E

Baseline @ max

0

10

20

30

40

0

50

100

150

200

10.52.3 135.919.9

L/m

in

L/m

in

V'O2 max

Baseline @ max

0

100

200

300

400

500

0

1000

2000

3000

4000

5000

28558 3955530

mL

/min

mL

/min

V'CO2 / V'O2

Baseline @ max

0.5

0.7

0.9

1.1

1.3

1.5

0.5

0.7

0.9

1.1

1.3

1.5

0.900.07 1.190.08

Un

its

Un

its

Heart Rate

Baseline @ max

0

50

100

150

100

150

200

250

60.111.7 188.19.9b

pm

bp

m

V'E max

0

50

100

150

200

p<0.001

Predicted Achieved

L/m

inV'O2 max

0

1000

2000

3000

4000

5000

p<0.001

Predicted Achieved

mL

/min

V'E/V'O2 @ max

0

20

40

60

p<0.001

Predicted Achieved

Un

its

Work Rate

0

100

200

300

400

500

p<0.001

Predicted Achieved

Wat

ts

Equazione originaria

Equazionecorretta

V’O2max (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] x1.606.12

V'E max

0

50

100

150

200

p=0.926p<0.001

Predicted Achieved New pred.

L/m

in

V'O2 max

0

1000

2000

3000

4000

5000

p=0.959p<0.001

Predicted Achieved New pred.

mL

/min

V'E/V'O2 @ max

0

20

40

60

p=0.688p<0.001

Predicted Achieved New pred.

Un

its

Work Rate

0

100

200

300

400

500

p=0.701p<0.001

Predicted Achieved New pred.

Wat

ts

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.

Altered phenotype

Mitochondrial Biogenesis

6 weeks of cycle ergometer training (Hoppeler et al., 1985)

Preferential increase in SS mitochondria

Grazie per l’attenzione!