13 Dic 2015
IL SISTEMA CARDIOVASCOLARE E L’ESERCIZIO
Posted by Forrest Group Minerva
Creato: 13 Dicembre 2015

 Il sistema cardiovascolare e l’esercizio

Il sistema cardiovascolare durante l'attività fisica esercita cinque importanti funzioni (1):

1) fornisce ossigeno ai muscoli che lavorano;
2) ossigena il sangue restituendolo ai polmoni;
3) trasporta il calore (un sottoprodotto dell’attività) dal nucleo interno del corpo alla cute;
4) fornisce sostanze nutritive ed alimenta i tessuti attivi;
5) trasporta gli ormoni.

L’esercizio richiede un aumento delle prestazioni del sistema cardiovascolare. La richiesta di ossigeno da parte dei muscoli aumenta bruscamente. I processi metabolici accelerano e più scorie sono create. Più nutrienti sono utilizzati e la temperatura corporea si alza. Per comportarsi nel modo più efficiente possibile, il sistema cardiovascolare deve regolare questi cambiamenti e soddisfare le crescenti richieste del corpo (2).

Di seguito esamineremo la risposta acuta o immediata all’esercizio, e anche gli adattamenti a lungo termine che si verificano nel sistema cardiovascolare con l'esercizio ripetuto. Gli aspetti più importanti del sistema cardiovascolare da esaminare comprendono:
   • frequenza cardiaca;
   • volume sistolico;
   • gittata cardiaca;
   • flusso sanguigno;
   • pressione sanguigna;
   • sangue.

Risposta immediata del sistema cardiovascolare all’esercizio

Frequenza cardiaca

La frequenza cardiaca a risposo è mediamente compresa tra 60 - 80 battiti/min negli adulti sani. Nelle persone sedentarie di mezza età, può essere più alta ad es. 100 battiti/min. In atleti di resistenza di elite sono stati riscontrate frequenze cardiache a partire da 28 - 40 battiti/min (2).
Prima che l’esercizio inizi la frequenza cardiaca aumenta in anticipo. Questo è conosciuto come risposta anticipatoria. Si è mediato attraverso il rilascio di un neurotrasmettitore chiamato epinefrina e norepinefrina noti anche come adrenalina e noradrenalina (1).
Dopo l’iniziale risposta anticipatoria, la frequenza cardiaca aumenta in modo direttamente proporzionale all'intensità dell'allenamento fino al raggiungimento della frequenza cardiaca massima. Quest’ultima è stimata con la formula 220-età, che però non è particolarmente accurata [N.d.r: vedi lo studio del 2001 (da leggere almeno il sommario)].
L'unico metodo diretto per determinare la frequenza cardiaca massima è di aumentare l’intensità dell’esercizio sino a che la frequenza cardiaca si stabilizza, nonostante il ritmo di lavoro crescente.
Anche se la frequenza cardiaca aumenta rapidamente con l'inizio dell'attività, se l’intensità dell’esercizio rimane costante, la frequenza cardiaca si stabilizza. Questa è nota come frequenza cardiaca stazionaria dove, le esigenze dei tessuti attivi, possono essere adeguatamente soddisfatte dal sistema cardiovascolare. Tuttavia, vi è un'eccezione.
Durante il prolungato esercizio stazionario, soprattutto in un clima caldo, la frequenza cardiaca di stato stazionario aumenterà gradualmente. Questo fenomeno è noto come deriva cardiaca e si ritiene si verifichi a causa dell’aumento della temperatura interna del corpo (3).

Volume sistolico

Il volume sistolico [N.d.r: in inglese stroke volume (SV)] è la quantità di sangue spinta per battito dal ventricolo sinistro e si misura in mL/battito.
Il volume sistolico aumenta proporzionalmente all’intensità dell’esercizio. In individui non allenati il volume sistolico a riposo è mediamente di 50-70 mL/battito ed incrementa fino a 110-130 mL/battito durante un'intensa attività fisica. In atleti d'elite il volume sistolico a riposo è mediamente di 90-110 mL/battito ed aumenta sino a 150-220 mL/battito (2).
Il volume sistolico può aumentare fino al 40-60% della capacità massima, dopo di che si stabilizza. Al di la di questa soglia, il volume del battito rimane invariato fino al punto di esaurimento (4, 5). Tuttavia questo aspetto non è completamente condiviso, in quanto altri studi suggeriscono che il volume sistolico continua a salire fino al punto di esaurimento (6, 7).
È interessante notare che i nuotatori presentano un minore aumento del volume sistolico rispetto ad altri atleti, quali ad esempio i corridori ed i ciclisti. Si ritiene che la posizione supina impedisca al sangue di raccogliersi nelle estremità inferiori migliorando il ritorno venoso (2).
Perché il volume sistolico aumenta quando inizia l'esercizio fisico? Una spiegazione è che il ventricolo sinistro si riempie in modo più completo, si allarga ulteriormente con un ritorno elastico che produce una contrazione più forte. Questo è noto come il meccanismo di Frank-Starling. Altri fattori che concorrono sono l’aumento della contrattilità dei ventricoli e la ridotta resistenza periferica a causa di una maggiore vasodilatazione dei vasi sanguigni (1).

Gittata cardiaca

La gittata cardiaca è la quantità di sangue pompato dal cuore in 1 minuto, misurata in L/min. È il prodotto del volume del battito [N.d.r: stroke volume (SV)] e della frequenza cardiaca [N.d.r: heart rate (HR)], cioè SV x HR. Se la frequenza cardiaca o il volume del battito, od entrambi, aumentano, anche la gittata cardiaca aumenta.
La gittata cardiaca aumenta proporzionalmente con l’intensità dell’esercizio ed è prevedibile, conoscendo la risposta della frequenza cardiaca e del volume sistolico all'attività. A riposo la gittata cardiaca è di circa 5 L/min. Durante l'esercizio fisico intenso questa può aumentare fino 20-40 L/min (1).

Flusso sanguigno

Il sistema vascolare può ridistribuire il sangue a quei tessuti che hanno una maggiore richiesta in un certo istante, riducendolo nelle zone che hanno minore domanda d’ossigeno.
A riposo il 15-20% del sangue circolante alimenta il muscolo scheletrico. Durante l'esercizio fisico vigoroso questo aumenta all’80-85% della gittata cardiaca. Il sangue è deviato dai maggiori organi come reni, fegato, stomaco e intestino. Viene inoltre reindirizzato alla cute per promuovere la perdita di calore (2).
Agli atleti è spesso sconsigliato di mangiare diverse ore prima dell'allenamento o della competizione. Questo è un consiglio da rispettare, in quanto il cibo nello stomaco porterà a contendere il flusso di sangue tra il sistema digerente ed i muscoli. È stato dimostrato che il sangue gastrointestinale durante l'esercizio che segue il pasto, è maggiore rispetto all’esercizio a stomaco vuoto (8).

Pressione sanguigna

A riposo, in individui in buona salute, la tipica pressione sistolica del sangue è compresa tra 110-140 mmHg e quella diastolica tra 60-90 mmHg.
Durante l'esercizio fisico la pressione sistolica, cioè la pressione durante la contrazione del cuore (nota come sistole), può aumentare oltre 200 mmHg; valori pari a 250 mmHg sono stati riscontrati in atleti sani altamente addestrati (2).
La pressione diastolica, invece, rimane relativamente invariata indipendentemente dall’intensità dell'esercizio. In realtà, un aumento di più di 15 mmHg con l'aumentare dell’intensità dell’esercizio può indicare una malattia coronarica, ed è usata come indicatore per terminare un test di tolleranza allo sforzo.
Sia la pressione sistolica, sia quella diastolica possono salire a valori elevati, seppur brevi, durante l'esercizio di resistenza. Valori di 480/350 mmHg (9) sono stati riscontrati in coincidenza di una manovra di Valsalva, (n.d.r. usata dai subacquei per compensare la differenza di pressione che si stabilisce sul timpano dell’orecchio durante l’immersione), vale a dire cercare di espirare contro la bocca, con il naso e la glottide chiusi.

Il sangue

In condizioni di riposo il tenore di ossigeno nel sangue varia da circa 20 mL di ossigeno per 100 mL di sangue arterioso, a 14 mL di ossigeno per 100 mL di sangue venoso (2). La differenza del contenuto di ossigeno nel sangue arterioso e venoso è nota come differenza a-vO2.
Come l'intensità dell'esercizio aumenta incrementa la anche la differenza a-vO2 e, allo sforzo massimo, la differenza tra la concentrazione di ossigeno nel sangue arterioso e venoso può essere di tre volte superiore rispetto a quella di riposo.
Il volume sanguigno del plasma diminuisce con l'inizio dell’esercizio. L'aumento della pressione sanguigna e le variazioni delle pressioni osmotiche intramuscolari forzano l’acqua dal compartimento vascolare allo spazio interstiziale. Durante l'esercizio fisico prolungato, il volume del plasma può diminuire del 10-20%, mentre può diminuire del 15-20%, in un periodo di 1 minuto, nell’esercizio massimale (10). L’allenamento di resistenza con ripetute del 40% e del 70% del massimo, può causare una riduzione  del plasma sanguigno rispettivamente del 7.7% e 13.9% (11).

Una riduzione del plasma aumenta la concentrazione di emoglobina o dell'ematocrito. Sebbene non siano stati prodotti nuovi globuli rossi, la maggiore concentrazione di emoglobina per unità di sangue aumenta notevolmente la capacità di carico d’ossigeno del sangue. Questo è uno dei principali adattamenti durante l’acclimatazione immediata alla quota.
Il pH del sangue può cambiare da leggermente alcalino, 7.4 a riposo, sino a 6.5 durante uno sprint a massima intensità. Ciò è dovuto principalmente ad un maggiore ricorso a sistemi energetici anaerobici e all’accumulo di ioni d’idrogeno (1).

Adattamenti nel sistema cardiovascolare


Proseguendo l’allenamento (N.d.r: nel tempo) il sistema cardiovascolare ed i suoi componenti passano attraverso vari adattamenti. Ecco i più importanti:

Dimensione del cuore

La massa del cuore ed il volume aumentano ed il muscolo cardiaco subisce un’ipertrofia.
È il ventricolo sinistro che si adatta nella maggior misura. Così come le dimensioni della camera cardiaca aumentano come risultato dell’allenamento alla resistenza (12), gli studi più recenti mostrano che anche lo spessore della parete miocardica aumenta (13).

Frequenza cardiaca

In un individuo in precedenza sedentario, la frequenza cardiaca a riposo può diminuire in modo significativo in seguito all’allenamento. Nel corso di un programma di allenamento di 10 settimane, un individuo con un’iniziale frequenza cardiaca a riposo di 80 battiti/min può ragionevolmente attendersi di constatare una riduzione di circa 10 battiti/min della sua frequenza cardiaca a riposo (2).
Durante l'esercizio submassimale, la frequenza cardiaca è più bassa per ogni data intensità rispetto al pre-allenamento. Questa differenza è più marcata ad elevate intensità di esercizio. Ad esempio, a bassa intensità di lavoro fisico ci può essere solo una differenza marginale della frequenza cardiaca pre e post allenamento. Come l’intensità raggiunge i livelli massimi, la differenza può raggiungere i 30 battiti/min (2).
Con l’allenamento la frequenza cardiaca massima tende a rimanere invariata e sembra essere limitata geneticamente. Tuttavia, ci sono alcuni studi che indicano che la frequenza cardiaca massima negli atleti di alto livello è ridotta rispetto agli individui non allenati della medesima età.

A seguito di un esercizio fisico la frequenza cardiaca resta elevata, prima di recuperare lentamente sino al livello di riposo. Dopo un periodo di allenamento, il tempo di recupero necessario affinché la frequenza cardiaca ritorni al suo valore di riposo è accorciato (2). Questo può essere un utile strumento per il monitoraggio degli effetti di un programma di allenamento. Ciò, tuttavia, non è così utile per confrontare tra loro le persone, poiché i diversi fattori individuali non cardiorespiratori, rivestono un ruolo importante nel determinare quanto velocemente la frequenza cardiaca ritorni al suo livello di riposo.

Volume sistolico

Il volume sistolico con l'allenamento aumenta a riposo, durante l'esercizio submassimale e massimale. La gittata sistolica a riposo è, mediamente, di 50-70 mL/battito in soggetti non allenati, 70-90 mL/battito in individui allenati e 90-110 mL/battito in atleti di resistenza di livello mondiale (1).
Questo aumento del volume del battito è attribuibile ad un maggiore riempimento cardiaco telediastolico. Questo maggiore riempimento del ventricolo sinistro è dovuto:
    a) ad un aumento del plasma sanguigno e quindi del volume di sangue (vedi più sotto);
    b) alla riduzione della frequenza cardiaca che aumenta il tempo di riempimento diastolico (2).
Secondo il meccanismo di Frank-Starling, questo maggiore riempimento del ventricolo sinistro aumenta il suo ritorno elastico, che così produce una contrazione più forte. Quindi non solo il cuore è più pieno di sangue da spingere, ma espelle una maggiore percentuale del volume telediastolico (denominato frazione di eiezione) rispetto a prima dell’allenamento.

Gittata cardiaca

Se la frequenza cardiaca diminuisce a riposo e durante l’esercizio sub massimale, ed il volume sistolico aumenta, qual è l'effetto netto sulla gittata cardiaca?
In realtà, la gittata cardiaca rimane relativamente invariata o diminuisce solo leggermente seguendo l'allenamento di resistenza. Durante l'esercizio fisico massimale, d'altra parte, la gittata cardiaca aumenta significativamente. Questo è il risultato dell’aumento del volume sistolico mentre la frequenza cardiaca massima rimane invariata con l’allenamento. Nei soggetti non allenati, la gittata cardiaca massima può essere 14-20 L/min, rispetto a 25-35 L/min in soggetti allenati. Negli grandi atleti d'élite, la gittata cardiaca massima può raggiungere i 40 L/min (2).

Flusso sanguigno

Il muscolo scheletrico riceve un maggiore afflusso di sangue dopo l'allenamento. Ciò è dovuto a:
  • aumentato numero di capillari;
  • maggiore apertura dei capillari esistenti;
  • migliore ridistribuzione del sangue;
  • aumento del volume del sangue.

Pressione sanguigna

Nelle persone affette da ipertensione la pressione arteriosa può diminuire, sia a riposo (sia la pressione sistolica, sia quella diastolica) che durante l'esercizio submassimale, di ben 10 mmHg. Tuttavia, in un esercizio di intensità massima, la pressione sistolica è diminuita rispetto al pre-allenamento (15, 16).
È interessante notare che, sebbene gli esercizi di resistenza possano significativamente aumentare la pressione sistolica e diastolica del sangue durante l'attività, questo può portare ad una riduzione, a lungo termine, della pressione arteriosa (17).

Volume del sangue

L’allenamento di resistenza aumenta il volume del sangue. Sebbene il volume del plasma sia il responsabile della maggior parte di tale aumento, un fattore concomitante può essere una maggiore produzione di globuli rossi. Ricordiamo che l’ematocrito è la concentrazione di emoglobina per unità di sangue. Un aumento dei globuli rossi dovrebbe aumentare l’ematocrito, ma questo in realtà non succede. Infatti l’aumento del plasma sanguigno avviene in misura maggiore rispetto all'aumento dei globuli rossi, ed in effetti l’ematocrito si riduce a seguito dell’allenamento (2).

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Riferimenti

   1) McArdle WD, Katch FI and Katch VL. (2000) Essentials of Exercise Physiology: 2nd Edition Philadelphia, PA: Lippincott Williams & Wilkins
   2) Wilmore JH and Costill DL. (2005) Physiology of Sport and Exercise: 3rd Edition. Champaign, IL: Human Kinetics
   3) Rowell LB. (1993) Human Cardiovascular Control. New York: Oxford University Press
   4) Crawford MH, Petru MA, Rabinowitz C. Effect of isotonic exercise training on left ventricular volume during upright exercise. Circulation.1985 Dec;72(6):1237-43
   5) Higginbotham MB, Morris KG, Williams RS, McHale PA, Coleman RE, Cobb FR. Regulation of stroke volume during submaximal and maximal upright exercise in normal man. Circ Res.1986 Feb;58(2):281-91
   6) Hermansen L, Ekblom B, Saltin B. Cardiac output during submaximal and maximal treadmill and bicycle exercise. J Appl Physiol.1970 Jul;29(1):82-6
   7) Scruggs KD, Martin NB, Broeder CE, Hofman Z, Thomas EL, Wambsgans KC, Wilmore JH. Stroke volume during submaximal exercise in endurance-trained normotensive subjects and in untrained hypertensive subjects with beta blockade (propranolol and pindolol). Am J Cardiol.1991 Feb 15;67(5):416-21
  8) Waaler BA, Eriksen M, Janbu T. The effect of a meal on cardiac output in man at rest and during moderate exercise. Acta Physiol Scand.1990 Oct;140(2):167-73
  9) MacDougall JD, Tuxen D, Sale DG, Moroz JR, Sutton JR. Arterial blood pressure response to heavy resistance exercise. J Appl Physiol.1985 Mar;58(3):785-90
 10) Sejersted OM, Vollestad NK, Medbo JI. Muscle fluid and electrolyte balance during and following exercise. Acta Physiol Scand Suppl.1986;556:119-27
  11) Collins MA, Cureton KJ, Hill DW, Ray CA. Relation of plasma volume change to intensity of weight lifting.  Med Sci Sports Exerc.1989 Apr;21(2):178-85
  12) The athlete's heart and cardiovascular disease: impact of different sports and training on cardiac structure and function. Cardiology Clinics.1997 15:397-412
  13) Fagard RH. Athlete's heart: a meta-analysis of the echocardiographic experience. Int J Sports Med.1996 Nov;17 Suppl 3:S140-4
  14) Fagard RH and Tipton CM (1994). Physical activity, fitness and hypertension. In Bouchard C, Shephard RJ and Stephens T (Eds.), Physical Activity, Fitness And Health(pp.633-655). Champaign, IL:Human Kinetics
  15) Coyle EF, Hemmert MK, Coggan AR. Effects of detraining on cardiovascular responses to exercise: role of blood volume. J Appl Physiol.1986 Jan;60(1):95-9
  16) Clausen JP. Effects of physical training on cardiovascular adjustments to exercise in man. Physiological Reviews. 1977 57:779-816
  17) Hagberg JM, Ehsani AA, Goldring D, Hernandez A, Sinacore DR, Holloszy JO. Effect of weight training on blood pressure and hemodynamics in hypertensive adolescents. J Pediatr.. 1984 Jan;104(1):147-51

 



Articolo tratto da: http://www.sport-fitness-advisor.com/cardiovascular-system-and-exercise.html


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