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La soglia anaerobica: basi teoriche e metodi di misura M. Ferrari Dipartimento di Scienze Biomediche e Chirurgiche Servizio di Fisiopatologia Respiratoria.

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1 La soglia anaerobica: basi teoriche e metodi di misura M. Ferrari Dipartimento di Scienze Biomediche e Chirurgiche Servizio di Fisiopatologia Respiratoria Università di Verona

2 La soglia anaerobica: basi teoriche e metodi di misura La soglia di transizione Storia Christiansen, 1914 Owles, 1930 Critica intensità di esercizio sopra la quale si registra un incremento della concentrazione sierica di acido lattico Owles, 1930 Laccumulo di lattato si accompagna ad un aumento delleleminazione di CO2 e della ventilazione Harrison e Pilcher, 1930 Leccesso di CO2 deriva dal tamponamento dellacido prodotto nel corso di metabolismo anaerobio da parte del bicarbonato Wasserman e McIlroy, 1964 Lintensità critica di esercizio al di sopra della quale lesercizio stesso avviene in anaerobiosi, si accumula lattato e compare rapidamente fatica è definita SOGLIA ANAEROBICA

3 Watt Il lavoro può essere eseguito per una durata indefinita. Lenergia richiesta per la contrazione muscolare è fornita attraverso fonti aerobiche. I prodotti metabolici finali sono adeguatamente eliminati Il lavoro provoca rapidamente fatica ed esaurimento muscolare Lenergia richiesta per la contrazione muscolare è insufficiente e fornita attraverso fonti anaerobiche. I prodotti metabolici finali non sono adeguatamente eliminati e si accumulano INTENSITA CRITICA

4 La soglia anaerobica: basi teoriche e metodi di misura La soglia di transizione modelli Single breakway Double breakway Exponential model

5 La soglia anaerobica: basi teoriche e metodi di misura Modelli di transizione Modello a singola spezzata Il modello classico di transizione aerobico- anaerobica Wasserman e McIlroy (1964) definiscono questo punto come quello immediatamente precedente ad un : acido lattico al di sopra dei valori basali (~2 mmol/L) decremento di bicarbonato e pH

6 La soglia anaerobica: basi teoriche e metodi di misura Modelli di transizione Modello a doppia spezzata Kinderman et al (1979) dimostrano che un esercizio di elevata intensità che produca una concentrazione di lattato di circa 4 mmol/L, può essere mantenuto per un lungo periodo. Essi ritengono quindi che la soglia anaerobica proposta da Wasserman e McIlroy (che si verifica nel range di 2 mmol/L) sia indicativa del limite superiore del metabolismo esclusivamente aerobico e vada ridefinita soglia aerobica. La soglia anaerobica vera si situerebbe intorno alla concentrazione di lattato di 4 mmol/L, essendo presente tra le 2 soglie una zona di transizione aerobico-anaerobica.

7 La soglia anaerobica: basi teoriche e metodi di misura Modelli di transizione Modello a doppia spezzata 4 mmol/L 2 mmol/L Soglia aerobica Soglia anaerobica Transizione watt lattato

8 La soglia anaerobica: basi teoriche e metodi di misura Modelli di transizione Modello esponenziale Esiste un incremento esponenziale delle concentrazioni di lattato (VE, VCO2) nel corso di un esercizio progressivo (Jerwell, 1929; Yeh et al., 1983; Hagan e Smith, 1984; Hughson et al., 1987). Hughson et al. dimostrano che il modello, confrontato ai dati sperimentali, presenta un errore statistico medio 3.5 volte inferiore rispetto a quello a singola spezzata. Questo modello confuta la reale esistenza di una soglia critica di esercizio che segni il passaggio dal metabolismo aerobio allanaerobio; le fonti energetiche del metabolismo anaerobio contribuirebbero in maniera progressivamente crescente alla spesa energetica totale nel corso di esercizio incrementale.

9 La soglia anaerobica: basi teoriche e metodi di misura [La - ] a carichi crescenti di lavoro La soglia anaerobica: basi teoriche e metodi di misura

10 [La - ] e lavoro a carico costante La soglia anaerobica: basi teoriche e metodi di misura

11 Meccanismi alla base dellincremento di lattato Insufficiente apporto di ossigeno al muscolo Processo glicolitico più rapido dellutilizzo del piruvato Pattern del reclutamento delle fibre muscolari La soglia anaerobica: basi teoriche e metodi di misura

12 Meccanismi alla base dellincremento di lattato

13 La soglia anaerobica: basi teoriche e metodi di misura Meccanismi alla base dellincremento di lattato Wasserman et al., J Appl Physiol 1985; 59:

14 La soglia anaerobica: basi teoriche e metodi di misura

15 Meccanismi alla base dellincremento di lattato E possibile ottenere produzione di lattato da muscolo isolato di cane in presenza di un livello adeguato di ossigeno (Katz, 1988). Il rapporto tessutale [NADH]/[NAD] in corso di esercizio costante (40% VO2 max) diminuisce alla fine dellesercizio, mentre non varia la [La] (Shalin et al., 1991). La soglia anaerobica: basi teoriche e metodi di misura

16 Meccanismi alla base dellincremento di lattato Insufficiente apporto di ossigeno al muscolo Processo glicolitico più rapido dellutilizzo del piruvato Pattern del reclutamento delle fibre muscolari La soglia anaerobica: basi teoriche e metodi di misura

17 Meccanismi alla base dellincremento di lattato Wasserman et al., J Appl Physiol 1985; 59:

18 La soglia anaerobica: basi teoriche e metodi di misura Meccanismi alla base dellincremento di lattato Insufficiente apporto di ossigeno al muscolo Processo glicolitico più rapido dellutilizzo del piruvato Pattern del reclutamento delle fibre muscolari La soglia anaerobica: basi teoriche e metodi di misura

19 Meccanismi alla base dellincremento di lattato Tipo fibraIIIaIIxIIb Proprietà meccaniche /faticabilità ST resistant FT resistant FT intermediate FT fatigable Enzimi metabolici SO Ossidative FOG Ossidative/ Glicolitiche ?FG Glicolitiche

20 La soglia anaerobica: basi teoriche e metodi di misura Modelli di transizione Modello a doppia spezzata AEROBICA Fibre tipo I Acidi grassi ANAEROBICA Fibre IIb Glucidi AEROBICA- ANAEROBICA Fibre tipo IIa watt lattato Skinner e MCLellan (1980)

21 Py 6O2 6CO2 G 34 ATP 3 ATP Py 6O2 6CO2 G 34 ATP 6 ATP La Py 6O2 6CO2 G 34 ATP La Fibra muscolare in condizioni aerobiche. La quantità di Py formato a partire dal glicogeno è completamente ossidata a O2 e CO2. Una unità glicosilica (162 g di glicogeno) fornisce energia per la sintesi di 3 moli di ATP nelle fasi iniziali, e 34 moli nel ciclo di Krebs. Il rapporto ATP/O2 =6.17 [(34+3)/6] Fibra muscolare in condizioni ipoaerobiche. La quantità di Py formato eccede quella che può essere ossidata nel ciclo di Krebs. Leccesso di Py è convertito anaerobicamente in La. Il rapporto ATP/O2 =6.67 [(34+6)/6] Fibra muscolare in condizioni iperaerobiche. La fibra capta La dallo spazio extracellulare, lo riconverte in Py che entra nel ciclo di Krebs. Non è utilizzato glicogeno. Il rapporto ATP/O2 =5.67 [34/6] Antonutto, di Prampero. J Sports Med Phys Fitness 1995; 35:6-12

22 La soglia anaerobica: basi teoriche e metodi di misura Meccanismi alla base dellincremento di lattato..Brooks (1985) and Gollnick et al. (1986) firmly believe that increase of lactate during exercise occurs in the presence or in absence of adeguate oxygen supply, while Wasserman and colleagues (1986) firmly believe that lactate accumulation is strictly oxygen dependent and requires change in the redox state of the cell.. Anderson and Rhodes. Sports Medicine 1989; 8:43-55

23 La soglia anaerobica: basi teoriche e metodi di misura Accumulo di lattato e fatica muscolare A. LATTICO pH tessuti Fosfofruttochinasi Fosforilasi Ca++ actomiosina mobilizzazione a.grassi DISPONIBILITA ENERGIA PRODUZIONE ENERGIA CONTRAZIONE MUSCOLARE

24 La soglia anaerobica: basi teoriche e metodi di misura Il tamponamento dellacidosi lattica indotta dallesercizio

25 La soglia anaerobica: basi teoriche e metodi di misura Il tamponamento dellacidosi lattica indotta dallesercizio

26 Produzione di a.lattico e tamponamento dellacidosi indotta dallesercizio Effetti sulla ventilazione e lo scambio di gas

27 La soglia anaerobica: basi teoriche e metodi di misura Metodi di misura della soglia METODI INVASIVI Soglia del lattato (LT) misura diretta del lattato nel sangue (arterioso, capillare, venoso arterializzato) Soglia dellacidosi lattica (LAT) misura di HCO 3 - nel sangue arterioso METODI NON INVASIVI Rapporto VO 2 /VCO 2 (V slope) Equivalente ventilatorio O 2 ALTRI Metodo di Conconi

28 La soglia anaerobica: basi teoriche e metodi di misura Metodi di misura della soglia Concentrazioni ematiche di lattato – Definizione di soglia [La] > 2 mmol/L Hughson e Green,1982 [La] > 4 mmol/L Kinderman et al., 1979 Incremento [La] sopra valori basali Wasserman et al., 1973 Improvviso aumento dellaccumulo di [La] Aunola e Rusko, 1984

29 La soglia anaerobica: basi teoriche e metodi di misura Metodi di misura della soglia Concentrazioni ematiche di lattato – [La]/ VO2 plot VO2, L/min [La], mEq/L

30 La soglia anaerobica: basi teoriche e metodi di misura Metodi di misura della soglia Concentrazioni ematiche di lattato – Log [La]/log VO2 plot Beaver et al. J Appl Physiol 1985; 59: Log 10 VO 2 (L/min) Log 10 Lactate (mM)

31 La soglia anaerobica: basi teoriche e metodi di misura Metodi di misura della soglia Concentrazioni ematiche di lattato – modello monoesponenziale

32 La soglia anaerobica: basi teoriche e metodi di misura Metodi di misura della soglia Metodi non invasivi- V-slope [Volume CO2/Volume O2]

33 La soglia anaerobica: basi teoriche e metodi di misura Metodi di misura della soglia Metodi non invasivi- V-slope [Volume CO2/Volume O2]

34 La soglia anaerobica: basi teoriche e metodi di misura Metodi di misura della soglia Metodi non invasivi- Equivalente ventilatorio O2 [VEO2]

35 La soglia anaerobica: basi teoriche e metodi di misura Metodi di misura della soglia Metodi non invasivi- Equivalente ventilatorio O2 [VEO2]

36 La soglia anaerobica: basi teoriche e metodi di misura Metodi di misura della soglia Relazione tra metodi non invasivi e lattato VEVE VO2/VCO 2 RERV E /VO 2 AT La Coefficiente di correlazione tra valori di AT misurati tramite le concentrazioni di lattato e con misure non invasive Ciaozzo et al., J Appl Physiol 1982; 53: Powers et al. ( J Appl Physiol 1984; 52: ) non hanno confermato successivamente questi risultati (AT La / AT VE/VO2, r=0.63)

37 La soglia anaerobica: basi teoriche e metodi di misura Metodi di misura della soglia Test di Conconi

38 La soglia anaerobica: basi teoriche e metodi di misura M. Ferrari Dipartimento di Scienze Biomediche e Chirurgiche Servizio di Fisiopatologia Respiratoria Università di Verona

39 La soglia anaerobica: basi teoriche e metodi di misura

40 Alterazione di alcune risposte fisiologiche allesercizio sopra la soglia anaerobica Acidosi metabolica Ridotta resistenza allesercizio Accelerazione dellutilizzazione del glicogeno muscolare e rigenerazione anaerobica di ATP (aumento produzione di metaboliti intermedi, ie glicerol fosfato, alanina) Effetto Bohr Ritardo nello steady-state di VO2 Incremento di VCO2 sopra i valori previsti per il metabolismo aerobico Incremento drive ventilatorio Incremento delle catecolamine Emoconcentrazione


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