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 3

1970 4

1975 5

Current Technology 6

PERIPHERAL GAS EXCHANGE PULMONARY GAS EXCHANGE WASSERMAN Diagnostic and Prognotic METABILOSM CIRCULATION VENTILATION PERIPHERAL GAS EXCHANGE PULMONARY GAS EXCHANGE 7

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-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 VE (L/min) Tidal Volume VT (L) Respiratory Rate RR (Breaths/min) Breathing Reserve BR (% Max Pred) Others include Ti, Ttot, 17

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% 18

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 19

Normal Ventilatory Response 160 - Predicted Maximum Ventilation } BR = 20-40% . VE (l/min) 10 | Work Max Predicted 20

Ventilatory Limitation 160 - BR = 50 % . Individuals Predicted Maximum Ventilation VE (l/min) BR = 0 % 10 | Work Max Predicted 21

Breathing Pattern 5 - VT (L) VE Normal Restrictive Obstructive 120 | | VE 120 22

How much carbon dioxide we produce. VCO2 How much carbon dioxide we produce. ml/min 23

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. 24

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 25

VO2 How much oxygen we uptake. Not how much oxygen we breathe in! 26

O2 -Uptake (ramp) 27

O2 -Uptake (step) 28

V-Slope Method of AT 4 VCO2 L/min AT: Change in slope VO2 L/min 4 29

Anaerobic Threshold (AT) Predicted Max VO2 (AT => 40% Pred VO2) . VCO2 . VO2 30

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! 33

? 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.

Equazione originaria Equazione corretta 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] x1.60

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 Preferential increase in SS mitochondria Altered phenotype 6 weeks of cycle ergometer training (Hoppeler et al., 1985) Preferential increase in SS mitochondria

Grazie per l’attenzione!