ventilazione alveolare = (volume corrente - spazio morto) * frequenza respiratoria (500 - 150) * 12 = 4.5 l/min corrente * frequenza respiratoria ventilazione.

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3 ventilazione alveolare = (volume corrente - spazio morto) * frequenza respiratoria (500 - 150) * 12 = 4.5 l/min corrente * frequenza respiratoria ventilazione polmonare = volume 0.5 + 12 = 6 l/min v. ris. inspiratoria v. ris. espiratoria VOLUMI E CAPACITA' POLMONARI 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 6 litri v. corrente (tidal volume - TV) v. residuo (RV) capacità polmonare totale (TLC) capacità inspiratoria capacità espiratoria capacità vitale (VC) capacità funzionale residua (FRC) = volume di equilibrio del sistema respiratorio

4 Le tappe nel percorso dellossigeno dallaria ai mitocondri dei muscoli Meccanica respiratoria Diffusione dei gas respiratori Gettata cardiaca destra e sinistra : circolo polmonare e sistemico Flusso di sangue ai muscoli Diffusione dai capillari alle cellule: superficie di scambio Diffusione intracellulare fino ai mitocondri Enzimi della catena respiratoria

5 Diffusione dei gas respiratori Gettata cardiaca destra e sinistra : circolo polmonare e sistemico Flusso di sangue ai muscoli FATTORI CENTRALI FATTORI PERIFERICI Diffusione dai capillari alle cellule: superficie di scambio Diffusione intracellulare fino ai mitocondri Enzimi della catena respiratoria

6 Durante esercizio massimale si raggiungono i limiti massimi dei polmoni e della meccanica respiratoria: Ipossiemia arteriosa per limiti alla diffusione Fatica diaframmatica Limitazioni alla velocità di espirazione Insufficiente pressione di inspirazione Eccessivo costo energetico della respirazione (> 15%)

7 Regolazione della ventilazione: strategie individuali In relazione al consumo dossigeno Il sistema non si allena: possibile limite in soggetti molto allenati Massima ventilazione osservata: 275 L/min. Valore relativo alle dimensioni corporee Volumi e capacità polmonari si adattano nelletà dellaccrescimento. Possibili effetti dellallenamento precoce

8 La durata di un esercizio intenso e prolungato è minore quando la ventilazione è maggiore, e viceversa: uneccessiva ventilazione aumenta il consumo energetico: necessità di ottimizzare il rendimento energetico della respirazione. Si stima mediante lequivalente ventilatorio per lO 2 e il CO 2. Importante anche il rapporto fra il volume dello spazio morto ed il volume corrente. Utile aumentare il volume corrente e ridurre la frequenza. Il volume corrente aumenta in genere fino al 60% della capacità vitale.

9 MUSCOLI RESPIRATORI Reclutamento fasico e tonico durante lesercizio, per servire esigenze posturali e di generazione di forza. I muscoli inspiratori devono vincere resistenze viscose e fluidodinamiche. La resistenza complessiva assume valori non trascurabili per regimi elevati. Il consumo dossigeno dei m.i. aumenta in maniera esponenziale con laumentare della ventilazione. Con la respirazione forzata entrano in gioco sia i m.i. accessori, sia muscoli espiratori

10 Leccessivo consumo dossigeno dei muscoli respiratori può sottrarre sangue ai muscoli impegnati nellesercizio, per vasocostrizione muscolare riflessa Allenamento dei muscoli respiratori: liperventilazione volontaria non serve perché è limitata dalla conseguente ipocapnia. Tecniche escogitate (anche in casi di patologia): Aumento dello spazio morto: obbliga ad aumentare il volume corrente – abbastanza efficace Iperpnea normocapnica: ottenuta miscelando porzioni variabili di aria espirata a quella inspirata – sembra efficace

11 Allenamento dei muscoli espiratori. Un limite alla velocità di espirazione esiste per ogni individuo: in casi frequenti è accentuato, anche se non è provato che riduca la prestazione. Si aumenta la resistenza al flusso respiratorio. È teoricamente pericoloso perché laumento della pressione alveolare non è accompagnato da un aumento del volume di sangue nei capillari e potrebbe danneggiare la membrana respiratoria.

12 Allenamento dei muscoli inspiratori. Potenzialmente utile per sostenere lenorme aumento della velocità dellinspirazione. Resistenza sul tubo inspiratorio o impedimento meccanico (banda elastica) o pneumatico allespansione del torace

13 DIFFUSIONE DELLOSSIGENO ATTRAVERSO LA BARRIERA ALVEOLOCAPILLARE Il gradiente di diffusione dellossigeno aumenta durante liperventilazione da sforzo. La diffusione non è un fattore limitante, ma non aumenta con lallenamento. Per elevate prestazioni può diventare fattore limitante: exercise induced arterial hypoxemia (EIAH). La PO2 arteriosa può essere < 90 mmHg, con una saturazione dellHb ridotta del 5%. Il fenomeno è attribuito a ineguaglianza del rapporto ventilazione/perfusione e a limitazioni della diffusione

14 Anche per esercizi di intensità non massimale un difetto di diffusione (quando compare) può durare per alcune ore durante il ricupero. Si ipotizzano una riduzione del volume di sangue polmonare, danni allepitelio ed edema polmonare Nel circolo polmonare la capacità di diffusione (15-20 ml O 2 /mmHg/min) aumenta durante esercizio (fino a 80 ml O 2 /mmHg/min) a causa dellaumento del volume di sangue capillare e della sua velocità. Il normale valore del rapporto ventilazione/ perfusione è 0,8, ma normalmente migliora durante esercizio. Lespansione dei capillari può aprire cortocircuiti artero-venosi

15 Lespansione dei capillari e lapertura di capillari chiusi a riposo (reclutamento) limita laumento della velocità del sangue, favorendo la diffusione. In ogni caso, la riserva di velocità è di tre volte, perché a riposo viene utilizzato 1/3 del capillare

16 TRASPORTO DELLOSSIGENO Ripasso delleffetto Bohr La concentrazione dellHb nel sangue si riduce negli atleti di endurance per espansione della parte liquida e per modesta emolisi. Laumento della concentrazione di Hb, comunque ottenuto, aumenta la massima potenza aerobica, ma laumento della viscosità è un problema. La reologia dei capillari è complessa: migliora con la diluizione del sangue, che caratterizza lallenamento di resistenza a causa di unespansione del volume di plasma

17 EFFETTI DELLIPOSSIA Lesposizione semicronica allipossia (alta quota) migliora la performance in quota, ma non necessariamente a livello del mare: esperimenti di permanenza in alta quota (reale o artificiale) durante il riposo, con allenamento a livello del mare. Risultati contrastanti. Occorono almeno 12 ore/giorno per almeno 3 settimane a 2100-2500 m

18 RESPIRAZIONE INTERNA (ESTRAZIONE) La velocità di diffusione dipende dalla distanza fra capillari e mitocondri. Leffetto Bohr facilita la cessione dellossigeno da parte dellemoglobina. La diffusione tessutale può essere un fattore limitante per carichi intensi. Differenza artero-venosa nel contenuto di ossigeno (estrazione) aumenta con il consumo dossigeno, ma soprattutto per carichi iniziali. La massima estrazione aumenta con lallenamento di resistenza (fino a 17 ml/100ml/min).

19 Lestrazione non è uniforme in tutti i muscoli; generalmente maggiore nelle gambe che nelle braccia MITOCONDRI La destinazione finale dellossigeno estratto dal sangue. La loro densità e il loro contenuto di enzimi aumentano con lallenamento. Il volume mitocondriale può aumentare del 50% dopo poche settimane di allenamento aerobico. È (ovviamente) maggiore nelle fibre ossidative. Lipossia stimola la produzione di enzimi ossidativi.

20 VO 2 max È un fattore determinante la performance in esercizi di durata medio-lunga. Si modifica rapidamente in seguito allallenamento e rapidamente decade con il disallenamento. Questi adattamenti sono dovuti soltanto a quelle strutture, nellintera catena del trasporto e dellutilizzazione dellossigeno, che sono passibili di modificazioni perché si mantengono adeguate alle condizioni prevalenti di utilizzazione (es. sistema cardiovascolare).

21 FATTORI LIMITANTI IL VO 2 max Centrali: sistema respiratorio e cardiovascolare Periferici: macchina contrattile Modello multifattoriale attribuisce le seguenti percentuali: Respirazione: 5-12 Cardiocircolatorio: 59-78 Muscolare: 13-19 Il limite può risiedere nel trasporto dellossigeno dai capillari ai mitocondri

22 Se le masse muscolari impiegate sono molto grandi, è probabile che vi sia un limite al trasporto aria-muscolo. La capacità dei muscoli di consumare ossigeno aumenta quando sono impiegate piccole masse: limpiego di grandi masse sembra limitare tale capacità. Questo è soprattutto vero in soggetti non allenati

23 CINETICA DEL VO 2 Nel singolo muscolo, non dipende dallintensità dellesercizio. Aumenta (più veloce) con lallenamento aerobico. Un aumento della riserva di fosfocreatina e delle capacità anaerobiche rallenta la cinetica. Un aumento della massa mitocondriale, della concentrazione dellossigeno nel muscolo, dellalcalinizzazione a riposo e del consumo dossigeno a riposo laccelerano. Argomento controverso e molto studiato