Efficienza del sistema respiratorio in funzione della postura, delle condizioni fisiologiche e fisiopatologiche.

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1 Efficienza del sistema respiratorio in funzione della postura, delle condizioni fisiologiche e fisiopatologiche. Il sistema respiratorio è un insieme di organi e tessuti la cui funzione principale è quella di fare da ponte tra l ambiente esterno che ci circonda e quello interno. L obiettivo principale è di fornire ossigeno ed eliminare anidride carbonica. Il primo gas rappresenta il comburente con il quale è possibile bruciare i principali substrati energetici come carboidrati, lipidi, proteine e lattato; il secondo è il prodotto di scarto che ne deriva dall utilizzo di detti substrati. L importanza di questo sistema si può dedurre dalle dimensioni dedicate alla superficie di scambio dell aria ventilata con il letto capillare del sistema circolatorio che corrisponde all incirca alla metà di quella di un campo da tennis. Il polmone (struttura elastica) è adeso alla gabbia toracica grazie a due strutture, le pleure, contenenti liquido pleurico, e non è mai in equilibrio elastico, ma anzi sottoposto continuamente ad una forza di retrazione, espressa dalla negatività della pressione dello spazio pleurico (pressione subatmosferica). L adesione tra polmone e gabbia toracica è mantenuta dalla continua aspirazione del liquido pleurico da parte dei linfatici, che impedendo lo scollamento del polmone dalla parete toracica, contribuisce al mantenimento della negatività della pressione endopleurica. Per quanto riguarda il ricambio di aria, questo è garantito dal ripetersi continuamente di un ciclo intermittente di due eventi meccanici denominati inspirazione ed espirazione (ciclo respiratorio) che determinano una continua modificazione del gradiente pressione. L inspirazione richiede energia, poiché l espansione del polmone avviene come conseguenza dell aumento di volume a carico della gabbia toracica, ottenuto con la contrazione dei muscoli inspiratori, che compiono un lavoro per vincere le forze di retrazione elastica del polmone; mentre il secondo, l espirazione, accade passivamente senza spesa di energia, grazie alle forze di retrazione esercitate dalla componente elastica del polmone che tende a riportarsi ad una situazione di equilibrio tra le forze di espansione e retrazione.

2 Per quanto riguarda lo scambio dei gas tra gli ambienti (esterno- alveolare- capillare), questo è regolato da un gradiente pressorio vigente a livello della membrana respiratoria alveolo- capillare il cui spessore, molto fine, ne facilita la diffusione senza spesa di energia. E evidente, tuttavia, che le caratteristiche morfo- funzionali delle strutture sopra menzionate non sono le sole a garantire il corretto funzionamento del sistema respiratorio, ma esso è dovuto al lavoro sinergico di questi organi insieme ai muscoli striati scheletrici, ancorati alla gabbia toracica e alle strutture limitrofe, che con la loro attivazione erogano la forza necessaria a muovere il sistema; in altre parole a determinare i flussi di aria in entrata (contrazione muscolare) e in uscita (rilasciamento muscolare). Per quanto sopra descritto, è facile comprendere che il rendimento ottimale del sistema respiratorio, in termini di lavoro meccanico svolto dai muscoli respiratori (forza motrice) ed energia metabolica consumata, è attribuibile allo stato di salute del sistema respiratorio, inclusa l attività del comparto muscolare. I muscoli deputati alla respirazione si dividono in inspiratori ed espiratori. I muscoli inspiratori sono capaci di determinare un aumento di volume della gabbia toracica sui piani anteroposteriore, trasversale e cranio- caudale; si dividono a loro volta in muscoli respiratori principali ed accessori. I primi sono rappresentati dal Diaframma, dagli intercostali esterni e intercostali intermedi; i secondi dallo Sternocleidomastoideo e dagli Scaleni. I muscoli espiratori, invece, sono capaci di ridurre il volume della gabbia toracica e si attivano in particolari condizioni come in un espirazione forzata, durante esercizio fisico, nella fonazione, nel canto, nella fase espiratoria durante uno starnuto o un colpo di tosse. Anche questi si dividono in muscoli espiratori principali, rappresentati dagli Intercostali interni e dagli Addominali; e muscoli espiratori Accessori, rappresentati dal Grande dorsale, dal Dentato posteriore- inferiore e dal Quadrato dei lombi. Il Diaframma, tra tutti, è quello che determina la maggiore espansione della gabbia toracica (volume del torace) e di conseguenza di far entrare più aria nei polmoni. È innervato

3 dai nervi frenici (C3- C5) e ha inserzioni su sterno, costole più basse, colonna vertebrale e legamento centrale aderente al pericardio che ne determinano un aspetto a forma di cupola dopo un espirazione tranquilla cioè muscolo rilasciato. Durante un inspirazione tranquilla (eupnoica), la contrazione del Diaframma induce un abbassamento della cupola diaframmatica di circa 1-2 cm che equivale a un aumento di volume della gabbia toracica tra i 200 e 400 ml. Invece, durante un inspirazione profonda il muscolo diaframmatico si abbassa di 10 cm, inducendo un aumento di volume del torace tra i 2 e i 4 litri. Oltre il muscolo Diaframma, altri fattori giocano un ruolo importante a riguardo della ventilazione degli alveoli e della loro perfusione, tra questi la forza di gravità e la postura assunta dall individuo. Infatti, un individuo in stazione eretta presenta un polmone la cui distensione degli alveoli è maggiore all apice (maggior raggio) e minore alla base del polmone (minor raggio) in condizione di riposo (fine espirazione), mentre durante un inspirazione si espandono di più alla base che all apice del polmone. Anche la perfusione di sangue del polmone, a causa della forza di gravità, aumenta andando dall apice verso la base e i polmoni presentano zone di flusso intermittente da 10 cm sopra il cuore fino all apice e zone di flusso continuo in tutte le parti più basse verso la base del polmone. Alla luce di quanto descritto si intuisce come l efficienza del sistema respiratorio e degli scambi respiratori siano dipendenti da diverse risposte fisiologiche legate alla postura, in particolare nelle posizioni estreme come quella supina e prona, all esercizio fisico o alla condizioni di gravidanza nella donna. Al pari di quelle fisiologiche, quelle fisiopatologiche come vizi posturali, modificazioni della composizione corporea, obesità, o quelle psicologiche e psichiatriche (ansia e stress), possono determinare una diminuzione dell efficienza del sistema respiratorio sia inducendo un aumentata compressione a carico della parete addominale sia per l instaurarsi di una respirazione caratterizzata da atti respiratori frequenti e superficiali. Tutte le condizioni elencate determinano una resistenza all espansione della gabbia toracica e di conseguenza del polmone.

4 A tale proposito è importante rilevare che tra le sindromi che negli ultimi decenni hanno suscitato maggiore interesse nella comunità scientifica che si occupa di salute e benessere dell individuo, la Sindrome Metabolica è la più studiata. Questa è definita come uno stato cronico infiammatorio che può indurre il conclamarsi di una patologia. Tra i fattori caratterizzanti la sindrome, ne fanno parte alcuni come per esempio l aumento dell adipe addominale (grasso addominale), capaci di modificare negativamente l efficienza del sistema respiratorio. È indubbio che l utilizzo di validi strumenti di intervento che possano migliorare o mantenere l efficienza del sistema respiratorio siano auspicabili, e l'uso e l'apprendimento delle tecniche di una respirazione corretta sono uno degli interventi più utili che si possono attuare in materia di prevenzione e mantenimento dello stato di salute e del benessere psicofisico dell individuo, a breve e lungo termine. A questo proposito e in relazione ai meccanismi che governano la meccanica del sistema respiratorio, uno strumento valido per il raggiungimento dello scopo potrebbe essere la ginnastica respiratoria. Un processo ritmico di espansione e retrazione dovuto all attività di muscoli strati scheletrici che possono essere controllati anche volontariamente, a differenza di altre funzioni fisiologiche i cui meccanismi di regolazione sono di pertinenza esclusiva del sistema nervoso autonomo. Esercitare correttamente questo processo ritmico induce delle modificazioni transitorie (aggiustamenti fisiologici) che, similmente a quello che accade in coloro che praticano sport, se seguite con una certa costanza, secondo protocolli di allenamento basati su variabili quali durata, frequenza e intensità di lavoro, possono indurre delle modificazioni permanenti (adattamenti fisiologici) capaci di mantenere e migliorare l efficienza del sistema respiratorio. Tra i vari esercizi di ginnastica respiratoria, la respirazione diaframmatica, anche conosciuta come respirazione addominale, sembra essere la più appropriata rispetto a quelle che sono le caratteristiche del sistema respiratorio. Infatti, dal punto di vista biomeccanico, la

5 respirazione diaframmatica determina la massima espansione della gabbia toracica, soprattutto sui piani cranio- caudale e trasversale (abbassamento del diaframma di 10 cm), ed è idonea a mantenere la perfusione- ventilazione alveolare in un ambito ottimale. A differenza di altre funzioni corporee, il respiro può essere facilmente utilizzato per la comunicazione tra questi sistemi, poiché la forza motrice che determina l espansione e la retrazione della gabbia toracica è erogata da muscoli striati scheletrici semivolontari. Inoltre, numerosi sono gli effetti benefici indotti tramite un allenamento dei muscoli inspiratori, per esempio West et al. (2014), in un recente studio, dimostrano come un allenamento di detti muscoli determina un significativo incremento dello spessore del muscolo diaframmatico e un miglioramento dei parametri spirometrici statici; risultati ottenuti in atleti Paraolimpici con una lesione midollare da C5 a C7 praticanti rugby in carrozzina. Gli stessi autori riportarono un miglioramento statisticamente significativo per il volume corrente, la potenza meccanica erogata e il consumo di ossigeno al picco dell esercizio durante un test incrementale ad esaurimento eseguito su un ergometro a manovella. La migliore capacità di resistenza all esercizio fisico (aggiustamenti e adattamenti), ottenuta da West et al., è ascrivibili agli effetti indotti con un allenamento a carico dei muscoli inspiratori. Gli stessi effetti possono essere ottenuti anche in soggetti con patologie cardiovascolari e dismetaboliche. La respirazione addominale è solo uno dei tanti esercizi di respirazione, ma è preferibile ad altri poiché è il compito motorio più naturale. Per natura, la corretta esecuzione degli esercizi di respirazione diventa determinante durante l esercizio fisico, ovvero l andamento fasico della respirazione in funzione dell esecuzione del compito motorio è sinonimo di massimo rendimento: giusto rapporto tra lavoro eseguito e energia metabolica spesa. A tale riguardo, una delle tecniche che concilia perfettamente l equilibrio tra la respirazione addominale e l esercizio fisico è la tecnica di EQUILOS, il cui nome nasce dalla

6 fusione tra equilibrio e ossigeno ed è una tecnica fondata su esercizi di respirazione profonda diaframmatica in sospensione, combinati con semplici e facili esercizi isometrici e isotonici. Questa tecnica, proprio per il tipo di respirazione imposta durante l esercizio fisico, può essere considerata uno strumento del benessere psico- fisico, al pari di quelli raccomandati dalle linee guida suggerite dall American College Sport Medicine. Bibliografia 1. Berne e Levy. Fisiologia di Bruce M. Koeppen, Bruce A. Stanton. Casa Editrice Ambrosiana, VI edizione. ISBN WD McArdle, FI Katch, VL Katch. Fisiologia applicata allo sport. Aspetti energetici, nutrimenti e performance. Casa Editrice Ambrosiana, II edizione. 3. West CR, Taylor BJ, Campbell IG, Romer LM. Effects of inspiratory muscle training on exercise responses in Paralympic athletes with cervical spinal cord injury. Scand J Med Sci Sports Oct;24(5): doi: /sms Epub 2013 Mar American College of Sports Medicine (2005). American College of Sports Medicine guidelines for exercise testing and prescription. Philadelphia, PA: Lippincott Williams & Wilkins.