Fattori limitanti la massima potenza aerobica

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1 Fattori limitanti la massima potenza aerobica Fisiologia della prestazione sportiva Università degli Studi di Verona Scienze Motorie aa

2 Possibili fattori Determinanti le prestazioni di endurance/massimo consumo di ossigeno Respirazione Circolazione centrale Perfusione periferica Metabolismo muscolare

3 Gli atleti hanno elevati V O 2max Rowell (1993)

4 Cosa limita il V O 2max? Potenziali fattori limitanti: 1) Respirazione 2) Circolazione centrale 3) Perfusione periferica 4) Metabolismo muscolare Rowell (1993)

5 Cosa limita il V O 2max? Dove agiscono?. VO 2 = V S x ƒ H x O 2av Vs ƒ H O 2av O 2 Circolazione centrale Volume di eiezione Frequenza cardiaca differenza artero-venosa PaO 2 dipende dalla respirazione e dalla circolazione centrale PvO 2 dipende dal metabolismo muscolare e dalla perfusione periferica

6 Sono i polmoni?

7 Sono i polmoni? Diffusion capacity (ml min -1 mmhg -1 ) Allenati Non allenati Allenamento aerobico capacità di diffusione polmonare più O 2 può entrare nel sangue alla stessa PO 2. Scarsi effetti. Oxygen uptake (l min -1 ) Yamaji et al. (1972)

8 Sono i polmoni? PaO 2 diminuisce di poco nella maggior parte di atleti di elite scarsi effetti sul massimo consumo di O 2. Però, PaO 2 può diminuire nei cavalli da corsa, in pazienti COPD e in alcuni atleti di elite con altissime CO Maximal oxygen uptake (l min -1 ) Ekblom (1969)

9 Sono i polmoni? Due cause per la caduta di PaO 2 : 1) Altissimo flusso di sangue polmonare (alte gettate cardiache) 2) Alle alte intensità, si può avere una relativa ipoventilazione (P A O 2 cade) Rowell (1993)

10 Sono i polmoni? 50 Mare M. Everest PIO Pressione atmosferica (mm Hg) Il contenuto di O 2 nel sangue limita la performance in altitudine Pugh (1963)

11 E il cuore? Volume cardiaco normale: ml, Cuore d atleta: ml; la figura mostra il cuore d atleta più grande riportato in letteratura: 1700 ml (campione mondiale di ciclismo). Hollmann (1965)

12 E il cuore? Correlazione buona tra V O 2max e massima gettata cardiaca. Cuore d atleta Volume d eiezione Massima gettata cardiaca V O 2max Performance. Conclusione: E il fattore limitante il V O 2max più importante Ekblom (1969)

13 E il cuore? L allenamento aerobico porta all aumento del volume cardiaco volume d eiezione. Rost (1997)

14 E il cuore? Il grande volume d eiezione è la causa principale degli alti valori di V O 2max trovati negli atleti di endurance allenati: NA Non atleti; ATH Atleti Rowell (1993)

15 Sono i fattori periferici? Gli atleti hanno un rapporto capillarimuscolo più alto. Brodal et al. (1977)

16 Sono i fattori periferici? Gli atleti allenati di endurance hanno un flusso di sangue muscolare maggiore dei soggetti sedentari/non allenati. Flusso di sangue (l min -1 ) Esercizio massimale sedentari Esercizio massimale atleti I muscoli hanno bisogno di più ossigeno con l aumento della potenza il flusso ematico muscolare aumenta con l intensità

17 Contributo in O2 dai vari distretti

18 Sono i fattori periferici? Gli atleti di Endurance sono in grado di utilizzare più O 2 Attività maggiore della succinico deidrogenasi Conditioning state Maximal Muscle fibre type Whole oxygen intake muscle I IIa IIb (ml kg -1 min -1 ) (µmol g -1 min -1 ) Detrained Untrained Endurance training Endurance athlete > Saltin and Gollnick (1983)

19 Sono i fattori periferici? Saltin et al. (1976) La capillarizzazione, l attività degli enzimi mitocondrialli e il V O 2max sono maggiori nell arto allenato. I fattori periferici limitano il V O 2max ed hanno un peso maggiore se l esercizio è eseguito con piccolo masse muscolari.

20 Sono i fattori periferici? Gli atleti di endurance allenati hanno un numero maggiore di capillari per fibra muscolare a parità di densità di fibre rispetto ad un soggetto non allenato. Le fibre più piccole hanno più capillari. Brodal et al. (1977)

21 Da cosa è limitato V O 2max? Il tempo di transito nel capillare polmonare può impedire l adeguata ossigenazione del sangue nel polmone durante esercizio massimale in atleti di elite con grandi CO ed in altitudine I muscoli allenati hanno più capillari ed una maggiore concentrazione/attività degli enzimi ossidativi. Ricevono ed utilizzano più ossigeno. Se l esercizio è compiuto con piccoli gruppi muscolari, la gettata cardiaca non è un fattore limitante il V O 2max. In questo caso, i fattori limitanti sono periferici. Fattore limitante principale: cuore d atleta volume d eiezione massima gettata cardiaca massimo consumo di ossigeno performance di endurance.

22 Quantificazione dei Fattori Limitanti il V O2max 1.L ossigeno, nel suo cammino dall ambiente ai muscoli, fluisce superando un numero discreto di resistenze in serie (resistenze al flusso di Ossigeno ) 2. Ognuna di queste resistenze è superata al costo di un certo gradiente di pressione parziale di O2

23 Cascata dell O2

24 Modello delle conduttanze in serie - I Fattori Limitanti il V O 2max P T P 1 P 2 P 3 VO 2 R 1 R 2 R 3 O Flow = 2 Pressure Gradient Resistance &VO 2 = DP 1 R 1 = DP 2 R 2 = DP 3 R 3 = DP tot R 1 + R 2 + R 3 = DP tot R tot

25 Modello delle conduttanze in serie-i Fattori Limitanti il V O 2max V O 2max = P tot /R tot In condizioni di stato stazionario: P tot /R tot = P i /R i V O 2max = (P I -P A )/R V = (P A -P a )/R L = (P a -P vm )/R Q = (P vm -P t )/R t = (P t -P m )/R m = (P I -P m ) = R tot V O 2max = (P I -P A ) G V = (P A -P a ) G L = (P a -P vm ) G Q = (P vm -P t ) G t = (P t -P m ) G m = (P I -P m ) = G tot

26 G v e G Q CO 2 C a O 2 = C a - C v P a - P v O2 O2 G V = 1/R V = V A g C v O 2 G Q = 1/R Q = Q b P v O 2 P a O 2 PO 2

27 Quantificazione dei Fattori Limitanti il V O2max (P I -P A )/ (P I -P m ) = G T / G V = R V /R T = (P A -P a )/ (P I -P m ) = G T / G L = R L /R T = (P a -P vm )/ (P I -P m ) = G T / G Q = R Q /R T = (P vm -P t )/ (P I -P m ) = G T / G t = R t /R T = (P t -P m )/ (P I -P m ) = G T / G m = R m /R T = F V F L F Q F t F m

28 Quantificazione delle limitazioni frazionarie

29 La ventilazione a livello del mare non modula la conduttanza totale CO 2 C a O 2 = C a - C v P a - P v O2 O2 C v O 2 P v O 2 P a O 2 PO 2 Iperventilazione: 1. V A ---> GV 2. PAO2, ma CaO2 costante 3. b -----> GQ 4. GT non cambia Quindi possiamo trascurare GV Solo conduttanze a valle del polmone FQ: 70 % circa Fp: 30 % circa

30 Applicazioni: V O2max e inattività (bed rest) Decadimento percentuale giornaliero medio di V O2max, Q max e QaO2max durante bed rest FQ = 0,70 (Fp = 0,30)

31 Applicazioni: V O2max e inattività (bed rest)-cont

32 Bibliografia di Prampero PE e Ferretti G. Factors limiting maximal oxygen consumption in humans. Resp Physiol 80: , di Prampero PE Factors limiting maximal performance in humans. EJAP : C. Capelli, G. Antonutto, M. Azabji Kenfack, M. Cautero, F. Lador, C. Moia, E. Tam, G. Ferretti. Factors determining the time course of V O2max decay during bedrest: implications for V O2max limitation. Eur J Appl Physiol 98: , 2006.