modificazioni e adattamenti fisiologici indotti dall
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Modificazioni e adattamenti fisiologici
indotti dall’allenamento sportivo
Luca Ferraris, Attilio Traverso
Scuola dello Sport CONI Liguria
settore biomedico
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Apparato cardiovascolare
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Anatomia dell’ apparato
cardiovascolare 1
La funzione dell’ACV è duplice:
Rifornire i tessuti di O2 e sostanze indispensabili al
metabolismo
Rimuovere dai tessuti i prodotti del metabolismo
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Anatomia dell’ apparato
cardiovascolare 2
Cuore
Piccola circolazione / grande circolazione
Arterie
Capillari
vene
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Anatomia dell’ apparato
cardiovascolare 3
CUORE
4 cavità: 2 atrii, 2 ventricoli
VALVOLE in entrata ( mitrale VS, tricuspide VD )
VALVOLE in uscita ( aortica VS, polmonare VD
Contrazione ( sistole) / rilasciamento ( diastole )
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Anatomia dell’ apparato
cardiovascolare 4
ARTERIE
Sistema di distribuzione del sangue ( alta pressione )
Arterie arteriole ( regolazione del flusso mediante variazioni di calibro ( cellule muscolari lisce sotto controllo SNA )
Onda di pressione a ogni sistole ( PAS ), resistenza al flusso ( PAD ): nella norma 120/ 80 mmHg
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Anatomia dell’ apparato
cardiovascolare 5
CAPILLARI
Fitta rete di sottili vasi ( muscolo scheletrico 3000
capillari/ mm² )
Scambio di sostanze sangue / tessuti
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Anatomia dell’ apparato
cardiovascolare 6
VENE
Sistema di ritorno del sangue ( bassa pressione )
Vene sempre più grandi dotate di valvole
Bassa pressione: la progressione del sangue avviene
per vis a fronte, vis a tergo ( massaggio muscolare )
valvole.
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Effetti fisiologici dell’allenamento
Modificazioni
Adattamenti
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Aspetti fisiologici
Contrazioni
Al minuto :
In un'ora:
In un giorno:
In un anno:
72
4300
100.000
3.600.000
Sangue pompato
In un minuto:
In un'ora:
In 24 ore:
in un anno:
5 litri
300 litri
7200 litri
2.600.000 litri
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Gittata cardiaca
Quantità di sangue pompata
in un minuto dal cuore
( F > M)
Aumento gittata sistolica
Aumento frequenza
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Gittata sistolica
Aumenta durante la
progressione dal riposo al
lavoro moderato, ma non
necessariamente dal
lavoro moderato a quello
massimale.
( F < M )
Aumento contrattilità
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Frequenza cardiaca
Aumenta linearmente con
l’aumentare del carico di
lavoro
F > M
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Massima Frequenza Cardiaca
MFC = FC massima ( teorica ) ( la FC massima reale
si può stimare solo con test ergospirometrico )
Karvonen: Fc max = 220 – età
es. 40 aa : 220 – 40 = 180 bpm
Tanaka: Fc max = 208 – (0,7 x età)
es. 40 aa : 208 – ( 0,7*40 ) = 180 bpm
Frequenza cardiaca di riserva = Fc max – Fc a riposo
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Esercizio sub massimale di breve durata
Aumento rapido
Steady state
Declino rapido
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Esercizio sub massimale protratto
Gittata cardiaca
costante
Aumento frequenza
Calo gittata sistolica
Deriva cardiovascolare
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Modificazioni indotte
1. Dimensioni del cuore
2. Diminuzioni frequenza
3. Aumento volume gittata sistolica
4. Aumento volume sangue ed emoglobina
5. Modificazione muscoli scheletrici
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Cardiomegalia
Henschen – 1899
Ingrandimento armonico
Interessa tutte le cavità
Normalità degli indici di
funzione ventricolare sn
Attività contrattile
normale o aumentata
Aumento gittata sistolica
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Cardiomegalia fisiologica
Aumento dimensioni
interne
Aumento omogeneo e
parallelo dello spessore
delle pareti
Rapporto
massa/volume invariato
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Ipertofia cardiaca
Sport di durata
Eccentrica
Grande cavità
Spessore parete
normale
Sforzi prolungati con
gittata elevata
Stress di volume
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Ipertofia cardiaca
Sport di potenza
Concentrica
Cavità normale
Parete ispessita
Sforzi isometrici
Gittata normale
Stress di pressione
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Ipertofia cardiaca
1. Sport di resistenza
2. Sport di potenza
R 1
1
1 2
2
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Cardiomiopatia ipertrofica
Notevole ipertrofia
miocellulare
Disorganizzazione elle
miofibrille
Ipertrofia asimmetrica
(setto)
Riduzione della cavità
Compromissione
riempimento diastolico
Familiare ?
Andamento ingravescente
Evoluzione in fibrosi
miocardica
Compromissione funzione
sistolica
Scompenso cardiaco
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Cardiomiopatia ipertrofica
Aspetti clinici
Dispnea
Angina
Lipotimie
Cardiopalmo
Morte cardiaca
improvvisa
Morte improvvisa:
Giovane età al momento
della diagnosi
Storia familiare
Aritmie ipercinetiche
ventricolari
Ipotensione durante
esercizio fisico
Cardiomegalia
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Cardiomiopatia ipertrofica
Segni ECG a riposo
Anomalie del tratto ST
Anomalie onda T
Allungamento P-R
Fibrillazione atriale
Pre-eccitazione
ECG da sforzo
Comparsa
Accentuazione
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Cardiomiopatia ipertrofica
Ecocardiogramma
Misura delle pareti e del setto
Misura delle cavità
Movimento valvolare
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Diagnosi differenziale
Cuore d’atleta CMI
Spessore pareti < 16 mm > 16 mm
Ipertrofia Omogenea Disomogenea
Rapporto M/V 1 > 1
Ostruzione Assente Possibile
Reversibilità Si No
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Cardiopatia dilatativa
Progressiva dilatazione
delle cavità cardiache con
perdita della funzione
contrattile.
Spessori parietali normali
o ridotti
Ipocinesia segmentaria o
diffusa
Primitiva
Secondaria
Agenti infettivi
Agenti tossici (alcool…)
Ischemia
Miopatie
Deficit nutrizionali
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Bradicardia
Reperto più frequente
40 – 60 bpm
Atleti di élite: < 40 bpm
Si osserva in diversi tipi
di allenamento ma in
genere più evidente negli
sport di resistenza
Non influenzata dalle
diverse forme di ipertrofia
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Bradicardia
Modificazione del sistema nervoso autonomo
1. Simpatico : adrenalina, noradrenalina
2. Parasimpatico: acetilcolina
1. Diminuzione del tono simpatico
2. Aumento del tono vagale
3. Effetto combinato di entrambi
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Bradicardia
Ridotto tono simpatico Allenamento: parallela
riduzione di catecolamine a riposo e durante sforzo in atleti di resistenza e sedentari.
Ipertono vagale relativo Marcata riduzione del tono
simpatico
Scarsa variazione del tono vagale
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Aumento volume gittata sistolica
A riposo
Allenato: 120 – 130 ml/b
Non allenato: 70 – 80 ml/b
sport di resistenza
Legge di Starling
Aumento ritorno venoso
Aumento riempimento ventricolo
Allungamento fibre
Stimolo contrattile
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Distribuzione flusso ematico
Flusso ematico muscolare
Riposo: 20 % totale
Esercizio max: 85 – 90 %
Vasocostrizione aree inattive
Vasodilatazione arteriole
muscolari
Vasodilatazione muscolare da
aumento temperatura, CO2,
acido lattico
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Apparato respiratorio
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Apparato respiratorio
La VENTILAZIONE POLMONARE ha la funzione di rinnovare
continuamente l’aria negli alveoli polmonari.
L’aria inspirata viene umidificata e riscaldata dalle cavità nasali,
dalla trachea e dai bronchi, che si diramano in condotti sempre
più piccoli e numerosi ( bronchioli ) fino ad arrivare ai dotti
alveolari e agli alveoli polmonari, le unità terminali dei polmoni.
Negli alveoli polmonari avviene lo scambio dei gas ( O2 e CO2 ) :
l’ossigeno diffonde dall’aria alveolare al sangue, l’anidride
carbonica segue la strada inversa.
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![Page 41: Modificazioni e adattamenti fisiologici indotti dall](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022012407/616a262c11a7b741a34f560b/html5/thumbnails/41.jpg)
I polmoni di un individuo adulto sano contengono circa 4 l di aria
La superficie degli alveoli polmonari è enorme: 50 - 100 m²
I polmoni sono un ammasso di alveoli ( 300 milioni ) vicini uno
all’altro, con pochissimo tessuto interposto; la parete degli
alveoli è percorsa da una fitta rete di capillari, dove vi sono i
globuli rossi ( tempo di transito polmonare di un g.r. circa 0,5 – 1
sec )
Sangue contenuto nei polmoni, circa 500 ml ( 1/10 del volume
totale )
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![Page 45: Modificazioni e adattamenti fisiologici indotti dall](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022012407/616a262c11a7b741a34f560b/html5/thumbnails/45.jpg)
LEGGE DI FICK
La diffusione di gas attraverso la membrana alveolare è:
Direttamente proporzionale alla differenza di pressione dei gas
tra i due compartimenti ( aria alveolare/sangue )
Direttamente proporzionale alla superficie alveolare
Inversamente proporzionale allo spessore della membrana
alveolare
Dipende dal coefficiente di diffusione del gas
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MECCANICA RESPIRATORIA
INSPIRAZIONE ( attiva ) : diaframma, intercostali esterni, scaleni. Nel torace si crea una pressione negativa rispetto a quella esterna da – 80 a -140 mmHg
ESPIRAZIONE ( parzialmente passiva ): intercostali interni, addominali, facilitata dal ritorno elastico del polmone che tende a riportarlo allo stato di “riposo “: i muscoli espiratori di fatto intervengono solo in situazioni di necessità ( sforzo intenso, alta quota, ipossia )
SPAZIO MORTO ANATOMICO ( aria contenuta in strutture che non prendono parte alla ventilazione )
SPAZIO MORTO FUNZIONALE ( aria contenuta nei polmoni al termine della espirazione ( volume residuo )
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![Page 50: Modificazioni e adattamenti fisiologici indotti dall](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022012407/616a262c11a7b741a34f560b/html5/thumbnails/50.jpg)
Muscoli inpiratori ed espiratori
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Gradiente di pressione Ossigeno e
Anidride Carbonica
O2 CO2
Pressione Parziale aria alveolare 100 mmHg
Pressione Parziale aria alveolare 40 mmHg
Pressione Parziale sangue 40 mmHg
Pressione Parziale sangue 46 mmHg
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TRASPORTO O2 nei tessuti
1 globulo rosso: 280.000.000 molecole Hb
Sangue: 25.000.000.000.000 g.rossi
Hb4 + 4O2 Hb4O8
TRASPORTO: 20 mL O2 / 100 mL sangue
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CURVA DI DISSOCIAZIONE Hb
Quando una molecola di O2 si lega a un gruppo EME della Hb,
l’affinità degli altri 3 gruppi aumenta. A pressioni parziali elevate
di O2 ( alveoli ) l’Hb ha forte affinità per l’O2 ( lega ossigeno ) , a
basse pressioni parziali ( tessuti ) l’affinità diminuisce ( cede
ossigeno )
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![Page 55: Modificazioni e adattamenti fisiologici indotti dall](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022012407/616a262c11a7b741a34f560b/html5/thumbnails/55.jpg)
Mioglobina
Rappresenta una scorta di O2 per le cellule muscolari in attività,
ha funzione analoga all’Hb, ma è in grado di liberare O2 solo
quando la pressione parziale di O2 è molto bassa
![Page 56: Modificazioni e adattamenti fisiologici indotti dall](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022012407/616a262c11a7b741a34f560b/html5/thumbnails/56.jpg)
TRASPORTO CO2 dai tessuti
Disciolta nel sangue come ione
bicarbonato : CO2 +H20 H2CO3 ( 60-
80% )
Come carbaminocomposti ( Hb,
proteine plasmatiche ) ( 20% )
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Modificazioni indotte dall’allenamento
sportivo
Non variazioni dei volumi respiratori ( nel soggetto allenato
rispetto al sedentario ) , ma aumento dell’efficienza dei mm
respiratori
Utilizzo dei mm respiratori accessori ( l’impegno mm respiratori
può raggiungere il 15% dell’impegno muscolare totale sotto
sforzo )
Nei soggetti che si allenano in età evolutiva ( resistenza ) la
trazione sercitata dalla gabbia toracica può determinare una
espansione del parenchima polmonare , con rilievo di quadri di
pseudo - ostruzione in soggetti non asmatici e con diametro
delle vie aeree perfettamnente normale
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Muscoli scheletrici
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Modificazione muscoli scheletrici
1. Aumento del numero e delle dimensioni delle miofibrille
2. Aumento della quantità delle proteine contrattili
3. Aumento della densità dei capillari
4. Aumento della quantità dei tessuti connettivi
5. Aumento del numero delle fibre
6. Aumento del numero e volume dei mitocondri
Ipertrofia
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La caratteristica striatura
delle fibre muscolari è
dovuta all’ordinata
disposizione di proteine
fibrillari che permettono,
interagendo tra loro, la
contrazione muscolare (
accorciamento del muscolo )
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Quando in una cellula aumenta
il consumo energetico, si ha
una riduzione della
concentrazione di ATP e un
aumento di quella dell’ADP.
Queste variazioni inducono un
aumento dell’attività degli
enzimi responsabili della
formazione dell’ATP, con la
conseguenza che l’ATP viene
prodotta a un tasso più elevato.
Creatinfosfato
Riserva di fosfati ad alta energia
ed immediatamente disponibile,
il creatinfosfato (CP) cede il
suo gruppo fosfato all’ADP per
formare ATP.
La cellula a riposo contiene
una quantità di creatinfosfato
sufficiente a fornire una quantità
di ATP pari a 4-5 volte quella
utile per il metabolismo basale.
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Metabolismo aerobico
Scissione di glicogeno in presenza di O2
Scarto: H2O e CO2
380 – 480 g
Muscolo: circa 300 g
1 mole glicogeno = 39 moli ATP
A riposo: 10 – 15 minuti
Esercizio massimale: 1 minuto
Massima potenza in 2’ 30’’
Max utilizzo dopo 20’
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Glicolisi anaerobica
Scissione del glicogeno in assenza di O2
Scissione parziale con produzione di acido
lattico
1 mole glicogeno = 3 moli ATP
Utilizzo massimo nei primi 90 sec
Tempi di utilizzo: 15’’ – 2’ 30’’
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Modificazioni biochimiche
Aerobiche ( glicolisi aerobica, ciclo di Krebs )
Aumento del contenuto di mioglobina
Aumentata ossidazione di carboidrati
Aumentata ossidazione di grassi
Anaerobiche ( sistema CP, glicolisi anaerobica )
Aumentata capacità del sistema del creatin – fostato (ATP-PC)
Aumentata capacità glicolitica
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Aumento del contenuto di mioglobina
Cromoproteina simile all’emoglobina.
1. Legame di ossigeno
2. Deposito di ossigeno
3. Cessione di ossigeno ai mitocondri
4. Attivazione metabolica
Nell’animale da esperimento aumenta anche del 90 %
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Aumentata ossidazione di carboidrati
Aumentata capacità di demolire il glicogeno = aumento
della VO2 max
grazie a due adattamenti sub cellulari
1. Aumento del numero e della dimensione dei mitocondri
2. Aumento dell’attività e della concentrazione degli enzimi del
ciclo di Krebs e nel sistema di trasporto degli elettroni
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VO2 max
Soglia aerobica (2mmoli/litro)
Massimo consumo di Ossigeno/unità di tempo
ad aumento della richiesta energetica non corrisponde aumento del consumo di ossigeno
VO2 max = FC x GS X D a-v O2
Soglia anaerobica (4mmoli/litro)
intervallo di lavoro in cui il lattato rimane costante
massima intensità di esercizio con lattato costante
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Mitocondri - 28 settimane di allenamento
Aumento del numero del 120 %
Aumento delle dimensioni dal
15 al 40 %
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Aumento attività enzimatica
8 settimane di allenamento
Aumento del 40 %
Aumento dei depositi muscolari
di glicogeno
13-15 g 30-35 g
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Aumentata ossidazione di grassi
Aumento dei depositi muscolari di trigliceridi
Aumento del rilascio di acidi grassi liberi dal tessuto adiposo
Aumento attività enzimi implicati nell’attivazione, trasporto e scissione degli acidi grassi
Maggior ossidazione grassi =
Minore utilizzo di glicogeno =
Minore accumulo di acido lattico
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Modificazioni anaerobiche
Aumentata capacità del sistema del creatin - fosfato
1. Aumento riserve muscolari di ATP – 25 %
2. Aumento riserve muscolari di PC – 40 %
3. Aumento attività enzimi
PC = fonte di energia più rapidamente utilizzabile = miglioramento
della prestazione breve
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Aumento attività enzimatica
Scissione ATP
ATPasi
Risintesi ATP
Miochinasi (MK)
Creatinfosfochinasi (CPK)
![Page 77: Modificazioni e adattamenti fisiologici indotti dall](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022012407/616a262c11a7b741a34f560b/html5/thumbnails/77.jpg)
Modificazioni delle fibre
ST: lente, alta capacità ossidativa
FTA: rapide, ossidative glicolitiche
FTB: rapide, glicolitiche
Ipertrofia selettiva
Trasformazione da FTB a FTA
Non interconversione FT - ST
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Modificazioni densità dei capillari
Allenati
5,9 capillari/fibra
Sedentari
4,4 capillari/fibra
![Page 79: Modificazioni e adattamenti fisiologici indotti dall](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022012407/616a262c11a7b741a34f560b/html5/thumbnails/79.jpg)
Ipertrofia muscolo scheletrico
allenati vs non allenati
Fibre muscolari più grosse del
30 %
Aumento numero mitocondri
![Page 80: Modificazioni e adattamenti fisiologici indotti dall](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022012407/616a262c11a7b741a34f560b/html5/thumbnails/80.jpg)
![Page 81: Modificazioni e adattamenti fisiologici indotti dall](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022012407/616a262c11a7b741a34f560b/html5/thumbnails/81.jpg)
… grazie per l’attenzione .