ADATTAMENTI DEL SISTEMA CARDIOVASCOLARE ALL’ESERCIZIO FISICO

Prof. CARLO VIGORITO

DIPARTIMENTO DI MEDICINA CLINICA, SCIENZE CARDIOVASCOLARI ED IMMUNOLOGICHE, UNIVERSITA’ DI NAPOLI FEDERICO II

Corso di formazione ANMCO: Dalla Prevenzione alla Riabilitazione delle Malattie CardiovascolariCaserta, A.O. San Sebastiano, 18.10.2005

La funzione dell’apparato La funzione dell’apparato cardiovascolarecardiovascolare

Le leggi fondamentali del cuore

PARAMETRI CHE ESPRIMONO LA FUNZIONE CARDIACA (VS)

Gittata Sistolica (GS) = VTDVS-VTSVS ml

Portata Cardiaca (PC) = GS x FC Litri/minLitri/min

Frazione di Eiezione VS = GS/VTDVS %%

Resistenze Vasc. Periferiche (RVP)= PA/PC

mmHg/L/min

V02 (PC x V02 (PC x a-v O2) ml 02/Kg/minml 02/Kg/min

PARAMETRO UNITA’ DI MISURA

ADATTAMENTO CARDIOVASCOLARE ALL’ESERCIZIO: STRUTTURE COINVOLTE

FATTORI DETERMINANTI LA RISPOSTA FATTORI DETERMINANTI LA RISPOSTA CARDIOVASCOLARE ALL’ESERCIZIOCARDIOVASCOLARE ALL’ESERCIZIO

Tipo di contrazione Tipo di contrazione muscolare (statica o muscolare (statica o dinamica)dinamica)

Posizione del corpoPosizione del corpo Entità della massa Entità della massa

muscolare coinvoltamuscolare coinvolta Intensità della Intensità della

contrazionecontrazione Livello e tipo di Livello e tipo di

allenamentoallenamento Età e sessoEtà e sesso Farmaci Farmaci PatologiePatologie

TIPI DI CONTRAZIONE MUSCOLARE

Produzione di tensione muscolare con accorciamento del muscolo e produzione di lavoro esterno

Consumo di energia:

E = T + L + C

Produzione di tensione muscolare senza variazioni di lunghezza del muscolo

Consumo di energia:

E = T + C

DINAMICA ISOMETRICA

E: Energia consumata T: Tensione prodotta

L: Lavoro esterno C: Calore prodotto

RISPOSTA CARDIOVASCOLARE RISPOSTA CARDIOVASCOLARE ALL’ESERCIZIO DINAMICO E ALL’ESERCIZIO DINAMICO E

ISOMETRICOISOMETRICORiposoRiposo Esercizio Esercizio

dinamicodinamicoEsercizio Esercizio isometricoisometrico

FC (b/min)FC (b/min) 7070 180180 125125

GS (ml)GS (ml) 8080 140140 8888

PC (L/min)PC (L/min) 5.65.6 2525 1111

PAS (mm/Hg)PAS (mm/Hg) 120120 180180 210210

PAD (mm/Hg)PAD (mm/Hg) 8080 8080 140140

RVP RVP (mmHg/L/min)(mmHg/L/min)

16.616.6 4.54.5 1616

Delta a-v 02 Delta a-v 02 (ml/dL)(ml/dL)

55 1616 77

V02 (L/min)V02 (L/min) 0.280.28 4.04.0 2.82.8

Esercizio dinamicoNUCLEI CENTRALINUCLEI CENTRALI

ATTIVAZIONE SIMPATICAATTIVAZIONE SIMPATICA INIBIZIONE VAGALEINIBIZIONE VAGALE

VasocostrizioneVasocostrizione F.C. F.C.

Ritorno venoso Ritorno venoso

G.S. G.S. P.C. P.C.

Vasocostrizione arteriosa muscoli

non coinvolti

Vasocostrizione arteriosa muscoli

non coinvolti

Vasodilatazione arteriosa muscoli

coinvolti

Vasodilatazione arteriosa muscoli

coinvolti

a-v O2 a-v O2

VO2 VO2

R.V.P. R.V.P.

P.A.S. P.A.S.

L. StarlingL. StarlingContr

att

ilità

Contr

att

ilità

DIFFERENZE TRA ESERCIZIO DINAMICO DIFFERENZE TRA ESERCIZIO DINAMICO IN ORTOSTATISMO E IN CLINOSTATISMOIN ORTOSTATISMO E IN CLINOSTATISMO

Equilibrato utilizzo Equilibrato utilizzo dell’incremento del dell’incremento del volume volume telediastolico telediastolico ventricolare e della ventricolare e della frequenza cardiacafrequenza cardiaca

Minore aumento del Minore aumento del volume volume telediastolico telediastolico ventricolare ventricolare rispetto al basale rispetto al basale già aumentato per il già aumentato per il ritorno venosoritorno venoso

Maggiore utilizzo Maggiore utilizzo dell’incremento dell’incremento della frequenza della frequenza cardiacacardiaca

ORTOSTATISMO CLINOSTATISMO

DIFFERENZE TRA ESERCIZIO DINAMICO DEGLI DIFFERENZE TRA ESERCIZIO DINAMICO DEGLI ARTI SUPERIORI E INFERIORIARTI SUPERIORI E INFERIORI

Esercizio massimaleEsercizio massimale Arti superioriArti superiori Arti inferioriArti inferiori

Aumento della F.C.Aumento della F.C. ++++++++ ++++++++

Aumento della gittata Aumento della gittata sistolicasistolica

++++ ++++++

Aumento della portata Aumento della portata cardiacacardiaca

++++++ ++++++++

Aumento della P.A. Aumento della P.A. sistolicasistolica

++++++ ++++

Aumento del MVO2Aumento del MVO2 ++++++ ++++

Resistenze vascolari Resistenze vascolari periferiche periferiche

++++ ----

L’effetto condizionante del training fisico L’effetto condizionante del training fisico deriva da un giusto equilibrio tra:deriva da un giusto equilibrio tra:

intensità intensità dell’esercizio dell’esercizio

frequenza e progressione frequenza e progressione dell’allenamentodell’allenamento

durata delle durata delle sedutesedute

continuità dell’esercizio continuità dell’esercizio

CONDIZIONAMENTO FISICO

Effetti fisiologici del training Effetti fisiologici del training fisicofisico

Effetti fisiologici del training Effetti fisiologici del training fisicofisico

RIDUCE:RIDUCE:

Il VOIl VO22 miocardico miocardico

La FC e la PA a riposo La FC e la PA a riposo e durante sforzoe durante sforzo

La produzione La produzione muscolare di acido muscolare di acido latticolattico

La trigliceridemiaLa trigliceridemia

L’aggregabilità L’aggregabilità piastrinicapiastrinica

La produzione di La produzione di catecolaminecatecolamine

INCREMENTA:INCREMENTA:

Il flusso muscolare Il flusso muscolare e l’estrazione di e l’estrazione di OO22

Il rilascio dell’ NO Il rilascio dell’ NO

La capacitàLa capacitàaerobica aerobica

La soglia La soglia ischemica ischemica

La capacità La capacità lavorativa lavorativa

Il colesterolo HDLIl colesterolo HDL

Peak exercisePeak exercise VO VO22

10

12

14

16

18

Middle-AgedPRE

Middle-AgedPOST

Elderly PRE ElderlyPOST

ml/k

g/m

in

P<.005

P<.005

Incremento della durata dell’esercizio Incremento della durata dell’esercizio svolto in assenza di angina dopo training svolto in assenza di angina dopo training

fisicofisico

Soglia di angina

Intensità e durata di esercizio

Pre-TFPre-TF Dopo TFDopo TF Soglia di anginaSoglia di angina

FC x PA

Belardinelli R, et al, JACC 1995

EFFECTS OF EXERCISE TRAINING ON EFFECTS OF EXERCISE TRAINING ON

SKELETAL MUSCLE MORPHOLOGYSKELETAL MUSCLE MORPHOLOGY

Aumento della fibre ossidative

tipo I

Aumento della densitàe degli enzimi mitocondriali

LDL - CLDL - C

EXERCISE - INDUCED VASCULAR EXERCISE - INDUCED VASCULAR ADAPTATIONS ADAPTATIONS

EXERCISE

Tot-CholTot-Chol

E-NOSE-NOS

ATHEROSCLEROSISATHEROSCLEROSIS

VASOMOTOR REACTIVITYVASOMOTOR REACTIVITY

DIRECT ACTION

DIRECT ACTION INDIRECT ACTION

INDIRECT ACTION

HDL - CHDL - C

BPBP

InsulinInsulinSecretionSecretion

InsulinInsulinSensitivitySensitivity

SHEAR STRESSSHEAR STRESS

PLT Ag, AdPLT Ag, Ad VEGFVEGF

PAI-1PAI-1 SM migration SM migration and proliferationand proliferation

SODSOD

Modalità di allenamentoModalità di allenamento

CicloergometroCicloergometro Tappeto rotanteTappeto rotante Ginnastica a corpo liberoGinnastica a corpo libero Cammino in piano o su percorsi calibratiCammino in piano o su percorsi calibrati Ergometro a bracciaErgometro a braccia BiciclettaBicicletta Pesi, attrezziPesi, attrezzi NuotoNuoto

Intensità dell’esercizio fisicoIntensità dell’esercizio fisicoLa percentuale di lavoro cardiaco La percentuale di lavoro cardiaco utile per mantenere il consumo utile per mantenere il consumo energetico in un regime aerobico.energetico in un regime aerobico.

Per ottenere i maggiori benefici Per ottenere i maggiori benefici dall'allenamento aerobico, il dall'allenamento aerobico, il cuore deve lavorare da un cuore deve lavorare da un minimo del 55-60 % ad un minimo del 55-60 % ad un massimo dell'85% della sua massimo dell'85% della sua frequenza cardiaca massimale.frequenza cardiaca massimale.

•Frequenza cardiaca (% FC max teorica)Frequenza cardiaca (% FC max teorica)•Carico lavorativo in WattCarico lavorativo in Watt•Consumo O2 (% VO2 max)Consumo O2 (% VO2 max) Riserva FC Riserva FC •Intensità percepita (Scale di Borg)Intensità percepita (Scale di Borg)

Intensita’ dell’esercizio fisico Intensita’ dell’esercizio fisico Metodi di valutazioneMetodi di valutazione

Training Aerobico StandardTraining Aerobico StandardTraining Aerobico StandardTraining Aerobico Standard

• sedute 20’-40’sedute 20’-40’

• FC 70-85% della FC FC 70-85% della FC massimalemassimale

• 3-5/settimana3-5/settimana

• per 8 -12 settimaneper 8 -12 settimane

• + calistenici + calistenici

• + training di resistenza+ training di resistenza

• sedute 20’-40’sedute 20’-40’

• FC 70-85% della FC FC 70-85% della FC massimalemassimale

• 3-5/settimana3-5/settimana

• per 8 -12 settimaneper 8 -12 settimane

• + calistenici + calistenici

• + training di resistenza+ training di resistenza

Frequenza cardiaca di Frequenza cardiaca di allenamentoallenamento

La FC allenante può essere determinata per via La FC allenante può essere determinata per via indiretta utilizzando la indiretta utilizzando la FC max teoricaFC max teorica [(220 - età) [(220 - età) o nomogrammi corretti per età e sesso] o nomogrammi corretti per età e sesso] oppure direttamente mediante l’esecuzione di un oppure direttamente mediante l’esecuzione di un test ergometrico massimale limitato dai sintomi test ergometrico massimale limitato dai sintomi [FC max sforzo][FC max sforzo] . .

Es. FC max sforzo= 155 bpm 60% FCmax= 93 bpm

80% FCmax= 124 bpm Range FC di allenamento = 93-124 bpm

Es. FC max teorica= 220-60 anni= 160 bpm 60% FCmax= 96 bpm

80% FCmax= 128 bpm Range FC di allenamento = 96-128 bpm

Riserva di frequenza cardiacaRiserva di frequenza cardiaca((Metodo di Karvonen)Metodo di Karvonen)

Utilizza la frequenza di base del soggetto come Utilizza la frequenza di base del soggetto come zero, calcolando la percentuale di intensità del zero, calcolando la percentuale di intensità del training sulla differenza tra frequenza a riposo training sulla differenza tra frequenza a riposo e frequenza cardiaca massima.e frequenza cardiaca massima.

Es. FC a riposo= 70 bpm FC max sforzo= 150 bpm 60% RFC= 0.6 x (150-70)= 48 bpm 80% RFC= 0.8 x (150-70)= 64 bpm Range FC di allenamento = 118-134 bpm

Scala di BorgScala di Borg(intensità di sforzo percepita)(intensità di sforzo percepita)

66 77 estremamente estremamente

leggeraleggera 88 99 molto leggeramolto leggera 1010 1111 leggeraleggera 1212 1313 abbastanza abbastanza

intensaintensa 1414 1515 intensa intensa 1616 1717 molto intensamolto intensa 1818 1919 molto molto molto molto

intensaintensa 2020

1 lieve1 lieve (avvertita dal (avvertita dal

paziente ma non paziente ma non

dall’osservatore)dall’osservatore)

2 leggera difficoltà2 leggera difficoltà

3 moderata difficoltà3 moderata difficoltà (il (il

paziente è in grado di paziente è in grado di

continuare)continuare)

4 grave difficoltà4 grave difficoltà (il (il

paziente deve fermarsi)paziente deve fermarsi)

Scala dispneaScala dispnea

JN. Myers, 1996

The Cardiopulmonary Exercise TestingEquipment

0 1 2 3 4

0

5

15

21

0.0

5.0

%CO2

%O2

VE (L)Flow meter

Dryingagent

Time (sec)

TEST CARDIOPOLMONARE TEST CARDIOPOLMONARE VO2 maxVO2 max

Il VO2 max rappresenta il più alto valore di VO2 raggiungibile per un certo tipo di esercizio, evidenaziato dalla incapacità del V02 di aumentare ulteriormente nonostante un aumento del carico di lavoro.

VO2 = PC x (a-vO2)

“Il test cardiopolmonare consente la valutazione simultanea della funzione cardiovascolare centrale e periferica, di quella respiratoria e muscolare periferica”

Wasserman, 1983

0

5

10

15

20

25

VO2

Cardiopulmonary Exercise Testing VO2 max

ml/kg/min.

0

5

10

15

20

25

VO2

VCO2

RER > 1

Cardiopulmonary Exercise Testing VO2, VCO2, RER

RER =VCO2 / VO2.

ml/kg/min.

Soglia anaerobica

Livello del consumo di 02 durante esercizio al di sopra del quale la produzione di energia avviene anche attraverso un metabolismo anaerobico

-Indice di capacità di esercizio submassimale

-Riproducibile

-Indipendente dalle motivazioni del paziente

-Rilievo oggettivo

Il più alto valore di VO2 che può essere mantenuto durante esercizio prolungato senza accumulo di acido lattico

Cardiopulmonary Exercise TestingCardiopulmonary Exercise TestingFunctional impairment measured at treadmillFunctional impairment measured at treadmill

Class Severity VO2 maxVO2-AT

(ml/kg/min)(ml/kg/min)

A None to mild > 20> 14

B Mild to moderate 16-2011-14

C Moderate to severe 10-168-11

D Severe < 10< 8

ESERCIZIO FISICO

Fine Fine presentazionepresentazione

Anaerobic threshold (AT) and clinical application

AT usually occurs AT 50% to 60% of VO2 max

predicted in sedentary individuals and higher in fit individuals

20% of patients with deconditioning has AT less than 40% of VO2 max predicted

25-30% of CHF patients have a non-detectable AT

O2

Ridotta progressione della coronaropatia dopo 6 Ridotta progressione della coronaropatia dopo 6 anni di intervento multifattoriale sui FRanni di intervento multifattoriale sui FR

Ridotta progressione della coronaropatia dopo 6 Ridotta progressione della coronaropatia dopo 6 anni di intervento multifattoriale sui FRanni di intervento multifattoriale sui FR

113 pazienti maschi113 pazienti maschiCoronaropaia cronica Coronaropaia cronica angiograficamente angiograficamente accertataaccertata

Dieta ipocalorica <20% Dieta ipocalorica <20% grassi, poliinsaturi/saturi > grassi, poliinsaturi/saturi > 11

Esercizio fisico Esercizio fisico quotidianoquotidiano

Non farmaci Non farmaci ipolipemizzantiipolipemizzanti

Follow up di 6 anniFollow up di 6 anni

113 pazienti maschi113 pazienti maschiCoronaropaia cronica Coronaropaia cronica angiograficamente angiograficamente accertataaccertata

Dieta ipocalorica <20% Dieta ipocalorica <20% grassi, poliinsaturi/saturi > grassi, poliinsaturi/saturi > 11

Esercizio fisico Esercizio fisico quotidianoquotidiano

Non farmaci Non farmaci ipolipemizzantiipolipemizzanti

Follow up di 6 anniFollow up di 6 anni

Niewbauer J et al.Circulation 1997;96:2534Niewbauer J et al.Circulation 1997;96:2534

0

5

10

15

20

25

30

0

5

10

15

20

25

30

N.

di P

azie

nti

N.

di P

azie

nti

ProgressioneProgressione NessunavariazioneNessuna

variazioneRegressioneRegressione

InterventoIntervento

ControlloControllo

p < 0.05p < 0.05

Variazione delle stenosi coronariche a 6 anniVariazione delle stenosi coronariche a 6 anni

0

20

40

60

80

100

120

140

0

20

40

60

80

100

120

140

ProgressioneProgressione NessunavariazioneNessuna

variazioneRegressioneRegressione

W

AT

T

WA

TT

Relazione tra progressione angiograficae WATT max

Relazione tra progressione angiograficae WATT max

Intensita’ dell’esercizio fisicoIntensita’ dell’esercizio fisico

L’energia o lavoro esterno richiesti per eseguire un esercizio possono essere espressi in valore assoluto (intensità assoluta) o in percentuale rispetto all’energia o lavoro necessari per uno sforzo massimale dello stesso tipo nello stesso soggetto (intensità relativa).

L’intensità relativa permette di confrontare esercizi eseguiti da soggetti diversi o di individuare carichi che sollecitino in egual misura soggetti dotati di differenti capacità funzionali.

Durata dell’esercizioDurata dell’esercizio

La durata dell'allenamento aerobico deve partire da un La durata dell'allenamento aerobico deve partire da un minimo di 20 minuti circa (ottimale tra i 20 e i 45 minuti),minimo di 20 minuti circa (ottimale tra i 20 e i 45 minuti),dovuta al tempo necessario perché il regime aerobico dovuta al tempo necessario perché il regime aerobico raggiunga la sua piena funzionalità.raggiunga la sua piena funzionalità.

La durata dell'esercizio è strettamente legata all'intensità La durata dell'esercizio è strettamente legata all'intensità con cui viene eseguito l'allenamento. Infatti l'esercizio con cui viene eseguito l'allenamento. Infatti l'esercizio sarà tanto più lungo quanto più bassa l'intensità di lavoro sarà tanto più lungo quanto più bassa l'intensità di lavoro e viceversa.e viceversa.Per esempio se si dovrà lavorare per un tempo superiore Per esempio se si dovrà lavorare per un tempo superiore ai 45 minuti l'intensità della frequenza cardiaca dovrà ai 45 minuti l'intensità della frequenza cardiaca dovrà essere intorno al 60-65 % del suo valore massimo, mentre essere intorno al 60-65 % del suo valore massimo, mentre per tempi contenuti tra 20 e 45 minuti, la frequenza per tempi contenuti tra 20 e 45 minuti, la frequenza cardiaca potrà essere innalzata anche al 75-80 % del suo cardiaca potrà essere innalzata anche al 75-80 % del suo valore max.valore max.

Lactate

HCO3

pH

Ventilatory Drive

VentilatoryDrive

Non-linearVCO2

with W.R.

linearVO2

with W.R.

PACO2 PAO2

VE/VCO2

VE/VO2

PACO2

VE/VCO2 VE/VO2

PAO2

IsocapnicBuffering

RespiratoryCompensationfor Metab.Acidosis

II

IIII

IIIIII

IRCCS Veruno

Diagramma degli effetti sugli scambi

di gas dell’aumento di lattato durante esercizio progressivo

Frequenza cardiaca di Frequenza cardiaca di allenamentoallenamento

FC

VO2

SanoInfarto

Disfunzione VS

Data l’esistenza di una relazione lineare fra VO2 e frequenza cardiaca, è possibile usare quest’ultima per la determinazione dell’intensità dell’esercizio aerobico.

Intensita’ dell’esercizio fisico Intensita’ dell’esercizio fisico Metodi di valutazioneMetodi di valutazione

Carico massimo al test ergometricoCarico massimo al test ergometrico Watts Watts

Consumo OConsumo O22 VO VO22 picco picco

% VO% VO2 max2 max

Frequenza cardiacaFrequenza cardiaca % FC max teorica % FC max teorica

FC max sforzo FC max sforzo

Riserva FC Riserva FC

Intensità percepitaIntensità percepita Scale di Borg Scale di Borg

Fonarow et al, JACC 1997; 30: 725-32Fonarow et al, JACC 1997; 30: 725-32

Results of a comprehensive HF managementResults of a comprehensive HF management

20

15

10

5

0

20

15

10

5

0

7.27.2

11.311.311.011.0

15.215.2P=0.0001P=0.0001P=0.0001P=0.0001

Peak Oxygen UptakePeak Oxygen UptakeAnaerobic ThresholdAnaerobic Threshold

VO

2 (m

l/k

g/m

in)

VO

2 (m

l/k

g/m

in)

Pre-management

Post-management

Altri effetti benefici del training Altri effetti benefici del training fisico fisico

Incremento della tolleranza allo sforzo (aumento del consumo Incremento della tolleranza allo sforzo (aumento del consumo massimo di Omassimo di O22, del tempo di esercizio e del carico sopportato), del tempo di esercizio e del carico sopportato)

Riduzione della FC e della PA a riposo e per sforzi Riduzione della FC e della PA a riposo e per sforzi sottomassimalisottomassimali

Aumento della differenza arterovenosa di OAumento della differenza arterovenosa di O22 Riduzione delle resistenze vascolariRiduzione delle resistenze vascolari Innalzamento della soglia anaerobicaInnalzamento della soglia anaerobica Innalzamento della soglia ischemicaInnalzamento della soglia ischemica Aumento dei circoli collateraliAumento dei circoli collaterali Riduzione delle stenosi coronaricheRiduzione delle stenosi coronariche Miglioramento della funzione endotelialeMiglioramento della funzione endoteliale Miglioramento dei sintomi (dispnea, fatica, angina) Miglioramento dei sintomi (dispnea, fatica, angina) Controllo di obesità, diabete ed ipertensione arteriosaControllo di obesità, diabete ed ipertensione arteriosa

Incremento della tolleranza allo sforzo (aumento del consumo Incremento della tolleranza allo sforzo (aumento del consumo massimo di Omassimo di O22, del tempo di esercizio e del carico sopportato), del tempo di esercizio e del carico sopportato)

Riduzione della FC e della PA a riposo e per sforzi Riduzione della FC e della PA a riposo e per sforzi sottomassimalisottomassimali

Aumento della differenza arterovenosa di OAumento della differenza arterovenosa di O22 Riduzione delle resistenze vascolariRiduzione delle resistenze vascolari Innalzamento della soglia anaerobicaInnalzamento della soglia anaerobica Innalzamento della soglia ischemicaInnalzamento della soglia ischemica Aumento dei circoli collateraliAumento dei circoli collaterali Riduzione delle stenosi coronaricheRiduzione delle stenosi coronariche Miglioramento della funzione endotelialeMiglioramento della funzione endoteliale Miglioramento dei sintomi (dispnea, fatica, angina) Miglioramento dei sintomi (dispnea, fatica, angina) Controllo di obesità, diabete ed ipertensione arteriosaControllo di obesità, diabete ed ipertensione arteriosa

0 20 40 60 80 100

0

3

6

9

Indice cardiaco

(L /min /m2)

% VO2 max

Aumento della Portata cardiaca durante l’esercizio dinamico

Classe A

Classe B

Classe C

Classe D

DIFFERENZE TRA ESERCIZIO DINAMICO DIFFERENZE TRA ESERCIZIO DINAMICO DEGLI ARTI SUPERIORI E INFERIORIDEGLI ARTI SUPERIORI E INFERIORI

Esercizio Esercizio submassimalesubmassimale

Arti superioriArti superiori Arti inferioriArti inferiori

Aumento della Aumento della F.C.F.C.

++++++++ ++++

Aumento della Aumento della gittata sistolicagittata sistolica

++++ ++++++

Aumento della Aumento della portata cardiacaportata cardiaca

++++++ ++++

Aumento della Aumento della P.A. diastolicaP.A. diastolica

++++++ ++++

Aumento del Aumento del MVO2MVO2

++++++ ++++

Resistenze vasc. Resistenze vasc. periferiche periferiche

++++ ----

Cardiopulmonary Exercise TestingCardiopulmonary Exercise TestingExercise modality.Exercise modality.

TreadmillTreadmill

Bicycle ergometerBicycle ergometer

Arm ergometerArm ergometer

Constant work rate exercise testConstant work rate exercise test

12-Minute treadmill walking test12-Minute treadmill walking test

45-65 anni(p per tempo e trattamento = 0.002)

0

2500

5000

7500

1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4

p<0.001 p=0.004 ns

##§

# § §

TW

C (

Kg

·m)

#: p<0.001

§: p<0.01

*: p<0.05

Tempo

66-75 anni(p per tempo e trattamento < 0.001)

1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4

p<0.001 p<0.001 ns

# #

* *

Tempo

76-85 anni(p per tempo e trattamento = ns)

2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4

p<0.001 ns ns

# * * *

Tempo

Capacità di lavoro totale (TWC) per gruppi di età e di trattamento

ospedale

domicilio

controlli

Marchionni N. et al., Circulation 2003;107:2201-2206 Marchionni N. et al., Circulation 2003;107:2201-2206

Fasi della valutazioneFasi della valutazione

11 = Base = Base22 = Fine trattamento (8 settimane) = Fine trattamento (8 settimane)33 = Follow-up - 6 mesi = Follow-up - 6 mesi4 4 = Follow-up - 12 mesi= Follow-up - 12 mesi

Tipi di trainingTipi di training

Interval trainingInterval training

Endurance o resistenzaEndurance o resistenza

Circuit trainingCircuit training

Endurance o resistenzaEndurance o resistenza

Allenamento continuo con lavoro Allenamento continuo con lavoro muscolare in equilibrio tra consumo e muscolare in equilibrio tra consumo e reintegro delle sostanze energetiche e reintegro delle sostanze energetiche e che permette il massimo incremento della che permette il massimo incremento della capacità aerobica.capacità aerobica.

Lavoro muscolare

A fronte di una necessità di energia, le vie metaboliche debbono resintetizzare continuamente nuovo ATP (scorta 85 g).

Lavoro anaerobico Lavoro massimale di 5-10 sec

Lavoro anaerobicolattacido

Lavoro massimale di 10-90 sec

Lavoro aerobico Lavoro submassimale > 90 sec

IRCCS Veruno

Il test cardiopolmonare: cosa valuta?

La circolazione sistemica e quella polmonare possono essere immaginate come “cerniere” trai vari apparati in grado modificare i rapporti fra loro, un po’ come il cambio della bicicletta.

Valuta la funzione dell’apparato cardiocircolatorio, respiratorio, muscolare e l’integrazione neurologica di questa attività.

FSM - Telese IRCCS

RC nell’angina stabile da sforzoRC nell’angina stabile da sforzoRC nell’angina stabile da sforzoRC nell’angina stabile da sforzoEsiste una dose-risposta all’esercizio?Esiste una dose-risposta all’esercizio?Esiste una dose-risposta all’esercizio?Esiste una dose-risposta all’esercizio?

•130 pazienti con CAD cronica•Randomizzati a training

Alta frequenza (10 sessioni /sett)Bassa frequenza (2 sessioni/sett)

•130 pazienti con CAD cronica•Randomizzati a training

Alta frequenza (10 sessioni /sett)Bassa frequenza (2 sessioni/sett)

Nieuwland W. et al, JACC 2000Nieuwland W. et al, JACC 2000

0

5

10

15

20

25

30

35

0

5

10

15

20

25

30

35

pVO2pVO2 WATTmax

WATTmax

ATAT QoL(physicalfunction)

QoL(physicalfunction)

p<0.002p<0.002

p<0.01p<0.01

Training alta frequenza

Training bassa frequenza

% A

umen

to%

Aum

ento

Programmi ditraining fisicoProgrammi ditraining fisico

LA VALUTAZIONE DEL PAZIENTE

ULTRASETTANTACINQUENNE IN RIABILITAZIONE

CARDIOLOGICA

Prof. CARLO VIGORITO

LA VALUTAZIONE DEL PAZIENTE

ULTRASETTANTACINQUENNE IN RIABILITAZIONE

CARDIOLOGICA

Prof. CARLO VIGORITO

DIPARTIMENTO DIMEDICINA CLINICA,

SCIENZE CARDIOVASCOLARI ED IMMUNOLOGICHE

UNIVERSITA’ DI NAPOLI FEDERICO II

DIPARTIMENTO DIMEDICINA CLINICA,

SCIENZE CARDIOVASCOLARI ED IMMUNOLOGICHE

UNIVERSITA’ DI NAPOLI FEDERICO II

• Paziente di anni 78

• 10 giorni dopo triplice BPAC

• FE VS 30%

• Fibrillazione atriale

• BPCO lieve-moderata

• Paziente di anni 78

• 10 giorni dopo triplice BPAC

• FE VS 30%

• Fibrillazione atriale

• BPCO lieve-moderata

Caso clinico

Lavoro muscolare

ENERGIA

Zuccheri Grassi Proteine

O2

40-50% del peso corporeo

• Movimento

• Postura

• Produz. Calore

• Supporto visceri

Rendimento muscolare

LavoroEnergia totale spesa=

Cellula muscolare = 25%

Muscolo in movimento = 50-60%1 kcal/kg/km

Fatica muscolareFatica acuta nelle attività di breve durata (anaerobico alattacido)

• Deplezione Fosfocreatina• Alterazione potenziale di membrana

•

Fatica acuta nelle attività di media durata(anaerobico lattacido e anerobico-anaerobico)

• Aumento [H+] intracellulare (ac. lattico lattato)• ridotto rilascio e ricaptazione Ca++ dal RS• riduzione forza ponti actomiosinici• inibizione glicolisi anaerobia (fosfofruttochinasi)

• Aumento della ammoniaca• Ridotta [K+] intracellulare• Aumento [Na+] intracellulare

Fatica muscolare

Fatica acuta nelle attività sportive

• Deplezione del glicogeno muscolare (1,5-2 g/100 g) Per esercizi di bassa intensità saranno reclutate fibre lente ossidative (poco affaticabili); all’aumentare dell’inensità dello sforzo verranno reclutate prima le fibre veloci ossidativo-glicolitiche (mediamente affaticabili) e infine le fibre veloci glicolitiche (molto affaticabili).• Perdita di acqua e di elettroliti (K+ e Mg++)• Ipoglicemia• Produzione di ammoniaca da metabolizzazione dell’AMP• Aumento rapporto aa. Aromatici/ramificati ( triptofano)

•

Attività di condizionamento Attività di condizionamento muscolaremuscolare

L’allenamento migliora la prestazione migliorando tutti i meccanismi connessi ad un determinato esercizio.

Una caratteristica dell’allenamento è la specificità, che migliora sostanzialmente solo la funzione che viene allenata, normalmente a scapito della funzione che, dal punto di vista fisiologico, ha caratteristiche opposte. Così ad esempio, se si vuole migliorare la funzione cosiddetta “aerobica” questo si verifica a scapito della funzione “anaerobica” e viceversa. Analogamente, se si vuole migliorare la forza muscolare, il che implica un aumento della massa muscolare, questo va a scapito dell’agilità.

Il condizionamento muscolare è la capacità di allenare i propri muscoli ad un grado di contrazione diversa da quella normale, ottenendo una migliore risposta neuromuscolare (tono), una migliore resistenza (endurance) ed un miglior stato nutrizionale (trofismo).

L'allenamento di condizionamento muscolare si può dividere in due grandi famiglie:a carico naturale quando si utilizza un segmento corporeo (sollevare un braccio) o il proprio corpo (saltare, correre)con sovraccarico, quando viene utilizzato un corpo esterno (peso).

Un esempio di sovraccarico naturale: dalla posizione di decubito laterale, sollevando un arto inferiore (abduzione) il carico è rappresentato dal peso dell'arto stesso; mentre il lavoro viene definito con sovraccarico applicando una cavigliera.

Prima di iniziare il condizionamento muscolare, è necessario applicare alcuni principi fisiologici affinché si verifichino gli adattamenti neurofisiologici che stiamo ricercando.

Un concetto generale alla base dell’allenamento è il sovraccarico: occorre cioè impegnare i vari sistemi ad un livello superiore rispetto a quello normale. In conseguenza dei miglioramenti ottenuti è chiaro che il concetto di sovraccarico deve essere progressivo, bisogna cioè aumentare il carico allenante.La scelta del carico allenante deve essere proporzionata alle condizioni organiche del soggetto e deve essere mirata ad un obiettivo realistico.Il principale e più comune errore nell’allenamento è strafare.

L’eccessivo carico di lavoro o la sua cattiva distribuzione sono alla base dei problemi di “sovraccarico”, che possono essere lievi, ma possono anche comportare la parziale o totale incapacità lavorativa.

Andranno definiti inoltre i gruppi muscolari su cui lavorare, bilanciando lo sforzo tra muscoli agonisti ed antagonisti. Il lavoro prodotto dovrà essere armonico, tale da non avere una predominanza di tono muscolare di un gruppo rispetto all'altro.

Variare il modo di eseguire un esercizio, significa variare in maniera decisiva l'effetto che esso esercita sulla muscolatura e sul sistema circolatorio. Quando un muscolo si contrae, i vasi subiscono l'effetto meccanico della pressione dovuta alla contrazione, che ne blocca il flusso sanguigno all'interno del muscolo. Durante il rilassamento successivo, il sangue riprende a circolare nuovamente nel ventre muscolare.

Se la durata della tensione è piuttosto lunga, oltre i 30 - 40", si Se la durata della tensione è piuttosto lunga, oltre i 30 - 40", si accumulano alte quantità di acido lattico, che, in assenza di accumulano alte quantità di acido lattico, che, in assenza di ossigeno, impediscono la combustione degli zuccheri e dei ossigeno, impediscono la combustione degli zuccheri e dei grassi.grassi.

Occorre poi aggiungere una Occorre poi aggiungere una resistenzaresistenza adeguata affinché adeguata affinché l'azione motoria superi la soglia di stimolo, in modo che l'azione motoria superi la soglia di stimolo, in modo che possano instaurarsi i processi di adattamento degli organi possano instaurarsi i processi di adattamento degli organi implicati, evitando però l’insorgenza di traumi, soprattutto a implicati, evitando però l’insorgenza di traumi, soprattutto a tendini e legamenti, che innescano facilmente processi tendini e legamenti, che innescano facilmente processi infiammatori. infiammatori.

In conclusione, il principio del In conclusione, il principio del sovraccarico individualizzato sovraccarico individualizzato e progressivoe progressivo è di validità generale in quanto si applica è di validità generale in quanto si applica all’atleta, alla persona normale, al portatore di handicap o al all’atleta, alla persona normale, al portatore di handicap o al paziente in fase di riabilitazione.paziente in fase di riabilitazione.

Esiste una formula per Esiste una formula per impostare il training fisico?impostare il training fisico?

Non esiste una formula per impostare il Non esiste una formula per impostare il programma di training fisico per ogni programma di training fisico per ogni singolo paziente, in quanto ogni individuo singolo paziente, in quanto ogni individuo differisce dagli altri per condizione fisica e differisce dagli altri per condizione fisica e conseguenze della malattia cardiaca.conseguenze della malattia cardiaca.

Ogni programma di training va pianificato Ogni programma di training va pianificato sulla base di una precisa valutazione dei sulla base di una precisa valutazione dei deficit per individuare il tipo di esercizio deficit per individuare il tipo di esercizio più adeguato a potenziare le capacità più adeguato a potenziare le capacità motorie deficitarie.motorie deficitarie.

Lavoro muscolare

ENERGIA

Zuccheri Grassi Proteine

O2

ESERCIZIO DINAMICOESERCIZIO DINAMICO

Azione di pompa esercitata dalle fasi Azione di pompa esercitata dalle fasi di contrazione e rilasciamento dei di contrazione e rilasciamento dei muscoli in eserciziomuscoli in esercizio

Aumentata negatività inspiratoria Aumentata negatività inspiratoria della pressione intratoracica per della pressione intratoracica per maggiore profondità degli atti maggiore profondità degli atti respiratorirespiratori

Venocostrizione simpatico-mediataVenocostrizione simpatico-mediata

AUMENTO DEL RITORNO VENOSO

AUMENTO DELLA FREQUENZA AUMENTO DELLA FREQUENZA CARDIACACARDIACA

Iniziale inibizione vagale tramite Iniziale inibizione vagale tramite il comando centrale e afferenze il comando centrale e afferenze meccanocettive muscolarimeccanocettive muscolari

Riflessi barocettivi aortici e Riflessi barocettivi aortici e carotideicarotidei

ESERCIZIO DINAMICO

AUMENTO DELLA GITTATA AUMENTO DELLA GITTATA SISTOLICASISTOLICA

Aumento del volume Aumento del volume telediastolico V.S. (legge di telediastolico V.S. (legge di Starling) non oltre il 50% del Starling) non oltre il 50% del basalebasale

Aumento della contrattilità Aumento della contrattilità miocardicamiocardica

ESERCIZIO DINAMICO

Iniziale Iniziale vasodilatazione vasodilatazione arteriolare indotta arteriolare indotta dal simpatico dal simpatico (recettori beta 2)(recettori beta 2)

Successiva Successiva vasodilatazione vasodilatazione arteriolare arteriolare metabolicametabolica

Vasocostrizione Vasocostrizione splancnica, renale splancnica, renale e cutanea mediata e cutanea mediata da riflessi baro- e da riflessi baro- e chemiocettivichemiocettivi

MUSCOLI COINVOLTI NELL’ESERCIZIO

MUSCOLI NON COINVOLTI NELL’ESERCIZIO

RISULTATO FINALE NETTO: CALO DELLE RESISTENZE VASCOLARI PERIFERICHE

ESERCIZIO DINAMICO

RESISTENZE VASCOLARI PERIFERICHERESISTENZE VASCOLARI PERIFERICHE

DETERMINANTI DELLA DETERMINANTI DELLA DIFFERENZA ARTERO-VENOSA DIFFERENZA ARTERO-VENOSA

DI 02DI 02 Densità capillare Densità capillare N. di capillari apertiN. di capillari aperti Tempo di transito degli eritrociti Tempo di transito degli eritrociti

all’interno dei capillariall’interno dei capillari Curva di dissociazione Curva di dissociazione

dell’emoglobinadell’emoglobina

ESERCIZIO DINAMICO

DETERMINANTI DEL V02 MAXDETERMINANTI DEL V02 MAX

Soggetto sanoSoggetto sano: : fattori centrali: fattori centrali:

massima capacità massima capacità di portata cardiacadi portata cardiaca

Cardiopatico Cardiopatico (CHF):(CHF):

fattori periferici: fattori periferici: a) massima a) massima capacità capacità vasodilatatrice dei vasodilatatrice dei vasi muscolarivasi muscolari

b) capacità b) capacità ossidative del ossidative del muscolomuscolo

ESERCIZIO DINAMICO

EFFETTI SULLA RISPOSTA EFFETTI SULLA RISPOSTA CARDIOVASCOLAREDELLA QUANTITA’ CARDIOVASCOLAREDELLA QUANTITA’

DI MASSA MUSCOLARE COINVOLTA DI MASSA MUSCOLARE COINVOLTA NELL’ESERCIZIONELL’ESERCIZIO

Esercizio isometrico: non influenteEsercizio isometrico: non influente Esercizio dinamico: influenteEsercizio dinamico: influente

EXERCISE TRAINING

CardiacFunction

Coronary Risk Profile

Cardiac OutputDistribution

Skeletal MuscleAerobic Capacity

VasomotorReactivity

Haemostasis

DOCUMENTED EFFECTS OF DOCUMENTED EFFECTS OF EXERCISE TRAININGEXERCISE TRAINING

Effetti fisiologici del Effetti fisiologici del training fisicotraining fisico

INCREMENTA:INCREMENTA:- - Il flusso muscolare, con Il flusso muscolare, con

più estrazione di O2 più estrazione di O2 - La capacità aerobica - La capacità aerobica - La gittata sistolica- La gittata sistolica- Il rilascio dell’ NO- Il rilascio dell’ NO- Il microcircolo - Il microcircolo - La soglia ischemica - La soglia ischemica - La capacità lavorativa - La capacità lavorativa - Il colesterolo HDL- Il colesterolo HDL

RIDUCERIDUCE::- Il VO2 miocardico- Il VO2 miocardico

- La FC e la PA a riposo e - La FC e la PA a riposo e durante sforzodurante sforzo

- La produzione muscolare - La produzione muscolare di acido latticodi acido lattico

- L’aggregabilità piastrinica- L’aggregabilità piastrinica

- La produzione di - La produzione di catecolamine catecolamine

- La trigliceridemia- La trigliceridemia

AO Caserta - UO Cardiologia Riabilitativa

Effetti benefici del training Effetti benefici del training fisico (1)fisico (1)

Incremento della tolleranza allo sforzo (aumento Incremento della tolleranza allo sforzo (aumento del consumo massimo di Odel consumo massimo di O22, del tempo di , del tempo di esercizio e del carico sopportato)esercizio e del carico sopportato)

Riduzione della FC e della PA a riposo e per Riduzione della FC e della PA a riposo e per sforzi sottomassimalisforzi sottomassimali

Incremento dello stroke volumeIncremento dello stroke volume Incremento della frazione d’eiezioneIncremento della frazione d’eiezione Innalzamento della soglia anaerobicaInnalzamento della soglia anaerobica Innalzamento della soglia ischemicaInnalzamento della soglia ischemicaMiglioramento dei parametri di funzione Miglioramento dei parametri di funzione

diastolicadiastolicaAumento dei circoli collateraliAumento dei circoli collateraliRiduzione delle stenosi coronaricheRiduzione delle stenosi coronariche

Incremento della tolleranza allo sforzo (aumento Incremento della tolleranza allo sforzo (aumento del consumo massimo di Odel consumo massimo di O22, del tempo di , del tempo di esercizio e del carico sopportato)esercizio e del carico sopportato)

Riduzione della FC e della PA a riposo e per Riduzione della FC e della PA a riposo e per sforzi sottomassimalisforzi sottomassimali

Incremento dello stroke volumeIncremento dello stroke volume Incremento della frazione d’eiezioneIncremento della frazione d’eiezione Innalzamento della soglia anaerobicaInnalzamento della soglia anaerobica Innalzamento della soglia ischemicaInnalzamento della soglia ischemicaMiglioramento dei parametri di funzione Miglioramento dei parametri di funzione

diastolicadiastolicaAumento dei circoli collateraliAumento dei circoli collateraliRiduzione delle stenosi coronaricheRiduzione delle stenosi coronariche

Effetti benefici del training Effetti benefici del training fisico (2)fisico (2)

Aumento della differenza arterovenosa di OAumento della differenza arterovenosa di O22

Riduzione delle resistenze vascolariRiduzione delle resistenze vascolari Incremento dei flussi vascolari perifericiIncremento dei flussi vascolari perifericiMiglioramento della funzione endotelialeMiglioramento della funzione endotelialeMiglioramento dei sintomi (dispnea, fatica, Miglioramento dei sintomi (dispnea, fatica,

angina) angina) Facilitazione metabolismo di grassi e carboidratiFacilitazione metabolismo di grassi e carboidratiControllo di obesità, diabete ed ipertensione Controllo di obesità, diabete ed ipertensione

arteriosaarteriosaAumentato tasso di ripresa delle attività lavorativeAumentato tasso di ripresa delle attività lavorativeUn'adeguata tonicità muscolare conferisce anche Un'adeguata tonicità muscolare conferisce anche

un miglior aspetto estetico un miglior aspetto estetico Maggiore sopravvivenzaMaggiore sopravvivenza

Aumento della differenza arterovenosa di OAumento della differenza arterovenosa di O22

Riduzione delle resistenze vascolariRiduzione delle resistenze vascolari Incremento dei flussi vascolari perifericiIncremento dei flussi vascolari perifericiMiglioramento della funzione endotelialeMiglioramento della funzione endotelialeMiglioramento dei sintomi (dispnea, fatica, Miglioramento dei sintomi (dispnea, fatica,

angina) angina) Facilitazione metabolismo di grassi e carboidratiFacilitazione metabolismo di grassi e carboidratiControllo di obesità, diabete ed ipertensione Controllo di obesità, diabete ed ipertensione

arteriosaarteriosaAumentato tasso di ripresa delle attività lavorativeAumentato tasso di ripresa delle attività lavorativeUn'adeguata tonicità muscolare conferisce anche Un'adeguata tonicità muscolare conferisce anche

un miglior aspetto estetico un miglior aspetto estetico Maggiore sopravvivenzaMaggiore sopravvivenza

Obiettivi del training fisicoObiettivi del training fisico

Potenziare le capacità del sistema Potenziare le capacità del sistema cardiovascolarecardiovascolare

Ottimizzare la performance muscolo-scheletricaOttimizzare la performance muscolo-scheletrica incremento della forza muscolareincremento della forza muscolare miglioramento della flessibilità e mobilità miglioramento della flessibilità e mobilità

articolarearticolare incremento della velocità dei movimentiincremento della velocità dei movimenti incremento della coordinazione dei movimentiincremento della coordinazione dei movimenti riduzione del dispendio energetico a parità di riduzione del dispendio energetico a parità di

attività fisicaattività fisica

0

4

8

12

16 REST

EXERCISE

p<0.01

Controls

(n=10)

Maximal exercise

(n=16)

Submaximal exercise

(n=15)

EFFETTI DELL’ESERCIZIO DINAMICO SULLA EFFETTI DELL’ESERCIZIO DINAMICO SULLA

VASODILATAZIONE ENDOTELIO-MEDIATAVASODILATAZIONE ENDOTELIO-MEDIATA

ANOVA F = 9.099 p < 0.01

% C

HA

NG

E IN

% C

HA

NG

E IN

BR

AC

HIA

L A

RT

ER

Y D

IAM

ET

ER

BR

AC

HIA

L A

RT

ER

Y D

IAM

ET

ER

Silvestro et al. Atherosclerosis 2002Silvestro et al. Atherosclerosis 2002