Principali adattamenti fisiologici all'allenamento in alta quota

Perché molti atleti professionisti scelgono di prepararsi ad alta quota? Quali sono i principali adattamenti fisiologici? Ma, soprattutto, l'allenamento in quota migliora la performance a livello del mare?

Cari lettori di SportBrain, l'articolo che segue tratterà di un argomento un po' ombroso per gli sportivi: l'allenamento in altura.

Quante volte vediamo squadre professioniste che organizzano i propri ritiri estivi nelle più note località montane? Spesso. Ma quali sono i principali adattamenti fisiologici, e quali benefici derivano da questa pratica così diffusa nello sport?

A questa domanda cercherò di rispondere nel mio elaborato, cercando come sempre di essere chiaro , esaustivo e sufficientemente sintetico.

Ancor prima di entrare nel vivo dell'argomento, intendo spendere poche righe per delineare alcuni cenni riguardanti la composizione dell'aria atmosferica, il suo comportamento in relazione all'altitudine ed infine analizzare le principali costanti presenti nel nostro organismo che prescindendo dai valori di pressione atmosferica, limitano la disponibilità dell'ossigeno.

Com'è ben noto, l'O2 come tutti i gas segue le principali leggi fisiche in particolare quelle di Dalton e di Henry.

Intendo soffermarmi sulla legge di Dalton in quanto essa afferma che la pressione esercitata da una miscela di gas è pari alla somma delle pressioni parziali esercitate dai singoli gas, in proporzione alla loro presenza in percentuale.

Tranquilli, quello che sembra un terribile rompicapo è in realtà un concetto semplice.

La legge di Dalton infatti possiamo semplificarla in questo modo:

P = S pi
dove P è la pressione totale della miscela e (pi) è la pressione individuale di ognuno dei gas componenti

Questo concetto, tradotto per la pressione atmosferica a livello del mare si riassume in questo modo:

760 mmhg di cui:

  • 20.9% O2 che equivalgono a circa 159 mmhg di po2
  • 79% N2 (azoto) che equivalgono a 600 mmhg di pN2
  • 0,003% di CO2 più altri gas che ritroviamo in misura minore e la cui percentuale è trascurabile

Man mano che ci si porta in quota, la pressione atmosferica tende a diminuire es: (a 5000 metri è pari a 380 mmhg), ciò che non varia invece sono le percentuali dei gas che la compongono. In altre parole anche a 380 mmhg ritroverò il 20% di O2, il 79% di N2 e gli altri gas minori di cui accennavo prima.

Le variazioni dunque non sono a carico delle percentuali, bensì riguardano i quantitativi delle singole pressioni parziali. In altre parole risulta logico che il 20% di pO2 su un totale di 380 mmhg sarà inferiore al medesimo 20% però su un totale di 760 mmhg a livello del mare.

Dopo aver appreso in che modo varia la pressione atmosferica in relazione all'altitudine, vediamo quali sono quelle costanti che prescindono da essa ma che contribuiscono ad un ulteriore deplezione dell'O2.

  • Vapore acqueo: tutta l'aria che inspiriamo viene sempre saturata ed umidificata indipendetemente dalla temperatura ambientale e dal livello di umidità. Il vapore acqueo in tal senso non modifica la pressione totale del gas ma riduce in percentuale la disponibilità di O2
  • Spazio morto delle vie di conduzione: non tutta l'aria che inspiriamo giunge a livello alveolare partecipando agli scambi aria sangue, parte di essa si mescola in continuazione con aria inspirata ed espirata a livello delle principali vie di conduzione
  • CO2 presente negli alveoli: come chiaro segno della attività cellulare

Tutte queste costanti determinano una deplezione della quota di pO2, che scende dai 159 mmgh presenti nell'aria atmosferica a 100 mmhg, valore che ritroviamo in un soggetto sano a livello del mare. È chiaro che questo problema si amplifica in altitudine dove si dispone di una quota ridotta di O2 e dove queste costanti appunto perché tali permangono.

L'allenamento in altura richiede logicamente un periodo di adattamento, che prende il nome di acclimatazione. Proprio durante questo periodo avvengono quelle risposte fisiologiche e metaboliche che migliorano la tolleranza all'ipossia. Logicamente avremo adattamenti compensatori alla quota apprezzabili immediatamente, mentre altri saranno più tardivi e richiederanno settimane o addirittura mesi.

I principali adattamenti compensatori che si verificano in alta quota (2300 metri) come risposta fisiologica alla rarefazione dell'aria sono:

  • Aumento del drive respiratorio per promuovere l'iperventilazione
  • Aumento del flusso ematico a riposo e durante attività sub massimale

L'iperventilazione da ridotta pO2 arteriosa è una risposta immediata in un soggetto esposto all'alta quota. Questo meccanismo fisiologico vede l'intervento di specifici recettori (chemocettori) presenti nelle diramazioni delle arterie carotidi del collo, sensibili alle variazioni di pO2. Questa modificazione della attività inspiratoria facilita l'assunzione di O2 nei polmoni, e rappresenta il primo sistema di difesa del nostro organismo contro una ipossia ambientale.

Il secondo adattamento riguarda un aumento dell'attività cardiovascolare. L'esposizione all'alta quota , determina nelle prime ore un aumento a riposo della pressione arteriosa sistemica, inoltre si registra un aumento della frequenza cardiaca e della gittata sistolica per attività sub massimali. Tali modificazioni possono addirittura arrivare al 50% in più rispetto ai valori registrati a livello del mare. Rimane invece invariato il volume sistolico. Questa aumentata risposta cardiovascolare compensa largamente la desaturazione arteriosa che si viene a creare.

Visti gli adattamenti immediati all'ipossia, soffermiamoci ora sugli adattamenti a lungo termine come conseguenza di un soggiorno prolungato in altura.

Elenco di seguito i punti fondamentali, spiegandone per ognuno di essi le caratteristiche principali:

Modificazioni dell'equilibrio acido base dei liquidi corporei come conseguenza dell'iperventilazione

La modificazione dell'equilibrio acido base è determinata dall'iperventilazione che determina una riduzione della CO2 ed un aumento della pO2 alveolare. Proprio le variazioni del respiro, riducono le normali concentrazioni alveolari di CO2, creando un gradiente di diffusione più ampio e determinando un decremento della pCO2 arteriosa. Tale decremento determina un aumento del Ph per via della perdita di acido carbonico ed i liquidi corporei diventano più alcalini.

Sintesi di emoglobina e di globuli rossi e modificazioni della circolazione locale e la funzione cellulare aerobica

L'aumento della capacità di trasporto ematico di O2 rappresenta uno degli adattamenti principali derivanti dall'allenamento in altura. Esso è determinato da due fattori: una diminuzione del volume plasmatico , a cui segue un aumento degli eritrociti e dell'emoglobina.

Il volume plasmatico tende a diminuire durante le prime ore successive all'esposizione in quota, spostandosi dagli spazi intravascolari a quelli interstiziali ed intercellulari. Questo meccanismo determina un aumento della concentrazione dei globuli rossi (emoconcentrazione). Ciò spiega un maggior contenuto di O2 arterioso, con valori al disopra di quelli registrati all'arrivo in altura.

Il secondo fattore responsabile di un miglior trasporto dell'O2 è individuabile nella così detta policitemia o aumento in numero di globuli rossi. Tale fenomeno scaturisce dalla riduzione della pO2 arteriosa, e dall'azione della eritropoietina (EPO) , ormone sintetizzato e rilasciato dai reni che induce la formazione di eritrociti. Ovviamente un maggior numero di globuli rossi si traduce in un aumento della capacità di trasportare O2 da parte del torrente circolatorio.

Ma come dice il proverbio però "non è sempre oro quel che luccica" infatti a fronte di un aumento dell'ematocrito (quindi dei globuli rossi), e dunque di una reale possibilità di trasportare l'O2, vi è un aumento delle resistenze. Esse aumentano come conseguenza di una maggior viscosità ematica che limita il flusso e quindi la diffusione dell'O2 ai tessuti. E' inoltre opportuno ricordare che questi adattamenti, risultato di un periodo di acclimatazione non sempre avvengono efficacemente. Infatti è necessario che il soggetto goda di un'adeguata riserva di (Fe++) per sostenere l'aumentata produzione di eritrociti. Per quanto riguarda le modificazioni e gli adattamenti cellulari, si può affermare che si riscontra un aumento della capillarizzazione del tessuto. Una miglior microcircolazione, favorisce la diffusione dell'O2 tra il sangue e i tessuti, migliorando l'ossigenazione tissutale nonostante vi sia una riduzione della pO2. Inoltre attraverso biopsie muscolari è emerso un quantitativo maggiore di mioglobina che fungendo da "deposito", migliora il rilascio di O2 intracellulare in condizioni di bassa pO2 tissutale.

Momentaneamente l'unica cosa ancora da chiarire, è se il lieve aumento dei mitocondri e degli enzimi deputati al trasporto dell'O2, sia frutto dell' allenamento o conseguenza di un ambiente ipossico.

Concludo questo articolo rispondendo ad una classica domanda che spesso getta l'atleta in un grande dilemma:

Ma l'allenamento in quota migliorerà la mia performance a livello del mare?

Purtroppo no.

L'allenamento di resistenza svolto in quota non migliora una successiva prestazione a livello del mare. L'acclimatazione in altura migliora la capacità di esercizio alle alte quote. Come discusso in questo articolo tutti gli adattamenti che intervengono e di cui ho parlato, dovrebbero migliorare una successiva performance a livello del mare. Sfortunatamente però molte ricerche, che avrebbero dovuto misurare la relazione esistente tra gli effetti dell'ipossia tissutale e del solo allenamento o magari l'azione sinergica di entrambi, contengono imperfezioni sperimentali che limitano tale valutazione. Non è ancora chiaro quale sia l'effetto dell'allenamento in quota sulle capacità aerobica e sul rendimento di resistenza, subito dopo il ritorno a livello del mare.

Riporto brevemente uno studio che cita nel concreto il concetto sopra scritto:

Atleti di sesso maschile di atletica leggera, fortemente allenati, hanno raggiunto Nunoa (Perù) (4000 metri di altezza) dove hanno continuato ad allenarsi e ad acclimatarsi per 40-57 giorni. La VO2max diminuiva del 29% sotto i valori riscontrati a livello del mare, dopo i primi 3 giorni di soggiorno in alta quota; dopo 48 giorni la VO2max rimaneva ancora del 26% più bassa. Le corse sui (400, 800 metri e 1 e 2 miglia) durante un incontro di atletica con i nativi di alta quota, rappresentavano una misura del rendimento dopo l'acclimatazione. I tempi dopo l'acclimatazione rimanevano considerevolmente più bassi rispetto ai tempi registrati a livello del mare prima dell'esposizione in quota, particolarmente per le corse più lunghe. Quando gli atleti tornavano a livello del mare, la VO2max e il rendimento della corsa non differivano dalle misurazioni fatte prima del soggiorno in quota. I tempi nelle gare più lunghe raggiungevano in media un 5% al disotto delle prove effettuate prima del soggiorno in quota
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