Le montagne chiamano gli appassionati di sport
Non solo gli appassionati di sport invernali sono affascinati dalle montagne, è un argomento ampiamente studiato dai fisiologi dell'esercizio. Prima delle prime scalate di successo delle montagne più alte del mondo, è stata condotta una grande quantità di ricerca per determinare se fosse fisicamente possibile raggiungere queste alte vette.
Come se l'arrampicata stessa non fosse abbastanza impegnativa, i territori ad alta quota presentano diversi fattori che mettono alla prova il corpo umano. Per ogni 150 m di altitudine, la temperatura scende di circa 1 grado Celsius, la temperatura più calda mai misurata sulla cima del Monte Everest è un confortevole meno 16 gradi Celsius. Il vento che attacca frequentemente comporta il fatto che velocità del vento superiori a 160 km/h sono un fenomeno comune. Insieme alla concentrazione di ozono, all'aumentata radiazione solare e all' isolamento dalla civiltà, l'alta quota è sicuramente un dominio interessante da studiare per i fisiologi dell'esercizio.
La ragione più cruciale per cui l'alta quota è un ambiente così impegnativo, tuttavia, è la mancanza di ossigeno (ipossia).
Puoi adattarti all'allenamento in aria rarefatta?
A differenza della credenza popolare, la composizione dell'aria è esattamente la stessa ad altitudini estreme, circa il 21% di ossigeno, il 79% di azoto e un piccolo po' di anidride carbonica. La pressione dell'aria è la causa della ridotta disponibilità di ossigeno in altitudine. Simile come nell'allenamento della forza, la gravità gioca un ruolo importante. Uno dei due motivi per cui l'aria è più rarefatta man mano che si sale rispetto al livello del mare, è il fatto che la gravità mantiene l'aria il più vicino possibile alla superficie terrestre. Oltre alla diminuzione della pressione dell'aria con l'aumento dell'altitudine, il numero di molecole diminuisce man mano che si sale, che è il secondo motivo che causa un'aria meno densa.
Questa ridotta disponibilità di ossigeno in altitudine porta naturalmente a meno ossigeno disponibile che può essere scambiato con il flusso sanguigno e quindi a una disponibilità limitata per il cervello, i muscoli e tutti gli altri organi vitali. Il corpo può adattarsi e far fronte a questi cambiamenti, a seconda della durata e dell'altitudine effettiva a cui ti trovi. Affascinante, l'altitudine più alta a cui il corpo può adattarsi acutamente all'ambiente alterato è esattamente la stessa della vetta più alta della terra, tra 8-9000 metri. Tuttavia, questo non è un adattamento che il corpo può mantenere per molto tempo, la capacità del corpo di cambiare strutturalmente secondo le esigenze alterate è di circa 5500 m. Le altitudini sopra i 5500 sono considerate altezze estreme.
Questo blog non si concentrerà sulle altezze estreme, ma sui cambiamenti strutturali a livello muscolare derivanti da un soggiorno prolungato in altitudine dove c'è meno ossigeno disponibile.
La curva di dissociazione dell'ossiemoglobina
La prima cosa di cui dobbiamo capire quando parliamo dell'influenza dell'altitudine sull'ossigenazione del muscolo, è la curva di dissociazione dell'ossiemoglobina.
Dopo aver inalato molecole di ossigeno nei polmoni, esse cercano di legarsi all'emoglobina nel sistema vascolare. Un'emoglobina può trasportare quattro molecole di ossigeno, ma il legame di questa prima molecola è molto difficile. Il legame con l'ossigeno cambia la struttura conformazionale dell'emoglobina, rendendola più suscettibile a legarsi alla seconda, terza e quarta molecola di ossigeno. Quando la pressione parziale di ossigeno nel sangue (PO2 in mm Hg) aumenta, più molecole di ossigeno si legheranno all'emoglobina, aumentando la saturazione dell'ossiemoglobina. Questo inizio lento e picco dell'ossigeno che si lega alle molecole di emoglobina, si appiattisce quando viene raggiunta la quantità massima che può essere legata. Aumentando ulteriormente la pressione, porterà quindi a un piccolo aumento dei livelli di emoglobina satura.
Questo processo di trasporto e rilascio dell'ossigeno è visualizzato con la curva di dissociazione dell'ossiemoglobina. Sull'asse X abbiamo la pressione parziale di ossigeno nel sangue PO2 in mm Hg e sull'asse Y la saturazione di ossigeno dell'emoglobina. Nota che è diverso dalla Saturazione dei Tessuti che misuriamo con i sensori Train.Red, noi misuriamo il tessuto muscolare, mentre questo riguarda la saturazione di ossigeno nel sangue.
Sappiamo che il primo legame dell'ossigeno all'emoglobina è difficile, il numero di legami aumenta man mano che più molecole iniziano a legarsi insieme con una pressione crescente e la curva si appiattisce in alto. Questa relazione sigmoide è di grande utilità informativa quando vogliamo studiare l'effetto dell'altitudine.
Con l'aumento dell'altitudine, vediamo l'effetto sulla pressione parziale di ossigeno e sulla % di saturazione dell'emoglobina. La curva è relativamente piatta fino a 1500 m e la saturazione dell'emoglobina inizia a scendere bruscamente solo a circa 3000 m.
Come fa il nostro corpo a far fronte a questo?
Per far fronte alla ridotta disponibilità di ossigeno, il tuo cuore e la frequenza respiratoria aumentano. Questa prima risposta di linea diminuisce gradualmente nel tempo più a lungo rimani in altitudine. La tua diffusione di ossigeno tra il sistema polmonare e vascolare migliora e dopo circa 1 anno in altitudine l'iperventilazione scompare completamente. Tuttavia, questo miglioramento della funzione polmonare non è la ragione per cui gli atleti seri vanno nei campi di altitudine, la ragione principale è l'aumentata produzione di globuli rossi nel corpo. I globuli rossi contengono molto emoglobina, quindi naturalmente questo è benefico per il trasporto e il rilascio di ossigeno. L'aumentata concentrazione di ematocrito e l'aumentata concentrazione di emoglobina hanno un aspetto negativo che è l'aumentata viscosità del sangue. Questo può portare a una diminuzione del ritorno venoso del sangue al cuore.
I tuoi reni giocano un ruolo importante nel neutralizzare gli acidi che vengono creati durante gli allenamenti ad alta intensità, in altitudine accumulerai lattato più velocemente quando i tuoi reni non sono acclimatizzati.
Ci sono quattro principali cambiamenti strutturali dovuti all'altitudine a livello muscolare
- aumentata capillarizzazione
- aumentata concentrazione di mioglobina
- aumentato numero di mitocondri
- aumentato numero di enzimi mitocondriali.
Con i nostri sensori NIRS misuriamo la concentrazione di ossiemoglobina direttamente nel muscolo, questi quattro cambiamenti strutturali hanno un impatto diretto sul tuo segnale NIRS e sulle letture.
Ci sono molte pubblicazioni che studiano l'ossigenazione muscolare durante l'ipossia acuta, ma la ricerca nel dominio dei cambiamenti strutturali è carente. Ci sono alcune cose che possiamo dedurre, tuttavia, un'aumentata capillarizzazione avrà un impatto diretto sulla quantità assoluta di ossigeno nel tuo tessuto muscolare. Con l'aumentata capillarizzazione più sangue verrà trasportato al tuo muscolo e quindi più ossigeno sarà disponibile. Da una prospettiva tecnica, una parte maggiore della luce che viene trasmessa dai nostri sensori nel tuo corpo, verrà assorbita rispettivamente dall'ossiemoglobina e dalla deossiemoglobina. I cambiamenti di concentrazione relativa non saranno influenzati da questo cambiamento assoluto ma l'ampiezza del tuo segnale potrebbe essere un po' più grande a causa dell'aumentata disponibilità. Questi cambiamenti saranno più evidenti nella tua emoglobina totale e nella differenza di Emoglobina. La quantità relativa di ossiemoglobina rispetto alla concentrazione di emoglobina totale sarà un po' più alta dopo l'acclimatamento in altitudine, quindi la saturazione di ossigeno nel tuo tessuto muscolare è probabile che aumenti.
L'aumentata concentrazione di mioglobina, il numero di mitocondri e il numero di enzimi mitocondriali avranno un'influenza sullo scambio di ossigeno nelle cellule muscolari. Questo cambiamento è visibile nelle tue letture come il tasso di de- e riossigenazione durante un'attività.
Nel nostro prossimo blog esamineremo la ricerca che è stata condotta sull'influenza dell'ipossia acuta sull'ossigenazione muscolare. Verrà fatto un confronto tra i test di esercizio massimale al livello del mare vs in altitudine così come il confronto tra gli esseri umani completamente adattati (sherpa) e gli alpinisti amatoriali.
