Se si studia l’andamento della ventilazione polmonare durante e al termine di un esercizio fisico è possibile chiedersi quali sono i fattori che influenzano l’iperventilazione propria di uno sforzo fisico che si protrae nel tempo. La ventilazione polmonare, espressa in litri al minuto (L min-1), può essere messa in relazione a due parametri importanti: il tempo e il consumo di ossigeno. Nel primo caso si possono identificare due momenti di transizione importanti, nel passaggio dallo stato di riposo all’inizio dell’esercizio fisico e al termine nella fase di recupero; in questi due istanti l’andamento della ventilazione subisce delle notevoli variazioni.
Ventilazione polmonare – Le fasi principali
In generale si possono identificare 4 fasi principali:
- all’inizio dell’esercizio la ventilazione polmonare, da un valore costante, ha una brusca variazione positiva, con un incremento repentino e veloce (graficamente un gradino). Ciò corrisponde a un’iperventilazione iniziale. Questa variazione è indicata con il valore B (perché si riferisce a un valore iniziale o basale).
- Durante lo sforzo fisico la ventilazione polmonare sale gradualmente fino a raggiungere un valore costante (fenomeno di saturazione, variazione ST).
- Al termine dello sforzo fisico, la ventilazione cala bruscamente (F, variazione alla fine del lavoro).
- Segue poi una discesa graduale e lenta fino al valore di riposo (variazione S, ritorno al valore basale).
Questo andamento è intuitivo e non dice molto rispetto a quanto ci si potrebbe aspettare osservando un soggetto sottoposto all’esecuzione di uno sforzo fisico. Risulta invece interessante legare queste fasi a vari fattori che regolano la ventilazione, oltre a quantificare i valori in gioco con test sperimentali. Dejours [1] ha eseguito e documentato molti test sperimentali dai quali ha concluso che
la regolazione della ventilazione polmonare durante lo sforzo fisico è influenzata dalla concomitanza di fattori umorali (circolatori) e nervosi.
Prima di questi studi si pensava infatti che la ventilazione polmonare fosse essenzialmente regolata dalla circolazione sanguigna (in particolare i fattori del pH del sangue e della pressione esercitata dall’anidride carbonica).
Dejours, inoltre, nel suo studio ha messo in evidenza che i fattori umorali e nervosi intervengono in misura diversa in ognuna delle quattro fasi identificate precedentemente. Per esempio, l’aumento repentino all’inizio dell’esercizio fisico è di fatto suddiviso in due parti: una immediata durante il primo ciclo respiratorio alla fine del periodo di riposo e uno successivo, dopo circa 10-20 secondi.
Anche la discesa al termine dell’esercizio è composta da due processi, uno brusco, immediato e uno più lento, dopo circa una ventina di secondi. Dejours concluse che la ventilazione polmonare è condizionata da due fattori fisiologici diversi, uno responsabile di variazioni “rapide” e uno di quelle “lente”. Il primo è legato al funzionamento del sistema nervoso centrale che agisce sui centri del polmone e sui recettori nervosi dei muscoli respiratori. Il secondo è legato al fattore umorale, ovvero al controllo della circolazione sanguigna.
Le cose però non sono così semplici e schematiche, perché i due fattori si influenzano e interagiscono, quindi la componente rapida e quella lenta non sono scorrelate ma concorrono entrambe al controllo della ventilazione. All’inizio del lavoro muscolare infatti, solo in un primo tempo gli unici fattori fisiologici che intervengono sono di natura nervosa; non appena si è verificata la componente rapida, entra in gioco la componente lenta per portare la ventilazione al suo valore costante: si entra cioè in uno stato stazionario. Durante questa fase non interviene solo il fattore umorale, ma anche a livello periferico quello nervoso. Infatti, nei muscoli esistono dei ricettori che controllano le modifiche chimico fisiche che avvengono in seguito all’esecuzione del lavoro fisico da parte del muscolo. Tali recettori (chemocettori) generano quindi segnali nervosi periferici di natura riflessa che vanno a influenzare la ventilazione stessa. In altre parole, i fattori umorali (circolatori) e nervosi si sommano durante la fase intermedia in cui la ventilazione ha raggiunto uno stato stazionario.
Alla fine dell’esercizio fisico, la componente nervosa si interrompe provocando il brusco calo della ventilazione polmonare. L’ultima fase di decrescita lenta dipende solo dalla componente umorale.
La ventilazione polmonare, espressa in litri al minuto (L min-1), può essere messa in relazione a due parametri importanti: il tempo e il consumo di ossigeno.
Ventilazione polmonare: la modifica dell’influenza dei fattori umorali e nervosi
Volendo studiare invece come si modifica l’influenza dei due fattori (umorale e nervoso) al variare del carico di lavoro, si può studiare l’andamento delle tre variazioni fondamentali (le due rapide, B e F, all’inizio e alla fine del lavoro muscolare, e quella lenta S, alla fine del lavoro muscolare, responsabile del raggiungimento del valore di riposo della ventilazione). Tale andamento è messo in relazione con lo sforzo fisico compiuto espresso dal consumo di ossigeno.
Si è visto [1] che
la variazione rapida B all’inizio del lavoro non varia sostanzialmente con il carico di lavoro, ovvero con l’intensità dello sforzo fisico,
mentre
le variazioni F e S crescono linearmente con l’intensità dello sforzo fisico.
Ciò significa che la variazione iniziale a partire dallo stato di riposo è poco influenzata dal consumo di ossigeno, mentre i contributi relativi alla componente umorale e nervosa alla fine dell’esercizio nella fase di recupero sono dipendenti dal consumo di ossigeno.
[1] P. Dejours: The regulation of breathing during exercise in man. A neurohumoral theory. Pubblicato su The regulation of Human Respiration, editori D. J. C. Cunningham e B. B. Lloyd, Blackwell, Oxford (GB), 1963.
