L'apparato cardiovascolare
Premessa
Il sistema cardiovascolare è costituito dal cuore
e dalla rete di vasi sanguigni. E' un sistema idraulico nel quale il cuore ha
la funzione di pompa, i vasi hanno la funzione di tubazioni ed il sangue è il
liquido che vi scorre. La funzione del sistema cardiovascolare è fondamentale
per lo svolgimento di processi chimici vitali per l'organismo e per la distribuzione
delle sostanze così sintetizzate a tutti gli organi e tessuti del corpo.
Il cuore
Il cuore è un muscolo composto di una parte sinistra e di una parte destra; ognuna di queste due parti è composta dalla sezione superiore e dalla sezione inferiore: in tutto quattro parti. Le due parti superiori si chiamano atri, le due parti inferiori ventricoli. La parte destra del cuore riceve il sangue venoso (sangue che torna al cuore attraverso le vene) che poi viene spinto nei polmoni. Tutto il sangue proveniente dal sistema venoso entra nell'atrio destro e successivamente fluisce nel ventricolo destro. Quando il muscolo (cuore) si contrae, il ventricolo destro comprime tutto il volume di sangue di cui si è riempito e spinge il sangue nelle arterie polmonari verso i polmoni.
Percorso del flusso sanguigno attraverso il cuore - II sangue entra nell'atrio destro (AD), il quale rappresenta un compartimento di immagazzinamento caratterizzato da una parete piuttosto sottile, destinato a ricevere il sangue venoso di ritorno. Quest'ultimo viene spinto dalla contrazione cardiaca dell'atrio, attraverso la valvola del tricuspide, nel ventricolo destro (VD). II ventricolo è, in pratica, la vera e propria camera di pompaggio del cuore, come si può verificare dal fatto che include gran parte della massa muscolare cardiaca. II ventricolo destro pompa il sangue attraverso la valvola polmonare nell'arteria polmonare, fino ai polmoni. Dopo che i globuli rossi hanno scambiato ossigeno ed anidride carbonica al livello degli alveoli polmonari, il sangue ritorna all'atrio sinistro (AS) attraverso le vene polmonari. (Paradossalmente, nel circolo polmonare le arterie contengono sangue venoso, mentre le vene contengono sangue arterioso: questo perché il termine di vena o di arteria viene assegnato ad un vaso in relazione al suo rapporto di origine con il muscolo cardiaco). La contrazione dell'atrio sinistro spinge il sangue attraverso la valvola mitrale nel ventricolo sinistro (VS), da dove viene pompato attraverso la valvola aortica in tutto il corpo.
Nei polmoni il sangue riceve ossigeno fresco e sprigiona anidride carbonica nei capillari polmonari. L'ossigeno e, limitatamente, l'anidride carbonica sono portati nei globuli rossi con una proteina chiamata emoglobina. Il sangue ossigenato di fresco ritorna nell'atrio sinistro attraverso le vene polmonari, poi fluisce nel ventricolo sinistro. Simultaneamente alla contrazione del ventricolo destro, il ventricolo sinistro si contrae e pompa il sangue attraverso la più grande arteria del corpo - l'aorta - verso tutto il resto del corpo. Quindi la principale ed unica funzione del cuore consiste nel pompare il sangue attraverso il corpo. La pressione esercitata dal battito cardiaco costringe il sangue a scorrere continuamente, secondo un itinerario ben definito.
In sostanza, il sistema cardiovascolare ha due vie di circolazione: una è la circolazione polmonare, dal cuore ai polmoni e dai polmoni al cuore; l'altra, detta anche grande circolazione, è il fluire del sangue dal ventricolo sinistro al resto del corpo e viceversa. E' importante sottolineare che il ventricolo destro ed il sinistro si contraggono nello stesso momento, ed ognuno di questi pompa la stessa quantità di sangue ad ogni contrazione.
Ci sono due fasi nel funzionamento ritmico della contrazione cardiaca e relativo rilassamento (ciclo cardiaco): le sistole e le diastole. Le sistole sono relative alla fase di contrazione, le diastole alla fase di rilassamento. Durante le sistole l'atrio si contrae per primo, pompando il sangue al ventricolo; una frazione di secondo più tardi il ventricolo si contrae pompando il sangue ai polmoni ed al corpo.
E' importante ricordare che le parti sinistra e
destra del cuore si contraggono nello stesso istante, per cui nello stesso momento
il sangue del ventricolo destro è pompato ai polmoni attraverso le arterie polmonari,
ed il sangue del ventricolo sinistro è pompato al resto del corpo attraverso
l'aorta. Quando il cuore si rilassa durante le diastole, il sangue riempie le
sezioni destra e sinistra del cuore preparandosi per la prossima contrazione.
E' da notare che durante le diastole il muscolo cardiaco viene alimentato dal
suo stesso flusso sanguigno (che fornisce ossigeno) attraverso le arterie coronarie.
Uno dei molti benefici di avere un alto livello di benessere cardiopolmonare
è che il cuore ha tempi di riposo più lunghi (durante le diastole) negli esercizi
con intensità submassimale, compreso il riposo, rispetto a quelli di un organismo
poco allenato. Nel seguito se ne vedranno i motivi.
La gittata cardiaca
La quantità di sangue espulso da ogni ventricolo in un minuto è chiamata gittata cardiaca (Q). Le gittate cardiache dei ventricoli destro e sinistro sono esattamente le stesse; tuttavia il sangue del ventricolo sinistro viene espulso con una forza maggiore di quella impiegata per espellere il sangue dal ventricolo destro: infatti il sangue che esce da quest'ultimo compie un tragitto minore andando ai polmoni e tornando al cuore, mentre il sangue espulso dal ventricolo sinistro percorre tutto il resto del corpo prima di tornare al cuore.
La gittata cardiaca è il prodotto di due fattori. Uno è il battito cardiaco (HR - Heart Rate), cioè il numero dei battiti per minuto (bpm). Il secondo è il volume unitario (SV - Stroke Volume), cioè la quantità di sangue pompato da ogni ventricolo per ogni battito. La quantità SV viene misurata in millilitri (ml). Moltiplicando HR per SV si ottiene la gittata cardiaca secondo la seguente formula:
Q=HR*SV
Per esempio se il battito cardiaco è di 60 bpm ed il cuore pompa 70 ml di sangue per ogni battito, la gittata cardiaca sarà:
60 bpm * 70 ml/battito = 4200 ml/minuto
Per inciso, questo rappresenta il
valore fisiologico della gittata cardiaca a riposo.
La frazione di espulsione
La quantità di sangue che riempie i ventricoli durante le diastole non sempre viene completamente espulsa durante le sistole. La percentuale del sangue presente nel ventricolo alla fine delle diastole e che viene successivamente espulso durante la contrazione è chiamata frazione di espulsione. La frazione di espulsione durante il riposo è pari al 50% circa; in fase di riposo la necessità di ossigeno da parte delle cellule muscolari è minima, pertanto il cuore riesce a fornire il fabbisogno di ossigeno con uno sforzo minimo. Ma durante il lavoro, quando i muscoli richiedono una maggiore quantità di ossigeno, il cuore reagisce svuotando il ventricolo durante la contrazione. Così, durante l'esercizio la frazione di espulsione può aumentare fino al 100% del sangue presente nel ventricolo alla fine delle diastole. L'importanza dell'aumento della frazione di espulsione, che comporta un aumento dell'emissione cardiaca, sarà illustrato successivamente.
La frequenza cardiaca
La frequenza cardiaca a riposo oscilla tra i 68 ed i 72 battiti per minuto. Questo valore normalmente si riduce per coloro che si dedicano con regolarità ad un'attività di tipo aerobico. Problemi ereditari e di età rappresentano ulteriori fattori in grado di influenzare il battito cardiaco. Una elevata capacità aerobica (ad esempio, l'essere in grado di mantenere a lungo l'esecuzione di un esercizio fisico) può essere determinata geneticamente; inoltre, durante il processo di invecchiamento la capacità aerobica comincia a decrescere ad una velocità direttamente proporzionale al calo del fitness. Ogni allievo può essere caratterizzato da un diverso livello di fitness aerobico. Qualche volta è possibile organizzare classi omogenee sulla base di tale livello (principiante, intermedio, avanzato). Altre volte il gruppo includerà individui con diversi livelli di fitness cardiorespiratorio. Infatti, anche se si cercherà di formare classi specifiche basate su livelli di fitness il più possibile omogenei, non sempre i partecipanti sono in grado di valutare il proprio livello. Il compito dell'allenatore consiste nella scelta delle persone più in forma per le lezioni più avanzate e, allo stesso tempo, nella costruzione di una classe di base per i principianti con minore esperienza. L'allenatore deve in ogni caso fare molta attenzione ai seguenti casi limite: 1) gli allievi che frequentano le classi avanzate da diversi anni potrebbero essere caricati a tal punto da spingersi troppo in là; 2) i principianti potrebbero essere dotati di capacità cardiorespiratorie che non possono essere sforzate troppo a lungo. Per mantenersi entro precisi limiti di sicurezza, bisogna aiutare tutti i partecipanti a controllare il loro battito cardiaco durante gli esercizi, in modo da non costringerli a sforzarsi troppo (o troppo poco), allo scopo di raggiungere un livello ottimale e quindi benefico dell'allenamento.
Per controllare l'aumento del carico di lavoro cui è sottoposto il cuore durante un'attività fisica di livello elevato, gli allievi devono imparare ad allenare il cuore in modo da fargli sopportare una mole di lavoro progressivamente più alta con il procedere dell'allenamento. In questo modo si fornisce al cuore il tempo di adattarsi a pompare più velocemente ed a rifornire del quantitativo di sangue necessario le aree che ne hanno bisogno.
L'obiettivo è di fare in modo che il cuore di ogni allievo sia in grado di fronteggiare adeguatamente un aumento del carico di lavoro. Raggiungere un fitness aerobico significa riuscire in questa progressione individuale durante l'allenamento, ovvero dare al cuore ed ai polmoni il tempo di adattarsi a sforzi ulteriori.
Poiché il battito cardiaco è un indicatore attendibile del livello dello sforzo compiuto dal sistema cardiorespiratorio durante l'esercizio fisico, nelle classi di aerobica è una operazione di routine la misura del battito cardiaco; l'insegnante deve aiutare gli allievi a misurare la quantità di lavoro eseguita mediante il controllo periodico del battito cardiaco. Si raccomanda di eseguire tale controllo ogni 7-10 minuti (Gerson, 1985), in modo che gli allievi sappiano se stanno eseguendo correttamente gli esercizi e quindi traggano adeguati benefici dall'allenamento aerobico; se non stanno lavorando con la giusta intensità, allora si deve intervenire con le dovute correzioni.
Vediamo, allora, quale può essere un buon sistema per controllare la frequenza del battito cardiaco in una classe di aerobica. Durante il primo incontro, si deve insegnare ai partecipanti il metodo più corretto per calcolare il proprio intervallo di allenamento della frequenza cardiaca (è consigliabile effettuare tale operazione durante un incontro preliminare, allo scopo di non perdere troppo tempo durante la lezione vera e propria).
Per questo scopo si consiglia anche di preparare dei brevi promemoria contenenti le formule esposte qui di seguito e di utilizzare dei cartelloni che aiutino ad esporre il significato dei vari calcoli. (La formula di Karvonen è in genere utilizzata per calcolare l'intervallo di allenamento della frequenza cardiaca in un soggetto adulto sano).
1. 220 - età = frequenza cardiaca massima
Il numero 220 rappresenta una costante che indica i limiti anatomici e fisiologici del cuore. Il valore dell'età viene sottratto poiché dopo i 25 anni la frequenza cardiaca massima comincia a diminuire progressivamente al ritmo approssimativo di un battito ogni anno.
2. Frequenza cardiaca massima - frequenza cardiaca a riposo = limite di sicurezza della frequenza cardiaca
Dalla frequenza cardiaca massima si sottrae il valore della frequenza cardiaca a riposo perché quest'ultima varia da individuo ad individuo a causa di un differente grado di fitness e di altri fattori. Il momento migliore per misurare la frequenza cardiaca a riposo è al mattino, prima di alzarsi dal letto. Gli allievi che assumono farmaci devono chiedere al loro medico se questi possono provocare alterazioni a carico della frequenza cardiaca a riposo e\o durante gli esercizi (come, ad esempio, i trattamenti farmacologici usati per il controllo dell'ipertensione).
3. Limite di sicurezza del battito cardiaco * 0,65 (0,85)= 65% (85%) del limite di sicurezza della frequenza cardiaca
Per sollecitare adeguatamente il sistema cardiorespiratorio, gli allievi devono lavorare con una frequenza oscillante tra il 65% e l'85% del proprio limite di sicurezza della frequenza cardiaca.
4. Intervallo allenamento frequenza cardiaca: limite inferiore = 65% limite di sicurezza del battito cardiaco + frequenza cardiaca a riposo limite superiore = 85% limite di sicurezza del battito cardiaco + frequenza cardiaca a riposo
La frequenza cardiaca a riposo viene nuovamente presa in considerazione a causa delle differenze tra i vari individui. I valori sopra esposti rappresentano l'intervallo di allenamento della frequenza cardiaca. Quando gli allievi eseguono delle attività aerobiche, dovrebbero sforzarsi di mantenere la propria frequenza cardiaca entro questi limiti: questo rappresenta un metodo sufficientemente valido per raggiungere e mantenere un adeguato livello di allenamento cardiorespiratorio. Se gli allievi riescono a rimanere entro questi limiti, possono lavorare ininterrottamente per 20-30 minuti; oltre questa soglia il livello massimale dello sforzo può essere mantenuto per soli 10-15 minuti. II valore minimo dell'intervallo di allenamento della frequenza cardiaca rappresenta un traguardo facilmente raggiungibile anche dal principiante, mentre gli allievi dei corsi più avanzati dovrebbero sforzarsi di arrivare al limite massimo. Come esempio, viene riportata la sequenza dei calcoli necessari per determinare l'intervallo di allenamento della frequenza cardiaca di una donna di venti anni con una frequenza cardiaca a riposo di 74 battiti per minuto. 220 -20 (età) = 200 (frequenza cardiaca massima) - 74 (frequenza cardiaca a riposo) = 126 (limite di sicurezza della frequenza cardiaca). Ne consegue che l'intervallo di allenamento della frequenza cardiaca durante l'esercizio dovrebbe oscillare tra i seguenti valori minimo e massimo:
MIN =126 * 0,65 + 74 =155,9 MAX =126 * 0,85 + 74 =181,1
E' bene sottolineare come l'esempio riportato sia relativo, nel limite massimo, ad un lavoro prevalentemente aerobico (difficilmente raggiungibile a livello aerobico). E' comunque di fondamentale importanza insegnare ai partecipanti il modo con cui localizzare il battito cardiaco e contare le pulsazioni cardiache nella maniera più corretta. E' abbastanza facile individuare il battito delle arterie carotidee a livello del collo, lateralmente al pomo di Adamo, seguendo la linea della trachea ed eseguendo una leggera pressione; la pulsazione radiale, invece, può essere facilmente individuata sulla parte anteriore del polso, a livello della base del pollice. In questi punti le arterie si trovano immediatamente al di sotto dell'epidermide; ciò rende facilmente percettibile il battito cardiaco utilizzando l'indice ed il medio ed eseguendo una leggera pressione sulla pelle. E' bene far notare che una pressione eccessiva potrebbe provocare un riflesso che rallenta il battito cardiaco. Può essere utile che gli allievi si esercitino in tali tecniche per più volte prima di effettuare una rilevazione vera e propria. Una volta impostata la tecnica di rilevamento, l'insegnante deve concordare un comando di facile comprensione (ad esempio, "prepararsi") per indicare che ci si accinge a determinare la frequenza cardiaca. In questo momento è fondamentale mantenere un certo movimento, anche se ridotto per poter effettuare una rilevazione accurata: fermarsi bruscamente potrebbe provocare un ristagno di sangue a livello dei vasi venosi degli arti (soprattutto gli inferiori), con conseguente rallentamento del ritorno venoso al cuore e la probabile insorgenza di qualche malessere (mal di testa, senso di svenimento).
Con un altro comando (per esempio "via!" oppure "zero!") l'insegnante stabilisce l'inizio del conteggio, assicurandosi che ogni partecipante alla lezione conti ogni battito dal momento in cui viene dato il via fino al termine del conteggio stesso. Per determinare la frequenza del battito cardiaco al minuto, si può rilevare la frequenza per un tempo di 10 secondi e moltiplicare il risultato per sei. E' indispensabile chiarire ai partecipanti l'importanza di mantenersi entro i limiti di allenamento aerobico. Gli allievi devono essere sicuri di svolgere un esercizio intenso quanto basta, in modo che la stanchezza non prenda il sopravvento troppo precocemente: una volta che si sia raggiunto un certo grado di dimestichezza con l'esercizio, i partecipanti potranno misurare senza difficoltà il loro livello di partecipazione all'attività aerobica.
Si deve insegnare ai partecipanti la giusta modalità di innalzamento del battito cardiaco, per adattarlo ogni volta al livello di esecuzione dell'esercizio. La frequenza cardiaca aumenta quando i movimenti o gli esercizi coinvolgono sia la parte superiore che quella inferiore del corpo. La frequenza cardiaca aumenta anche quando i movimenti sono eseguiti in maniera abnorme, tra l'altro occupando materialmente più spazio. In altre parole, un individuo che si allena ad un ritmo al di sotto della frequenza cardiaca di allenamento aerobico (cosa non troppo frequente), può aumentare l'intensità dell'esercizio sia muovendo contemporaneamente braccia e gambe, sia effettuando l'esercizio con intensità maggiore. Una persona che si allena mantenendosi al di sopra della frequenza cardiaca di allenamento aerobico (cosa piuttosto comune) può correggersi agendo in maniera opposta: eliminando, cioè, ogni movimento non necessario che coinvolga la parte superiore del corpo ed eseguendo movimenti meno ampi. Allo stesso modo, l'esecuzione può essere facilmente modificata passando gradatamente dalla corsa alla camminata. Mantenendo costante il ritmo di allenamento, nel giro di 6-8 settimane la frequenza cardiaca a riposo degli allievi comincerà a diminuire a causa del processo di adattamento del sistema cardiocircolatorio. All'inizio la frequenza cardiaca dei partecipanti tenderà ad innalzarsi rapidamente in risposta all'allenamento; in seguito, in concomitanza con l'aumento del grado di allenamento degli allievi, occorrerà aumentare il carico di lavoro per ottenere e mantenere la frequenza cardiaca di allenamento aerobico. Si consiglia la realizzazione di poster sui quali siano descritte: la formula con cui si calcola la frequenza cardiaca, le modalità con cui rilevare le proprie pulsazioni, gli accorgimenti principali da prendere per aumentare o diminuire la frequenza cardiaca. L'accuratezza con cui tali poster vengono disegnati può aggiungere un tocco di vivacità e di colore al posto di allenamento. E' molto importante, nella didattica, aiutarsi con i disegni; questi, infatti, rappresentano per gli allievi una memoria permanente delle considerazioni principali da tenere in mente per svolgere l'esercizio fisico in piena sicurezza, all'interno dell'intervallo aerobico allenante.