Basi biologiche dell'adattamento all'esercizio - Fisiologia dell'esercizio (2008/2009)

Obiettivi formativi

Il Corso si propone di:
• Apprendere le nozioni fondamentali sul funzionamento del corpo umano inteso come insieme di organi ed apparati integrando e completando le conoscenze già acquisite di fisica, chimica, biochimica, anatomia e biologia.
• Individuare lo scopo funzionale di ogni apparato comprendendone il ruolo nel mantenimento dell’omeostasi generale dell’organismo umano anche durante l’esercizio muscolare
• Acquisire un'idea dell'impostazione critica delle conoscenze derivante dall'applicazione del metodo scientifico, in particolare applicate all’analisi del movimento umano.
• Conoscere le risposte metaboliche, cardiovascolari, polmonari ed endocrine dell’organismo all’esercizio


Alla fine del corso lo studente deve conoscere i principi dell’omeostasi ed i meccanismi di controllo che vi presiedono e acquisire le basi per comprendere gli adattamenti fisiologici all’ambiente ed all’esercizio fisico

1. Fisiologia respiratoria (Carlo Capelli)
Conoscenze propedeutiche specifiche
Anatomia funzionale del sistema respiratorio, caratteristiche fisico – chimiche del sangue (ematocrito, concentrazione di emoglobina, coefficiente di legame per l’ossigeno dell’emoglobina), struttura dell’emoglobina, concetti di base di fisica meccanica e di fisica dei fluidi, robusta conoscenza delle principali vie metaboliche, respirazione mitocondriale, il circolo polmonare, concetto di pH, sostanze tampone, organizzazione anatomica del tronco dell’encefalo e del sistema nervoso autonomo.

1.1 Generalità: nozioni di fisica dei gas (legge di Avogadro, legge di Henry, equazione di stato, legge di Dalton, correzione dei volumi dei gas (ATPS; STPD; BTPS), legge di Fick applicata ai gas), composizione dell’aria ambiente.
1.2 Ventilazione: volumi polmonari e metodi di determinazione, ventilazione polmonare totale, ventilazione alveolare, spazio morto anatomico, alveolare e fisiologico e loro determinazione (metodo di Fowler ed equazione di Bohr).
1.3 Meccanica polmonare: muscoli inspiratori ed espiratori e loro meccanismo d’azione; statica polmonare: curve pressione – volume del sistema toraco-polmonare in toto, del polmone, della cassa toracica (pressioni esofagea o pleurica, transpolmonare, transtoracica, alveolare); compliance polmonare e del sistema respiratorio; ruolo e funzione del surfactant ed equilibrio alveolare; determinati della compliance polmonare; distribuzione distrettuale della ventilazione; dinamica polmonare; resistenze al flusso respiratorio; volume polmonare di chiusura; analisi delle pressioni alveolare, transpolmonare ed intrapleurica nel ciclo respiratorio spontaneo; lavoro respiratorio.
1.4 Transfer alveolo – capilare: equazione di Fick applicata alla diffusione dei gas, capacità di diffusione del monossido di carbonio e dell’ossigeno; transfer alveolo – capillare limitato dalla diffusione e dalla perfusione; transfer alveolo – capillare dell’ossigeno in condizioni normali, durante esercizio, in ipossia e tempo di transito nel capillare polmonare.
1.5. Trasporto dell’ossigeno e dell’anidride carbonica: curva di dissociazione dell'ossiemoglobina, capacità di trasporto totale del sangue per l’ossigeno, fattori fisiologici allosterici che condizionano l’affinità per l’ossigeno; avvelenamento da CO. Trasporto dell’anidride carbonica nel sangue, curva di dissociazione del sangue per la CO2 totale, effetto Haldane.
1.6 Scambi respiratori: equazione dell’aria alveolare (semplificata). Cascata dell’ossigeno: conoscere alcuni numeri, sia pure arrotondati, che indicano la composizione dell'aria, sia in termini percentuali, sia in pressioni parziali, dall'atmosfera, agli alveoli, al sangue (cascata dell’ossigeno); cause di ipossiemia: ipoventilazione, shunt veno-arterioso anatomico e fisiologico, ipodiffusione alveolo-capillare, maldistribuzione del rapporto alveolo-capillare. Rapporto ventilazione – perfusione e sua curva di distribuzione. Differenze arterovenose nel contenuto di ossigeno e di anidride carbonica; consumo di ossigeno, produzione di anidride carbonica e quoziente respiratorio; determinazione della gettata cardiaca con il principio di Fick.
1.7 Controllo neurale e chimico della ventilazione: meccanismi e modalità del controllo. Controllo nervoso: centri respiratori, generazione del ritmo respiratorio. Controllo chimico: chemocettori centrali e periferici; risposet funzionali all’ipossia, all’ipercarbia e all’acidosi.
1.8 Risposte ventilatorie all’esercizio: iperventilazione, equivalente ventilatorio per l’ossigeno e l’anidride carbonica durante esercizio; riduzione delle resistenze vascolari e reclutamento di unità alveolo-capillari; ottimizzazione del rapporto ventilazione/perfusione; riduzione relativa della velocità del sangue nei capillari. Adattamenti specifici nel lavoro muscolare (la funzione respiratoria in corso di esercizio fisico,
 volumi respiratori, meccanica della respirazione, scambi gassosi e trasporto dei gas durante esercizio, 
meccanismi di controllo nervoso e umorale del respiro durante esercizio).


2. Regolazione dell’equilibrio acido-base (Carlo Capelli)
Conoscenze propedeutiche specifiche
Concetto e definizione di pH, sostanze tampone.

2.1 Equazione di Henderson-Hasselbalch, tamponi corporei e potere tampone, sistema bicabonati-CO2;
2.2 Diagramma di Davenport; valori normali, acidosi e alcalosi respiratorie e metaboliche.
2.3 Controllo integrato del pH da parte del rene e del sistema respiratorio; acidosi e alcalosi respiratorie e metaboliche.


3. Termoregolazione e Metabolismo (Carlo Capelli)
Conoscenze propedeutiche specifiche
Robusta conoscenza delle principali vie metaboliche per la resintesi di ATP.

3.1 Animali omeotermi e poichilotermi, temperatura corporea normale, fattori che determinano la temperatura corporea: i) produzione di calore (metabolismo); ii) meccanismi fisici e fisiologici di scambio di calore tra organismo ed ambiente (evaporazione, convezione, irradiazione); iii) trasporto di calore all’interno dell’organismo (convezione circolatoria e conduzione).
3.2 Regolazione da parte dei centri nervosi che mantengono l’omeotermia (centri ipotalamici, temperatura set point, termorecettori: per il caldo e per il freddo); difesa dal freddo; difesa dal caldo; circolazione cutanea, febbre, ipertermia e colpo di calore; ipotermia, esercizio muscolare.
3.3 Metabolismo: concetto di energia interna posseduta dagli alimenti; distribuzione dell’energia alimentare; rendimento lordo, netto e delta rendimento dell’esercizio muscolare; misura dell’energia apportata con gli alimenti (bomba calorimetrica; calcolo dell’equivalente energetico dell’ossigeno dei singoli alimenti), metabolismo basale.
3.4 Misura del dispendio energetico in vivo: metodi diretti (calorimetro umano) ed indiretti (scambi gasossi; calcolo dell’equivalente energetico in vivo dell’ossigeno).
3.5 Regolazione omeostatica dell’introito calorico: fame e sete.


4. Fisiologia dell’esercizio muscolare (Carlo Capelli)
Conoscenze propedeutiche specifiche
Robusta conoscenza delle principali vie metaboliche per la resintesi di ATP, concetti di potenza e lavoro meccanici, fisiologia della respirazione e del circolo.

4.1 Energetica muscolare, definizioni di lavoro e potenza, basi energetiche della contrazione muscolare,
potenza e capacità dei meccanismi di produzione dell’energia
4.2 Il metabolismo aerobico, 
massimo consumo di ossigeno, fattori limitanti il consumo di ossigeno
, 
cinetica dell’adeguamento del consumo di ossigeno, 
principi e metodi di misura del massimo consumo di ossigeno: 
metodi diretti ed indiretti,
4.3 Il metabolismo anaerobico lattacido, 
il debito alattacido, 
il debito lattacido
, l’accumulo dell’acido lattico, ridistribuzione e smaltimento, 
la soglia aerobica ed anaerobica, 
la massima potenza lattacida. Determinazione della soglia anaerobica con il metodo basato sugli scambi respiratori.
4.4 Il metabolismo anaerobico lattacido, capacità e potenza anaerobica alattacida.
4.5 Risposte cardiovascolari e respiratorio all’esercizio dinamico e isometrico

Una prova scritta con con quiz a risposta multipla.