Organizzazione ed effetti adattativi dell’allenamento di resistenza sull’apparato cardiocircolatorio

Questo articolo esplora come l'allenamento di resistenza possa indurre adattamenti significativi nell'apparato cardiocircolatorio, migliorando la capacità del cuore di eiettare sangue ossigenato e offrendo benefici preventivi e terapeutici per la salute cardiovascolare.

Introduzione e caratteristiche dell’allenamento di resistenza

Definizione di resistenza

La capacità di resistenza è definibile come la capacità di protrarre un’attività motoria attraverso un utilizzo prevalente di fonti energetiche di tipo aerobico. Attraverso il suo miglioramento, l’organismo è in grado di mantenere nel tempo il rendimento di un’attività motoria ritardando l’insorgere della fatica e tutta quanta una serie di altre componenti che possono compromettere la performance di un soggetto.

Modalità di classificazione

Come J. Weineck (2009) sottolinea nel suo lavoro “L’allenamento ottimale” (ed. Calzetti & Mariucci Editori) a seconda di come la si considera, si possono distinguere differenti tipologie di manifestazione della resistenza.

Se considerassimo l’impegno muscolare distinguiamo:

• una resistenza generale; definibile in tal modo in quanto, impegna da un settimo a un sesto dell’intera muscolatura richiesta, comprendiamo, in tal senso, che l’impegno muscolare richiesto è verosimilmente elevato.
• una resistenza specifica; definibile in tal modo perché, contrariamente a quanto appena descritto nella “resistenza generale”, la resistenza specifica richiede la sollecitazione di meno di un sesto-un settimo dell’intera muscolatura.

Un ruolo determinante, ai fini della resistenza, è svolto dai sistemi energetici; De Feo et al (2003) in un articolo intitolato Metabolic response to exercise. pubblicato sulla rivista scientifica “Journal of endocrinological investigation” indicano che l'energia per la contrazione del muscolo scheletrico è fornita dalle vie metaboliche anaerobiche (fosfocreatina e glicolisi anaerobica) e aerobiche (fosforilazione ossidativa).

Vista l’essenziale funzione dei sistemi energetici, anche in termini di resistenza occorre effettuare una distinzione fra la resistenza di tipo aerobico (resistenza aerobica) e la resistenza di tipo anaerobico (resistenza anaerobica)

• La resistenza aerobica si riferisce alle forme di lavoro prolungato che utilizzano soprattutto processi energetici di tipo aerobico e può essere rapportata alle attività di durata medio-lunga;
• La resistenza anaerobica che chiama in causa l’utilizzo prevalente del sistema anaerobico, in quanto a causa della grande intensità del lavoro, l’apporto di ossigeno è insufficiente, per cui l’energia viene trasformata per via non ossidativa.

La resistenza può essere suddivisa anche con riferimento alla durata del lavoro; a tal proposito occorre effettuare un ulteriore distinguo tra resistenza di breve durata, resistenza di media durata e resistenza di lunga durata.

• La resistenza di breve durata, richiede un lavoro di durata significativamente ridotta compresa tra i 45 secondi e i 2 minuti. La trasformazione di energia avviene per via prevalentemente anaerobica.
• La resistenza di media durata, è la capacità di resistere efficacemente ad un lavoro di durata media, compresa tra i 2 e gli 8 minuti, eseguito a medio-elevata intensità. Utilizza processi energetici di tipo aerobico, in quanto comprende un periodo di crescente acquisizione dell’energia per via ossidativa, ma anche di tipo anaerobico.
• La resistenza di lunga durata, richiede, essenzialmente un lavoro di durata che si protrae oltre gli 8 minuti di lavoro. La trasformazione di energia avviene per via prevalentemente aerobica.

In ambito sportivo è possibile distinguere differenti tipologie di resistenza anche con riferimento alle reciproche relazioni con altre forme principali di sollecitazione motoria (J. Weineck, 2009)

La resistenza alla forza, può essere definita come la capacità di opporsi efficacemente alla fatica, in prestazioni di forza che richiedono un moderato impegno muscolare. Ehlenz H., M. Grosser, E. Zimmermann, (1998) (cit. da J. Weineck, 2009), per ragioni metodologiche, suddividono la resistenza alla forza in:

• resistenza massimale alla forza: richiede un lavoro di resistenza contro un carico significativo oltre il 75% dell’1 RM
• resistenza submassimale alla forza: richiede un lavoro di resistenza contro un carico medio-elevato compreso tra il 50% ed il 75% dell’1 RM
• resistenza alla forza aerobica: richiede un lavoro di resistenza contro un carico inferiore, rispetto a quelli precedentemente descritti, pari al 30%-50% dell’1 RM.

Oltre, alla resistenza alla forza si rinvengono:

• La resistenza alla velocità: si identifica nella capacità dell’individuo di resistere per durate brevi ad azioni veloci ed intense o di reiterare diverse volte le stesse senza che si determini un’eventuale diminuzione della rapidità e quindi un calo in termini di rendimento.
• La resistenza alla forza veloce: si identifica nella capacità di opporsi alla diminuzione di velocità di contrazione nei movimenti ciclici contro resistenze elevate; quindi oltre ad un lavoro di resistenza è, contestualmente, richiesto un lavoro di forza contro resistenze significative.

Fattori che incidono sulla capacità di resistenza

La resistenza è influenzata dai seguenti elementi:

Distribuzione delle fibre;

L’uomo possiede due tipologie di fibre muscolari:

• Fibre rosse (altresì, fibre di tipo I) che garantiscono un lavoro di lunga durata, si basano principalmente sul metabolismo aerobico, sono dotate di un’ottima rete vascolare e presentano un’elevata concentrazione in termini di mitocondri oltre che di glicogeno muscolare e ovviamente di emoglobina e mioglobina che forniscono la pigmentazione e di conseguenza “la colorazione rossastra”. Dal punto di vista dell’innervazione, sono principalmente innervate dai motoneuroni alfa in grado di inviare input nervosi costanti e significativamente duraturi nel tempo e come Casolo F. (2002), segnala nel suo lavoro “Lineamenti di Teoria e Metodologia del Movimento Umano” ed. Vita e Pensiero Editrice, ad una frequenza bassa (10-20 al secondo)
• Fibre bianche (altresì, fibre di tipo II), al contrario, sono in grado di sviluppare tensione in modo veloce e si affaticano con molta facilità. Si contraggono principalmente con un metabolismo di tipo anaerobico. Ospitano pochi mitocondri e presentano limitate concentrazioni di emoglobina e mioglobina che fornendo la pigmentazione in modo carente fanno in modo che presentino un aspetto, verosimilmente, pallido. Le fibre bianche sono, quella specifica tipologie di fibre muscolari che hanno una maggiore propensione all’ipertrofia muscolare.

All’interno di un muscolo è possibile trovare in maniera, sostanzialmente, paritetica, fibre di tipo bianco e di tipo rosso con l’eccezione di muscoli che hanno funzioni di tipo posturale o balistica:

A livello delle fibre muscolari, un allenamento specifico può indurre modifiche dell’assetto biochimico e delle proprietà funzionali, ovvero, della forza e velocità di contrazione, resistenza alla fatica, dando avvio ad un parziale e progressivo processo di trasformazione.

VO2max;

Il massimo consumo di ossigeno (VO2max) indica la quantità massima di ossigeno, che può essere utilizzata dall'organismo in corso di attività muscolare protratta ed intensa. È assolutamente allenabile ed il suo allenamento consente di migliorare la captazione, il trasporto e soprattutto l’utilizzo dell’ossigeno in sede muscolare (malgrado sia richiesta una maggiore entità).

Concentrazione intracellulare di substrati energetici;

Per il lavoro meccanico il muscolo utilizza energia che acquisisce attraverso la combustione dei substrati energetici, che possono essere immagazzinati all’interno delle cellule muscolari sotto forma di glicogeno o di goccioline di trigliceridi o prelevati dai depositi di glicogeno del fegato e del tessuto adiposo sottocutaneo e trasportate per via ematica alle cellule muscolari che lavorano. Per l'organismo il glicogeno è important

e, soprattutto, per le funzioni cerebrali, in quanto, il cervello ha continuamente bisogno di glicogeno ed un’eventuale diminuzione del glicogeno ematico a causa dell'abbassamento del tasso di quello epatico produce un peggioramento dal punto di vista della coordinazione e della concentrazione;

I carichi di resistenza, a seconda di differenti parametri, quali intensità e durata, producono uno svuotamento più o meno accentuato dei depositi di sostanze energetiche. Come diversi articoli scientifici dimostrano, in particolar modo quelli di Bergström, J., Hultman, E., & Saltin, B. (1973) intitolato Muscle glycogen consumption during cross-country skiing (the Vasa ski race) pubblicato sulla rivista scientifica European Journal of Applied Physiology e di Taylor, A. W., Booth, M. A., & Rao, S. (1972) intitolato Human skeletal muscle phosphorylase activities with exercise and training pubblicato sulla rivista scientifica Canadian journal of physiology and pharmacology, nei primi 20 min di un carico intensivo, le riserve intracellulari di glicogeno diminuiscono in modo particolarmente rapido, mentre nei restanti 40-60 min, grazie all'aumento delle quantità di glucosio prelevata dal sangue e alla maggiore combustione dei grassi, la loro diminuzione è minore. Infine si produce una diminuzione conclusiva che arriva fino all'esaurimento delle scorte di glicogeno.

Taylor, A. W., Booth, M. A., & Rao, S. (1972) sottolineano per altro che maggiori sono le riserve iniziali di glicogeno, analogamente, maggiore sarà la capacità da parte del soggetto di lavorare ad intensità elevata.

Grazie ad un allenamento regolare della resistenza, si ottiene un aumento delle riserve energetiche.

J. Weineck (2009) sottolinea nei soggetti non allenati le riserve di glicogeno ammontano a 200-300 g nella muscolatura nel suo insieme e a 60-100 g nel fegato; Nei soggetti allenati esse aumentano fino a oltre il doppio.

Analogamente, ad un aumento di glicogeno, si assiste ad un aumento in termini di riserve intracellulari immediatamente disponibili di grassi.

In questo modo l'aumento parallelo delle riserve intracellulari di glucosio e di grassi, contestualmente, all'aumento del glicogeno epatico, costituisce un presupposto importante per l'incremento della capacità di prestazione di resistenza.

Saltin B. (1973) in un articolo intitolato Metabolic fundamentals in exercise, pubblicato sulla rivista scientifica Medicine and science in sports, mette in evidenza le differenze adattative prodotte dall’allenamento con riferimento all’utilizzo dei differenti substrati energetici e dimostra che la mobilitazione e l'utilizzo del substrato sono fattori importanti nella fisiologia dell'esercizio. Glucosio e acidi grassi contribuiscono alla trasformazione dell'energia in una misura diversa, che dipende dall'intensità, dal volume e dal livello di allenamento.

In conclusione, la capacità di prestazione di resistenza nella zona elevata di intensità è determinata non soltanto dal livello dei depositi iniziali di glicogeno epatico e muscolare e dai depositi intracellulari di grassi, ma anche dalla capacità di riuscire a metabolizzare acidi grassi liberi ad una più elevata intensità di carico. Occorre, in questi termini, considerare che maggiore è il livello dell'atleta, maggiore sarà quantità di acidi grassi liberi che può essere ancora liberata, trasportata e bruciata dai tessuti ad intensità più significative.

Efficienza degli enzimi ossidativi

Gli enzimi ossidativi operano principalmente a livello mitocondriale e determinano il processo di liberazione energetica in modalità aerobica ed un loro aumento comporta uno sviluppo sia in termini di “rifornimento di energia” e contestualmente, anche di “aumento della resistenza alla fatica”.

J. Weineck (2009) evidenzia che migliore è la resistenza di base dell'atleta, più tardi sarà superata la cosiddetta "soglia anaerobica", importante demarcazione funzionale che quantifica e qualifica il passaggio dalla produzione energetica di tipo aerobico alla produzione energetica con meccanismo anaerobico e che spesso è utilizzata nella valutazione funzionale per stimare la capacità di prestazione aerobica.

Numero e distribuzione dei mitocondri

Un allenamento mirato al miglioramento della resistenza aerobica, comporta un aumento numerico e di dimensioni dei mitocondri, ossia, organelli cellulari posti nel citoplasma delle fibre muscolari che rappresentano la sede all’interno della quale avviene l'attività degli enzimi aerobici che trasformano le sostanze energetiche.

J. Weineck (2009) dimostra che un allenamento aerobico di 6 settimane è già sufficiente a migliorare notevolmente la capacità mitocondriale; è importante, per altro, osservare quanto riportato da Flockhart M. et al (2021) in un articolo intitolato Excessive exercise training causes mitochondrial functional impairment and decreases glucose tolerance in healthy volunteers e pubblicato sulla rivista scientifica Cell metabolism, in quanto dimostrano che la capacità di funzionamento dei mitocondri viene danneggiata da un allenamento significativamente intensivo; si producono alterazioni graduali delle strutture e come risultato finale una diminuzione del loro numero e della loro dimensione. Ne consegue, quindi, una diminuzione della capacità aerobica e anche un inferiore capacità di recupero o di resistenza alla fatica.

Concentrazione di mioglobina muscolare

Come Ordway, G. A., & Garry, D. J. (2004) evidenziano in un articolo intitolato “Myoglobin: an essential hemoprotein in striated muscle.” e pubblicato sulla rivista scientifica The Journal of experimental biology, la mioglobina è un'emoproteina citoplasmatica, espressa esclusivamente nei miociti cardiaci e nelle fibre muscolari scheletriche ossidative, funzionalmente definita come proteina di immagazzinamento di ossigeno nei muscoli, in grado di rilasciare ossigeno durante i periodi di ipossia. Si ritiene inoltre che la mioglobina tamponi la concentrazione intracellulare di ossigeno quando l'attività muscolare aumenta e faciliti la diffusione intracellulare di ossigeno fornendo un percorso parallelo che aumenta la semplice diffusione dell'ossigeno disciolto.

1.4 Principali metodi di allenamento della resistenza

J. Weineck (2009) sottolinea che se si vuole programmare in maniera ottimale un allenamento della resistenza occorre conoscere i principali metodi e contenuti e gli analoghi effetti fisiologici che possono produrre.

L’allenamento della resistenza prevede principalmente l’utilizzo di allenamenti di durata a ritmo uniforme (lungo-lento) e a ritmo variato (fartlek) e allenamenti intervallati o interval training.

Allenamento di durata a ritmo uniforme o lungo-lento

Tale forma di allenamento consiste nel proporre un’attività di durata a ritmo costante come la corsa, per una quantità di tempo che aumenta di allenamento in allenamento fino a raggiungere un tempo vicino all’ora di lavoro con durate superiori per tutta quanta una serie di attività sportive che richiedono tempi di esecuzione più lunghi.

Secondo Casolo F. (2002) l’intensità dello sforzo, è quantificabile e analogamente individualizzabile attraverso il conteggio delle pulsazioni cardiache, che non deve superare di norma il doppio delle pulsazioni a riposo e cioè il valore di 140 pulsazioni al minuto. Rappresenta una forma di lavoro che viene svolta in steady state o in equilibrio di ossigeno e questo significa che l’energia viene prodotta da un aumentato metabolismo cellulare che avviene in presenza dell’ossigeno fatto pervenire a livello muscolare dagli apparati cardiocircolatorio e respiratorio. Il concetto di equilibrio è infatti riferito alla quantità di ossigeno introdotta che deve corrispondere alla quantità dalla combustione di zuccheri, acidi grassi e proteine.

Gli effetti fisiologici, prodotti a livello cardiocircolatorio, di questa metodica sono:

• capacità del cuore di contenere più sangue;
• aumento della portata cardiaca;
• diminuzione delle pulsazioni cardiache a riposo;

Una possibile variazione di questo metodo, è costituita dal cosiddetto “corto veloce” che si attua su durate temporali più brevi, tipicamente dai 20 ai 40 minuti ma più intense con 150-160 pulsazioni al minuto. Quest’ultimo rappresenta una possibilità per l’atleta di allenare il meccanismo di produzione energetica aerobico con quello anaerobico.

Allenamento di durata a ritmo variato o fartlek

L’elemento essenziale che differenzia il fartlek dall’allenamento di durata a ritmo costante è proprio la variazione del ritmo. Si attua incominciando per i primi minuti a ritmo blando per poi, analogamente, inserire accelerazioni moderate di ritmo, per poi ritornare nuovamente al ritmo di base. Anche nel fartlek, così come nell’allenamento di durata, Casolo F. (2002) evidenzia che il controllo dell’intensità del lavoro è favorito dal valore delle pulsazioni cardiache che, nei momenti di lavoro lento non deve superare le 140 pulsazioni al minuto, e nelle variazioni è possibile raggiungere le 160-170 pulsazioni al minuto.

Questa forma di allenamento della resistenza, in particolar modo, affianca ed integra i processi di produzione energetica di tipo aerobico con quelli di tipo anaerobico;

Tale forma di lavoro, per altro, produce tutta quanta una serie di effetti adattativi prevalentemente a livello cardiocircolatorio, in quanto:

• sollecita, in maniera efficace, il tono del miocardio;
• aumenta la capacità del cuore di adattarsi a sforzi variati in intensità;
• aumenta la capacità di recupero dell’apparato cardiocircolatorio durante lo sforzo

Allenamento intervallato o Interval training

Alterna momenti di lavoro a momenti di riposo ed ha come effetto principale l’aumento della gittata cardiaca ottenuto attraverso l’ipertrofia del miocardio. Per ottenere questo effetto devono essere adeguatamente ponderate:

l’intensità e la durata dei momenti di lavoro, dove le pulsazioni non devono superare il valore di 180 al minuto per un tempo compreso tra i 15 e i

La durata dei momenti di recupero nell'allenamento di resistenza deve essere incompleta, mantenendo le pulsazioni tra 120-130, solitamente tra 45 e 90 secondi. Questo metodo, come dimostrato da Casolo F. (2002), dosa il sovraccarico del muscolo cardiaco, abituandolo a esprimere capacità di tensione più significative e aumentando la gittata sistolica. Un aumento della gittata determina una maggiore portata cardiaca e una maggiore quantità di sangue ricco di ossigeno in circolo.

1.5 Organizzazione e Periodizzazione dell’allenamento di resistenza

Una programmazione adeguata prevede una fase di condizionamento generale all'inizio di qualsiasi allenamento, fondamentale per promuovere l'adattamento muscolare, cardiocircolatorio e respiratorio. Dopo il condizionamento generale, si utilizzano mezzi di allenamento specifici. A periodi di allenamento preparatorio seguono periodi volti al raggiungimento di obiettivi specifici e periodi di transizione o recupero (De Pascalis P., 2020).

Nel settore della resistenza, è essenziale comprendere i fenomeni di adattamento. Come dimostrato da Neumann (1994), sono necessarie da quattro a sei settimane di allenamento per elevare le basi strutturali e funzionali della prestazione. La periodizzazione dell'allenamento della resistenza prevede un primo periodo per incrementare la resistenza generale, seguito da allenamenti specifici. L'efficacia dipende da carichi ottimali e misure di recupero adeguate.

2. Adattamenti anatomici e fisiologici indotti dall’allenamento di resistenza a livello dell’apparato cardiocircolatorio

2.1 Allenamento e Cuore: Adattamenti funzionalmente più importanti.

L'allenamento aerobico porta a cambiamenti cardiovascolari che migliorano la prestazione aerobica e di resistenza. Hellsten, Y., & Nyberg, M. (2015) evidenziano che l'adattamento più importante è il miglioramento della gittata cardiaca massima, risultato di un allargamento cardiaco, migliore contrattilità e aumento del volume sanguigno. Questo consente un maggiore riempimento ventricolare e una maggiore gittata sistolica, aumentando la perfusione muscolare e l'apporto di ossigeno. Le arterie si adattano per ridurre la resistenza al flusso, migliorando la compliance arteriosa. L'allenamento di resistenza può anche migliorare la capacità vasodilatatrice e la rete microvascolare muscolare.

2.2 Il Cuore d’Atleta

Un allenamento di resistenza adeguato produce un "cuore d'atleta", un adattamento fisiologico che migliora le prestazioni fisiche. Prior, D. L., & La Gerche, A. (2012) definiscono il "cuore d'atleta" come un rimodellamento strutturale, funzionale ed elettrico. È importante per migliorare le prestazioni atletiche e distinguere il cuore dell'atleta da stati patologici simili. Lewicka-Potocka, Z., et al. (2021) sottolineano che fattori come tipo di esercizio e intensità influenzano il "cuore d'atleta", che può comparire dopo 8 settimane di allenamento intenso e scomparire con la cessazione dello sport. Lo studio evidenzia l'allargamento atriale e l'ispessimento ventricolare come adattamenti comuni, con l'ecocardiogramma come strumento principale per il riconoscimento.

2.3 Allenamento e Bradicardia: Quale correlazione scientifica?

D'Souza, A., et al. (2014) affermano che gli atleti di resistenza presentano bradicardia sinusale con frequenze cardiache a riposo <60 bpm. Gli atleti allenati mostrano frequenze di circa 40 bpm e volumi sistolici di circa 105 ml. Durante lo sforzo, la frequenza cardiaca e il volume sistolico aumentano significativamente, migliorando la portata cardiaca e la capacità di consumo di ossigeno, fattori cruciali per le prestazioni di resistenza (Strauzenberg, Shimdtmann 1976, cit. da J. Weineck, 2009). L'allenamento sviluppa armonicamente tutti i parametri che determinano la prestazione sportiva (J. Weineck, 2009).

3. Vantaggi in termini preventivi (e/o terapeutici) di tali adattamenti.

3.1 L’impatto dell’allenamento di resistenza sull’ipertensione

Pescatello, L. S. et al. (2004) dimostrano che un allenamento di resistenza costante e dinamico a intensità media può influire positivamente sulle diverse forme di ipertensione, in particolare di I e II grado.