Importanza del volume del sangue e della sua interazione con gli adattamenti cardiovascolari

Contesto È ben noto che un elevato consumo massimo di ossigeno (VO2max) è associato a prestazioni fisiche eccellenti nelle discipline sportive di resistenza. Per ottenere un V ̇O2max elevato, diverse cose devono essere ottimizzate secondo l'equazione di Fick. Uno dei principali determinanti del VO2max è la capacità di trasporto dell'ossigeno del sangue, che è dettata dalla massa totale di emoglobina ed è significativamente più alta negli atleti di resistenza rispetto agli individui non allenati.

Naturalmente, questo sistema è strettamente regolato per mantenere una composizione del sangue costante e per recuperare prontamente il volume del sangue se perso a causa, ad esempio, di un'emorragia, ma può anche essere alterato dall'esercizio e/o dall'esposizione a condizioni ambientali estreme. I cambiamenti nel volume e nella composizione del sangue possono essere osservati già dopo due settimane di allenamento fisico convenzionale in cui si osservano aumenti del PV in combinazione con un aumento dell'eritropoietina (EPO) mentre il volume dei globuli rossi rimane inalterato. Ciò supporta la nozione proposta del rene che agisce come un "critmeter" e che un ematocrito ridotto dovuto all'espansione del PV può quindi regolare l'eritropoiesi. In individui già allenati, ad esempio gli atleti, PV e Hbmass possono essere ulteriormente aumentati attraverso l'esposizione ripetuta e/o prolungata all'altitudine o a condizioni ambientali calde.

Domande e ipotesi di ricerca

1. Esplora le differenze di genere e individuali nel corso del tempo e la relazione tra gli adattamenti cardiovascolari (centrali e periferici) all'allenamento aerobico a lungo termine e le concomitanti variazioni del volume sanguigno.
2. Valutare le differenze tra i sessi e i fattori che influenzano le differenze individuali (rispondenti alti o bassi) - ipotizzando che le donne abbiano una risposta cardiovascolare attenuata all'allenamento aerobico a lungo termine.
3. Qual è il significato relativo del volume sanguigno, degli adattamenti metabolici e cardiovascolari muscolari per le prestazioni e la potenza aerobica.

Verrà condotto un test di esercizio incrementale su un cicloergometro per determinare la velocità massima di lavoro e il VO2max. Durante il periodo di riposo vengono prelevati quattro campioni di sangue venoso, ciascuno da 4 ml. Il volume sanguigno e la composizione corporea dei soggetti vengono valutati con una tecnica DXA-scan e CO-rebreathing dopo un breve periodo di riposo successivo al test da sforzo.

Nelle seconde prove sperimentali (visita 2), i partecipanti acquisiranno familiarità con il protocollo sperimentale pedalando in posizione semi-sdraiata. Per l'esperimento i partecipanti saranno sottoposti a un test standardizzato di tolleranza ortostatica mediante una pressione negativa della parte inferiore del corpo (LBNP) di -15 mmHg per un massimo di 10 minuti e -30 mmHg per un massimo di 10 minuti. La funzione ventricolare viene misurata a entrambi i livelli di LBNP. Dopo il test di tolleranza ortostatica il soggetto eseguirà cicli semi-sdraiati a due intensità submassimali con euidratazione (controllo). Almeno 30 minuti dopo il primo periodo di esercizio (dopo che il soggetto è tornato ai livelli emodinamici di base), i soggetti ingeriranno una bevanda ipertonica con l'obiettivo di aumentare il PV di ~ 15% (intervento). La funzione ventricolare viene nuovamente misurata prima che inizi il secondo ciclo di ciclismo submassimale semi-sdraiato alle stesse intensità di cui sopra.

Nella terza visita (visita 3) misureremo se il regime di esercizio ha effetti sulla regolazione del flusso sanguigno periferico (braccio). La funzione vascolare periferica è determinata dalle misure del diametro dell'arteria brachiale e della velocità del sangue mediante ecografia duplex prima e dopo la dilatazione flusso-mediata (FMD) in cui un bracciale posizionato attorno alla parte superiore del braccio viene gonfiato a 200 mmHg per 5 minuti per poi essere sgonfiato. La sensibilità vascolare e la funzione endoteliale vengono quindi misurate mediante ultrasuoni prima e dopo l'infusione dei farmaci vasoattivi Acetilcolina (Ach) (25 e 100 μg min-1 (kg arm-mass)-1), Nitroprussiato di sodio (SNP) (0,75, 1,5 e 3,0 μmol min-1 L arm-mass-1). Tra tutte queste misurazioni ci sarà una pausa di minimo 15 min. Prima che il soggetto lasci questa visita per la prima volta (linea di riferimento), vengono eseguite anche due biopsie muscolari di circa 150 mg per la coltura delle cellule e la valutazione dei cambiamenti nella densità capillare, nella composizione delle fibre muscolari e nella densità e funzione mitocondriale. Verrà inoltre prelevata una biopsia muscolare durante la visita uno al punto di campionamento dopo 2 settimane, 1, 2 e 6 mesi dopo il basale e con due biopsie muscolari a 12 mesi dopo il round di riferimento per un totale di otto biopsie per ciascun soggetto.

Dopo che il primo ciclo di esperimenti si è concluso, i soggetti saranno sottoposti a un regime di esercizio per 12 mesi, composto da 3-4 sessioni di allenamento ciclistico supervisionate e monitorate settimanalmente. L'esercizio fisico sarà supervisionato e strutturato in modo progressivo per abituare i soggetti ad un esercizio fisico regolare e ad alta intensità. I soggetti saranno nuovamente sottoposti a procedure di studio a 2 settimane 1, 2, 6 e 12 mesi dopo le misure basali per consentire un'analisi continua degli adattamenti cardiovascolari a breve e lungo termine. Inoltre, vogliamo misurare il flusso sanguigno coronarico, il volume mitocondriale muscolare e la funzione per determinare gli effetti degli adattamenti centrali rispetto a quelli periferici all'allenamento a lungo termine al basale, 2, 6 e 12 mesi.

Al fine di distinguere eventuali effetti cardiovascolari centrali da quelli periferici, vogliamo normalizzare in modo acuto il volume del sangue mediante flebotomia alla visita finale dell'allenamento fisico di 12 mesi. Prima e dopo la flebotomia, VO2max e Q̇max saranno determinati per indagare su eventuali adattamenti cardiovascolari centrali.

I soggetti in questo progetto sono sottoposti alle seguenti misure: ecografia cardiaca e vascolare, biopsie muscolari, cateterizzazione con campioni di sangue arterioso e venoso, tecnica di CO-rebreathing, DXA-scan, elettrocardiogramma (ECG), dilatazione flusso-mediata, risposta vasodilatatoria a intra -infusione arteriosa di Ach e SNP, LBNP, performance test e flebotomia.