Quando un soggetto passa da un’attività molto leggera (o riposo) ad un esercizio di intensità moderata, il consumo di ossigeno (VO2) aumenta in modo mono esponenziale.
L’aumento del VO2 è strettamente correlato alla richiesta metabolica dell’esercizio e si ottiene attraverso una risposta integrata del sistema polmonare, cardiovascolare e metabolico muscolare.
La velocità con cui il VO2 si adatta all’inizio dell’esercizio, comunemente definita cinetica del VO2 (τVO2), varia tra individui/popolazioni e funge da importante indice della funzione metabolica aerobica, con implicazioni per e la tolleranza all’esercizio e la stabilità metabolica (intensa come il rapido raggiungimento di un equilibrio tra richiesta energetica e produzione aerobica di ATP, evitando accumuli eccessivi di metaboliti anaerobici, mantenendo un ambiente interno stabile e sostenibile).
Il trasporto convettivo (flusso sanguigno) e diffusivo (che non dipende dal flusso sanguigno in sé, ma dalla diffusione dell’ossigeno dai capillari alle fibre muscolari) di O2 ai muscoli attivi implica una complessa interazione tra reclutamento delle unità motorie, gittata cardiaca, vasocostrizione simpatica e vasodilatazione locale che adatta il flusso sanguigno muscolare (BF) al metabolismo.
Il BF aumenta esponenzialmente per soddisfare le crescenti richieste metaboliche del muscolo scheletrico attivo, in modo simile alla risposta del VO2.
Questo aumento è ottenuto “centralmente” da un aumento della gittata cardiaca (tramite un aumento della frequenza cardiaca e della gittata sistolica) e della pressione arteriosa media, e “perifericamente” da un aumento della conduttanza vascolare (LVC; tramite un aumento della vasodilatazione).
Studi condotti su individui sani e attivi hanno riportato che il BF totale agli arti aumenta ad un ritmo simile o più rapido della τVO2, il che suggerisce che l’apporto di O2 potrebbe non essere un fattore limitante per il τVO2.
Tuttavia, il BF non dice nulla su come il sangue viene distribuito all’interno dell’arto stesso, e quindi potrebbe non rappresentare accuratamente la fornitura di ossigeno ai muscoli realmente attivi durante l’esercizio. La deossigenazione muscolare misurata con NIRS (Near-infrared spectroscopy) fornisce un indice diretto di quanto ossigeno viene estratto dal muscolo rispetto a quanto ne viene trasportato dalla microcircolazione.
In altre parole, la NIRS permette di quantificare il rapporto tra quanto ossigeno arriva ai capillari del muscolo e quanto ossigeno viene effettivamente consumato dalle fibre muscolari, all’interno del piccolo volume di tessuto illuminato dal sensore.
I soggetti con un VO2max elevato sembrano avere una τVO2 più bassa (cinetica del VO₂ più rapida) rispetto a quelli con una bassa capacità aerobica, ed è stata evidenziata una relazione inversa tra il VO2max e τVO2.
Sebbene sembri improbabile che VO2max e τVO2 abbiano una base meccanicistica diretta, la relazione tra VO2max e τVO2 suggerisce che la forma fisica aerobica può influenzare i determinanti fisiologici del τVO2.
Nello studio di Marinari et al. (Front Physiol. 2025 Dec 11:16:1656980. doi: 10.3389/fphys.2025.1656980), gli autori hanno voluto indagare la relazione tra VO2max e τVO2 e determinare se la capacità di trasporto o utilizzo dell’O2 limiti la τVO2 in modo dipendente dal livello di forma fisica aerobica.
Sono stati selezionati ventitré soggetti maschi. I partecipanti sono stati stratificati in tre gruppi in base al loro VO2max relativo, secondo l’American College of Sports Medicine per giovani uomini (età 20–29 anni), come segue:
- “scarso” (P; VO2max < 40 mL·kg−1·min−1, n = 8),
- “buono” (G; VO2max = 45–55 mL·kg−1·min−1, n = 8)
- “superiore” (S; VO2max > 60 mL·kg−1·min−1, n = 7)
I partecipanti si sono presentati in laboratorio in tre diverse occasioni.
Per tutti i test, i partecipanti respiravano attraverso una mascherina, con il naso occluso, collegata ad un misuratore di flusso a bassa resistenza per registrare in modo accurato gli scambi gassosi polmonari.
Nel Giorno 1 si è completato un test incrementale fino all’esaurimento volontario su cicloergometro per determinare il VO2max.
Nel Giorno 2, i partecipanti hanno completato un test incrementale di estensione alternata del ginocchio (KE), eseguito su un ergometro customizzato, fino all’esaurimento volontario. L’obiettivo era determinare il carico di lavoro individuale corrispondente ad un’intensità moderata, utilizzato successivamente negli esperimenti di cinetica del VO₂. Dopo 2 minuti di raccolta dei dati basali a riposo, i soggetti hanno eseguito 1 minuto di esercizio passivo (senza carico), seguito da quello attivo, mantenendo una cadenza di 30 contrazioni/minuto, con un carico iniziale di 18 W, che era incrementato di 3 W/min-1 fino ad esaurimento volontario o finché i partecipanti non erano in grado di mantenere una cadenza di 30 cpm.
Si è misurata la soglia di scambio gassoso (GET, gas exchange threshold), soglia metabolica che indica il passaggio da un metabolismo prevalentemente aerobico stabile ad una condizione in cui si verifica un aumento della glicolisi anaerobica, si produce più lattato e la ventilazione inizia a crescere più rapidamente per tamponare l’acidosi.
Nel Giorno 3, si è eseguito un test a gradino (incremento istantaneo dell’intensità) in cui i soggetti hanno iniziato l’esercizio con 1 min di KE passivo (per minimizzare gli effetti dell’inerzia meccanica e dei fattori meccanici muscolari), seguito da un incremento corrispondente ad un intensità moderata (ritmo di lavoro pari all’80% di quello alla GET) per 5 min.
Dopo un periodo di recupero di 15 minuti, il protocollo è stato ripetuto e i dati delle due transizioni sono stati mediati.
Durante i test sono state misurate le variabili centrali dello studio:
- τVO₂ → la costante di tempo della cinetica del consumo di ossigeno
- τLVC → la costante di tempo della cinetica della conduttanza vascolare (indice del trasporto convettivo di O₂)
- τ[HHb] → la costanza di tempo della cinetica della desossiemoglobina muscolare (nel muscolo vasto laterale) tramite NIRS (Near-infrared spectroscopy) (indice dell’equilibrio trasporto/utilizzo)
- guadagno, per VO2, LVC e [HHb] è stato calcolato come l’ampiezza della risposta di ciascuna variabile divisa per l’ampiezza del tasso di lavoro di ciascun soggetto (VO2GAIN, mL·min−1W−1; LVCGAIN, mL·min−1·mmHg−1·W−1; [HHb]GAIN, µM·min−1·W−1)
(La costante di tempo τ indica quanto velocemente la variabile raggiunge il 63% del suo cambiamento totale).
Le risposte fisiologiche all’inizio dell’esercizio sono state modellate utilizzando procedure di regressione non lineare dei minimi quadrati con una funzione mono esponenziale.
I risultati hanno evidenziato che i valori della τVO₂ nei tre gruppi erano
- S → 22 ± 3 s
- G → 39 ± 23 s
- P → 69 ± 30 s
Quindi, la velocità con cui il VO₂ si adatta all’inizio dell’esercizio è molto diversa tra i gruppi, con i soggetti più allenati che hanno una risposta molto più rapida.
Per la τLVC, cioè la costante di tempo della conduttanza vascolare della coscia:
- S → 27 ± 22 s
- G → 18 ± 23 s
- P → 31 ± 18 s
Le differenze tra i gruppi non sono statisticamente significative (p > 0.05).
In altre parole, la velocità con cui la vasodilatazione e il flusso sanguigno si adattano all’inizio dell’esercizio è simile in tutti i gruppi, indipendentemente dal livello di fitness aerobica.
Per la τ[HHb], costante di tempo che descrive quanto rapidamente cambia la desossiemoglobina muscolare ([HHb]) all’inizio dell’esercizio (indica la velocità con cui il muscolo aumenta l’estrazione di ossigeno):
- S → 11 ± 3 s
- G → 18 ± 11 s
- P → 26 ± 13 s
La τ[HHb] risultava essere statisticamente differente nel gruppo S rispetto a P (p < 0,05), mentre non è stata osservata alcuna differenza significativa tra S e G
Si è trovata una correlazione negativa e molto forte (r = –0,71, p < 0,001) tra VO2max – τVO₂ (più alto è il VO2max, più veloce è la cinetica del VO₂).
Una correlazione negativa significativa (r = –0,57, p < 0,01) tra VO2max– τ[HHb] (chi ha VO2max più alto mostra anche una più rapida attivazione nell’estrazione di O₂ nel muscolo).
Nessuna correlazione (r = –0,12, p > 0,05) tra VO2max – τLVC.
La velocità con cui aumenta la conduttanza vascolare non dipende dal livello di fitness aerobico.
Il trasporto convettivo dell’O₂ (flusso sanguigno) non limita la cinetica del VO₂.
Non sono state osservate differenze tra i gruppi nel VO2GAIN (p > 0,05), LVCGAIN (p > 0,05) e [HHb]GAIN (p > 0,05).
In conclusione, questi risultati indicano che il trasporto dell’O2 non è un fattore limitante per la τVO2, e suggeriscono che il metabolismo ossidativo intracellulare è il fattore limitante principale in giovani adulti sani, indipendentemente dal livello di forma fisica aerobica.
