Sistema Cardiovascular i Respiratori: Adaptacions a l'Exercici

El Sistema Cardiovascular

Nòdul Sinusal i Conducció Elèctrica

El batec cardíac s'inicia al nòdul sinusal, situat a l'aurícula dreta. L'impuls elèctric es propaga a través de:

1. Nòdul sinusal: marca el ritme cardíac (aproximadament 70 batecs per minut).
2. Nòdul auriculoventricular: situat entre les aurícules i els ventricles. Si el nòdul sinusal falla, pot generar 40-50 batecs per minut.
3. Fascicle de His: es ramifica en fibres al llarg del miocardi.
4. Fibres de Purkinje: si els nòduls anteriors fallen, poden generar 20-25 batecs per minut.

El sistema nerviós vegetatiu regula la freqüència cardíaca:

• Simpàtic: augmenta les pulsacions.
• Parasimpàtic: disminueix les pulsacions.

Cicle Cardíac

El cicle cardíac consta de dues fases:

• Sístole: contracció del múscul cardíac, la sang és expulsada a l'exterior de la cavitat.
• Diàstole: relaxació del múscul cardíac, la sang omple la cavitat.

Les aurícules i els ventricles tenen una sístole simultània, però hi ha un desfasament entre la sístole auricular i la ventricular. L'impuls del nòdul sinusal provoca la sístole auricular, i la sang passa de les aurícules als ventricles a través de les vàlvules tricúspide i mitral. Posteriorment, l'impuls arriba al nòdul auriculoventricular, al fascicle de His i a les fibres de Purkinje, provocant la sístole ventricular. Durant la sístole ventricular, les vàlvules tricúspide i mitral es tanquen, i la sang surt per les artèries aorta i pulmonar. Després de la sístole, hi ha una breu diàstole total.

El soroll del cor coincideix amb el tancament de les vàlvules.

Vasos Sanguinis

Artèries

Les artèries són conductes elàstics i contràctils que transporten la sang rica en oxigen des del cor cap als òrgans. Tenen tres capes:

• Interna (endoteli): en contacte amb la sang.
• Muscular: controla el flux sanguini.
• Externa (elàstica): esmorteeix la pressió sanguínia.

Amb l'edat, les artèries poden perdre elasticitat (arteriosclerosi), que no s'ha de confondre amb l'aterosclerosi (obstrucció de les artèries). Les artèries regulen el reg sanguini cap als capil·lars.

Venes

Les venes transporten la sang pobra en oxigen i rica en diòxid de carboni de tornada al cor. Tenen tres capes, però la muscular és menys gruixuda i menys elàstica que la de les artèries. La circulació venosa és passiva, impulsada per la sang que ve darrere.

Factors que Afavoreixen el Retorn Venós

• Gravetat: facilita el retorn de la sang que està per sobre del cor.
• Vàlvules venoses: impedeixen el reflux de la sang, especialment a les extremitats inferiors.
• Bomba muscular: la contracció dels músculs comprimeix les venes i impulsa la sang cap al cor.
• Buit auricular: la diàstole auricular crea un efecte d'aspiració.
• Bomba respiratòria: la inspiració augmenta la pressió intraabdominal i facilita el retorn venós.
• To venós: l'estimulació del sistema simpàtic augmenta el to venós i la vasoconstricció, afavorint el retorn venós.

Sang

La sang està composta per:

• Plasma: part líquida, composta principalment per aigua, proteïnes, glucosa, sodi, potassi, etc.
• Cèl·lules sanguínies:
  • Glòbuls vermells (eritròcits): transporten oxigen i diòxid de carboni gràcies a l'hemoglobina.
  • Glòbuls blancs (leucòcits): participen en la defensa de l'organisme.
  • Plaquetes: intervenen en la coagulació de la sang.

Adaptacions Cardiovasculars a l'Exercici

Adaptacions Agudes

Són les que es produeixen durant l'exercici:

1. Augment del volum de sang.
2. Increment de la velocitat de la sang.
3. Millor direccionalitat de la sang (vasodilatació a les zones actives i vasoconstricció a les zones inactives).
4. Augment de la freqüència cardíaca.

Adaptacions Cròniques

Són les que es produeixen després de l'exercici físic, en tornar a la freqüència basal.

Volum Minut Cardíac (Cabal Cardíac)

És el volum de sang que el cor expulsa durant un minut. L'exercici l'augmenta. Disminueix ràpidament al principi i després més lentament fins a assolir els nivells basals. Depèn de la posició corporal i de l'entrenament. En repòs, és d'aproximadament 5 litres per minut, i pot arribar a 30-40 litres per minut durant l'exercici intens. Les dones tenen un volum minut cardíac més alt que els homes, ja que tenen menys hemoglobina. L'entrenament l'augmenta.

Freqüència Cardíaca

És el nombre de batecs per minut. En repòs, és de 60-80 batecs per minut, però pot variar segons:

• Edat.
• Posició corporal (més baixa estirat).
• Temperatura ambient (més alta amb més temperatura).
• Estímuls d'alarma.
• Procés digestiu.
• Fase del son (disminueix).

Abans de començar un exercici, la freqüència cardíaca augmenta per preparar el cos (sistema simpàtic). Durant l'exercici, augmenta proporcionalment a la intensitat. Una bona recuperació implica una baixada de 30-40 batecs en els primers 3 minuts. La fórmula 220 - edat s'utilitza per estimar la freqüència cardíaca màxima. Una recuperació lenta pot indicar sobreentrenament o manca d'entrenament. La recuperació és més lenta després d'un exercici anaeròbic que després d'un aeròbic.

La freqüència cardíaca està influenciada per:

1. Intensitat de l'exercici.
2. Nivell d'entrenament.
3. Genètica, sexe, edat, etc.

Conèixer els valors de la freqüència cardíaca permet:

1. Conèixer la intensitat de l'exercici.
2. Avaluar els efectes de l'entrenament.
3. Dissenyar programes d'entrenament personalitzats.

Volum Sistòlic

És la quantitat de sang expulsada en cada batec. Depèn de la capacitat contràctil de les fibres cardíaques. Durant l'exercici, augmenta proporcionalment fins a arribar al 40% de la capacitat màxima, on tendeix a estabilitzar-se, i arriba al seu màxim al voltant del 70%. Això es deu al fet que, amb una freqüència cardíaca molt alta, no hi ha prou temps perquè els ventricles s'omplin completament. El volum sistòlic és menor estirat que dempeus.

Factors que Augmenten el Volum Sistòlic durant l'Exercici

1. Augment de l'activitat contràctil de les fibres cardíaques: la fracció d'ejecció (relació entre la sang expulsada en cada batec i la que hi havia a l'interior) augmenta. En repòs, és del 50%, en exercici del 70%, i en atletes entrenats pot arribar al 80%.
2. Augment del retorn venós: a causa de la vasoconstricció a les zones inactives i la mobilització de les reserves de sang del circuit esplàcnic, pulmonar i cutani.

Pressió Arterial

Depèn del volum minut cardíac i de les resistències perifèriques. Els individus hipertensos no haurien de fer exercici amb els braços per sobre de les espatlles.

Adaptacions Agudes: Percentatges de Distribució Sanguínia

• Pulmons: 100% (en repòs i exercici).
• Sistema digestiu: 3-5% (exercici) / 25-30% (repòs).
• Cor: 4-5% (sempre un mínim).
• Ronyons: 2-3% (exercici) / 20-25% (repòs).
• Cervell: 4-6% (exercici) / 3-5% (repòs).
• Pell: 2% (exercici) / 15% (repòs).
• Múscul: 80-85% (exercici) / 15-20% (repòs).

Es produeix vasodilatació arterial a les zones actives i vasoconstricció a les zones inactives.

Adaptacions Cròniques

Repòs

• Tamany del cor: l'entrenament augmenta la massa miocàrdica.
• Entrenament de resistència: augmenta la mida de les cavitats, especialment dels ventricles, i lleugerament el gruix del miocardi.
• Entrenament de força: augmenta el gruix del miocardi i lleugerament la mida de les cavitats.
• Volum minut cardíac: no hi ha canvis significatius.
• Freqüència cardíaca: l'entrenament provoca bradicàrdia (descens de la freqüència cardíaca en repòs) a causa del predomini del sistema nerviós parasimpàtic.
• Volum sistòlic: augmenta aproximadament un 20%.
• Pressió arterial: no hi ha grans canvis. L'exercici aeròbic la pot normalitzar o disminuir lleugerament.
• Capil·lars musculars: incrementen en nombre, millorant l'oxigenació, l'intercanvi de gasos i l'eliminació de substàncies de rebuig.
• Flux coronari: en repòs, el flux sanguini coronari d'un atleta és menor que el d'una persona no entrenada.
• Volèmia i hemoglobina: la volèmia (quantitat total de sang) i la capacitat de transport d'oxigen augmenten amb l'exercici de resistència.

Exercici Submàxim (Entrenat vs. No Entrenat)

1. Volum minut cardíac: no varia.
2. Freqüència cardíaca: disminueix en l'entrenat a causa de l'augment del to parasimpàtic, la disminució del to simpàtic i l'adaptació de les cavitats del cor. El consum d'oxigen del miocardi és menor.
3. Volum sistòlic: augmenta més en l'entrenat.
4. Flux sanguini coronari: inferior en l'entrenat.
5. Flux sanguini muscular: menor en l'entrenat.

Exercici Màxim

L'entrenament augmenta la capacitat màxima de treball.

1. Volum minut cardíac: augmenta més en l'entrenat.
2. Freqüència cardíaca: l'entrenament la modifica poc; pot ser igual o menor.
3. Volum sistòlic: més elevat en l'entrenat.

L'Aparell Respiratori

Funcions

• Proveir d'oxigen els teixits de l'organisme.
• Eliminar el diòxid de carboni produït per la respiració cel·lular.

Entrada d'Aire

• Boca: pot provocar broncoconstricció.
• Fosses nasals:
  • Netegen i filtren l'aire.
  • Escalfen l'aire (pituïtària vermella).
  • Humitegen l'aire amb la mucosa.
  • Olfacte (pituïtària groga).

L'aire passa per la faringe, laringe, tràquea, bronquis, pulmons i alvèols.

Pulmons

Estan envoltats per una doble membrana anomenada pleura, que els protegeix del fregament. Entre les dues capes hi ha el líquid pleural, que redueix la fricció. Els pulmons estan dividits en lòbuls (2 a l'esquerra i 3 a la dreta).

Processos que Intervenen en la Respiració

1. Ventilació.
2. Intercanvi gasós entre els alvèols pulmonars i la sang.
3. Transport de gasos pel sistema circulatori.
4. Intercanvi gasós entre la sang i les cèl·lules dels teixits.
5. Respiració cel·lular.

Ventilació

És el procés de transport de l'aire de l'exterior a l'interior i viceversa.

• Inspiració: procés actiu que requereix energia. El diafragma baixa, els músculs intercostals es contrauen, augmenta el volum de la caixa toràcica, disminueix la pressió interna i l'aire entra als pulmons.
• Espiració: procés passiu que no requereix energia. El diafragma puja, els músculs intercostals es relaxen, disminueix el volum de la caixa toràcica, augmenta la pressió interna i l'aire surt dels pulmons.

Volums Pulmonars

• Volum corrent (VC): volum d'aire renovat en una ventilació en repòs (500 ml).
• Volum de reserva inspiratòria (VRI): quantitat màxima d'aire que es pot inspirar després d'una inspiració normal (3000 ml).
• Volum de reserva espiratòria (VRE): quantitat màxima d'aire que es pot espirar després d'una espiració normal (1100 ml).
• Volum residual (VR): volum d'aire que queda als pulmons després d'una espiració màxima (1200 ml).

Capacitats Pulmonars

• Capacitat vital (CV): quantitat màxima d'aire que es pot espirar després d'una inspiració màxima (CV = VRI + VRE + VC = 4600 ml).
• Capacitat pulmonar total (CPT): quantitat d'aire que hi ha als pulmons després d'una inspiració màxima (CPT = CV + VR = 6000 ml).

Components de la Ventilació

• Espai mort anatòmic (150 ml): volum d'aire que ocupa les vies respiratòries i on no es produeix intercanvi de gasos.

El sistema respiratori no és un factor limitant de l'esforç en persones sanes i no fumadores, ja que la superfície d'intercanvi alveolar és molt gran (més de 70 m²) i hi ha temps suficient per a l'intercanvi de gasos.

Intercanvi de Gasos

La sang que arriba als capil·lars que envolten els alvèols està carregada de CO₂ (PCO₂ = 46 mmHg) i té poc oxigen (PO₂ = 40 mmHg). Als alvèols, l'aire atmosfèric ric en oxigen (PO₂ = 159 mmHg) i pobre en CO₂ (PCO₂ = 0.3 mmHg) es barreja amb l'aire residual de l'espai mort anatòmic, resultant en una barreja amb PO₂ = 104 mmHg i PCO₂ = 40 mmHg. A causa del procés de difusió, els gasos passen de la zona de major concentració a la de menor concentració a través de les parets permeables dels alvèols i els capil·lars. Com a resultat, la sang s'enriqueix en oxigen (PO₂ = 104 mmHg) i disminueix el seu contingut en CO₂ (PCO₂ = 40 mmHg), mentre que l'aire alveolar experimenta el canvi contrari.

La sang rica en oxigen torna al cor per ser distribuïda a tot el cos. Als músculs, es produeix un intercanvi similar al dels alvèols, però en sentit invers: l'oxigen passa dels capil·lars als músculs (PO₂ muscular = 40 mmHg) i el CO₂ passa dels músculs als capil·lars (PCO₂ muscular = 46 mmHg). Amb l'exercici, la diferència de pressions parcials d'oxigen i CO₂ entre els capil·lars i els músculs augmenta, afavorint l'intercanvi gasós.

Transport de Gasos

• Oxigen: el 97% es transporta unit a l'hemoglobina i el 3% dissolt en el plasma.
• Diòxid de carboni: el 7% dissolt en el plasma, el 23% unit a l'hemoglobina (carbohemoglobina) i el 70% en forma d'ió bicarbonat.

Respiració

• Voluntària: el cerebel envia impulsos al diafragma.
• Involuntària: regulada pel bulb raquidi i la medul·la espinal a través del sistema nerviós autònom en resposta a la disminució de la PO₂, l'augment de la PCO₂ i l'acidesa de la sang.

Flat

Pot ser causat per hipòxia del diafragma o per menjar copiosament i fer exercici d'impacte, que estimula els receptors de l'estómac.

Segon Alè

És una adaptació a l'exercici en què, després d'un període inicial de cansament, es produeix una millora sobtada. Això es deu a la transició del metabolisme anaeròbic al metabolisme aeròbic.

Adaptacions Respiratòries a l'Exercici

La ventilació augmenta per facilitar l'entrada d'aire ric en oxigen i l'expulsió de CO₂. El volum minut respiratori (VMR) arriba al màxim als 15-20 anys (150-180 l/min en homes i 100-130 l/min en dones).

Evolució de la Ventilació durant l'Exercici

• Fase prèvia (0): increment de la ventilació per estimulació del sistema nerviós simpàtic.
• Fase inicial ràpida (1): increment sobtat de la ventilació, independentment de la intensitat, per estimulació dels propioceptors.
• Fase inicial lenta (2): increment progressiu de la ventilació, regulat pels quimioreceptors sensibles a l'oxigen, l'acidesa i el CO₂.
• Fase d'equilibri o steady state (3): en exercici submàxim, la ventilació es regula en funció de la intensitat de l'exercici a través de mecanismes químics.
• Fase de recuperació ràpida (4): els propioceptors detecten la fi del moviment i la ventilació disminueix ràpidament.
• Fase de recuperació lenta (5): la ventilació torna als nivells basals de forma gradual, més lentament com més intens hagi estat l'exercici.

Les fases 1 i 4 estan regulades per mecanismes mecànics, les fases 2 i 5 per mecanismes químics, i la fase 3 per mecanismes químics en funció de la intensitat.

Volum Corrent

En arribar a nivells alts, s'estanca. Els individus entrenats tenen un volum corrent més alt que els no entrenats per a la mateixa intensitat i el mateix volum d'aire mobilitzat, però amb una freqüència respiratòria més baixa, cosa que els fa més eficients. L'estancament del volum corrent coincideix amb l'augment de la freqüència respiratòria, ja que no hi ha prou temps perquè els pulmons s'omplin completament (llindar ventilatori o anaeròbic).

Responsable de l'Increment Respiratori: CO₂

Quan la intensitat de l'exercici supera el 75% del VO₂ màx, la relació entre la intensitat i la ventilació deixa de ser lineal i es torna exponencial. Això es deu a l'augment de la producció d'àcid làctic, que l'organisme intenta neutralitzar utilitzant bicarbonat. La reacció entre l'àcid làctic i el bicarbonat genera grans quantitats de CO₂, que estimulen la ventilació.

Despesa Energètica de la Respiració

En repòs, els músculs respiratoris consumeixen el 2-3% de l'oxigen total. Durant l'exercici, aquest percentatge augmenta al 8-10% a causa de l'augment de la resistència de les vies respiratòries. En general, la respiració no hauria de ser un factor limitant de l'esforç, excepte en casos de malaltia pulmonar obstructiva crònica (MPOC), on el consum d'oxigen dels músculs respiratoris és més alt, hi ha menys alvèols funcionants a causa de taponaments i es pot produir broncoconstricció en fumadors.

Adaptacions Cròniques a l'Entrenament

Les funcions respiratòries es modifiquen poc amb l'entrenament. Els canvis més significatius es produeixen a nivell muscular, amb un augment de la força, la resistència i la velocitat de contracció dels músculs respiratoris. Això es reflecteix en els valors espiromètrics (VMR, VC, VRE) en repòs. No obstant això, l'augment d'aquests valors no necessàriament implica una millora del rendiment esportiu. El factor clau per a la millora del rendiment és la respiració interna o cel·lular (la capacitat d'utilitzar l'oxigen de manera eficaç per obtenir energia).

Després d'un Període d'Entrenament

• VMR: en repòs i exercici submàxim, pot ser igual o lleugerament superior; en exercici màxim, pot ser igual o superior.
• VC: en repòs i exercici submàxim, pot ser igual o superior; en exercici màxim, pot ser igual o superior.
• FR: en repòs i exercici submàxim, pot ser igual o inferior; en exercici màxim, pot ser igual o superior.

Efectes de l'Entrenament

1. Per a la mateixa intensitat d'exercici, un individu entrenat mobilitza menys aire que un no entrenat.
2. En exercici aeròbic, la producció d'àcid làctic és menor en l'entrenat.
3. Els individus entrenats tenen una menor sensibilitat dels quimioreceptors.
4. Els individus entrenats són capaços d'augmentar la seva capacitat de treball màxim.
5. Els individus entrenats tenen una major capacitat de difusió de gasos en repòs i exercici a causa d'un major nombre de capil·lars i alvèols funcionants.
6. El sistema respiratori no sol ser un factor limitant de l'exercici a causa de la seva gran capacitat per augmentar la ventilació i la seva àmplia superfície d'intercanvi gasós (70 m² d'alvèols).