Molti conoscono la figura umana dell’architetto Vitruvio, ancora più conosciuto è il rifacimento che ne ha fatto Leonardo da Vinci inscrivendolo in un quadrato ed un cerchio. Ebbene la scoperta vitruviana della “simmetria aurea” è ben lungi dal decrittare l’intero significato fisiologico della figura, e ben si presta quindi ad una nuova versione. Il completamento arriva dall’opera di un fisiologo italiano del secolo scorso…
Rodolfo Margaria che sistemò in grafica geometrica le sue ricerche sulle prestazioni del corpo umano.
In termini di linguaggio, il diagramma che porta il suo nome è semplicemente “favoloso” perché, leggere le informazioni riportate nella raffigurazione, dà lo stesso piacere della decifrazione di un geroglifico egiziano.
Scoprii il grafico quando già lavoravo in un grande reparto di anestesia, e mi iscrissi alla Scuola di Specializzazione di Medicina Subacquea, dove l’interesse per le estreme prestazioni cardiache, muscolari e respiratorie era massimo. Il Direttore della scuola, in una di quelle lezioni che non si dimenticano, ci spiegò che il lavoro umano diversamente come si usava fare fino allora, poteva essere misurato misurando il combustibile usato (l’ossigeno) e non più con l’accorciamento dei muscoli, anche perché i muscoli usano lavorare anche senza accorciarsi (contrazione isometrica).
Il lavoro che cuore e polmoni fanno normalmente in sinergia è correlato così in un cerchio composto di quattro quadranti e riportando i giusti dati su ciascuna ascissa e ordinata, si ottiene la chiave di conoscenza per aprire i successivi tre, permettendo di calcolare il risultato finale cercato, senza l’impiego di tecniche cruente (e pericolose) quali il catetere di Schwann-Ganz.
Il cerchio in questione, non si chiamava ancora algoritmo ma in realtà lo era ed ora è probabilmente la base costruttiva di tutti gli apparecchi radiografici più evoluti.
La Storia inizia nel primo quadrante
Quadrante numero uno: in ascisse (asse delle x o latitudinem) riportiamo il battito cardiaco, quello cioè che rileviamo al mattino appena svegli (circa 50 battiti al minuto se siamo allenati), poi dopo aver fatto le scale rimisuriamo e scriviamo 100 circa e dopo una bella corsa ulteriore scriviamo che il polso batte circa a 140/m e cosi via. Se al polso c’è un orologio o una fascia cardiotoracica che rileva il polso il risultato non cambia; la raccolta dati è solo un pò piu facile.
In longitudo o asse y riportiamo il valore della spirometria misurata in contemporanea alla frequenza cardiaca. In laboratorio non c’è bisogno della maschera sul viso o del boccaglio. Metodi moderni misurano mediante elettrodi sul torace (impedenziometria) la variazione del volume toracico, così che fatta una prima taratura, si può avere una spirometria (misura del volume di aria che entra e esce ad ogni respiro) senza indossare nulla in bocca o sul viso. Un sensore al dito é sufficiente per misurare la saturazione artriosa di ossigeno (quanto ossigeno contiene il sangue in percentuale).
I due valori, di spirometria e frequenza cardiaca, si accoppiano fino ad un certo punto (gli statistici direbbero che hanno un coefficiente di correlazione pari a 1). A seconda degli individui, del loro stato di allenamento e delle condizioni vascolari i due valori, procedendo con il carico di lavoro, si disaccoppiano.
Abbiamo così individuato la soglia aerobica-anaerobica.
Questo è il punto in cui il vostro corpo sta dicendo:
– Caro, l’ossigeno che stai mandandomi non è più sufficiente per produrre energia; da ora incomincio, a bruciare un pò di zuccheri da fegato e muscoli e mantengo dell’acido lattico in deposito finchè ce la faccio. Lo smaltirai dopo, riposandoti. Se questo bel giuoco dura ancora, per i prossimi 45 minuti brucerò altri zuccheri, ma dopo daremo fondo alle riserve di grasso (lipidi).
Ammettiamo che le nostre condizioni fisiche e l’età ce lo permettono e raggiungiamo la frequenza indicata nel diagramma, leggiamo che consumiamo circa 50 ml al kg per minuto, corrisponde al consumo di un atleta di medio livello. Se però età e allenamento ci costringono a fermarci prima, il dato spirometrico può essere stimato dai dati precedenti ed è comunque indicativo di una dotazione genetica in accordo alla moderna genetica
Secondo quadrante
Seguiamo solo il lavoro in presenza di ossigeno, un grammo di emoglobina trasporta 1,34 ml di ossigeno, e graduiamo l’asse delle ascisse negativo scrivendo il flusso di emoglobina come equivalenti di ossigeno; cioè litri di ossigeno al KG per minuto che è il valore da cercare in ascissa (negativa).
Si trova o misurando con un catetere nell’atrio destro cardiaco, o si parte dal presupposto che a livello del mare la saturazione del sangue in ossigeno raggiunga il 65% (scendendo da valori massimi). Mettendo in relazione i 50 ml che conosciamo con il fatto che solo lo 0,65% dell’Hb (emoglobina) è satura si ottiene che il flusso muscolare /kg/min-1 = 760 ml (cioè 0,8 litri nel grafico). Immettere sangue extra mediante autotrasfusione o eritropietina agisce dunque razionalmente, ma sportivamente non è eticamente corretto.
Quadrante numero tre
È il quadrante quello che ci permetterà di misurare la gittata cardiaca senza tanti rischi. Misurato il valore di flusso di emoglobina ossigenata di un individuo e la sua concentrazione di ossigeno (ad es 15gr che trasportano 20ml) e mettendo in rapporto un determinato flusso di emoglobina (kg/min-1) si ottiene il valore di gittata cardiaca che si indica con il simbolo Q ̇. Parleremo varie volte dell’utilità di questo dato.
Ultimo e misterioso quadrante
La gittata cardiaca, generalmente misurata in litri al minuto, diviso il numero di battiti mi dice quanto sangue viene mandato in circolo ad ogni battito e questo valore si chiama volume di eiezione o stroke volume.
Durante una corsa mentre la frequenza del cuore aumenta, aumentano di pari passo anche la gittata e la pressione. Fino ad un certo punto però; quando raggiungiamo circa 220 battiti meno l’età dell’atleta, la frequenza aumenta al punto che il cuore non ha tempo di riempirsi, perche la diastole è troppo corta, e il volume di eiezione invece di aumentare comincia a diminuire.
Questo succede nei malati di cuore, quando la frequenza aumenta molto (tachicardia e aritmie) questi allora si sentono “mancare” e cominciano a fare fatica a respirare (dispnea) perchè le sezioni sinistre del cuore non riescono a smaltire quanto arriva dalle destre.
Un mese prima di cambiare lavoro, sono stato invitato ad una conferenza dove si discuteva della necessità di abbassare la pressione arteriosa sistemica per pochi istanti, durante la collocazione (a paziente sveglio) di una protesi vascolare in una grossa arteria del collo. Questo non è molto facile dato che non vi sono in pratica farmaci che siano capaci di esplicare il loro effetto immediatamente e subito dopo recedere nel giro di pochi secondi, ognuno di essi ha infatti una cinetica, che può essere accorciata sì dagli antidoti ma che comunque richiede almeno qualche minuto.
Occorre aggiungere poi che durante gli interventi chirugici di routine si cerca la stabilità cardiovascolare testimoniata in genere da polso e pressione costante. Abbassare la gittata cardiaca e la pressione arteriosa deliberatamente fa parte di tecniche di “ipotensione artificale “ indotta, di altissima specializzazione ma spesso non esenti da sorprese.
Tra i metodi di “ipotensione controllata”, proposti da una brillante collega appena tornata da Houston, c’era quella di captare la frequenza cardiaca del paziente con un pace maker secondo una tecnica già nota e chiamata overdrive ma mai usata in queste condizioni.
Proponeva dunque di aumentare la frequenza gradatamente fino a far scendere la gittata cardiaca (e la pressione cardiaca) a circa 50 mmhg, giusto il tempo del posizionamento della protesi vascolare (due/tre minuti) e riportare, in pochi secondi la frequenza (e la pressione del paziente) a valori normali sempre sotto controllo del pace maker inserito in un braccio.
Tutto secondo l’informazione contenuta in nuce nel IV quadrante! Margaria, dopo quasi cento anni, sarebbe stato soddisfatto! Anche io come insegnante lo ero!
Claudio Spigarelli
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