A Fisiologia Del Lavoro Muscolare

Medicina del Lavoro – Prof. Francesco S. Violante 1

Medicina del LavoroMedicina del LavoroRerum Rerum CognoscereCognoscere CausasCausas

Corso di Medicina del LavoroCorso di Medicina del LavoroCorso di Medicina del Lavoro

Malattie muscoloscheletriche Malattie muscoloscheletriche e da agenti fisicie da agenti fisici

La fisiologia del lavoro


LL’’organismo animale organismo animale èèsede di trasformazioni sede di trasformazioni energetiche costantienergetiche costanti


I processi vitali trasformano l’energia chimica in energia

calorica o in energia meccanica (contrazione muscolare per

compiere un lavoro)


L’organismo trae la sua energia L’organismo trae la sua energia dalla ossidazione degli alimentidalla ossidazione degli alimenti

• Glicidi• Lipidi• Protidi

• Anidride carbonica

• Acqua • Scorie azotate

O2+

energia


Equivalente energetico Equivalente energetico dell’ossigenodell’ossigeno

• Energia liberata attraverso l’ossidazione di un certo volume di ossigeno

• Media 20,15 kJ/l (4,825 kcal/l)• L’ossidazione completa di ciascun

alimento richiede una certa quota di ossigeno che è rapportabile al calore di combustione dell’alimento


Spesa energetica globaleSpesa energetica globale

• Costo energetico minimo legato al funzionamento di base dei principali organi e mantenimento della vita cellulare

+• Spesa energetica delle attività:

lavoro muscolare, digestivo, termoregolazione


Spesa energetica globaleSpesa energetica globale

I. Spesa di fondo o minima (condizioni basali)

II. Spesa di riposo (condizioni non basali, senza lavoro muscolare)

III. Spesa di lavoro (nel corso di attività muscolare)


I. Spesa energetica minimaI. Spesa energetica minima

• METABOLISMO BASALE: soggetto a riposo, sdraiato, a digiuno da almeno 12 ore, in ambiente neutro dal punto di vista termico

• 25%: organi vitali (cuore, reni,muscoli respiratori..)

• 75%: metabolismo cellulare


Spesa energetica minimaSpesa energetica minima

• Adulto giovane 37kcal/m2/h• Varia con l’età

42 kcal/m2/h a 15 anni34 kcal/m2/h a 75 anni

• Donna valori inferiori del 5% • Febbre: +14% per ogni °C


II. Spesa di riposoII. Spesa di riposo

Metabolismo di riposo• Condizioni non basali• Digestione• Termoregolazione• Tono muscolare di riposo

(posturale e non)


Metabolismo da riposoMetabolismo da riposo

• Digestione• Attività muscoli lisci e ghiandole

digestive• Trasformazione degli alimenti per

poterli utilizzare: comporta una spesa del 25% del valore energetico dell’alimento per le proteine, 7% per i lipidi,4-5% per i glucidi



• Termoregolazione• Per esposizione a basse

temperature le combustioni cellulari possono aumentare fino a 3-4 volte



• Tono muscolare di riposo (posturale e non)

• Rispetto alla posizione sdraiata:posizione seduta + 5-15%postura eretta + 15-30%


III. Spesa di LavoroIII. Spesa di Lavoro

• Qualsiasi attività muscolare si accompagna ad un aumento del consumo di ossigeno


Spesa di LavoroSpesa di Lavoro

• Rappresenta la somma della spesa a riposo e della spesa di lavoro propriamente detta


Metabolismo durante il lavoroMetabolismo durante il lavoro

• Il lavoro muscolare comporta un adattamento cardiorespiratorio che richiede un certo tempo per instaurarsi

• La valutazione del costo del lavoro va fatta quando si è raggiunto uno stato costante



• La valutazione del costo del lavoro deve tenere conto delle spese energetiche che continuano anche dopo la cessazione del lavoro (pagamento del debito di ossigeno)



• La spesa energetica dipende da:• Natura del lavoro muscolare• Durata del lavoro muscolare• Capacità dell’individuo



• Il muscolo sfrutta diverse fonti energetiche

• Metabolismo aerobico (principale)• Metabolismo anaerobico:

importante nei primi secondi di lavoro, non richiede ossigeno, ma è una fonte limitata nel tempo



Fonte energetica

Processo Durata della disponibilità energetica

ATP ATP → ADP 2 sec

FOSFO-CREATINA

CP + ADP → ATP 15 sec

GLICOGENO Glicolisi anaerobia 2 min

GLICOGENO Ciclo Krebs aerobio 50 min o più se sufficiente apporto O2

(Chaffin D, Occupational Biomechanics 1999)



• L’energia che proviene dal metabolismo aerobico è limitata dall’apporto di ossigeno

• Si definisce potenza aerobica massima il massimo lavoro a stato costante (dipende dal flusso massimo di ossigeno alveoli polmonari/sangue)



• Potenza aerobica massima• Dipende dall’allenamento e dalle

condizioni cardiorespiratorie• Può essere stimata misurando il

consumo di ossigeno o la frequenza cardiaca



Vo2 max = 3,11 l/min3,0

2,0

1,0

0100 200 300

Cons

umo

di o

ssig

eno

(l/m

in)

Potenza (W)



• Potenza aerobica massima• Adulto giovane, sano e allenato:

4 l/min -circa 15 volte la spesa basale-

• Adulto sedentario: 3 l/min



• Potenza aerobica massima• Varia tra uomo e donna e si riduce

con l’età• Adulto giovane, sano e allenato: 4

l/min (3 l/min donna) • Dopo i 20 anni: donna 70% uomo• Adulto sedentario: 3 l/min (2.2

l/min donna)


Come si può valutare il costo Come si può valutare il costo energetico delle attività energetico delle attività fisiche svolte dall’uomo?fisiche svolte dall’uomo?



• La spesa energetica può essere espressa

• kcal/m2/ora• o• W/m2 (kcal/m2/ora*1.16)


Spesa energetica di baseSpesa energetica di base

• Adulto giovane circa 70 kg• 37kcal/m2/h• 1.1 kcal/min• 75 W


Altre attivitàAltre attività

• Guidare un’auto 130-200 W• Pedalare su bicicletta (15 km/h)

360-490 W• Corsa campestre 740 W• Stirare 250-380 W• Pulire pavimento 210-250 W

(Inclusa la spesa basale circa 75 W)


Altre attivitàAltre attività

• Lavoro d’ufficio 100 W• Lavoro al tornio 210-260 W• Posare pietre 240-280 W• Spaccare legna 620-680 W• Abbattere alberi con l’ascia 570-

750 W

(Inclusa la spesa basale circa 75 W)


Posture lavorativePosture lavorative((LehmannLehmann))

• Posizione seduta 20 W• In ginocchio o rannicchiati 35 W• In piedi 42 W• In piedi incurvati 56 W


Classificazione dei lavoro Classificazione dei lavoro fisicifisici

• In rapporto al metabolismo basale: di quanto aumenta la spesa energetica



• In rapporto alla potenza aerobica: la “pesantezza” del lavoro cresce al crescere della frazione di potenza aerobica richiesta



• In rapporto alla massa muscolare • In rapporto al tipo di contrazione

muscolare (statica, dinamica)• In rapporto alla durata del lavoro


Carico di lavoro ammissibileCarico di lavoro ammissibile

• Dipende da:• Intensità del lavoro• Tipologia del lavoro• Durata del lavoro


Modificazioni fisiologicheModificazioni fisiologicheDurante il lavoro muscolareDurante il lavoro muscolare

• Durante il lavoro muscolare le funzioni respiratoria e cardiaca si innalzano a un livello superiore a quello di riposo



• Aumento della Ventilazione Polmonare

• passa da 6-8 l/min anche a 60-80 l/min

• ciò avviene per aumento della Frequenza Respiratoria e incremento del Volume Corrente



• aumento del Flusso Cardiaco• può raggiungere i 25-30 l/min• dovuto all’aumento della Gittata

Sistolica e Frequenza Cardiaca



• Aumento del Flusso Perifericodovuto all’aumento della Forza dellecontrazioni cardiache e della Pressione Arteriosa e alla diminuzione delle Resistenze Periferiche (vasodilatazione)

• Aumenta la desaturazione dell’emoglobina



• Incremento della produzione di calore (termogenesi), il quale comporta un aumento della termolisi attraverso il riscaldamento della pelle e l’evaporazione del sudore



• Variazioni del contenuto sanguigno in ossigeno e anidride carbonica

• Aumento del tasso di potassio, di creatina, di acido piruvico e di acido lattico (nel sangue venoso dei muscoli attivi e, se il lavoro muscolare è sufficientemente intenso, anche nel sangue venoso centrale)



• All’inizio di un lavoro muscolare, il muscolo trae la sua energia dalle reazioni anaerobiche



• In seguito fa appello alle reazioni aerobiche utilizzando l’ossigeno di riserva della mioglobina e anche una parte dell’ossigeno del sangue, che va incontro ad una maggiore desaturazione

• Fase di Adattamento



• Debito di ossigeno: volume di O2che avrebbe permesso al muscolo di ottenere, mediante reazioni aerobiche, l’energia che ricava da reazioni anaerobiche



• Solo in un secondo tempo sono utilizzate reazioni di ossidazione grazie all’aumento del flusso di ossigeno

• Il prelievo di ossigeno dall’esterno si accresce



• L’aumento di flusso di ossigeno non è immediato

• Si arriva ad uno Stato costante(valori stabili di consumo di ossigeno, ventilazione polmonare e frequenza cardiaca)



• Lo stato costante è raggiunto in un tempo variabile, che dipende da parametri fisiologici e dall’intensità del lavoro svolto



• È mantenuto per tempi tanto più brevi quanto più intenso è il lavoro

• Non viene mai raggiunto se la potenza è troppo elevata: l’esaurimento sopravviene prima che sia raggiunto l’equilibrio



• Il ritorno delle funzioni respiratoria e cardiaca al livello di riposo è raggiunto dopo un periodo di recupero, che è tanto più lungo quanto più l’esercizio è stato intenso e duraturo

• Recupero del debito di ossigeno



Spes

a en

erget

ica

Tempo

Riposo RiposoFase

iniziale

Stato

Costante

Fase di

Recupero

LavoroB

A

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