Il concetto di soglia anaerobica (AT) è stato introdotto per la prima volta da Wasserman e McIllroy nel 1964 in uno studio su pazienti cardiopatici, con lo scopo di determinare il punto in cui il metabolismo anaerobico inizia a essere dominante per la produzione energetica, correlato allo stato di rapida insorgenza della fatica, o AT. I risultati del loro studio hanno rivelato che la misurazione del rapporto di scambio dei gas respiratori (R) durante un test da sforzo standard submassimale potrebbero rilevare l’AT, riducendo così il rischio di eventi cardiaci avversi associati all’esercizio massimo nei pazienti cardiopatici. In particolare l’inizio del metabolismo anaerobico durante l’esercizio deriva dal fallimento del sistema cardiovascolare nel fornire il fabbisogno di ossigeno dei tessuti. Ciò ha consentito lo sviluppo, in “popolazioni cliniche”, di protocolli di esercizio sottomassimale pari o vicini all’AT e sostenuti per lunghi periodi di tempo comunque ≤ 60 minuti.
Nei primi anni del 1960 gli studi utilizzavano principalmente misure ventilatorie per determinare l’AT a causa della facilità d’uso, ma negli ultimi anni dello stesso decennio venne sviluppato l’analisi del lattato nel sangue capillare, ancora più facile per misurare l’AT. Il lattato nel sangue è un marcatore noto dell’AT, poiché si accumula a velocità maggiori di quanto possa essere eliminato durante la glicolisi anaerobica, che è la fonte di energia predominante oltre l’AT, indicando così quando si verifica l’AT stessa.
La misurazione “gold standard” della fitness aerobica è la valutazione del consumo massimo di ossigeno (VO2max), che tra gli altri usi consente la suddivisione degli individui in base al sesso e all’età. Tuttavia i limiti del test VO2max includono una scarsa differenziazione tra la capacità di resistenza in individui altamente allenati, con conseguente bassa sensibilità per rilevare piccoli cambiamenti nella resistenza. Inoltre, il test VO2max richiede uno sforzo massimo reale, che se non eseguito può influire sulla precisione della misura VO2. Pertanto l’uso di misurazioni ventilatorie e del lattato nel sangue durante l’esercizio incrementale submassimale può fornire un approccio valido e sicuro per determinare l’AT.
Terminologia utilizzata per descrivere AT
LT (Lactate Thresold – Soglia del Lattato): la fase dell’esercizio in cui si verifica un aumento significativo ed esponenziale del lattato durante un test da sforzo incrementale.
MLSS (Massimo Lattato in Stato Stazionario): si verifica nella fase precedente all’aumento esponenziale del lattato, in cui la produzione e la rimozione di lattato sono bilanciate in modo ottimale.
OBLA (Onset of Blood Lactate Accumulation – Inizio dell’Accumulo di Lattato nel sangue): l’accumulo di lattato nel sangue fino a una quantità specifica (di solito 4 mmol/L) durante l’esercizio fisico incrementale. Si ritiene che questo valore critico rifletta il passaggio ad intensità d’esercizio più elevate.
Soglia Ventilatoria (chiamata anche VT1): l’intensità dell’esercizio alla quale la ventilazione aumenta in modo sproporzionato rispetto al consumo di ossigeno, principalmente per espirare l’anidride carbonica in eccesso prodotta durante la glicolisi anaerobica.
RCP (Respiratory Compensation Point – Punto di compensazione respiratoria) (chiamato anche VT2): periodo di iperventilazione durante un esercizio molto intenso, mediato da diversi fattori fisiologici.
Buffering isocapnico o tampone a concentrazione costante di anidride carbonica: la zona d’esercizio e/o allenamento tra VT1 e VT2 che riflette il buffering bicarbonato ottimizzato, che insieme all’iperpnea (aumento della profondità degli atti respiratori e della ventilazione polmonare), sono sufficienti per prevenire l’acidosi. Può essere utilizzato come misura delle prestazioni nella zona da aerobica ad anaerobica.
Un altro punto sull’AT è chiarire che, sebbene il termine “soglia” sia comunemente usato, potrebbe essere più accurato usare termini simili a “transizione”, poiché il passaggio dai percorsi energetici aerobici a quelli anaerobici non è binario, ma si verificano attraverso diversi stadi correlati, misti e meccanismi fisiologici simultanei, anche se la soglia rappresenta un punto critico di distinzione tra metabolismo aerobico e anaerobico per i cambiamenti nel lattato nel sangue e nella ventilazione.
Fisiologia di AT
Ventilazione, VO2 e VCO2 (anidride carbonica espirata) possono essere determinati dai gas espirati raccolti durante un test da sforzo incrementale, che forniscono informazioni sulla quantità di O2 consumata e di CO2 prodotta nei mitocondri. Indipendentemente da questo, la ventilazione deve corrispondere non solo al consumo di ossigeno, ma anche, cosa più importante, alla CO2 prodotta. Sebbene nel tempo sia persistito un considerevole dibattito sulla correlazione o meno di lattato e VT, le forti relazioni e i meccanismi fisiologici condivisi sono indicatori che entrambi possono essere utilizzati per determinare l’AT.
Ciò che determina la risposta ventilatoria e del lattato è l’intensità dell’esercizio. La corsa a bassa intensità di esercizio utilizzerà prevalentemente la fosforilazione ossidativa per produrre energia, sotto forma di adenosina trifosfato (ATP) e in questo caso la produzione di lattato sarà bassa e gli aumenti della ventilazione saranno lineari con il consumo di O2. Questa fase dell’esercizio è stata definita soglia aerobica perché comprende una componente energetica prevalentemente aerobica ed è un’intensità adatta per soggetti decondizionati, scarsamente allenati e/o clinici. Man mano che la corsa progredisce verso un esercizio di intensità moderata, il reclutamento di fibre muscolari di tipo II aumenta la massa muscolare attiva, con aumentata richiesta di produzione di ATP, e i relativi contributi dei sistemi energetici iniziano a cambiare, con la glicolisi anaerobica che fornisce parte dell’ATP. Questa transizione delle fonti di energia provoca l’accumulo di lattato, ma il tasso di eliminazione è sufficiente per prevenire un aumento esponenziale del lattato. A intensità moderata, la ventilazione è ancora molto simile al consumo di O2 ed è sufficiente per espellere la maggiore CO2 prodotta dal crescente contributo della glicolisi anaerobica.
Progredendo verso l’alta intensità (ad esempio, con sprint o con fasi di salita), il fabbisogno di ATP aumenterà a una velocità maggiore di quella che può essere fornita dai percorsi energetici aerobici e la glicolisi anaerobica diventerà la fonte primaria di energia con un concomitante aumento della produzione di lattato, che supererà la capacità di eliminazione del lattato muscolare, portando ad un aumento esponenziale del lattato nel sangue, cioè il LT.
Il termine MLSS viene utilizzato anche per riflettere l’AT, si verifica nella fase precedente all’aumento esponenziale del lattato, in cui la produzione e la clearance (smaltimento o depurazione) del lattato sono bilanciate in modo ottimale. Ad alte intensità d’esercizio la risposta ventilatoria subisce anche variazioni derivanti da un aumento della pressione parziale di CO2 (PCO2) e dalla presenza di ioni idrogeno (H+) in eccesso. A livello tessutale la maggiore produzione di CO2 si combina con l’acqua (H2O) per formare acido carbonico (H2CO3), che è instabile e forma rapidamente H+ e uno ione bicarbonato. Lo H+ si combina successivamente con l’emoglobina, consentendo uno scarico anticipato di O2 nel tessuto muscolare vicino, noto anche come “effetto Bohr”. L’emoglobina trattiene anche l’H+, fungendo da tampone per prevenire l’acidosi.
Nonostante la percezione dei profani che sia cattivo, spesso portatori della frase “l’acido lattico è il peggior nemico di un atleta”, il lattato è una delle sostanze più importanti che uno sportivo produce e, se vogliamo proprio dirla tutta, aiuta a ritardare la fatica anziché causarla. Uno dei meccanismi coinvolti nella sua eliminazione è lo spostamento dalle fibre a contrazione rapida nei muscoli attivi, alle fibre a contrazione lenta contenute nello stesso ventre muscolare, consentendo così al lattato di essere utilizzato per il metabolismo aerobico. Allo stesso modo il lattato può anche essere trasportato al cervello, al cuore, al fegato e ai reni per essere utilizzato nel metabolismo aerobico, caratteristica questa molto importante del nostro metabolismo, poiché la produzione di lattato consente essenzialmente d’inviare altrove del potenziale energetico inutilizzato (muscoli, organi) in grado di sfruttarlo, processo conosciuto come “shuttle del lattato” da Brooks G.A., 2009 “Cell-cell and intracellular lactate shuttles”. Lo spostamento del lattato dalla glicolisi anaerobica per aiutare il metabolismo aerobico dimostra ancora una volta la stretta sovrapposizione e composizione mista di questi percorsi energetici a diverse intensità di esercizio, sottolineando la natura della “transizione” tra i due.
La produzione di metaboliti dell’esercizio, come CO2 e H+, chiamati prodotti “di scarto”, stimola i chemocettori nei corpi carotidi a segnalare al centro respiratorio nel midollo allungato di aumentare la ventilazione (causando iperpnea), consentendo così l’espirazione della CO2 in eccesso. Questo aiuta a prevenire l’accumulo di CO2 e H+ e ritarda l’insorgenza di acidosi metabolica (solitamente sopra i 5mmol/L), uno stato che provoca rapidamente affaticamento. Durante l’analisi dello scambio di gas con test da sforzo, questi processi fisiologici possono essere mappati e questo punto di deflessione è stato indicato come AT o VT1.
Una seconda soglia può essere osservata anche durante l’esercizio prolungato ed è chiamata RCP o VT2. Riflette principalmente un periodo di iperventilazione durante l’esercizio molto intenso, diversi fattori potrebbero stimolarlo, tra cui un limite per il buffering del bicarbonato, i cambiamenti nella temperatura corporea centrale e le risposte inviate dai metaborecettori e dai recettori meccanici nel muscolo al centro respiratorio nel midollo.
La zona tra VT1 e VT2 viene spesso definita buffering o tamponamento isocapnico perché l’iperpnea e il tamponamento con bicarbonato sono sufficienti per prevenire l’acidosi e corrisponde ad una buona misura delle prestazioni per una fase tra zona aerobica e anaerobica.
Le soglie nella prestazione
VT1 e VT2 sembrano discriminare meglio i piccoli cambiamenti nella capacità aerobica tra ciclisti amatori allenati e altamente allenati, rispetto al VO2max. In particolare mentre il VO2max è simile tra i gruppi di ciclisti, il lavoro che potrebbe essere sostenuto a entrambe le soglie differisce tra i gruppi, con i carichi di lavoro più elevati raggiunti nei ciclisti altamente allenati, probabilmente riflettendo la loro capacità di lavorare oltre la zona del buffer isocapnico per lunghi periodi di tempo. Secondo Röcker K. et al. 1994, i corridori d’élite rispetto ai corridori non d’élite e agli individui sedentari hanno una capacità di tamponamento più lunga, indicando che i miglioramenti basati sull’allenamento nella capacità di tamponamento fisiologico potrebbero spiegare le differenze nel sostenere prestazioni elevate nello sport d’élite.
I risultati sono simili per LT, che può prevedere le prestazioni di corsa in un range di distanze (ad esempio, 800 m – 3000 m) nei corridori di distanza di sesso femminile. Quando si utilizzano livelli fissi di lattato di 4,0 mmol/L (definiti come OBLA), la velocità di corsa a questa concentrazione di lattato è fortemente correlata alla velocità di corsa durante una maratona. Inoltre MLSS mostra forti relazioni con una serie di diverse attività di resistenza, tra cui la corsa 5km e 8km, così come una cronometro di ciclismo di 40 km.
I professionisti che non hanno la possibilità di accedere ad un laboratorio per i test, possono utilizzare test da campo per determinare l’AT. Uno di questi test è la potenza di soglia funzionale (FTP), che riflette la potenza massima che può essere sostenuta per 60 minuti da un ciclista. Può essere utilizzato anche un test di 20 minuti, più motivante, poiché comporta un tempo più breve alla massima intensità. In questo test, l’atleta utilizza una bici dotata di misuratore di potenza e inizia a pedalare all’intensità più dura che può essere mantenuta per 20 minuti. La potenza media può essere ricavata dal misuratore di potenza e il 5% viene quindi sottratto dal valore per ottenere l’FTP. Il numero FTP è espresso come watt per chilogrammo di massa corporea (Watt/Kg) ed equivale a MLSS. Un FTP più elevato rivela una maggiore capacità aerobica e può essere utilizzato per impostare zone di allenamento per migliorare l’AT e, in definitiva, le prestazioni di resistenza. Altri test sul campo includono il test di potenza/velocità massima di 3 minuti, che può essere specializzato per i corridori. Il test richiede il massimo sforzo per 3 minuti, con l’andatura media (o potenza se si pedala) degli ultimi 30 secondi che rappresenta l’FTP/AT. I dispositivi GPS possono essere utilizzati per registrare la velocità ottenuta negli ultimi 30 secondi. Infine Sherr J. et al. 2013, hanno individuato in uno studio su 2.560 individui, associazioni tra RPE (Rate of Perceived Exertion di Borg) tra 11 e 14 e AT. Questo semplice strumento potrebbe essere utile per i professionisti in una vasta gamma di ambienti clinici e di prestazione.
L’AT è un importante elemento delle prestazioni di resistenza, che può essere determinata in modo affidabile utilizzando l’analisi dello scambio gassoso e le misurazioni del lattato nel sangue capillare. Tuttavia il professionista dell’esercizio deve sviluppare una solida comprensione della fisiologia sottostante ciascuna soglia per identificare correttamente quando si verificano. Entrambe le soglie sono utili per lo sviluppo di prescrizioni di esercizi e aiutano l’atleta ad allenarsi nella zona di tamponamento isocapnico, per successivamente consentire adattamenti che possono aumentare le prestazioni di resistenza.
Tratto da: Sandoo Aamer, A Brief History of the Anaerobic Threshold Concept. ACSM’s Health & Fitness Journal: 5/6 2021 – Volume 25 – Issue 3 – p 7-10. Doi: 10.1249/FIT.0000000000000660