Le zone di frequenza cardiaca di riserva riflettono le reali soglie metaboliche?

Le formule basate sulla frequenza cardiaca di riserva (HRR), calcolate tramite il metodo Karvonen, forniscono una stima approssimativa del carico metabolico a livello di popolazione, ma spesso non coincidono con precisione con le soglie ventilatorie e di lattato ematico individuali [2, 17]. Sebbene le medie di gruppo mostrino schemi prevedibili, le frequenze cardiache di soglia individuali variano notevolmente in base al livello di forma fisica, al sesso e allo stato di salute [8, 11, 19]. Affidarsi rigidamente a percentuali standard di HRR porta frequentemente atleti e popolazioni cliniche ad allenarsi in domini metabolici più alti o più bassi rispetto a quelli previsti [8, 14, 17].

Il modello metabolico a tre domini

La fisiologia dell'esercizio di resistenza suddivide il lavoro svolto in tre domini principali di intensità metabolica, separati da due punti di transizione fisiologica [19]:

1. Dominio moderato: Carichi di lavoro al di sotto della prima soglia ventilatoria (VT1) o della prima soglia del lattato (LT1) [19]. In questo dominio, il lattato ematico rimane vicino ai valori basali (spesso definiti come un aumento inferiore a 0,5 mM rispetto al basale) e l'ossidazione dei grassi è elevata [5, 17].
2. Dominio pesante: Carichi di lavoro compresi tra la prima soglia metabolica (LT1/VT1) e la seconda soglia metabolica (LT2/VT2, potenza critica o velocità critica) [19]. Il lattato ematico sale sopra i valori basali (convenzionalmente considerato come un aumento di $\ge$1,5 mM sopra il basale) ma si stabilizza negli sforzi continui, avvicinandosi al massimo stato stazionario del lattato (MLSS) [3, 17].
3. Dominio severo: Carichi di lavoro compresi tra la seconda soglia metabolica e il massimo consumo di ossigeno ($\dot{V}{\text{O}}_2\text{max}$), caratterizzati da un aumento incontrollato del lattato e da un rapido affaticamento [3, 19].

Gli atleti di resistenza d'élite dedicano comunemente circa l'80% del loro volume di allenamento al dominio moderato (Zona 2 e inferiore) per ottimizzare il metabolismo dei lipidi, sviluppare l'efficienza mitocondriale e risparmiare il glicogeno muscolare [5].

Valori medi di HRR rispetto alla variabilità individuale

La formula di Karvonen calcola la frequenza cardiaca target aggiungendo una frazione della frequenza cardiaca di riserva alla frequenza cardiaca a riposo: $\text{Target HR}={\text{HR}}_{\text{rest}}+\text{intensity fraction}\times ({\text{HR}}_{\text{max}}-{\text{HR}}_{\text{rest}})$ [2]. Tenere conto della frequenza cardiaca a riposo aiuta a riflettere il tono parasimpatico basale, tuttavia le zone percentuali standard divergono spesso dalle misurazioni fisiologiche dirette [2].

In studi controllati sul ciclismo, le medie di gruppo suggeriscono una corrispondenza ragionevole tra HRR e marcatori metabolici. In una coorte di 33 ciclisti maschi allenati negli sport di resistenza ($\dot{V}{\text{O}}_2\text{max}$ medio: 62,1 $\pm$ 4,6 ml·kg⁻¹·min⁻¹), i punti di riferimento fisiologici corrispondevano ai seguenti valori medi [3]:

• VT1: 184 $\pm$ 36 W (66 $\pm$ 9% HRR) [3]
• MLSS (sottogruppo di $n=14$): 256 $\pm$ 31 W [3]
• VT2: 298 $\pm$ 36 W (88 $\pm$ 6% HRR) [3]
• $\dot{V}{\text{O}}_2\text{max}$: 390 $\pm$ 34 W (100% HRR) [3]

Sulla base di test da sforzo incrementali (rampe da 25 W·min⁻¹), sono emerse cinque zone di allenamento: R0 (53–62% HRR), R1 (62–71% HRR), R2 (74–86% HRR), R3 (86–99% HRR) e R3+ (100% HRR) [3].

I dati di ampie metanalisi dimostrano tuttavia che le posizioni delle soglie individuali si disperdono notevolmente attorno a questi valori medi [17]. In una metanalisi su 25 studi e 412 corridori, le frequenze cardiache individuali alle soglie fisiologiche coprivano intervalli molto ampi [17]:

• Intervallo LT1: dal 65% al 90% di HRR (o dal 69% al 94% di ${\text{HR}}_{\text{max}}$) [17]
• Intervallo LT2: dal 73% al 95% di HRR (o dall'80% al 98% di ${\text{HR}}_{\text{max}}$) [17]

A causa di questa variabilità, prescrivere un target arbitrario come il 75% di HRR potrebbe collocare un corridore in sicurezza al di sotto di LT1 nel dominio moderato, posizionandone un altro ben al di sopra di LT1 nel dominio pesante [17, 19]. Per ottenere una certezza del 95% di allenarsi rigorosamente al di sotto di LT1 senza un test di laboratorio, un atleta deve rimanere al di sotto del 65% di HRR (o al di sotto del 70% di ${\text{HR}}_{\text{max}}$) [17].

Cause di discrepanza tra formule di FC e soglie metaboliche

Diversi fattori spiegano perché i modelli di frequenza cardiaca di riserva basati su formule non riescono a rispecchiare le soglie del lattato ematico e degli scambi gassosi in tempo reale:

1. Errore intrinseco nella stima della ${\text{HR}}_{\text{max}}$

Le formule standard predittive della frequenza cardiaca massima basate sull'età comportano errori di stima nell'ordine di $\pm$10-12 bpm [2]. Nel 1999, Meyer e colleghi hanno osservato che prescrivere l'esercizio a un valore fisso pari all'85% della ${\text{HR}}_{\text{max}}$ produceva intensità individuali disperse tra l'87% e il 116% della soglia anaerobica misurata individualmente negli atleti [2].

2. Livello di forma aerobica e spostamenti non lineari delle soglie

La relazione tra capacità aerobica e posizione della soglia non è uniforme tra le diverse categorie di fitness [11]. In uno studio combinato su 863 partecipanti, il consumo di ossigeno alla VT rispetto al consumo di ossigeno di riserva (VT%$\dot{V}{\text{O}}_2\text{R}$) ha mostrato una curva a U [11]. Il punto più basso si è verificato a circa il 43% di $\dot{V}{\text{O}}_2\text{R}$ negli individui con un $\dot{V}{\text{O}}_2\text{peak}$ vicino a 40 ml·kg⁻¹·min⁻¹, mentre la media di VT%$\dot{V}{\text{O}}_2\text{R}$ saliva a circa il 75% nei partecipanti con i valori di $\dot{V}{\text{O}}_2\text{peak}$ più bassi e più alti [11].

3. Differenze legate al sesso

Le soglie target fisse non si comportano in modo identico tra i sessi [19]. In una coorte di 165 runner amatoriali, le donne hanno mostrato frequenze cardiache relative, $\dot{V}{\text{O}}_2$ e velocità di corsa significativamente più elevate alla LT1 rispetto agli uomini ($p<0,001$), evidenziando che target fissi di FC travisano lo sforzo metabolico effettivo tra i due sessi [19].

4. Popolazioni cliniche e incompetenza cronotropa

La discrepanza tra le linee guida basate su target fissi di FC e le soglie fisiologiche è particolarmente marcata nelle coorti cliniche [8, 14]. In uno studio su 350 individui, i domini di intensità basati sulle linee guida standard hanno classificato erroneamente la VT1 come intensità elevata anziché moderata nel 67,1% (linee guida precedenti) e nel 79,6% (linee guida ESC 2020) dei pazienti cardiopatici, mentre la corrispondenza era del 90% nei soggetti sani sedentari e del 93,9% negli atleti agonisti [8].

Allo stesso modo, in 18 pazienti affetti da insufficienza cardiaca cronica, le frequenze cardiache target calcolate tra il 40% e il 70% di HRR erano significativamente superiori alle soglie misurate, rischiando di prescrivere esercizio pesante o severo oltre la soglia ventilatoria o il punto di compensazione respiratoria [14]. La ${\text{HR}}_{\text{max}}$ misurata in questi pazienti è risultata inferiore del 12% rispetto ai valori predetti per l'età, anche dopo aver applicato le normali detrazioni per i beta-bloccanti [14].

Alternative pratiche e punti di riferimento

Quando non è possibile eseguire un test con metabolimetro (per misurare VT1/VT2) o un'analisi del lattato ematico, diverse alternative offrono una calibrazione rispetto alle transizioni fisiologiche reali:

• Sforzo percepito (RPE): In diversi livelli di forma fisica, da soggetti poco allenati a individui altamente preparati, la VT si manifesta costantemente attorno a un valore medio di scala RPE Borg di 12,5 $\pm$ 0,93, nonostante le ampie differenze nel carico di lavoro assoluto [11].
• Variabilità della frequenza cardiaca (HRV): L'analisi non lineare dell'HRV tramite analisi delle fluttuazioni detrendizzate (DFA $\alpha 1$) monitora i cambiamenti nelle proprietà di correlazione frattale, che diminuiscono da circa 1,5 a bassi carichi di lavoro fino a 0,75 in prossimità di VT1/LT1 [22, 23]. In triatleti d'élite e corridori maschi, la soglia DFA $\alpha 1=0,75$ ha mostrato una stretta concordanza con LT1 e VT1, evidenziando differenze medie di soli 1,7-2,0 bpm [22, 23].
• Riferimenti di prestazione: Nei runner amatoriali, le stime basate su velocità fisse producono margini di errore inferiori nell'identificazione di LT1 e LT2 rispetto alla sola frequenza cardiaca o all'RPE, sebbene stimare la velocità massima anziché misurarla direttamente aumenti l'errore sulla soglia [19].