Elevation Mask: vantaggi reali e ipotetici dell’allenamento simulato ad alta quota
NonSoloFitness: divulgazione, formazione, consulenza
Corsi di formazione Corsi di formazione per Personal Trainer, Istruttori Fitness
06 40403925

Elevation Mask: vantaggi reali e ipotetici dell’allenamento simulato ad alta quota

Atleti e appassionati conoscono i vantaggi di allenamenti ad alta quota per il miglioramento della performance sportiva, le elevation mask promettono i medesimi risultati senza doversi recare in montagna, è del tutto corretto?

Autore:
Ultimo aggiornamento:

Elevation Mask: vantaggi reali e ipotetici dell’allenamento simulato ad alta quota

L'allenamento ad alta quota è spesso ritenuto uno strumento per il miglioramento delle proprie performance atletiche soprattutto per competizioni di endurance e che coinvolgono prevalentemente il potenziale aerobico del soggetto. Questa considerazione è connessa agli adattamenti fisiologici che la permanenza in montagna determina e che possono essere sfruttati in via successiva nel corso delle competizioni ad un'altitudine evidentemente molto minore.

Partendo dal presupposto che questa pratica abbia effettivamente dei vantaggi, i limiti pratici connessi con la disponibilità economica, il lavoro e gli impegni personali, rendono impossibile per la maggior parte degli sportivi sfruttare in modo proficuo i benefici connessi con questo tipo di allenamento. Da qualche anno sono disponibili sul mercato le elevaton mask, delle maschere da indossare nel corso degli allenamenti che promettono, almeno nelle intenzioni, di simulare le condizioni ambientali montane per migliorare la performance sportiva senza doversi recare per periodi medio lunghi di tempo in montagna.
Per chiarire l'intero processo occorre anzitutto domandarsi per quale motivo la permanenza in quota consente degli adattamenti fisiologici che hanno poi delle ripercussioni nell'ambito sportivo. La ragione di tali adattamenti è correlata con la riduzione della pressione parziale di ossigeno e al conseguente problema dell'ipossia. Allenandosi e adattandosi in una condizione ambientale maggiormente "ostile", migliora il risultato di una competizione svolta in situazioni "normali".

La pressione parziale di ossigeno: di cosa si tratta?

Al contrario di quello che molti sono portati a credere, la composizione dell'aria resta pressoché costante a livello del mare e ad alta quota, con una presenza di ossigeno pari al 21% circa del totale dei gas (azoto, anidride carbonica e ossigeno sono i principali costituenti dell'aria respirata). Quello che cambia tra il livello del mare e la montagna è la pressione atmosferica che si riduce progressivamente all'aumentare dell'altitudine e di conseguenza anche la pressione parziale di tutti i gas, ossigeno compreso, subisce una riduzione.

Per comprendere meglio questo meccanismo basta immaginare la colonna d'aria che grava ogni momento su ciascuna persona, questa colonna d'aria eserciterà una pressione maggiore quanto maggiore è la sua altezza che a livello del mare sarà massima. Man mano che si sale in quota la sua altezza si riduce e diviene minore anche la pressione che esercita su persone e oggetti. I gas di cui è composta si comportano esattamente allo stesso modo e in maniera direttamente proporzionale si riduce la loro pressione, infatti per calcolare la pressione parziale di ossigeno basterà moltiplicare la sua quota percentuale rispetto alla totalità dell'aria x la pressione atmosferica:

Pressione O2 = (% di O2 nell'aria) x (P atmosferica)

A livello del mare sarà:

Pressione O2 = 21% x 760 = 160 mmHg

Ad una quota di 3000 la pressione atmosferica è mediamente pari a 550mmHg di conseguenza la pressione parziale dell'ossigeno è già scesa a 110mmHg, salendo a quote ancora più alte la pressione atmosferica sarà ancora minore e anche la pressione parziale di ossigeno diminuirà progressivamente, in cima all'Everest ad esempio la pressione parziale di ossigeno e di circa 50mmHg.

Perchè la pressione parziale di O2 è così importante?

Il trasporto dell'ossigeno verso i muscoli è garantito da una proteina globulare: l'emoglobina, che si trova all'interno dei globuli rossi. Ad ogni atto respiratorio l'ossigeno inspirato raggiunge gli alveoli polmonari e da qui, attraverso la parete semipermeabile che li costituisce, viene ceduto al sangue mediante un passaggio diretto che è garantito dalla pressione parziale dell'ossigeno: maggiore negli alveoli polmonari rispetto alla pressione parziale di ossigeno del sangue. La differenza di pressione, di circa 60mmHg quando ci si trova al livello del mare, favorisce quindi la migrazione dell'ossigeno dagli alveoli polmonari al sangue.

Nel sangue l'ossigeno viaggia legato ai globuli rossi, più precisamente all'emoglobina in essi contenuta, raggiunti i muscoli, e i tessuti in genere, la pressione parziale di ossigeno è ancora minore, pertanto (anche sotto l'influenza di altri parametri) l'ossigeno può essere nuovamente ceduto dal sangue ai tessuti per differenza di pressione.

Salendo in montagna la pressione parziale di ossigeno nell'aria diminuisce e, di conseguenza, si riduce anche la sua pressione a livello degli alveoli polmonari rendendo più difficile lo scambio di ossigeno verso il sangue. I livelli di saturazione dell'emoglobina si abbassano, e si avvia una serie di processi di adattamento fisiologico che vanno sotto il nome di acclimatazione che operano per compensare tale disagio e la condizione di ipossia che si è generata.

I vantaggi per la performance sportiva dopo la permanenza in quota

L'avvio dei processi di adattamento, come chiarito, è connesso con la riduzione della pressione parziale dell'ossigeno che provoca una ridotta saturazione dell'emoglobina che, al livello del mare, è di circa il 97% e si riduce gradualmente man mano che si sale in quota garantendo una saturazione vicina al 90% quando ci si trova a 2000 metri.

Una saturazione al 90% non crea problemi significativi, tuttavia può compromettere le prestazioni aerobiche di media e lunga durata.

Avvicinandosi ai 3000 metri di altitudine, o a quote superiori, il discorso inizia a farsi sempre più complesso a causa della ulteriore riduzione nella saturazione dell'emoglobina e i processi di adattamento, sia acuti che cronici, si palesano in maniera sempre più evidente. Come tutti i processi di adattamento entità, tipologia e durata sono connessi con intensità e durata dello stimolo che li produce, in questo caso quindi con il tempo di permanenza e con l'altitudine raggiunta.

Nel breve periodo i chemocettori carotidei e aortici registrano la riduzione della pressione parziale dell'ossigeno e provocano una serie di reazioni a cascata, si assiste all'iperventilazione (aumento della frequenza e della profondità del respiro) e conseguente alcalosi per riduzione dei livelli di CO2. L'incremento degli atti respiratori infatti da una parte aumenta l'apporto di ossigeno, ma dall'altra cede più rapidamente anidride carbonica. Aumenta la frequenza cardiaca e anche i valori pressori arteriosi.

Una permanenza più lunga (nell'ordine di diverse settimane) a partire da altitudini prossime ai 3000 metri, determina una serie di interessanti e ulteriori adattamenti. Si può assistere a diminuzione del volume plasmatico, in prima battuta ad opera di una migrazione dell'acqua dal compartimento plasmatico a quello interstiziale e intracellulare, successivamente ad una riduzione dei fluidi con incremento della diuresi, un aumento dell'ematocrito con incremento sia nel numero dei globuli rossi che, conseguentemente, nella concentrazione dell'emoglobina. L'aumento dei globuli rossi è mediato dal rilascio di eritropoietina i cui livelli aumentano dopo meno di una giornata di permanenza in quota favorendo nelle settimane successive la produzione di globuli rossi, che permane elevata fin tanto si resta in quota1.

Questi fattori migliorano il sistema di trasporto dell'ossigeno da parte del sangue, già dopo una settimana di permanenza a quote prossime ai 2300 metri si assiste ad una riduzione dell'8% della massa plasmatica, l'ematocrito incrementa dell'8% e la concentrazione di emoglobina del 10%2. Si stima che occorrano almeno 30 giorni di permanenza per raggiungere ottimali e completi adattamenti, ed è possibile misurane i progressi semplicemente verificando un graduale ritorno dei valori di frequenza cardiaca a risposo verso i valori normali posseduti a livello del mare3, segno evidente che gli adattamenti acuti stanno cedendo il passo ad adattamenti più stabili e duraturi ma che tendono in ogni caso a scomparire del tutto dopo un paio di settimane o poco più di permanenza a livello del mare4.

Oltre agli adattamenti ematici si possono verificare fenomeni di ipervascolarizzazione (angiogenesi con formazione di nuovi capillari), incremento nel numero dei mitocondri e degli enzimi ossidativi. L'aumento della rete capillare aumenta la superficie di scambio gassoso ulteriormente favorito da una maggiore dissociazione dell'ossigeno da parte dell'emoglobina e quindi la sua cessione ai tessuti. Anche i valori di mioglobina muscolare risultano incrementati, conferendo una maggiore capacità di accumulare ossigeno a livello intracellulare. Il concomitante aumento del numero e del volume dei mitocondri e dell'efficienza degli enzimi ossidativi chiude il quadro determinando un migliore impiego dell'ossigeno e ottimizzando ulteriormente i processi aerobici.

L'incremento delle performance e i possibili svantaggi

Tutti gli adattamenti sin qui esposti e per comodità concentrati sotto il termine "acclimatazione" sono funzionali al miglioramento delle prestazioni aerobiche e quindi di endurance del soggetto, che potrebbe efficacemente sfruttarle per competizioni al livello del mare, quindi per un incremento del proprio livello prestativo, o per adattarsi ad eventuali competizioni da sostenere direttamente in quota e quindi non rischiare un decadimento della propria performance.

Gli adattamenti ematici sono in tutto e per tutto analoghi ad alcune forme di doping che prevedono l'autoemotrasfusione o l'impiego di eritropoietina, a questi si somma l'effetto mitocondriale e ossidativo.

Malgrado possa apparire evidente il vantaggio fisiologico acquisito, le ricerche disponibili sono in ogni caso contrastanti anche perchè a fronte di tanti guadagni, esistono anche elementi potenzialmente negativi che possono avere ripercussioni peggiorative in termini di performance, come ad esempio la riduzione della massa magra (conseguenza di una serie di cofattori dovuti all'altitudine e che vanno dall'inappetenza alla riduzione dell'assorbimento di nutrienti). Inoltre superata la quota dei 2000/2300 metri l'intensità degli allenamenti deve essere ridimensionata poichè il lavoro non sarebbe sostenibile, di conseguenza anche la selezione della località in cui permanere e allenarsi dovrebbe rispettare questo livello massimo, sebbene alcuni autori riportino un range maggiore e compreso tra i 2000 e i 3000 metri, mentre c'è accordo nel ritenere altitudini inferiori incapaci di fornire un adeguato stimolo adattativo.

L’ipotesi dell’elevation mask

All'interno di tutta questa serie di considerazione si inserisce la proposta dell'elevation mask come elemento di facile acceso per simulare gli allenamenti ad alta quota giovandosi dei medesimi benefici in misura più o meno marcata ma senza doversi recare in montagna.

Occorre anzitutto precisare che vi sono 3 distinte modalità di allenamento in quota:

  • L'allenamento in altitudine ma con permanenza del soggetto al livello del mare per il restante tempo
  • L'allenamento in quota con permanenza anche per la restante parte del tempo
  • La permanenza in quota ma con allenamenti svolti a livello del mare

Il meccanismo di funzionamento dell'elevation mask è rappresentato da una sorta di filtro che consente di ridurre in modo calibrato l'afflusso di aria respirata, quello che varia quindi non è la pressione parziale dell'ossigeno, ma la resistenza opposta rispetto all'acquisizione del necessario flusso d'aria, nel quale non vi sono variazioni nella normale concentrazione gassosa.

Anche in questo caso si genera una condizione di ipossia che è analoga a quella riscontrabile in una ostruzione delle vie respiratorie. Ci sono diversi tipi di ipossia: ipossia stagnante, ipossia anemica, ipossia istotossica ecc., caratterizzati dalla causa che determina la carenza di O2 ai tessuti, tra le diverse tipologie è da annoverare anche l'ipossia ipossica. È definita in questo modo quella forma di ipossia causata da una pressione parziale dell'ossigeno ridotta a livello ematico a causa di fenomeni ostruttivi o, come nel caso esaminato sino ad ora, dovuta a fenomeni ambientali come l'altitudine5. Quindi che la causa sia l'altitudine o l'ostruzione al normale flusso di aria, si tratta sempre e in ogni caso di ipossia ipossica con medesime caratteristiche e conseguenze. Poichè i processi di adattamento allo stimolo seguono le caratteristiche dello stimolo stesso e non l'elemento che lo ha determinato, occorre aspettarsi che a prescindere della possibili cause che inducono ipossia ipossica la risposta fisiologica sia la medesima.

Già questa considerazione dovrebbe rispondere a ogni possibile dubbio, sebbene la logica deduzione si pone in modo diametralmente opposto rispetto alla maggior parte degli articoli che si possono rinvenire in italiano relativi all'elevation mask (spesso poco più che "copia incolla" di un articolo originario che acriticamente sembra aver ispirato tutti gli altri, come segnalato anche rispetto ad altre analoghe circostanze6). Secondo buona parte degli articoli infatti, l'opinione diffusa è la sostanziale inutilità dell'elevation mask poichè il suo ruolo è quello di diminuire l'afflusso dell'aria e non la pressione parziale dell'ossigeno atmosferico. Se questo è certamente vero, si perde però di vista l'effetto fisiologico indotto da questa situazione, ossia uno stato di ipossia del tutto analogo per tipologia e classificazione, e pertanto non è possibile attendersi processi di adattamento differenti o nulli, salvo dimostrare che si tratti di due forme di ipossia differenti o che l'organismo non reagisca alle condizioni di ipossia indotte dalla restrizione del flusso d'aria.

Del resto la risposta specifica alla carenza di ossigeno avviene sotto il controllo dell'HIF-1 α (fattore inducibile dall'ipossia 1 o Hypoxia Inducible Factors), la cui concentrazione in caso di ipossia aumenta in pochi secondi attivando i geni bersaglio. L'HIF-1 α raggiunge la concentrazione massima in un intervallo di tempo relativamente breve, da 1 a 4 ore7. Del resto la risposta organica all'ipossia avviene rapidamente sia per cause fisiologiche che patologiche, tecnicamente si potrebbe (per semplice affinità e non certo per reale similitudine) individuare nell'elevation mask un fattore patologico.

In condizioni di normale ossigenazione l'HIF-1 α è costantemente degradato, in situazioni di carenza di ossigeno il processo di degradazione è compromesso, i livelli citoplasmatici aumentano e si avviano una serie di reazioni, tra queste la produzione di eritropoietina come del fattore VEGF (vascular endothelial growth factor) che stimola la formazione periferica di nuovi capillari. Non è un caso che, come già segnalato, l'incremento di EPO avviene già dopo poche ore dall'esposizione in quota.

Riepilogo e conclusioni

Ricapitolando: qualunque sia la causa che induce ipossia ipossica attiva le medesime risposte fisiologiche da parte dell'organismo, nel caso in esame sia l'esposizione a elevate altitudini, sia l'impiego di una maschera ostruttiva, provocano il medesimo stato di carenza d'ossigeno, non vi è quindi ragione per aspettarsi processi adattativi differenti.

Resta tuttavia un elemento significativo connesso con il parametro temporale. Come già segnalato infatti ogni adattamento è proporzionale non solo al tipo di stimolo, ma anche all'entità dello stimolo e al tempo per il quale si protrae. È evidente che l'impiego delle elevation mask per periodi brevi e saltuari, ad esempio connessi con specifiche sessioni di allenamento, non possano di fatto indurre adattamenti analoghi ad una permanenza in quota di diverse settimane. È inverosimile anche l'impiego costante di una maschera ostruttiva per periodi di tempo prolungati poichè, al di la di questioni pratiche, l'affaticamento dei muscoli respiratori non lo consentirebbe, inficiando del resto anche le sessioni allenanti.

Nel caso dell'elevation mask infatti la resistenza applicata è di tipo ostruttivo, questo aumenta la resistenza contro la quale lavorano i muscoli impegnati nell'inspirazione incrementando l'affaticamento con una serie di reazioni avverse a cascata. Dall'altro lato un impiego nel corso di specifiche sessioni allenanti ne incrementerebbe il parametro di forza, mentre negli allenamento ad alta quota non essendoci tecnicamente opposizione all'inspirazione, si assiste ad un fenomeno inverso, ossia a una riduzione della forza della muscolatura respiratoria in parte causata dal ridotto apporto di ossigeno alla muscolatura ma documentato anche in condizioni di riposo8, e probabilmente determinato da una minore densità dell'aria.

In conclusione l'impiego di maschere volte a simulare l'allenamento in quota è certamente molto meno efficace rispetto al reale lavoro in montagna, ma non per effetto della differente pressione di ossigeno, quanto per le reali possibilità applicative che rendono il lavoro con elevation mask molto più simile a quello descritto di allenamenti in quota ma con permanenza del soggetto al livello del mare per tutto il restante tempo. A questi adattamenti solo ed inevitabilmente parziali, la cui entità non sembra attualmente presente nella letteratura scientifica, si somma il lavoro dei muscoli respiratori che richiederebbe un approfondimento a se stante.

Video di approfondimento