La menopausa è una parte normale della vita di una donna (1) ed è stata associata a un declino della funzione cardiovascolare a riposo (2). Questi effetti legati alla menopausa includono un rimodellamento concentrico del ventricolo sinistro (VS), una bassa funzione diastolica e sangue superiore pressione (3-7). Tuttavia non ci sono prove esistenti in letteratura che la menopausa influenzi la capacità cardiovascolare, come durante l’esercizio massimale (8,9). È quindi probabile che le donne in pre-menopausa e in post-menopausa abbiano risultati simili nella gittata cardiaca durante le attività quotidiane, dipendenti dalla capacità cardiovascolare, ma che lo facciano tramite differenti funzioni cardiologiche sottostanti. Questo può essere sostenuto da una sovratensione correlata alla menopausa nell’attività del nervo simpatico cardiaco (10) interagendo con un maggiore densità delle terminazioni nervose simpatiche alla base del VS, rispetto all’apice (11). Tali differenze possono a loro volta comportare un diverso adattamento della FC all’allenamento in pre e post-menopausa, ma questi effetti devono ancora essere chiariti.
Tradizionalmente, le valutazioni della funzione cardiaca si sono concentrate su frequenza cardiaca, gittata cardiaca e indici di carico derivati dal doppler. Tuttavia gli effetti regionali della pulsione simpatica sul ventricolo sinistro (11,12) suggeriscono che le differenze nella funzione cardiaca tra pre e post-menopausa possono potenzialmente manifestarsi come differenze nella funzione muscolare del VS (“meccanica del VS”). Nel VS l’allineamento delle miofibrille varia in modo transmurale da un’elica destrorsa nell’endocardio a un’elica sinistra nell’epicardio (13). Questa complessa architettura a spirale dà luogo a rotazioni opposte alla base e all’apice del ventricolo sinistro durante la sistole e la diastole, consentendo la misurazione in vivo della meccanica del VS. Oltre all’influenza dell’impulso simpatico sulla funzione cardiaca, il ritiro degli estrogeni dopo la menopausa può anche interessare specificamente la funzionalità regionale della muscolatura del VS. Ad esempio, nelle femmine di coniglio, è stato dimostrato che l’uso di estrogeni aumenta selettivamente la corrente di calcio di tipo L e la corrente di scambio di sodio-calcio nei miociti epicardici asportati dalla base del ventricolo sinistro, ma non nei miociti endocardici asportati dalla base, né dall’apice (14,15). Poichè queste correnti di calcio influenzano la fase di plateau del potenziale d’azione cardiaco (14) è probabile che la menopausa influenzi sia la contrazione, che il rilassamento della epicardio basale, ma gli effetti in vivo non sono noti.
Questi effetti della menopausa, precedentemente proposti, sulla funzione muscolare regionale del ventricolo sinistro possono, quindi, manifestarsi in vivo come differenze nella rotazione alla base, ma non all’apice. Per determinare la rilevanza funzionale del muscolo ventricolare alterato, dovuto alla menopausa, sono necessari esami fisiologici che sondano la funzione e la capacità cardiovascolare. Nello studio in questione, sono stati utilizzati la pressione negativa della parte inferiore del corpo (LBNP) e l’esercizio ciclistico da supino come test fisiologici per studiare gli effetti dell’allenamento sulla funzione e sulla meccanica del ventricolo sinistro nelle donne in pre e post-menopausa. Sono stati valutati la capacità aerobica massima e il volume sanguigno per dimostrare gli adattamenti convenzionali all’allenamento. Gli autori ipotizzavano che le donne in pre e post-menopausa avrebbero mostrato aumenti simili nella capacità aerobica massima dopo l’esercizio, ma con differenze nella funzione muscolare regionale del VS.
Metodi
Approvazione etica
Tutte le procedure sperimentali sono state approvate dal “Cardiff Metropolitan University’s School of Sport Research Ethics Committee”, conformi ai principi etici della Dichiarazione di Helsinki, ad eccezione della registrazione in un database. Prima dell’avvio di eventuali procedure sperimentali, da tutti i partecipanti è stato fornito il consenso informato scritto e verbale.
Progettazione dello studio
Trentaquattro donne di mezza età sane e non allenate (età, 45-58 anni) sono state reclutate per uno studio longitudinale per indagare gli effetti della menopausa sugli adattamenti del VS all’allenamento (15 pre-menopausa, 19 post-menopausa). Sono state reclutate solo donne non fumatrici, volontarie sane, non diabetiche (auto-riferiti) e normotese, le quali non erano sottoposte ad alcun trattamento cardiovascolare o con farmaci ipolipidici. Queste partecipanti allo studio rappresentano un sotto campione del lavoro precedente degli stessi autori, che indaga sulle differenze legate all’età nella struttura, funzione e meccanica del ventricolo sinistro a riposo in uomini e donne sane (6).
Nove partecipanti non hanno completato questo studio: una partecipante si è ritirata dallo studio citando disagio provocato dal trasduttore a ultrasuoni che preme sul petto durante l’ecocardiografia, sei partecipanti si sono ritirate a causa d’impegni personali o l’insorgenza di malattie non correlate a questo studio e due partecipanti sono state indirizzate a un cardiologo per osservazioni ectopiche e sono state escluse da ulteriori test per precauzione. Venticinque donne si sono così conformate all’intervento e hanno completato tutti i test (11 in pre-menopausa e 14 in post-menopausa; 74% delle 34 partecipanti iniziali, che si sono iscritte a questo studio). Analisi di potenza a priori (G * Power, versione 3.1.9.2; [16]) utilizzando dati di studio precedenti con interventi di allenamento simili (17,18), hanno indicato che per questo studio sarebbe sufficiente un campione di almeno 11 donne in ciascun gruppo per rilevare un aumento del massimo consumo di ossigeno con almeno 0,8 di potenza statistica, a un livello di significatività di 0,05. Inoltre, l’analisi della potenza di sensibilità utilizzando la stessa potenza statistica e livello di significatività ha indicato che una dimensione del campione di almeno 8 in ciascuno gruppo consentirebbe il rilevamento di dimensioni di effetti da moderate a grandi (f>0,24), tenendo così conto della tipica esclusione dei partecipanti, a causa della scarsa qualità dell’immagine ecocardiografica (come con le meccaniche del VS).
Idoneità cardiorespiratoria di base
Alle partecipanti è stato chiesto un questionario sulla loro corrente frequenza e modalità di attività sportiva, se presente. Solo donne sedentarie o praticanti di attività amatoriale (<3 giorni di esercizio intenso/settimana; [19]) sono state incluse in questo studio.
Criteri della menopausa
Il reclutamento era mirato a includere solo donne distintamente in pre o in post-menopausa, mentre donne in peri-menopausa sono state escluse da questo studio. Le donne in pre-menopausa sono caratterizzate da cicli mestruali regolari che vanno da 21 a 35 giorni di lunghezza senza una differenza persistente superiore a 7 giorni tra i cicli consecutivi (1) e che non ha usato contraccettivi per via orale nei 4 mesi precedenti. Donne in post-menopausa sono stati identificate da almeno 12 mesi consecutivi di amenorrea (1), non indotta da intervento chirurgico (per esempio da isterectomia). Nessuna delle donne in post-menopausa ha usato una terapia ormonale sostitutiva (HRT) nei 6 mesi precedenti. Le donne in post-menopausa avevano, in media, 6 anni in più rispetto alle donne in pre-menopausa (Tabella 1), e quindi ci siamo adeguati all’età in le nostre analisi statistiche (utilizzando l’età come covariata).
Tabella 1: dati demografici, capacità aerobica e parametri ematologici nelle donne in pre e post-menopausa prima e dopo esercizio fisico (Trg). I valori sono in media (SD), test t per confrontare età e altezza nelle donne in pre e post-menopausa prima dell’esercizio fisico; *P<0,05 rispetto ai valori prima dell’allenamento; gli effetti statistici con P<0,05 sono evidenziati in grassetto; tHb mass, massa totale dell’emoglobina.
Panoramica dei test di laboratorio
Le partecipanti hanno eseguito in laboratorio una serie di test fisiologici prima e dopo 12 settimane di allenamento aerobico a intervalli ad alta intensità (Fig.1). Separati da almeno 24 ore, questi test di laboratorio consistevano (I) in una prova di capacità aerobica su un cicloergometro, (II) un test di capacità aerobica su un cicloergometro supino, (III) la misurazione della massa totale di emoglobina e del volume sanguigno utilizzando il metodo di espirazione del monossido di carbonio (CO) di 2 minuti e (IV) immagini ecocardiografiche per la funzione del VS e meccanica a riposo, durante −15 e −30 mm Hg LBNP e durante il 20%, 40% e 60% del picco nella prova di pedalata in posizione supina.
Figura 1: rappresentazione schematica della sequenza temporale sperimentale. L’ecocardiografia è stata utilizzata per valutare la funzione ventricolare sinistra e la meccanica nelle donne di mezza età in pre e post-menopausa in risposta alla pressione negativa degli arti inferiori del corpo e alla pedalata in posizione supina prima e dopo 12 settimane di allenamento.
Intervento di allenamento
In questo studio sono stati utilizzati intervalli aerobici ad alta intensità su un cicloergometro verticale (Monark 824E, Varberg, Svezia) per massimizzare la probabilità di adattamenti cardiorespiratori all’esercizio (17,20). L’intervento allenante all’esercizio è stato supervisionato da ricercatori specializzati. Ogni seduta consisteva in un riscaldamento di 10 minuti, intervalli di 4×4 minuti dal 90% al 95% della FC max (RS400, Polar Electro, Kempele, Finlandia), separati da 3 minuti di recupero attivo a più del 60% della FC max e a 5 minuti di defaticamento (durata totale 40 min) (20). La FC max individuale è stato determinata dal test di capacità aerobica sul cicloergometro verticale. Il ricercatore in loco ha incoraggiato i partecipanti a raggiungere il 90% della FCmax entro i primi 2 minuti di ogni intervallo di 4 minuti. Per ogni seduta c’erano da uno a sei partecipanti. Non c’era nessuna distinzione tra donne in pre e post-menopausa nella prescrizione dello stimolo dell’esercizio, mentre si allenavano insieme e ricevevano le stesse istruzioni dall’istruttore. Sono state fortemente raccomandate tre sessioni di esercizio a settimana, per un periodo consecutivo di 12 settimane. Tutte le partecipanti si sono impegnate ad almeno il 70% del numero totale di sedute, pari ad almeno 8 settimane di allenamento per migliorare la capacità aerobica (21) (numero di sedute frequentate: post-menopausale 33 ± 3 vs post-menopausale 33 ± 4, t test P= 0,96; tempo ≥90% FCmax per seduta: pre-menopausa 9,2 ± 1,7 minuti rispetto alla pre-menopausa 8,3 ± 1,5 minuti, test t P = 0,14). L’intervento di allenamento fisico è stato generalmente ben tollerato con nessun evento avverso.
Test di capacità aerobica
Per garantire che le partecipanti fossero euidratate e ben riposate per tutti i test fisiologici, è stato chiesto loro di astenersi dalla caffeina, alcol e attività fisica intensa per 24 ore e bere 500 ml di acqua 90 minuti prima dell’arrivo in laboratorio. Sono state misurate sia l’altezza, che la massa corporea (modello 770; Seca, Amburgo, Germania) (Tabella 1). Le partecipanti hanno completato ramp test all’esaurimento volontario (Corival; Lode, Groningen, The Paesi Bassi) e su cicloergometri supini (Angio 2003; Lode) in date e giorni separati per determinare la capacità aerobica massima (VO2max ) e potenza di picco (picco W). Tutti le partecipanti hanno raggiunto un RER massimo ≥1,15 sul cicloergometro verticale e ≥1,05 sul cicloergometro supino (22), senza evidenza di differenze tra pre e post-menopausa (P> 0,05). Il test di capacità aerobica sul cicloergometro verticale è stato misurato individualmente utilizzando età, altezza e massa corporea ( 23 ), con il test di carico di lavoro programmato per aumentare da 0 W al picco di W previsto in 10 minuti. Scambio di gas respiratorio (Oxycon Pro; Viasys Healthcare, Basingstoke, Regno Unito) e FC sono state monitorate e registrate durante tutto il test. Dopo un periodo di recupero auto-selezionato, le partecipanti hanno familiarizzato con il cicloergometro supino. In un giorno separato, le partecipanti hanno completato un altro test di capacità aerobica, ma sul cicloergometro supino. Il carico di lavoro del test in posizione supina sul cicloergometro è stato programmato per aumentare da 0 W all’80% del picco di W misurato per ogni individuo in 10 minuti. Dopo 12 settimane di esercizio fisico, il VO2max è stato rivalutato su cicloergometri sia in posizione verticale, che supina. Gli incrementi del carico di lavoro durante i test di capacità aerobica sono aumentati in modo che le partecipanti potessero ancora raggiungere il loro W di picco in circa 10 minuti, sulla base di un miglioramento previsto del 18% nel VO2max dopo l’esercizio (17).
Emoglobina totale e volume sanguigno
Dopo 15 minuti di riposo da sedute, sono stati misurati l’emoglobinica totale e il volume di sangue utilizzando la tecnica di respirazione di 2 minuti di CO (SpiCO®; Blood tec GbR, Bayreuth, Germania; [24,25]). Le partecipanti hanno familiarizzato con il protocollo e le apparecchiature prima d’iniziare la procedura. La percentuale di errore tipico dello studio era dell’1,0% nella misurazione della massa totale di emoglobina e dell’1,3% per il volume di sangu (valutato separatamente in 10 volontarie che hanno completato il protocollo di 2 minuti di respirazione di CO in due giorni diversi; calcolato come deviazione standard della differenza percentuale di due misurazioni ripetute su 10 volontarie divise per √2).
Misure della funzione cardiovascolare
La pressione sanguigna (FinometerPRO, FMS; misurazione Finapres Systems, Arnhem, Paesi Bassi) e le immagini ecocardiografiche sono stati registrati a 0, −15 e −30 mm Hg LBNP e allo 0%, 20%, 40% e 60% di picco in posizione supina, con 30 minuti di riposo tra la fine della LBNP e l’inizio della prova su bici. Le partecipanti giacevano supine con un’inclinazione laterale sinistra di 30° per tutte le misurazioni. Le immagini ecocardiografiche sono state acquisite, secondo le linee guida, all’inizio della raccolta dei dati (gennaio 2013), alla fine e dallo stesso ecografista esperto (26,27). Un trasduttore di fase (4 V, 1,7-3,3 MHz) è stato utilizzato su un ecografo disponibile in commercio (Vivid E9; GE Vingmed Ultrasound AS, Horten, Norvegia) e le immagini sono state analizzate offline per la funzione e la meccanica del VS (EchoPAC, versione 112; GE Healthcare, Horten, Norvegia). Le posizioni del trasduttore durante le misurazioni a riposo sono state contrassegnate temporaneamente sul petto del partecipante per assistere al rapido trasferimento nelle finestre acustiche simili durante LBNP e della prova su bici da supine, durante il quale le immagini sono state ulteriormente ottimizzate e confermate con punti di riferimento anatomici. Tre cicli cardiaci consecutivi sono stati analizzati per ogni variabile e la media è stata utilizzata per le analisi statistiche.
Struttura e funzione del ventricolo sinistro
Volumi telediastolici e telesistolici (EDV e ESV, rispettivamente) sono stati determinati da immagini triplano dello stesso battito del cuore. La FC è stata determinata dagli ultrasuoni dell’ECG. Sono stati calcolati poi il volume del battito (SV= EDV – ESV), la frazione di eiezione (SV/EDV × 100), la gittata cardiaca (HR × SV) e la resistenza vascolare sistemica (pressione arteriosa media/ gittata cardiaca).
Meccanica ventricolare sinistra
La rotazione e la velocità di rotazione sono state valutate utilizzando il tracciamento del miocardio 2D nelle immagini parasternali ad asse corto alla base e all’apice del VS, in linea con la metodologia precedente (28). Per tenere conto delle differenze nella FC tra e all’interno delle partecipanti, i dati grezzi sono stati livellati con l’interpolazione spline cubica per generare 1200 punti dati, con 600 punti ciascuno per sistole e diastole (2D Strain Analysis Tool 1.0 β 14, Stoccarda, Germania) (28). Le curve di velocità di torsione e la torsione stessa sono state calcolate sottraendo i dati basali allineati al tempo da dati apicali e i valori di picco nella sistole e nella diastole precoce sono stati estratti dalle curve interpolate. Per via della scarsa qualità dell’immagine in alcune partecipanti, i dati sulla meccanica del VS durante LBNP sono riportati per 9 donne in pre-menopausa e 10 donne in post-menopausa e i dati durante ergometro da supino per 8 donne in pre-menopausa e 10 donne in post-menopausa.
Test fisiologici
Pressione negativa della parte inferiore del corpo
Una lieve LBNP è stata utilizzata per simulare il tipico riempimento cardiaco ridotto della postura eretta a causa della gravità (29). Le partecipanti erano posizionate con una gonna kayak in neoprene a livello della cresta iliaca e con la parte inferiore del corpo in un box di LBNP (costruita internamente; lunghezza 126 cm, larghezza 55 cm, altezza 90 cm). Due fasi consecutive di 10 minuti a −15 e −30 mm Hg LBNP sono stati applicate. Un trasformatore variabile (CMV 5E-1; Carroll & Meynell Transformers Ltd, Stockton-On-Tees, Regno Unito) collegato a una pompa a vuoto (Henry HVR200A, Numatic International Ltd, Chard, England) è stato utilizzato per ottenere il risultato desiderato della pressione negativa all’interno del box, che è stata monitorata continuamente utilizzando un misuratore di pressione differenziale (Testo AG, Lenzkirch, Germania). Sono state registrate la pressione sanguigna e le immagini ecocardiografiche a riposo e dopo 5 minuti di esposizione a ciascuna fase di LBNP (29).
Ciclismo in posizione supina
Al termine della LBNP, le partecipanti si sono rilassate per 30 minuti per garantire un ritorno ad uno stato fisiologico di riposo (29). Quindi hanno completato tre fasi consecutive di 5 minuti di ciclismo supino al 20%, 40% e 60% del picco di W supino. Per la simulazione è stato usato tipico sforzo fisico derivante dallo svolgimento delle attività della vita quotidiana. Sono state registrate la pressione sanguigna e le immagini ecocardiografiche a riposo, con la partecipante sdraiata sul cicloergometro supino a 30° d’inclinazione laterale sinistra e durante gli ultimi 3 minuti a ciascuna intensità di esercizio.
Analisi statistica
Le analisi statistiche sono state eseguite con R (30). Le misurazioni ANOVA ripetute bidirezionalmente con l’età come covariata sono state utilizzate per esaminare gli effetti dell’allenamento sulla capacità aerobica, la massa totale di emoglobina e volume del sangue nelle donne in post-menopausa, rispetto alle donne in pre-menopausa. Per le variabili con un significativo effetto di interazione menopausa-allenamento, post hoc i test t sono stati utilizzati per identificare le differenze tra i gruppi. Le misurazioni ripetute a tre vie ANOVA con l’età come covariata sono state utilizzate per esaminare l’impatto della menopausa, dell’esercizio e dell’allenamento e delle prove fisiologiche sulla funzione e sulla meccanica del ventricolo sinistro. La Figura S1 mostra il diagramma di flusso per interpretare il triplice ANOVA, con un focus sugli effetti della menopausa come chiave della domanda di ricerca (vedere la figura, Contenuto digitale supplementare 1, Diagramma di flusso per interpretare l’ANOVA a tre vie, http://links.lww.com/MSS/B978). Questo approccio ha integrato tutti i dati all’interno di un test statistico ed evitato il riutilizzo dei dati in più ANOVA disparate. Per variabili con un effetto di interazione a tre vie statisticamente significativo, le differenze individuali con l’allenamento sono state calcolate post hoc e i test t sono stati utilizzati per identificare le differenze tra donne in pre e post-menopausa a ogni LBNP e seduta. Per variabili con interazione bidirezionale statisticamente significativa degli effetti dell’ANOVA a tre vie, i dati sono stati raggruppati post hoc attraverso il fattore non significativo per ridurre la complessità e abilitare l’interpretazione degli effetti di interazione a due vie. La correzione di Holm-Bonferroni è stata utilizzata per aggiustare per confronti multipli attraverso le fasi di ciclo della LBNP e delle sedute di bike da supino. Per esaminare se gli effetti della menopausa sulla funzione del VS e la meccanica dopo l’allenamento potrebbe essere rilevata a riposo (cioè, senza richiedere i test fisiologici), post hoc ANOVA bidirezionali sono stati utilizzati per confrontare i dati a riposo se qualche dato della menopausa o se gli effetti dell’allenamento nell’ANOVA a tre vie sono state statisticamente significativi. Alpha è stato fissato a 0,05. I dati sono presentati come media e SD a meno che sia stato dichiarato diversamente.
Risultati
Effetti correlati alla menopausa sulla capacità aerobica massima e sulla funzione del VS in condizioni di riposo
L’allenamento ha suscitato aumenti minori nella capacità aerobica massimale e nel volume del sangue nelle donne in post-menopausa, rispetto alle donne in premenopausa (P <0,05; Tabella 1 ). Non vi è stata evidenza di differenze nella funzione del VS tra pre e post-menopausa a riposo, se confrontate prima o dopo l’allenamento (P> 0,05).
Effetti correlati alla menopausa sulla funzione del VS durante LBNP
Nelle donne in pre e post-menopausa, la gittata cardiaca, il volume telediastolico e sistolico sono diminuiti in risposta alla LBNP, concomitante con un aumento della FC e della resistenza vascolare sistemica (P<0,001;Fig.2). Non ci sono state prove di differenze nei volumi emodinaemici e del VS durante LBNP tra donne in pre e postmenopausa (P> 0,05; vedere Fig.S2, Contenuto digitale supplementare 2, funzione del VS e resistenza vascolare sistemica durante LBNP con donne in pre e post-menopausa presentata separatamente, http://links.lww.com/MSS/B979 ). Però l’allenamento fisico ha suscitato una differenza significativa nel picco diastolico e nella velocità di rotazione basale durante LBNP tra pre e post-menopausa (P= 0,04) – specificamente, la velocità di rotazione basale del picco diastolico è stata mantenuta ai valori di riposo durante la LBNP dopo l’allenamento nelle donne in pre-menopausa, ma diminuita durante LBNP nelle donne in post-menopausa (Fig 3). Queste risposte distinte nelle donne in pre e post-menopausa non sono state le stesse presenti prima dell’allenamento. Non ci sono state prove di differenze nella meccanica apicale tra pre e post-menopausa durante la LBNP (P> 0,05), né di altri cambiamenti nella meccanica del VS in risposta alla LBNP (P> 0,05; vedere Tabella S1, contenuto digitale supplementare 3, meccanica del picco del VS durante LBNP e test incrementali, http://links.lww.com/MSS/B980).
Figura 2: funzione ventricolare sinistra (A, B, D-F) e resistenza vascolare sistemica (SVR, C) in risposta a LBNP prima e dopo l’esercizio (Trg). Poiché non vi erano prove di effetti relativi alla menopausa (P>0,05), i dati nelle donne in pre e post-menopausa erano raggruppati (efficace = 25) per mostrare gli effetti di LBNP e Trg (vedere la Fig. S2, contenuto digitale supplementare 2, per i dati in pre e post-menopausa presentati separatamente, http://links.lww.com/MSS/B979). I valori sono la media ± errore standard del cambiamento da riposo.
Figura 3: velocità di rotazione diastolica di picco (A) e apicale (B) (rot vel) in risposta a LBNP nelle donne in pre e post-menopausa prima e dopo l’allenamento (Trg; pre-menopausa n= 9, post-menopausa n= 10). I valori sono la media ± errore standard del cambiamento da riposo.
Effetti correlati alla menopausa sulla funzione LV durante il ciclismo in posizione supina
FC, gittata cardiaca e gittata sistolica sono aumentate durante il ciclismo in posizione supina nelle donne in pre e post-menopausa, insieme a una diminuzione della resistenza vascolare sistemica e del volume sistolico terminale (P<0,001;Fig.4 ). Tutti gli indici della meccanica del picco del VS sono aumentati in risposta all’esercizio incrementale (P <0,001; vedere Tabella S1, contenuto digitale supplementare 3, meccanica del picco del VS durante LBNP e test incrementali, http://links.lww.com/MSS/B980). Analogamente agli effetti della LBNP, non c’erano prove di differenze nei volumi generali emodinamici e del VS tra pre e post-menopausa durante il ciclismo supino (P> 0,05; vedere Fig.S3, contenuto digitale supplementare 4, funzione del VS e resistenza vascolare sistemica, durante il ciclismo supino durante pre e post-menopausa presentate separatamente, http://links.lww.com/MSS/B981). Tuttavia in linea con le differenze nella funzione vascolare del VS durante LBNP, l’esercizio ha suscitato una significativa differenza nel picco di rotazione basale sistolica nelle donne pre e post-menopausa durante il ciclismo supino (P= 0,02;Fig.5). Sebbene il picco di rotazione basale sia aumentato durante il ciclismo supino in tutti i gruppi e le condizioni, è diventato evidente un plateau al 40% del picco di esercizio dopo l’allenamento in pre-menopausa,, ma non nelle donne in post-menopausa. Non c’erano prove delle differenze nella meccanica apicale tra pre e post-menopausa durante il ciclismo supino (P>0,05).
Figura 4: funzione ventricolare sinistra (A, B, D – F) e SVR (C) in risposta al ciclismo in posizione supina (Es) prima e dopo l’allenamento (Trg). Non essendoci evidenza di effetti legati alla menopausa (P>0,05), i dati nelle donne in pre e post-menopausa sono stati raggruppati (efficace n= 25) per mostrare gli effetti di Ex e Trg (vedere Fig. S3, contenuto digitale supplementare 4, per i dati in pre e post-menopausa presentati separatamente, http://links.lww.com/MSS/B981). Valori sono media ± errore standard del cambiamento da riposo.
Figura 5: picco sistolico basale (A) e apicale (B) rotazione (rot) in risposta al ciclismo in posizione supina (Es) nelle donne in pre e post-menopausa, prima e dopo l’allenamento (Trg; pre-menopausa n= 8, post-menopausa n= 10). I valori sono media ± errore standard di cambiare da riposo.
Impatto dell’allenamento fisico sulla funzione LV durante la posizione di ciclismo supina
In linea con un maggiore carico di lavoro di punta dopo l’allenamento, l’aumento della gittata cardiaca e della frequenza cardiaca dal riposo al 60% del picco era maggiore dopo l’allenamento nelle donne in pre e post-menopausa, in concomitanza con una maggiore diminuzione della resistenza vascolare sistemica (P<0,05; Fig.4). Il volume di fine sistole durante il ciclismo in posizione supina era inferiore dopo l’allenamento in tutte le intensità di esercizio in entrambi i gruppi (P= 0,04), ma il volume telediastolico era inferiore solo al 40% del picco di ciclo supino (P= 0,04;Figura.4). Non c’erano prove che l’allenamento abbia influenzato la risposta del volume della battito al ciclismo supino in pre o post-menopausa (P> 0,05). Oltre al plateau di picco di rotazione basale al 40% di picco del ciclo supino osservato nelle donne in pre-menopausa dopo l’allenamento, la velocità di rotazione al 60% di picco del ciclo supino era maggiore dopo allenamento fisico nelle donne in pre e post-menopausa (P=0,007), mentre la velocità di torsione sistolica massima era maggiore al 40% del picco del ciclo supino (P<0,05; vedere Fig. S4, contenuto digitale 5, velocità massima di torsione e picco diastolico basale e velocità di rotazione apicale in risposta al ciclo supino prima e dopo l’allenamento, http://links.lww.com/MSS/B982).
Discussione
In questo studio, gli autori hanno determinato gli effetti della menopausa sulla funzione muscolare regionale del VS sottostanti l’aumento della capacità cardiovascolare dopo 12 settimane di allenamento. L’allenamento ha provocato un minore aumento della capacità aerobica massima e del volume del sangue nelle donne in post-menopausa, rispetto alle donne in pre-menopausa. Inoltre, test fisiologici hanno rivelato che in post-menopausa le donne avevano una meccanica basale inferiore durante la LBNP e il ciclismo supino dopo l’allenamento, rispetto alle donne in pre-menopausa. Per conoscenza degli autori, questo è il primo studio a suggerire che la menopausa può ridurre l’adattabilità aerobica all’allenamento. Inoltre i risultati suggeriscono che la limitazione all’adattabilità aerobica nelle donne in post-menopausa sono probabilmente dovute a cause periferiche (distribuzione arteriosa, scheletrica, muscolare e/o del volume sanguigno) piuttosto che fattori centrali (cardiaci), poiché gli autori non hanno trovato evidenza di differenze nell’output cardiaco tra donne in pre e post-menopausa. Ciò nonostante, la gittata cardiaca durante i test fisiologici è stata sostenuta da differenze nella funzione muscolare del VS tra pre e post-menopausa, come ipotizzato, confermando per la prima volta in vivo le differenze regionali del VS precedentemente riportate da studi in vitro .
Bassa adattabilità aerobica nelle donne in post-menopausa, rispetto alle donne in pre-menopausa
In linea con gli studi precedenti (8,9,31), 12 settimane di allenamento hanno evocato un aumento della capacità aerobica massima nelle donne in pre e post-menopausa in questo studio. Tuttavia in post-menopausa le donne hanno avuto un aumento minore della capacità aerobica massima, rispetto a donne in pre-menopausa, in concomitanza con un aumento minore di volume del sangue. Questo risultato confuta l’ipotesi degli autori a priori di simile aumento della capacità aerobica massima in pre e post-menopausa dopo l’allenamento e contraddice i risultati precedenti da altri gruppi di ricerca. Ad esempio, il “HERITAGE Family Study” non ha trovato prove che l’aumento della capacità aerobica massimale, dopo l’allenamento, differiva tra donne in pre e post-menopausa, dopo aver utilizzato metodi statistici per adeguarsi ad una differenza di età media >20 anni (9). È possibile che la più piccola differenza di età nel presente studio (6 anni) abbia influenzato la risposta all’esercizio. Più recentemente, il “Copenhagen Women Study” ha scoperto che la funzione cardiorespiratoria è aumentata in modo simile tra donne in post-menopausa dopo l’allenamento (differenza di età media di 4 anni) (8). È interessante notare che l’aumento percentuale medio del massimo consumo di ossigeno (in L/min) attraverso i gruppi pre e post-menopausa erano più alti nello studio in questione (16%-23%) rispetto al “Copenhagen Women Study” (9%-10%). Questo potrebbe riflettere una intensità più alta di allenamento in questo studio, rispetto al “Copenhagen Women Study” (che utilizzava un intervento di allenamento di spining con intensità gradualmente crescenti nelle settimane). Inoltre è stato suggerito che l’allenamento aerobico ad intervalli ad alta intensità stimoli maggiori miglioramenti nella capacità aerobica massimale e nella funzione del VS, rispetto al tradizionale allenamento moderato continuo (MICT) (20), che può aver contribuito a differenze osservate tra donne in pre e post-menopausa in questo studio. Sebbene un confronto tra allenamento intervallato ad alta intensità e allenamento continuo moderato andavano oltre lo scopo di questo studio, il lavoro futuro potrebbe voler concentrarsi su un confronto diretto nelle differenze dei risultati cardiovascolari. Considerando i risultati dello studio nel contesto dei lavori precedenti, è possibile che le donne in post-menopausa siano in grado di eguagliare il miglioramento nella fitness cardiorespiratoria nelle donne in pre-menopausa fino dal 10% al 16%, ma che ulteriori miglioramenti potrebbero essere limitati dalla menopausa. Studi di allenamento di durata maggiore e con diverse intensità di esercizio, come quello condotto da Howden e colleghi (32), sarà richiesto per determinare la presenza di una serie di adattamenti cardiorespiratori che sono spiegati dalla menopausa. Nonostante un minore aumento della capacità aerobica massima e del volume di sangue nelle donne in post-menopausa dopo l’allenamento, non c’è stata evidenza di differenze tra la gittata cardiaca, la frequenza cardiaca, i volumi del ventricolo sinistro tra le donne in pre e post-menopausa, sia a riposo o durante i test fisiologici. Gli autori sostengono che il maggiore volume di sangue osservato nelle donne in pre-menopausa dopo l’esercizio potrebbe essere stato contenuto nelle arterie e nelle vene invece, possibilmente sostenuto da una maggiore capacità vaso dilatatoria nelle donne in pre-menopausa, rispetto alle donne in post-menopausa (33). Questo maggiore volume di sangue nelle donne in pre-menopausa, potrebbe aver migliorato la loro termoregolazione durante l’esercizio, attraverso un aumento del fluido corporeo per la sudorazione e la dissipazione del calore (34). Oltre la durata dell’allenamento in questo studio, questi cambiamenti possono essere precursori degli adattamenti cardiaci di volumi di battito maggiori e minori battiti cardiaci tradizionalmente osservati con esercizi fisici prolungati (32). Sebbene gli autori non abbiano misurato le risposte della temperatura corporea o del sudore, i risultati suggeriscono che gli adattamenti (centrali) dell’output a 12 settimane di allenamento sono simili nelle donne in pre e post-menopausa e negli adattamenti periferici, come l’alterata distribuzione del volume sanguigno, la funzione arteriosa o la capillarizzazione del muscolo scheletrico, può aver limitato il miglioramento della fitness cardiorespiratoria nelle donne in post-menopausa. Questa osservazione è in diretto accordo con gli studi precedenti che dimostrano che le donne anziane sono maggiormente dipendenti dall’ampliata differenza di ossigeno arterioso-venoso (indicativa di un meccanismo periferico) per migliorare l’idoneità cardiorespiratoria dopo 12 settimana di allenamento fisico, rispetto alle donne più giovani (31). Collettivamente i dati attuali indicano che la menopausa non limita l’adattamento della gittata cardiaca a breve termine all’allenamento intervallato ad alta intensità, nonostante la diversa funzione muscolare del VS regionale. Inoltre, studi futuri dovrebbero esaminare il ruolo della menopausa negli adattamenti periferici all’allenamento.
La menopausa altera la funzione muscolare del VS
A sostegno dell’ipotesi degli autori, che la menopausa influisca sulla funzione del muscolo del VS, gli stessi hanno rilevato differenze nella rotazione del VS alla base tra le donne in pre e post-menopausa durante test fisiologici. Non ci sono state prove di differenze nei meccanismi apicali tra i due gruppi di studio, nonostante un maggiore cambiamento apicale che si verifica tipicamente in risposta sia all’invecchiamento (6,35), che a situazioni cardiovascolari (36,37), supportando un effetto dominante della menopausa sulla funzione muscolare del VS, come precedentemente suggerito in vitro (14,15). Dopo l’allenamento, le donne in pre-menopausa avevano una maggiore meccanica di base durante i test fisiologici in confronto con le donne in post-menopausa, che concorda con i risultati precedenti, in accordo con precedenti studi nei quali le donne giovani adulte in pre-menopausa sono più dipendenti da meccanismi compensatori caridaci per ottenere il riempimento e generare il volume del battito, rispetto agli uomini (37) e alle donne anziane (31). Attingendo a studi meccanicistici condotti utilizzando animali e approcci in vitro, gli effetti regionali della menopausa sulla meccanica basale sono stati prima ipotizzati e ora trovano conferma in questo studio sugli esseri umani. È probabile che le correnti di calcio più elevate dovute agli estrogeni, che sono stati precedentemente osservati nei caridomiciti in vitro alla base, ma non all’apice (14,15), hanno sostenuto la contrazione in vivo e nei modelli di rilassamento nelle donne in postmenopausa in questo studio. Inoltre, l’aumento dell’attività del nervo simpatico cardiaco correlato alla menopausa (10) che interagisce con una maggiore densità di terminazioni nervose simpatiche all’epicardio basale, rispetto all’endocardio apicale (11,12) potrebbe aver contribuito alle differenze regionali osservate. L’interazione tra la gestione del calcio e l’attività simpatica sui cardiomiociti può spiegare perché siano state rilevate differenze nella meccanica basale durante i test fisiologici, ma non a riposo. I risultati suggeriscono inoltre che eventuali differenze a riposo potrebbero essere inferiori alle differenze durante i test fisiologici. Sebbene non sia collegata all’alterazione della gittata cardiaca nel presente studio, l’alterazione della funzione miocardica regionale può essere collegata a post-depolarizzazioni precoci originate alla base del VS, come precedentemente postulato (38), che possono indicare un effetto correlato alla menopausa sulla ripolarizzazione e sulla suscettibilità cardiaca alle aritmie (39). Presi insieme, i risultati iniziano a costruire un collegamento tra gli effetti degli estrogeni e l’attività simpatica osservati in studi su animali o in vitro e la funzione in vivo. Studi futuri potrebbero esaminare la fibrosi miocardica regionale o modelli di attivazione elettrica per discernere ulteriormente le vere implicazioni della menopausa.
Regolazione della gittata cardiaca durante l’esercizio nelle donne di mezza età
In linea con i maggiori carichi di lavoro assoluti dopo l’allenamento fisico, l’aumento della gittata cardiaca dalla condizione di riposo al 60% del picco in posizione supina è stato maggiore sia nelle donne in pre, che in post-menopausa, senza evidenza di differenze tra i gruppi. Questa risposta probabilmente non è limitata agli sforzi ad esercizio submassimale e può essere estrapolata ad una maggiore gittata cardiaca alle massime intensità di esercizio dopo l’allenamento. Una maggiore gittata cardiaca si ottiene tipicamente attraverso una maggiore gittata sistolica (31), ma è interessante notare che in questo studio è stata spiegata da frequenze cardiache più elevate. La frequenza cardiaca massima, tuttavia, non è aumentata dopo l’allenamento in questo studio ed è improbabile che aumenti con l’allenamento sulla base della letteratura esistente (31). È quindi necessario un ulteriore lavoro per chiarire la gittata cardiaca e la risposta della gittata sistolica dal 60% al 100% dell’esercizio aerobico massimo nelle donne di mezza età, il che può inoltre fornire nuove informazioni sulla regolazione della gittata cardiaca in questa coorte sotto rappresentata (40).
Regolazione della gittata cardiaca durante stress ortostatico nelle donne di mezza età
In linea con il lavoro precedente (37,41), la gittata cardiaca e la gittata sistolica sono diminuite durante la LBNP sia nelle donne in pre, che in post-menopausa, senza evidenza di differenze tra i gruppi. Sebbene la risposta della gittata sistolica alla LBNP non differisse prima e dopo l’allenamento fisico, un miglioramento del riempimento era evidente a -30 mm/Hg dopo l’allenamento, come evidenziato da maggiori volumi telediastolici e sistolici finali in entrambi i gruppi. A parte la meccanica di base, non c’erano prove di altri cambiamenti nella meccanica del VS in risposta a LBNP. Al contrario studi precedenti hanno mostrato un aumento della velocità massima di rotazione con LBNP negli uomini e nelle donne e una diminuzione negli atleti maschi con più di 5 anni di allenamento (37,42). A conoscenza degli autori, questo è il primo studio che esamina la meccanica del VS nelle donne di mezza età in risposta a LBNP. Pertanto la discrepanza tra i risultati di questo studio e gli studi precedenti potrebbe indicare che le donne di mezza età hanno una meccanica del VS differente in risposta alla LBNP, rispetto alle donne più giovani, alle atlete e agli uomini. Inoltre lo stretto accoppiamento tra la funzione meccanica del VS e il riempimento è stato recentemente messo in discussione e potrebbe essere che altri fattori come la funzione atriale alterata o cambiamenti geometrici complessi possano influenzare il precarico (43).
In questo studio, non è stato osservato un aumento maggiore della frequenza cardiaca in pre-menopausa, rispetto alle donne in post-menopausa in risposta allo stress ortostatico, che è stato descritto in precedenza (41,44). Una differenza fondamentale tra questo studio e gli studi precedenti è una differenza di età media inferiore di 6 anni tra le donne in pre e post-menopausa, rispetto a ≥26 anni negli studi precedenti (41,44). Poiché è stato anche dimostrato che l’età riduce la reattività della frequenza cardiaca allo stress ortostatico (45), i risultati precedenti potrebbero essere dovuti all’età maggiore rispetto alla menopausa, un’ipotesi che merita indagini future.
Limitazioni
Una limitazione correlata all’ecocardiografia di questo studio è che l’ecografista non è stato “accecato” dalla menopausa e dallo stato di allenamento dei partecipanti durante l’analisi delle loro immagini. Tuttavia i parametri chiave della funzione muscolare del VS regionale sono stati derivati da un algoritmo di tracciamento delle macchie incorporato nel software GE ed erano, quindi, ampiamente indipendenti dall’operatore. Di conseguenza, è improbabile che l’accecamento avrebbe alterato i risultati attuali.
Sebbene questo studio avesse una differenza di età tra le donne in pre e post-menopausa rispetto ad alcuni lavori precedenti (41,44), non è stato possibile eliminarla completamente. Ciò riflette la difficoltà intrinseca di districare gli effetti di una menopausa naturale, da quelli dell’invecchiamento cronologico nella vita femminile (2). Per migliorare ulteriormente la fiducia nelle conclusioni dello studio relativamente alla menopausa, i ricercatori hanno incluso l’età come covariata nelle analisi statistiche (9). Un’altra possibile limitazione è la mancanza di misurazione degli ormoni sessuali in questo studio. Tuttavia, gli autori hanno utilizzato i criteri del ciclo mestruale per reclutare i gruppi di pre e post-menopausa, che è il criterio più importante per la stadiazione dell’invecchiamento riproduttivo nelle donne, come raccomandato dal seminario sulle fasi dell’invecchiamento riproduttivo+10 (PAGLIA +10), a causa delle limitazioni note nella standardizzazione, costo e invasività dei saggi di biomarcatori (1). Quindi, gli autori sono fiduciosi che le donne nei due gruppi di studio siano state adeguatamente classificate come pre e post-menopausali.
Non è stata controllata la fase del ciclo mestruale nelle donne in pre-menopausa per i test fisiologici in questo studio, poiché il lavoro precedente non ha trovato prove conclusive che il ciclo mestruale influenzi la capacità aerobica massima, la gittata cardiaca durante l’ortostasi (46) o gli spostamenti del volume plasmatico durante esercizio (per le revisioni vedi [47,48]). Inoltre il mancato controllo della fase del ciclo mestruale ha consentito un abbinamento più preciso del volume totale di allenamento dell’esercizio (cioè 12 settimane di allenamento fisico) tra le donne in pre e post-menopausa. Sebbene sia possibile che il ciclo mestruale abbia leggermente aumentato la variabilità delle risposte nelle donne in pre-menopausa, è probabile che gli effetti del ciclo mestruale siano inferiori agli effetti provocati dall’allenamento e dai test fisiologici utilizzati in questo studio.
Implicazioni e direzioni future
La principale implicazione pratica di questo studio è il minore aumento della capacità aerobica massima osservato nelle donne di mezza età in post-menopausa dopo 12 settimane di allenamento aerobico ad alta intensità, rispetto alle donne di mezza età in pre-menopausa. Poiché la capacità aerobica massima è un importante biomarcatore prognostico per le malattie cardiovascolari (20,21), i risultati indicano che la menopausa riduce la capacità di una donna di mezza età di modificare il suo rischio di malattie cardiovascolari con un intervento di esercizio. Basandosi su questo lavoro, gli autori raccomandano vivamente uno studio di replica per verificare gli effetti dell’allenamento aerobico ad alta intensità sugli adattamenti cardiorespiratori nelle donne di mezza età in pre e post-menopausa. Una migliore comprensione degli adattamenti all’allenamento fisico nelle donne di mezza età migliorerebbe le raccomandazioni pubbliche per gli interventi sullo stile di vita per migliorare la fitness cardiorespiratoria, il che ha implicazioni per migliorare la salute a livello globale nella popolazione che invecchia.
Al di là dell’influenza dei tradizionali fattori di rischio come la pressione sanguigna e il colesterolo sulla funzione cardiovascolare (49), i risultati dello studio iniziano a delineare i primi cambiamenti cardiaci che si verificano con la menopausa. La menopausa stessa è stata identificata come un fattore di rischio per le malattie cardiovascolari, attraverso il “Framingham Study”, ma la fisiopatologia sottostante non è chiara (49). Il lavoro futuro che esamina la sensibilità baroriflessa (4), le pressioni ventricolari e le proprietà miocardiche (32,50) nelle donne in pre e post-menopausa fornirà probabilmente ulteriori informazioni sugli effetti della menopausa sul cuore. In particolare le alterazioni della conduzione elettrica regionale e le conseguenze sulle aritmie sono giustificate, data l’alterata funzione muscolare del VS regionale osservata in vivo in questo studio.
Conclusioni
In conclusione, le donne in post-menopausa hanno mostrato un aumento minore della capacità aerobica massima dopo 12 settimane di allenamento aerobico ad alta intensità, rispetto alle donne in pre-menopausa. La gittata cardiaca e i volumi del VS durante LBNP e ciclismo supino non erano differenti tra le donne in pre e post-menopausa, ma erano sostenuti da differenze nella funzione muscolare del ventricolo sinistro. I risultati forniscono nuove informazioni sugli effetti della menopausa sulla capacità aerobica, sull’adattabilità cardiaca e sulla funzione muscolare del ventricolo sinistro.
Tratto da: Nio A.Q.X, Rogers S., Mynors-Wallis R., Meah V., Black J.M., Stembridge M., Stohr E., The Menopause Alters Aerobic Adaptations to High-Intensity Interval Training. Medicine & Science in Sports & Exercise: October 2020 – Volume 52 – Issue 10 – p 2096-2106 doi: 10.1249/MSS.0000000000002372
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