efecto de la intensidad del ejercicio sobre la cinética del consumo

EFECTO DE LA INTENSIDAD DEL EJERCICIO SOBRE LA CINÉTICA DEL
CONSUMO DE OXÍGENO EN LOS MÚSCULOS NO EJERCITADOS DURANTE
EL EJERCICIO
REVISTA
Clinical Physiology and Functional Imaging, 2012, volumen 32, pp 172-178.
AUTOR
Takeshi Nagasawa del Departamento de Ciencias de la Salud, Instituto de
Tecnología de Hiroshima, Hiroshima-Japón.
INTRODUCCIÓN
Los músculos no ejercitados están involucrados por la importancia del papel del
ejercicio en la regulación del flujo sanguíneo, el lactato y el metabolismo de la
glucosa. El flujo sanguíneo en los músculos no ejercitados se controla durante el
ejercicio para garantizar un suministro suficiente de oxígeno a los músculos
activos (Johnson & Rowell, 1975; Taylor et al, 1992), y los músculos no ejercitados
también captan el lactato oxidado circulante producido por los músculos
ejercitados (Poortmans et al, 1978; Richter et al, 1988; Lindinger et al, 1990).
La Espectroscopía de Infrarrojo Cercano (NIRS) es un método no invasivo
empleado para la evaluación del nivel de oxigenación del músculo esquelético
durante el ejercicio (McCully y Hamaoka, 2000; Bhambhani, 2004; Ferrari
et al., 2004), logrando evidenciar los cambios del consumo de oxigeno en el
músculo (V_O2mus), mediante la medición de la disminución en la tasa de los
niveles de oxigenación muscular durante la oclusión temporal del flujo sanguíneo
arterial (Hamaoka et al, 1996; Sako et al, 2001; Van Beekvelt et al, 2001b).
El instrumento NIRS tiene una pequeña sonda que puede determinar los cambios
en un área pequeña, lo que hace que sea eficaz para el estudio de los cambios en
el consumo de oxígeno por parte de los músculos no ejercitados (Murakami et al,
2000; Nagasawa, 2008a,b) . Un estudio que utiliza NIRS mostró que V_O2mus en
los músculos flexores del antebrazo (V_O2mf) aumentaron después de 20 minutos
de ejercicio en bicicleta (Murakami et al., 2000) y que el ejercicio de mayor
intensidad produjo un mayor aumento de V_O2mf después del ejercicio
(Nagasawa 2008a). Esto sugiere que la intensidad del ejercicio tiene un efecto
sobre V_O2mf durante el ejercicio, pero el efecto de la intensidad del ejercicio en
la cinética V_O2mf durante el ejercicio no se ha examinado a fondo. La
temperatura central del cuerpo aumenta 10-15 minutos después del inicio del
ejercicio a intensidad baja a moderada (Saltin y Hermansen, 1966; Smolander et
al, 1991), y el aumento en la temperatura central del cuerpo puede inducir un
aumento en temperatura muscular no ejercitada. El aumento en
temperatura muscular se sabe que aumenta la absorción de oxígeno por los
músculos (Brooks et al., 1971). Se ha evidenciado hiperactividad simpática
a nivel muscular después de 20 minutos de ejercicio en bicicleta a una intensidad
de 40 % V_O2max (Saito et al., 1997), y el aumento de la V_O2mf después del
ejercicio se ha relacionado con el aumento del nivel de adrenalina sérico
(Murakami et al., 2000). La elevación de la adrenalina sérica está asociada con
hiperactividad simpática que induce glucogenólisis a nivel muscular y eleva la
glucosa sérica, lo que conlleva a un aumento en el metabolismo de la glucosa y
V_O2mus. Estos resultados sugieren que el aumento del V_O2mf inicia 10
minutos después del comienzo del ejercicio de baja a moderada intensidad.
OBJETIVO
El propósito de este estudio fue investigar el efecto de la intensidad del ejercicio
sobre la cinética de V_O2mf durante el ejercicio, también examinar la hipótesis de
que el metabolismo del músculo no entrenado aumenta 10 min después del
comienzo de un ejercicio a una intensidad baja y moderada.
MÉTODOS
Los cambios del V_O2mf a nivel de los músculos no ejercitados, se midieron
utilizando NIRS durante y después del ejercicio en bicicleta a una intensidad
moderada de 30 min y a baja intensidad durante 60 min.
Sujetos:
Siete varones sanos participaron en el estudio (edad: 25.9 ± 4.3 años, altura:
174.9 ± 3.4 cm, masa corporal: 69.7 ± 8.0 kg, con una media ± DE). Ninguno de
los sujetos era altamente entrenado.
Procedimiento experimental:
El protocolo de estudio se resume en la figura 1. Los sujetos realizaron ejercicio en
bicicleta durante 60 minutos a 30% del consumo de oxígeno máximo (V_O2max)
(Fig. 1a) y 30 min a 50% V_O2max (Fig. 1b) utilizando un cicloergómetro (75XL II;
Combi Co., Tokio, Japón) en días separados. Cada prueba se llevó a cabo a
intervalos de 2 días o más. Los dos ejercicios fueron asignados al azar. Los
sujetos fueron instruidos para evitar el ejercicio intenso y la ingesta de alcohol
días antes de la medición y no consumir alimentos o beber agua al menos de 3
horas antes del estudio. La temperatura ambiente de 23-25° C y una humedad
relativa de 50-60% se mantuvieron en el laboratorio. Los sujetos descansaron
durante 30 minutos o más después su llegada al laboratorio. Antes, durante y
después del ejercicio, el antebrazo derecho de los sujetos fue cuidadosamente
puesto en un reposabrazos a fin de evitar la contracción muscular y se ajustó a
una posición al nivel del corazón. Se midió el V_O2 pulmonar (V_O2pul) al final de
los 10 minutos del descanso, y luego, los valores de V_O2mus se medió tres
veces a intervalos de 2 min, y la media fue considerada como los V_O2mus
reposo. Posteriormente, los sujetos realizaron ejercicio a cada intensidad después
de 3 minutos de calentamiento en el período de 0 W. La frecuencia de pedaleo se
mantuvo a 60 rpm sobre la base de un metrónomo eléctrico. Los V_O2mus en los
músculos flexores del antebrazo (V_O2mf) se midió utilizando NIRS, durante
el ejercicio y el período de reposo de 20 min inmediatamente después de la
finalización del ejercicio, midiéndose a los 1, 3, 5, 10, 15 y 20 min después del
ejercicio.
Los sujetos fueron entrenados para sujetar el manejar sólo con la mano izquierda
antes del estudio. Fue confirmado por electromiografía preliminar que no había
casi ninguna actividad muscular en los músculos flexores del antebrazo derecho
durante el ejercicio. NIRS sondas se unen a la superficie de los músculos flexores
del antebrazo derecho, específicamente a los flexores superficiales (5-10 cm del
codo). La sonda se colocó cuidadosamente en el sitio de medición, y el vendaje
elástico se une suavemente sobre la sonda. El flujo sanguíneo arterial estaba
obstruido por el rápido aumento de la presión de manguitos de torniquete en la
parte superior del brazo a más de 280 mmHg. Se midieron los valores V_O2pul
tanto en reposo como durante y después del ejercicio con un analizador
automático de gas espirado (AE-300S; Mintao Medical Science Co., Ltd., Osaka,
Japón), con el método de respiración a respiración.
V_O2max:
V_O2max se determinó mediante una prueba de esfuerzo máxima con rampa, en
el que la carga se incrementó en 20 W min-1 después de un período de
calentamiento de 1 min a 0 W. La frecuencia de pedaleo fue de 60 rpm. El criterio
para la determinación del V_O2max fue una meseta en V_O2 con el aumento de
la carga de trabajo y la frecuencia cardiaca > 90 % de la FC máxima predicha para
la edad (220 - edad). Las intensidades de ejercicio ( W ) correspondientes a 30 %
y 50 % del V_O2max que fueron estimados utilizando una línea de regresión lineal
entre la intensidad del ejercicio (W) y V_O2 durante el ejercicio en rampa.
Espectroscopía de infrarrojo cercano:
V_O2mf después del ejercicio se midió utilizando la monitorización de oxígeno
con la espectroscopia de infrarrojo cercano (NIRO200; Hamamatsu Photonics
K.K., Shizuoka, Japón). Este dispositivo consta de una unidad de control
informático y una sonda de luz del infrarrojo cercano y un detector óptico. Los
diodos de láser con tres longitudes de onda (775, 810 y 850 nm) fueron
instalados en la unidad de la luz, y un diodo de foto fue utilizado en el
detector. Usando la ley de Beer- Lambert (MBL) modificada, los cambios
en la absorbancia a cada longitud de onda se convirtieron en los cambios
musculares
la hemoglobina/mioglobina
oxigenada
(oxi-Hb/Mb)
y la
hemoglobina/mioglobina desoxigenada (desoxi-Hb/Mb). El cambio en la
hemoglobina/mioglobina total (total-Hb/Mb) se calculó como la suma de los
cambios en la oxi-Hb/Mb y desoxi -Hb / Mb. El sistema NIRS utilizada en este
estudio no spermitió la medición de la longitud del camino óptico. Además, el
tejido adiposo subcutáneo afecta en gran medida la señal NIRS (McCully y
Hamaoka, 2000. Van Beekvelt et al, 2001a), y en este estudio no se midió el
grosor del tejido adiposo. Por lo tanto, las mediciones se convirtieron a los
cambios relativos del valor inicial. La distancia entre la fuente de luz y el detector
era 3.0 cm, y el sitio de destino era el tejido muscular en 1-2 cm
profundidad desde la superficie de la piel (Chance et al., 1992).
El consumo de oxígeno del músculo:
V_O2mf se estimó a partir de la tasa de disminución de la oxi-Hb/Mb
durante la oclusión arterial temporal (Hamaoka et al, 1996; Sakoet al, 2001; Van
Beekvelt et al, 2001). La tasa de disminución a nivel muscular de la oxi -Hb/Mb
durante la oclusión arterial se considera refleja el consumo de oxígeno del
músculo en el supuesto de que la Total- Hb/Mb se mantiene constante (De Blasi et
al, 1997; Van Beekvelt et al., 2001). Los valores de V_O2mf se expresaron como
cambios relativos con respecto al valor inicial. V_O2mf se calculó como la relación
de la tasa de disminución de la oxi-Hb/Mb durante y después del ejercicio para la
tasa de disminución de la oxi-Hb/Mb en reposo. La tasa de disminución de la oxiHb/Mb se estimada a partir de la pendiente de la recta de regresión por mínimos
cuadrados para valores de oxi-Hb/Mb durante 5 s (10 puntos de datos) cuando la
total-Hb/Mb se mantuvo constante durante la oclusión arterial (fig. 2).
Estudios anteriores han demostrado que la total-Hb Mb se mantiene casi
constante después de la aparición de la oclusión arterial (Hampson y Piantadosi,
1988; Sako y col, 2001). Los tiempos de oclusión del flujo de sangre arterial fueron
30 s en reposo y durante el ejercicio, y 20 s después del ejercicio.
Estadística
Los datos se presentan como medias y desviaciones estándar. Las diferencias
entre las medias se pusieron a prueba utilizando una vía de medidas repetidas
análisis de varianza (ANOVA); cuando se encontró una diferencia significativa,
comparación múltiple se llevó a cabo utilizando la prueba de Fisher´s PLSD.
El nivel de significación se fijó en 0.05.
RESULTADOS
Respuestas V_O2mf:
La Figura 3 muestra los cambios típicos de los niveles de oxi-Hb/Mb y total-Hb/Mb
en el músculo no ejercitado durante el ejercicio y la recuperación. El nivel de oxiHb/Mb muscular estaba casi recuperado antes de la oclusión arterial.
La figura 4 muestra los cambios típicos en la oxi-Hb/Mb y total-Hb/Mb en los
músculos no ejercitados de forma inmediata después de la finalización del
ejercicio hasta el final de un período de recuperación 3 - min después del ejercicio.
Inmediatamente después de la oclusión arterial se llevó a cabo, el nivel de oxiHb/Mb disminuyó linealmente. El nivel total-Hb/Mb se redujo después del
inicio de la oclusión arterial y a partir de entonces se mantuvo relativamente
constante hasta el final de oclusión arterial (fig. 4). V_O2mf a una intensidad del
30% V_O2max aumentó significativamente aumentado a 1.2 ± 0.1 - veces más
alta que el V_O2mus 20 minutos después del inicio del ejercicio en bicicleta (P
<0.05) (Fig. 5a). Posteriormente, V_O2mf se mantuvo constante dentro de 1.2
a 1.3 veces el nivel inicial, aunque con una pequeño aumento continuo hasta 60
minutos durante el ejercicio. V_O2mf luego se mantuvo significativamente mayor
que V_O2mf reposo hasta 3 minutos después de la finalización del ejercicio (p
<0.01). V_O2mf en 5-20 minutos después de la finalización de ejercicio no difirió
significativamente al V_O2mf de descanso. V_O2mf a una intensidad del 50% del
V_O2max aumentó significativamente a 1.2 ± 0.1 - veces más alta que V_O2mf en
reposo en 15 min después del comienzo del ejercicio (p < 0.05) (Fig. 5b).
Posteriormente, V_O2mf aumentó con el tiempo de 1.3 ± 0.1 veces en 20 min
y para 1.5 ± 0.2 veces en 30 min. V_O2mf después del ejercicio se mantuvo
significativamente mayor que V_O2mf en reposo hasta 3 minutos después de la
finalización del ejercicio (p < 0.01). V_O2mf en 5-20 minutos después de la
finalización de ejercicio no difirió significativamente al V_O2mf de reposo. No
hubo diferencia significativa en V_O2mf de 5 a 10 min después del comienzo del
ejercicio en las dos intensidades. En contraste, de 15 a 30 min después del
comienzo del ejercicio, V_O2mf a una intensidad del 50% V_O2max fue
significativamente mayor que a una intensidad del 30 % V_O2max (P < 0.05, la fig.
5b). Hubo diferencias significativas en V_O2mf después del ejercicio en las dos
intensidades.
Respuestas V_O2pul:
V_O2pul fue significativamente mayor que V_O2pul en reposo al inicio del
ejercicio y 20 minutos después de la finalización del ejercicio a cada intensidad (P
<0.01) (fig. 6). A intensidades de 30% V_O2max y 50% V_O2max , V_O2pul se
mantuvo constante a partir de 5 y 10 minutos, respectivamente, después del
comienzo del ejercicio.
DISCUSIÓN
Los resultados del estudio mostraron que primero V_O2mf en ejercicio en baja
intensidad (30 % V_O2max) y moderada (50 % V_O2max) aumentó
significativamente 20 y 15 minutos después del comienzo del ejercicio,
respectivamente. En segundo lugar, V_O2mf a baja intensidad permanecido
constante durante 20 minutos o más después del comienzo del ejercicio, mientras
que V_O2mf a una intensidad moderada continúa aumentó con el tiempo de
ejercicio de más de 15 min después del inicio del ejercicio. Este es el primer
estudio para mostrar que el aumento de V_O2mf tiene un retardo de tiempo desde
el inicio del ejercicio y que la cinética de V_O2mf durante ejercicio difiere con la
intensidad del ejercicio. Se encontró que el V_O2mf durante el ejercicio a baja y
moderada intensidades aumentaron 1.2 a 1.3 veces y 1.2 a 1.5 veces,
respectivamente, con relación a la V_O2mf reposo. Estos resultados son
consistentes con un estudio similar de cambios en V_O2mf inmediatamente
después de hacer ejercicio en bicicleta, lo que demuestra que V_O2mf a baja y
moderada intensidad de ejercicio aumentaron 1.3 (Nagasawa 2008) y 1.6
(Murakami et al., 2000) a 2.0 veces (Nagasawa, 2008), respectivamente, en
comparación con el V_O2mf reposo. También mostró que V_O2mf a los 20 min
después del comienzo del ejercicio fue 1.2 - y 1.4 - veces más alta que la V_O2mf
en reposo a baja y moderada intensidades, respectivamente. Los resultados a los
20 min después del comienzo del ejercicio fueron similares a los encontrados en
anteriores estudios utilizando NIRS (Murakami et al, 2000; Nagasawa, 2008).
Las investigaciones de V_O2mus en el músculo no ejercitado en el brazo y la
pierna en los extensores de rodilla durante el ejercicio utilizando un método
invasivo mostró que los valores V_O2mus en la fueron aproximadamente 1.5
(Ahlborg et al., 1978) y 2.2 veces (Richter et al., 1988) más alto que los V_O2mus
reposo en el músculo no ejercitado, respectivamente. Es difícil comparar estos
resultados con los resultados ya de los diferentes modelos y métodos de medición
de V_O2mus en el músculo no ejercitado durante el ejercicio, sin embargo, el
aumento de la V_O2mf durante el ejercicio en este estudio (1.2 a 1.5 veces el
V_O2mus reposo) era similar al aumento en V_O2mus en el músculo no ejercitado
durante el ejercicio en los estudios anteriores. Estudios anteriores han mostrado
un mayor incremento de inmediato V_O2mf después del ejercicio con una mayor
intensidad de ejercicio (Nagasawa, 2008). En el estudio actual, el aumento de
V_O2mf durante ejercicio a una intensidad moderada fue significativamente mayor
que a baja intensidad. También se encontró que V_O2mf en un ejercicio de
intensidad moderada mostró un mayor aumento en comparación con V_O2mf a un
ejercicio de tiempo continuo de baja intensidad. Estos resultados sugieren que la
intensidad del ejercicio tiene un efecto sobre la cinética de V_O2mf durante el
ejercicio. V_O2mf aumentó 15-20 minutos después del comienzo del ejercicio,
mientras que la absorción de oxígeno de todo el cuerpo aumentó inmediatamente
después del comienzo del ejercicio. Estudios anteriores han demostrado que
la temperatura central del cuerpo aumenta durante el ejercicio en 10-15 minutos
después del comienzo de ejercicio (Saltin y Hermansen, 1966; Smolander et al,
1991), y el aumento de la temperatura corporal basal puede inducir un aumento en
la temperatura de la musculatura no ejercitada. El aumento de la temperatura
muscular es conocido para mejorar la absorción de oxígeno de los músculos
(Brooks et al., 1971). Hiperactividad simpática en los músculos del antebrazo (fosa
cubital) se ha encontrado 20 min después del comienzo del ciclo de ejercicio a una
intensidad del 40 % V_O2max (Saito et al., 1997). La hiperactividad simpática
induce la glucogenólisis en los músculos y aumenta la glucosa en la sangre,
dando lugar a aumentos en el metabolismo de la glucosa y el consumo de
oxígeno. Por lo tanto, un retraso en el aumento de la hiperactividad simpática y la
temperatura musculares puede ser el mecanismo subyacente en el retraso de
tiempo en el aumento en V_O2mf desde el principio del ejercicio. V_O2mf durante
el ejercicio a una intensidad más alta mostró una mayor aumento, es decir, los
cambios en V_O2mf durante el ejercicio diferían en diferentes intensidades de
ejercicio. Este resultado puede ser debido a los efectos de la adrenalina sérica
durante el ejercicio. La adrenalina aumenta el consumo de energía en el cuerpo, y
en el V_O2mus antebrazo en reposo se incrementa después de la inyección de
adrenalina (Simonsen et al., 1992, 1999). Además, el aumento en la sangre de
adrenalina depende de la intensidad del ejercicio y la hora (Galbo et al., 1975), y
un estudio anterior mostró que el aumento de la epinefrina sérica se asoció con un
mayor V_O2mf tras un ciclo de ejercicio (Murakami et al., 2000). Por lo tanto, en
este artículo se propone que los cambios en la adrenalina sérica durante el
ejercicio dependen de la intensidad del ejercicio y que, por consiguiente el cambio
en V_O2mf con el tiempo de ejercicio también depende de la intensidad del
ejercicio. También se investigó la recuperación de V_O2mf después del ejercicio.
V_O2mf volvió al nivel de reposo en 3 minutos después de la realización de
ejercicios en ambas intensidades baja y moderada. Estudios anteriores han
demostrado que V_O2mf regresó al nivel de descanso 3 min después del ejercicio
de 20 minutos a baja y moderada intensidad (Nagasawa, 2008), y a los 5 min
después de 20 min de ejercicio a una intensidad moderada (Murakami et al.,
2000). El tiempo de ejercicio en este estudio fue mayor que en estudio de años
anteriores, pero el tiempo de recuperación de V_O2mf después del ejercicio fue
similar. Por lo tanto, estos resultados sugieren que un tiempo de ejercicio mayor
de 20 min a intensidades baja y moderada no tiene ningún efecto en el tiempo de
recuperación de V_O2mf después del ejercicio. En este estudio, se mantuvo
constante
V_O2pul
durante el periodo en el que
moderada intensidad del ejercicio.
V_O2mf
aumentó
tanto
en
baja
y
CONCLUSIONES
 Este es el primer estudio para mostrar que el aumento de V_O2mf tiene un
retardo de tiempo desde el inicio del ejercicio y que la cinética de V_O2mf
durante ejercicio difiere con la intensidad del ejercicio. Se encontró que el
V_O2mf durante el ejercicio a baja y moderada intensidades aumentaron
1.2 a 1.3 veces y 1.2 a 1.5 veces, respectivamente, con relación a la
V_O2mf reposo.
 Estudios anteriores han mostrado un mayor incremento de inmediato
V_O2mf después del ejercicio con una mayor intensidad de ejercicio. En el
estudio actual, el aumento de V_O2mf durante ejercicio a una intensidad
moderada fue significativamente mayor que a baja intensidad. También se
encontró que V_O2mf en un ejercicio de intensidad moderada mostró un
mayor aumento en comparación con V_O2mf a un ejercicio de tiempo
continuo de baja intensidad. Estos resultados sugieren que la intensidad del
ejercicio tiene un efecto sobre la cinética de V_O2mf durante el ejercicio.
 Estudios anteriores han demostrado que la temperatura central del cuerpo
aumenta durante el ejercicio en 10-15 minutos después del comienzo de
ejercicio y el aumento de la temperatura corporal basal puede inducir un
aumento en la temperatura de la musculatura no ejercitada. El aumento de
la temperatura muscular es conocido para mejorar la absorción de oxígeno
de los músculos.
 La hiperactividad simpática en los músculos del antebrazo (fosa cubital) se
ha encontrado 20 min después del comienzo del ciclo de ejercicio a una
intensidad del 40 % V_O2max. La hiperactividad simpática induce la
glucogenólisis en los músculos y aumenta la glucosa en la sangre, dando
lugar a aumentos en el metabolismo de la glucosa y el consumo de
oxígeno. Por lo tanto, un retraso en el aumento de la hiperactividad
simpática y la temperatura musculares puede ser el mecanismo subyacente
en el retraso de tiempo en el aumento en V_O2mf desde el principio del
ejercicio.
 V_O2mf durante el ejercicio a una intensidad más alta mostró un mayor
aumento, es decir, los cambios en V_O2mf durante el ejercicio diferían en
diferentes intensidades de ejercicio. Este resultado puede ser debido a los
efectos de la adrenalina sérica durante el ejercicio. El aumento de
adrenalina en sangre depende de la intensidad del ejercicio y el tiempo del
mismo; por lo tanto, los cambios en la adrenalina sérica durante el ejercicio
dependen de la intensidad del ejercicio y que, por consiguiente el cambio
en V_O2mf con el tiempo de ejercicio también depende de la intensidad del
ejercicio.
 Dentro de las limitaciones observadas en este estudio son que los valores
de V_O2mf fueron expresados en valores relativos con respecto al valor de
reposo, el sistema NIRS utilizado en este estudio no permite la medición de
la longitud del camino óptico y tampoco mide la grasa a nivel del tejido
subcutáneo, lo que en ultimas puede causas una interferencia con respecto
al valor obtenido durante las mediciones. Adicionalmente, el número de
pacientes estudiados no representa el total de la población, lo que hace
necesario aumentar el número de muestra para lograr obtener datos que
puedan ser generalizados en una población.
Elaborado por:
YURITZAN ALEJANDRA DEVIA LEÓN
RESIDENTE III AÑO
MEDICINA DE LA ACTIVIDAD FÍSICA Y EL DEPORTE
FUCS – HUISJ – HSJ