Ventilación Energia

UNIDAD V: Fisiología Respiratoria
Capítulo 45: VENTILACION Y METABOLISMO
ENERGETICO
Nelio Bazán
En el umbral aeróbico o umbral ventilatorio 1 (VT1) el aporte de oxígeno es mayor que
la necesidad del tejido muscular, por lo que los valores metabólicos se mantienen
estables. En el umbral ventilatorio 2 (VT2) o umbral anaeróbico la intensidad del
ejercicio es elevada y los músculos carecen de la suficiente provisión de oxigeno, por lo
que el ácido pirúvico formado se reduce a ácido láctico, al mismo tiempo que se pierde
el estado de equilibrio generándose un aumento desproporcionado de la ventilación. Se
incrementa también el consumo de oxígeno y la producción de dióxido de carbono. El
objetivo del entrenamiento será aumentar el umbral anaeróbico llevándolo lo más cerca
posible de VO2max, de tal manera que el atleta no sólo tolere sino que equilibre altos
valores de acidez. Esto permitirá mantener altas intensidades de trabajo por mayor
tiempo. En este capitulo se estudiará el concepto de consumo de oxígeno máximo y el
de umbral anaeróbico discutiendo las variables que lo conforman y lo modifican.
O2máx.
Consumo de oxígeno.
Consumo de oxígeno máximo.
Potencia y capacidad aeróbica.
Relación frecuencia cardíaca – VO2max
Umbral anaeróbico.
Mediciones realizadas con el umbral anaeróbico.
Umbral ventilatorio.
VO2max
Consumo de oxígeno
El consumo de oxígeno (VO2) representa el volumen de oxígeno consumido durante
cualquier tipo de esfuerzo, e indica la capacidad que tiene el organismo de utilización
del mismo. Al aumentar la intensidad del ejercicio, el consumo de oxígeno aumenta de
manera proporcional hasta llegar a un punto donde se estabiliza, que se conoce como
consumo de oxígeno máximo (VO2max), siendo un índice fundamental para medir las
posibilidades de un sujeto ante esfuerzos prolongados. El consumo de oxígeno en los
tejidos depende del oxígeno que es incorporado y transportado en sangre gracias al
aporte ventilatorio y a la capacidad cardiovascular. Se lo puede definir como:
VO2 = VS x FC x ∆ a-v O2
Donde VS es el volumen sistólico, FC la frecuencia cardiaca, lo que en conjunto
representa el gasto cardiaco (GC), y ∆ a-v O2 es la diferencia arterio-venosa de oxígeno,
o sea el oxígeno que extraen los tejidos. Por tanto, la variación del VO2 depende de un
factor central (GC) y uno periférico (capacidad de extracción de oxígeno).
VO2 = GC x ∆ a-v VO2
En reposo, el VO2 del organismo es de alrededor de 300 ml/min, equivalente a 3.5
ml/kg/min en valores relativos al peso corporal que es el equivalente a 1 met o unidad
metabólica. Refleja el gasto energético que precisa el organismo para mantener su
metabolismo basal. Los factores principales que la determinan son el sexo y la edad.
Aumenta gradualmente con el crecimiento, con relación a la ganancia de peso, siendo
mayor en los niños varones, llegando al valor máximo entre los 18 y 25 años, aunque a
cualquier edad es mayor en los hombres, debido a factores genéticos, hormonales y por
la mayor cantidad de hemoglobina que presentan. Luego declina alrededor del 10 % por
década, en personas no entrenadas y en menor grado en las personas físicamente
activas. Esto se explica principalmente por una reducción de la FC máxima por la
disminución en la actividad del sistema nervioso simpático y alteraciones en el sistema
de conducción cardiaca. El VS máximo también se debe a la mayor resistencia
periférica total causada por el envejecimiento de las arterias y a posibles reducciones de
la contractibilidad del ventrículo izquierdo. También son importantes las dimensiones
corporales, los hombres tienen mayor VO2 que las mujeres por su tamaño corporal con
mayor porcentaje de peso magro. Por último digamos que el consumo de oxígeno
parece estar predeterminado por la dotación genética del sujeto.
Consumo de oxígeno máximo
El consumo máximo de oxigeno es el límite máximo de la habilidad de una persona
para generar energía a través de las vías oxidativas. Es una medida de nuestra capacidad
para obtener oxígeno del aire para los músculos y utilizarlo metabólicamente. Es la
manera más eficaz de medir la capacidad aeróbica de un individuo, cuanto mayor sea el
VO2max, mayor será capacidad cardiovascular, definiendo cuán apto se encuentra su
sistema cardiorrespiratorio. Se pueden encontrar varias definiciones más del VO2max
como ser la cantidad máxima de oxígeno consumido en la unidad de tiempo o la
máxima cantidad de oxígeno que el organismo puede extraer de la atmósfera y
transportarlo al músculo, pero todas son prácticamente similares.
El VO2max refleja el nivel del metabolismo aeróbico y su reconversión de energía. El
VO2max en valores absolutos, litros por minuto, aumenta con la edad sin grandes
diferencias entre ambos sexos hasta los 12 años aproximadamente y a partir de esa edad
se observa un aumento comparativamente mayor en los varones que en las niñas. Dicho
incremento se mantiene en los varones hasta los 18 años y en las niñas hasta los 14
años. La potencia aeróbica absoluta esta menos desarrollada en los niños que en los
jóvenes y adultos, sucede que en el niño, cuya masa corporal es pequeña, no necesita un
elevado VO2max absoluto. Y es por ésta razón que para poder comparar entre
individuos que difieren en su masa corporal, es necesario expresar el VO2max en
valores relativos al peso corporal.
Los valores de consumo máximo de oxígeno varían según las poblaciones de sujetos
estudiados, ya que es un valor que depende de la masa muscular (a mayor masa mayor
consumo) por lo que varía si se consideran los datos absolutos o relativos. Se mide en
ml/kg/min, pero si lo multiplicamos por nuestro peso corporal, el resultado se expresará
en litros. Así podemos ver que algunos remeros pueden tener valores absolutos de 6-7
litros/minuto y relativos de 65-70 ml/kg/min mientras que los maratonistas pueden tener
de 4-5 litros/minuto pero con valores relativos superiores, de 80-90 ml/kg/min, ya que
poseen un diferente tipo de estructura corporal.
Tabla 45.1: Valores de VO2max. Valores medidos y valores normativos en ml/kg/min.
El VO2max en valores relativos, no varía casi en varones, pero disminuye
continuadamente en las niñas fundamentalmente a partir de la pubertad. Esta caída debe
atribuirse, entre otros factores, al incremento de la grasa corporal que se aprecia en ellas
con el paso de los años.
Las diferencias entre ambos sexos, se hacen mínimas si comparamos el VO2max en
relación a la masa corporal magra, lo que nos confirma el concepto anterior.
Otro aspecto importante es el estudio de la eficiencia mecánica en relación al VO2max.
El costo de la marcha y la carrera es mayor en los niños, expresado en valores relativos.
Cuanto más jóvenes mayor es el costo del ejercicio, lo que refleja como concepto un
aumento en la economía del movimiento a partir del desarrollo.
El ejercicio regular disminuye el costo energético del esfuerzo, o sea aumenta la
eficiencia mecánica. La diferencia entre el VO2max y el VO2 necesario para la
realización del ejercicio, representa la reserva metabólica. Es aquí donde los niños se
encuentran en desventaja. Por ejemplo, si tomamos una intensidad de carrera de 180 m
por minuto, un niño de 8 años trabaja al 90 % de su VO2max mientras uno de 16 años,
para la misma intensidad, trabaja al 75 % de su VO2max. Este es uno de los factores que
explican la menor capacidad de los niños sobre carreras de resistencia de larga duración.
Metabólicamente los niños podrían mantener una carrera lenta por un tiempo
importante, pero generalmente su concentración no se los permite.
Potencia y capacidad aeróbica
El VO2max se alcanza a una determinada velocidad de carrera y se sostiene por un
determinado tiempo. La velocidad de VO2max (Vmax) es el ritmo en km/hora con el
que se alcanza el VO2max. Tmax es el tiempo durante el cual uno puede mantener la
velocidad de VO2max.
Figura 45.1: Consumo de oxígeno en hombres. Valores relativos en ml/kg/min.
El VO2max también es denominado potencia aeróbica máxima (PAM) ya que es el
ritmo al que el metabolismo aeróbico suministra la energía (Mac Dougall, Wenger y
Green, 1995). Resulta por tanto un término equiparable al anterior y que depende de dos
factores: la capacidad química de los tejidos a la hora de utilizar oxígeno para
descomponer los sustratos y las capacidades combinadas de los mecanismos pulmonar,
cardíaco, sanguíneo, vascular y celular para transportar oxígeno hasta el músculo.
La potencia aeróbica es expresada por el consumo de oxígeno máximo, y la capacidad
aeróbica, es la posibilidad de sostener durante un largo período de tiempo un nivel
elevado consumo de oxígeno. Altos valores de capacidad y potencia aeróbica se
relacionan con elevados rendimientos en disciplinas de media y larga duración. Atletas
altamente entrenados pueden presentan valores mayores a 70 ml/kg/min como
maratonistas, esquiadores y ciclistas de fondo.
Relación frecuencia cardíaca – VO2max
Al aumentar el ejercicio, el gasto cardíaco inicialmente se eleva debido a aumento del
volumen sistólico, y de la frecuencia cardíaca. En ejercicio intenso, está aumentado casi
exclusivamente a expensas de frecuencia cardíaca, por tanto la relación FC/VO2max es
lineal. En la enfermedad cardiovascular debido a que hay un volumen latido bajo, la
frecuencia cardíaca se eleva más de lo esperado desplazando la curva FC/VO2max hacia
arriba y hacia la izquierda.
UMBRAL ANAEROBICO
La relación entre energía aeróbica y anaeróbica, con la intensidad del esfuerzo
realizado, dió lugar al concepto de umbrales: umbral aeróbico aquel en el que el nivel
de ácido láctico alcanza un valor de hasta 2 mmol/litro en la sangre y umbral
anaeróbico aquel en el que el nivel de ácido láctico alcanza el valor de 4 mmol/litro en
la sangre. El umbral anaeróbico fue definido por Wassermann como índice de la
habilidad del sistema cardiovascular para aportar oxígeno a un ritmo adecuado, evitando
la anaerobiosis muscular durante el ejercicio o lo que es lo mismo, la capacidad de
mantener una intensidad de ejercicio sin que se produzca un aumento de la
concentración de ácido láctico que obligue a interrumpir el ejercicio (Wasserman y
McIlroy, 1964). Si bien es un concepto discutido se observa que existe un punto de
intensidad a partir de la cual se pierde la proporcionalidad en el funcionamiento de los
distintos sistemas, alterándose el equilibrio. Los valores del umbral anaeróbico se suelen
expresar en relación al VO2max.
El término umbral anaeróbico define una zona a partir de la cual los cambios producidos
en el organismo limitan la duración en el tiempo del ejercicio físico. La capacidad de
mantener un elevado porcentaje del VO2max se ve limitada a una intensidad de trabajo
por el aumento en los niveles de concentración del lactato y acrecentamiento
desproporcionado en la ventilación. Por encima del umbral anaeróbico el tiempo de la
actividad física se ve limitado. El umbral sirve para el entrenador físico porque ofrece
parámetros objetivos de frecuencia cardiaca o de velocidad de desplazamiento para
definir zonas de trabajos. Una persona no entrenada puede poseer un umbral entre el 50
y 60 % (140 – 150 lpm) del VO2max, en tanto que un deportista de alto rendimiento
puede llegar al 90 – 95 % (180 – 190 lpm), se habla de entrenados desde el 70 – 80 %
(170 – 175 lpm).
El umbral anaeróbico es el valor de VO2 en el cual el metabolismo anaeróbico
suplementa el metabolismo aeróbico, el cual ocurre en el 50 a 60 % del VO2max
predicho en individuos sedentarios normales. Es una de las mediciones que provee
información sobre la respuesta cardiovascular al estímulo del ejercicio y se encuentra
disminuida en pacientes con enfermedad cardíaca. El umbral anaeróbico es el punto de
máxima intensidad, donde el ácido láctico se está produciendo pero no llega a
acumularse en sangre, porque la producción es igual que la remoción. Es una zona de
transición entre el metabolismo aeróbico y el metabolismo anaeróbico.
Figura 45.5: Evolución del Lactato y ejercicio (Modificado de Brooks, 1991).
La determinación del umbral anaeróbico por medio del lactato es una excelente y
confiable medida de la capacidad aeróbica del individuo, independientemente del grado
de entrenamiento. Su aplicación en el diagnóstico de la capacidad anaeróbica, como son
los deportes de fuerza, potencia y velocidad es todavía muy cuestionable. La producción
de ácido láctico durante el ejercicio a distintas intensidades constituye un aspecto
controvertido respecto a los factores que determinan su acumulación ante el disbalance
entre su producción y remoción.
Figura 45.6: Umbral anaeróbico (Modificado de Brooks, 1991).
Mediciones relacionadas con el umbral anaeróbico
Clásicamente se han definido una serie de términos en la determinación de las
mediciones del ácido láctico, generalmente, de acuerdo a las necesidades del
investigador, como:
Umbral anaeróbico: Es la intensidad del ejercicio en la que la concentración
sanguínea de lactato comienza a aumentar por encima de los niveles de reposo,
mientras que la de bicarbonato desciende, la ventilación se intensifica de una
manera desproporcionada respecto al oxígeno consumido.
Máximo estado estable (MEE): Es el nivel de trabajo que produce una
concentración de lactato en sangre de 2 mmol/l.
Umbral aerobio-anaerobio: Momento en el cual la concentración de lactato en
sangre alcanza una tasa aproximada de 4 mmol/L.
OBLA (onset of blood lactate acumuation): Es el inicio de la acumulación de
lactato en sangre, que puede corresponder a 4 mmol/L aproximadamente o 75 –
80 % del VO2max.
Umbral láctico: Es el punto en el cual la concentración de lactato comienza a
elevarse por encima de los valores de reposo.
Umbral anaeróbico individual (UAI): Carga de trabajo en una prueba con cargas
progresivas, con la cual la tasa máxima de eliminación y difusión del lactato está
en equilibrio.
Modelo trifásico: Describe cambios ventilatorios relacionados con los niveles de
lactato. Fase I o umbral aerobio, hasta 2 mmol/L de lactato, corresponde a 40-60
% del VO2max. Fase II o umbral anaerobio hasta ± 4mmol/L de lactato,
corresponde al 70-90 % del VO2max. Fase III corresponde a respuestas
metabólicas superiores.
La determinación del máximo estado estable en los atletas es necesaria para programar
con confiabilidad el trabajo aeróbico y anaeróbico del atleta. El máximo estado estable
determina la frecuencia cardíaca correspondiente a 4 mmol/L de ácido láctico. Esta
frecuencia cardíaca (± 10 latidos/min) determina el límite en el que el atleta presenta un
metabolismo energético de predominio aeróbico, por encima de ella predomina el
metabolismo energético anaeróbico. Aunque siempre se debe recordar que cada atleta
posee características metabólicas individuales, y es posible que su metabolismo
energético a 4 mmol/L pueda estar por debajo del máximo estado estable.
UMBRAL VENTILATORIO
El umbral ventilatorio (UV) es el punto en el cual se intensifica la ventilación en forma
desproporcionada respecto al O2 consumido. Es determinado mediante el estudio del
consumo de oxígeno (VO2) y de la producción de anhídrido carbónico (VCO2), y debe
ser diferenciado del umbral anaeróbico metabólico, que se determina mediante la
cuantificación sanguínea del ácido láctico. El umbral ventilatorio es un fenómeno
fisiológico que se produce ante esfuerzos crecientes. Se puede determinar mediante una
ergoespirometría (ergometría con determinación directa de O2 y CO2) cuándo se
produce y en la curva de tiempo de esfuerzo y el VO2 y la VCO2 se podrá observar:
1) En niveles de intensidades bajas, la curva de la VCO2 aparece graficada por
debajo de la del VO2.
2) Al producirse un incremento progresivo del esfuerzo, llega un punto en que la
curva de la VCO2 cruza la del VO2.
3) En intensidades mayores de actividad la curva de la VCO2 permanece por
encima de la curva del VO2.
También es interesante registrar:
1) La frecuencia cardíaca registrada al momento en que se alcanza el UV
2) El ácido láctico determinado lo más cercanamente posible luego de producido el
UV
3) La velocidad del ejercicio en ese momento (en mts/seg ó km/h), o la resistencia
mecánica o electromagnética impuesta al cicloergómetro
4) La cantidad del VO2 a la cual ocurre el UV (AT-VO2).
Figura 45.7: Umbral ventilatorio.
En intensidades bajas de ejercicio, el metabolismo oxidativo aeróbico provee la energía
necesaria para realizar la actividad, tanto el VO2 como la VCO2 provienen de las
mitocondrias de las fibras musculares rojas, tipo I, de los segmentos corporales
involucrados en la actividad física. A intensidades más altas, a la producción
mitocondrial del CO2, se le agrega el CO2 proveniente de la amortiguación del ácido
láctico y se produce el cruce de la curva de la VCO2 sobre la del VO2. La concentración
de 2 mMol/L de lactato es la más frecuentemente asociada al UV, pero posee
variaciones individuales.
Lo importante…
El consumo de oxígeno (VO2) representa el volumen de oxígeno consumido
durante cualquier tipo de esfuerzo, e indica la capacidad que tiene el organismo
de utilización del mismo.
Al aumentar la intensidad del ejercicio, el consumo de oxígeno aumenta de
manera proporcional hasta llegar a un punto donde se estabiliza, que se conoce
como consumo de oxígeno máximo (VO2max), siendo un índice fundamental
para medir las posibilidades de un sujeto ante esfuerzos prolongados.
El consumo de oxígeno en los tejidos depende del oxígeno que es incorporado y
transportado en sangre gracias al aporte ventilatorio y a la capacidad
cardiovascular. Se lo puede definir como: VO2 = VS x FC x ∆ a-v O2. Donde VS
es el volumen sistólico, FC la frecuencia cardiaca, lo que en conjunto representa
el gasto cardiaco (GC), y ∆ a-v O2 es la diferencia arterio-venosa de oxígeno, o
sea el oxígeno que extraen los tejidos.
Por tanto, la variación del VO2 depende de un factor central (GC) y uno
periférico (capacidad de extracción de oxígeno): VO2 = GC x ∆ a-v VO2.
El umbral anaeróbico es el valor de VO2 en el cual el metabolismo anaeróbico
suplementa el metabolismo aeróbico, el cual ocurre en el 50 a 60 % del VO2max
predicho en individuos sedentarios normales.
Es una de las mediciones que provee información sobre la respuesta
cardiovascular al estímulo del ejercicio y se encuentra disminuida en pacientes
con enfermedad cardíaca.
El umbral anaeróbico es el punto de máxima intensidad, donde el ácido láctico
se está produciendo pero no llega a acumularse en sangre, porque la producción
es igual que la remoción.
Es una zona de transición entre el metabolismo aeróbico y el metabolismo
anaeróbico.
Umbral ventilatorio: Punto en el cual se intensifica la ventilación en forma
desproporcionada respecto al O2 consumido.
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