Análisis de datos en psicofisiología: Función cardíaca

FACULTAD DE HUMANIDADES Y CIENCIAS DE LA EDUCACIÓN
UNIVERSIDAD DE JAÉN
Facultad de Humanidades y Ciencias de la Educación
Trabajo Fin de Grado
Análisis de datos en
psicofisiología: Función
cardíaca barorreceptora
y ejercicio físico
Alumno: Silvia Mª Bautista Salazar
Tutor:
Dpto:
Prof. D. Gustavo Adolfo Reyes del Paso
Psicología
Febrero, 2016
ANÁLISIS DE DATOS EN PSICOFISIOLOGÍA: FUNCIÓN CARDÍACA
BARORRECEPTORA Y EJERCICIO FÍSICO
1.
RESUMEN ................................................................................................................ 3
2.
INTRODUCCIÓN. ................................................................................................... 4
2.1 CONCEPTUALIZACIÓN ...................................................................................... 4
2.2 EJERCICIO FÍSICO ............................................................................................... 6
2.3
SEDENTARISMO ............................................................................................. 8
2.4
VARIABLES PSICOFISIOLÓGICAS ............................................................. 9
3.
OBJETIVOS............................................................................................................ 10
4.
ACTIVIDAD PERSONAL DESARROLLADA .................................................... 11
5.
4.1
PARTICIPANTES ........................................................................................... 12
4.2
APARATOS E INSTRUMENTOS DE MEDIDA .......................................... 12
4.3
TAREA DE ESTRÉS MENTAL ..................................................................... 13
4.4
PROCEDIMIENTO ......................................................................................... 13
4.5
ANÁLISIS DE DATOS................................................................................... 14
RESULTADOS ....................................................................................................... 14
5.1
PERÍODO CARDÍACO .................................................................................. 15
5.2
VARIABILIDAD CARDÍACA ...................................................................... 15
5.3
PRESIÓN SANGUÍNEA SISTÓLICA ........................................................... 17
5.4
SENSIBILIDAD DEL REFLEJO BARORRECEPTOR ................................ 17
6.
DISCUSIÓN............................................................................................................ 18
7.
BIBLIOGRAFÍA ..................................................................................................... 24
2
1. RESUMEN
Los barorreceptores actúan como principal mecanismo de regulación a corto plazo
de la presión sanguínea y son importantes para la prevención de cambios rápidos de la
presión arterial a través de la modulación de la actividad simpática como de la
parasimpática. El objetivo de este estudio ha sido valorar el efecto que ejerce la práctica
de ejercicio físico sobre la función cardiaca barorreceptora en un grupo de 58
participantes diferenciados por realizar alguna actividad física regularmente o por
considerarse sedentarios. Este efecto se ha valorado durante tres diferentes periodos
experimentales: línea base, tarea de estrés mental y recuperación. Los resultados
muestran una actividad cardiovascular más óptima en el grupo de participantes activos
frente al de sedentarios: mayores periodos cardíacos, mayor variabilidad de la tasa
cardíaca y mayor sensibilidad del reflejo barorreceptor. Estas diferencias señalan una
mayor actividad vagal parasimpática sobre el corazón en asociación con la práctica
regular de ejercicio físico.
Palabras clave: Barorreceptor, periodo cardíaco, variabilidad cardiaca, presión
sanguínea sistólica, sedentarismo y ejercicio físico.
ABSTRACT
Baroreceptor reflex act as principal short-term regulator of blood pressure and are
important for preventing rapid changes in blood pressure through the modulation of
both sympathetic and parasympathetic activity. The objective of this study was to
consider the effect physical activity training on baroreceptor cardiac function in a group
of 58 participants differentiated by fitness; they practice regularly some physical
activity or were sedentary. We have studied how some psychophysiological variables
react during three different experimental periods: baseline, mental stress task and
recovery. The results show that individuals who exercise regularly obtained a better
cardiovascular profile in comparison to the sedentary participants: longer heard period,
grater heart rate variability and greater baroreceptor reflex sensitivity. These differences
suggest a grater activation of the vagal parasimpathic nervous system in association
with regular practice of physical exercice.
Keywords: Baroreceptor, cardiac period, heart rate variability, systolic blood
pressure, sedentary lifestyle and exercise.
3
2. INTRODUCCIÓN.
2.1 CONCEPTUALIZACIÓN
En 1852 Claude Bernard descubrió que los nervios simpáticos del cuello inervan
los vasos sanguíneos de la piel. En 1932 Edgar Douglas Adrian demostró que los
nervios simpáticos que inervan los vasos sanguíneos de la piel descargan en forma
espontánea a una frecuencia de cuatro a seis disparos por segundo y de esta forma
encontró las bases fisiológicas del tono vasomotor (Estañol, Porras-Betancour, PadillaLeyva y Sentíes-Madrid, 2011).
En el siglo XIX Ludwig Traube y Karl Constantine Ewald Hering revelaron que
la presión arterial fluctúa sincrónicamente con la respiración y Sigmund Mayer observó
que también existían oscilaciones más lentas no relacionadas con la respiración. En
1921 Heinrich Ewald Hering mostró la existencia de barorreceptores de alta presión en
los senos carotideos y probó que la estimulación de los nervios aferentes que inervan
estos receptores induce bradicardia e hipotensión. Estos estudios fueron más tarde
avanzados por Corneille Heymans quien ganó el premio Nobel por estas investigaciones
en 1938 (Estañol y cols., 2011).
En la década de 1970 Cowley y Guyton produjeron denervación sino-aórtica en
perros y de esta manera demostraron la importancia fundamental del reflejo
barorreceptor en la estabilización de la presión arterial (Estañol y cols., 2011).
A partir de éstas y de otras investigaciones más recientes, los barorreceptores se
han definido, como terminaciones nerviosas sensibles a los cambios en la presión
arterial que envían información codificada al cerebro continuamente sobre el estado de
la presión arterial. Como consecuencia, el Sistema Nervioso Autónomo ajusta la
función cardíaca y vasomotora y los niveles de presión sanguínea a la información
entrante procedente de los barorreceptores.
Los cuerpos celulares de los barorreceptores carótidos se sitúan en la parte
inferior del nervio glosofaríngeo. Por otro lado, en la parte inferior del nervio vago, se
encuentran los cuerpos celulares de los barorreceptores aórticos (McDonald, 1983). En
estas zonas se observa un engrosamiento de la arteria, formado por múltiples capas de
tejido muscular elástico variando su forma y localización de unos sujetos a otros. Los
4
barorreceptores son sensibles tanto al estiramiento como a la distensión vascular
originada por cambios en la presión arterial, ocasionando la transmisión de información
sobre la presión sanguínea a las estructuras nerviosas superiores. Este proceso suscita un
efecto en la tasa cardiaca, la fuerza de contracción del corazón y en el tono vascular. De
este modo, cuando la presión sanguínea aumenta, el reflejo barorreceptor responde
reduciendo la tasa cardiaca y el tono vasomotor de la vasculatura (respuesta de
vasodilatación), lo que produce una reducción en la presión sanguínea. Por otro lado,
elicita respuestas opuestas cuando la presión sanguínea disminuye (Sloan, Shapiro,
Bagiella, Muers y Gorman, 1991).
La estructura cerebral responsable de esta inhibición y sobre la que actúan las
aferencias barorreflejas se localiza en el núcleo bulbar, más concretamente en la zona
superior del núcleo del tracto solitario (Eckberg y Sleight, 1992). Esta área está muy
dotada de aferencias cardiovasculares y cerca de esta zona se encuentra un conjunto de
células que funcionan de forma sincrónica con los latidos del corazón; observándose
que cuando se seccionan las ramas del nervio glosofaríngeo o del vago que van del
corazón al sistema nervioso central, esta actividad desaparece. Además, si se secciona
alguna de estas dos partes, la inhibición cortical provocada por la estimulación
barorreceptora desaparece (Eckberg y Sleight, 1992). Esto sugiere que el sistema
cardiovascular ejerce una gran influencia sobre el núcleo del tracto solitario y en este
sentido tanto el sistema cardiovascular como el sistema nervioso central están muy
interrelacionados. La importancia de los barorreceptores, sería pues, la prevención de
los cambios rápidos en la presión sanguínea por medio de ajustes compensatorios tanto
en la activación simpática como en la parasimpática; y actúa como principal mecanismo
de regulación a corto plazo de la presión sanguínea (Reyes del Paso, 1999).
La rama cardiaca del reflejo barorreceptor que relaciona la presión sanguínea
con la tasa cardiaca es uno de los principales generadores de la actividad vagal y la
regulación cardiaca autonómica; y es el principal responsable de medidas como el sinus
arritmia respiratorio (SAR) y la variabilidad de la tasa cardiaca (VTC) (Eckberg y
Sleight, 1992; Reyes del Paso, Langewitz, Robles y Pérez, 1996).
La función cardiaca barorreceptora puede evaluarse a través del análisis de la
covariación espontánea de la presión sanguínea sistólica (PSS) y el periodo cardíaco
(PC), tanto en el dominio de la frecuencia mediante análisis espectral como en el
5
dominio del tiempo. Se detectan los cambios en presión sanguínea sistólica y una vez
que se han registrado se buscan aquellos en los que el cambio en presión sanguínea ha
conllevado un cambio en periodo cardíaco. De esta manera la pendiente de la recta de
regresión entre ambos valores proporciona el índice de sensibilidad del reflejo
barorreceptor (SRB), que queda expresado en milisegundos de cambio en PC por
unidad de cambio (milímetros de mercurio) en PSS (ms/mmHg).
En este estudio se pretende observar los efectos de la actividad física regular en
la actividad cardiovascular y específicamente en el funcionamiento del reflejo
barorreceptor. Se analizarán las variables presión sanguínea sistólica, periodo cardíaco,
variabilidad cardiaca (indicador de las influencias vagales sobre el corazón) y
sensibilidad barorrefleja. Esta evaluación se realizará durante tres periodos
experimentales: Una línea base inicial en reposo, una tarea de aritmética mental que
actúa como estresor, y por último, una fase de recuperación tras esta actividad.
2.2 EJERCICIO FÍSICO
Actualmente, el 60% de la población mundial no realiza ninguna actividad física
rutinariamente, según datos de la Organización Mundial de la Salud (OMS).
Como anteriormente se ha comentado, existe un vínculo entre el sistema
cardiovascular y el sistema nervioso central a través de los barorreceptores. Este vínculo
puede llegar a ser un mecanismo relevante en la regulación cardiovascular como
demuestran diversos estudios, además de servir al organismo como adaptación a
condiciones medioambientales estresantes (Yasumasu, Reyes del Paso, Takahara y
Nakashima, 2006).
Para evaluar el vínculo entre el efecto del ejercicio regular sobre la sensibilidad
barorrefleja, un estudio realizado por Martín-Vázquez y Reyes del Paso (2010) analizó
diferencialmente las secuencias hacia “abajo” (cuando la PSS disminuye) y hacia
“arriba” (cuando la PSS aumenta) de la presión arterial. Los participantes de la
investigación realizaron una tarea aritmética después de un periodo de línea base. Los
resultados indicaron que en las secuencias “arriba” la sensibilidad del reflejo
barorreceptor (SRB) fue mayor para el grupo físicamente activo que en el grupo
sedentario. La tarea aritmética, utilizada como estresor, produjo por su parte una
disminución significativa de la SRB en las secuencias “arriba”, pero no para el grupo
6
sedentario. Estos resultados muestran que el ejercicio regular varía la dinámica de la
actividad cardiaca barorrefleja. Además, por otro lado, modula las diferencias entre las
secuencias “abajo” y “arriba” de la presión arterial. Se sugiere pues, que el grupo
físicamente activo muestra mayor control cardíaco parasimpático y un ajuste cardíaco
autonómico en condiciones estresantes en las que la retirada de la actividad vagal juega
un papel clave de la respuesta cardiaca frente al estrés.
Como consecuencia de esto, se puede decir que mantener un tono vagal cardíaco
elevado puede ayudar a compensar las influencias del sistema nervioso simpático (como
el aumento de la tasa cardiaca) en situaciones de estrés y por tanto, disminuir la
hiperreactividad ante esas situaciones y en último extremo, el riesgo de enfermedad
cardiovascular. Por otra parte, la actividad vagal parasimpática cumple una función
protectora del corazón, de forma que medidas de la actividad barorreceptora y de la
variabilidad de la tasa cardíaca predicen el riesgo cardiovascular y la supervivencia tras
infarto de miocardio (Reyes del Paso y cols., 1996).
El ejercicio físico es un estresor agudo al poner en marcha los sistemas
fisiológicos de emergencia, pero tan sólo durante la sesión en la que se realiza. Cuando
esta actividad finaliza se crea una sensación agradable y no de angustia o preocupación
como en el caso de otros estresores.
Al finalizar la sesión de ejercicio, es decir, cuando el estímulo estresor
desaparece, el organismo comienza la fase de recuperación en la que se compensa el
desgaste producido y prepara para futuras situaciones de emergencia en las que el
individuo se va adaptando al medio. Se puede afirmar pues, que la exposición
sistemática a un estresor controlado (esfuerzo físico), puede aumentar la capacidad de
afrontamiento a otros estresores de orígenes distintos.
Se puede destacar también el efecto tranquilizante que la realización de ejercicio
conlleva al aumentar la temperatura corporal. Otras características beneficiosas serían,
la facilitación de la transmisión neuronal de noradrenalina, serotonina y dopamina,
como portadores de un mejor estado anímico. Por último, se destaca la sensación de
bienestar producida por la liberación de sustancias endógenas como las endorfinas
(Plante y Rodin, 1990).
Durante la realización de tareas psicológicas, como puede ser una tarea aritmética,
7
no sólo se observa un aumento en la frecuencia cardíaca, si no que el consumo de
oxígeno y la producción de dióxido de carbono es mayor que durante los periodos de
descanso. Cuando la tarea requiere un mayor esfuerzo mental, mayor es el incremento
en frecuencia cardíaca y menor la arritmia sinusual respiratoria (variabilidad cardíaca),
es decir, la disminución de la ralentización de la tasa cardiaca durante la espiración y la
aceleración de la misma durante la inspiración, indicando esto un descenso del tono
vagal. La respiración es sensible a la dificultad de la tarea, especialmente en tareas
continuas que no están separadas por intervalos de tiempo entre ensayos, volviéndose
ésta más rápida y superficial durante la realización de la tarea (Martínez, 1995).
2.3 SEDENTARISMO
Se puede definir sedentarismo como la falta de actividad física, cuando la
persona no realiza una cantidad mínima de movimiento diario (por lo menos entre 25 o
30 minutos) que produzca un gasto energético de mayor o igual medida al 10% del que
realiza habitualmente al llevar a cabo las actividades cotidianas que requieren actividad
física. La conducta sedentaria es propia de la manera de vivir, consumir y trabajar en las
sociedades avanzadas (Varela, Duarte, Salazar, Lema y Tamayo, 2011).
Los seres humanos estamos programados filogenéticamente para que nuestro
cuerpo, como el de los demás organismos vivos, experimente un aumento adaptativo de
su capacidad funcional respondiendo al uso, y se pierde funcionalidad cuando éste no se
utiliza. Con el uso, las estructuras de los tejidos se agrandan y se reorganizan, mientras
que con la inutilidad, los tejidos se reducen y se debilitan. Por consiguiente, con el
sedentarismo, no se puede esperar un estado óptimo del organismo.
El sedentarismo hace más vulnerables a las personas a enfermar y adquirir
precozmente signos de declive físico y psicológico e incrementa las posibilidades de
morbilidad y mortalidad en el individuo. En definitiva es un obstáculo para la salud de
los jóvenes y en personas en edad productiva, pero más complicada aún es la cuestión
desde que se ha alcanzado una expectativa de vida promedio de 85 años.
El sedentarismo es uno de los factores de riesgo modificables más relevantes en
la actualidad, al poder combatirse simplemente con la realización de actividad física
moderada, como se ha realizado desde tiempos antiguos, por ejemplo se podrían
prevenir las consecuencias del sedentarismo y conseguir beneficios emocionales y
8
físicos si se realizasen dos o tres veces por semana actividades deportivas de 20 a 30
minutos.
Entre los beneficios de realizar alguna actividad física regular se encuentran el
aumento de plasticidad neuronal, la memoria visual, el aprendizaje, la activación del
sistema nervioso simpático y la liberación de noradrenalina y dopamina, que ayudan a
mejorar el estado de ánimo. Además se ha señalado su influencia positiva en el
desempeño escolar, sobretodo a nivel de lectura y matemáticas (Varela, Duarte, Salazar,
Lema y Tamayo, 2011).
2.4 VARIABLES PSICOFISIOLÓGICAS
El periodo cardíaco (PC) se puede definir como el intervalo temporal (ms) desde
el comienzo de un latido hasta el comienzo del siguiente. Cada ciclo se inicia por la
generación espontánea de un potencial de acción en el nódulo sinoauricular que es
donde se origina el impulso eléctrico que da lugar al latido cardíaco. El potencial de
acción viaja rápidamente por ambas aurículas y desde ahí, a través del haz A-V, hacia
los ventrículos. El intervalo cardíaco se encuentra altamente asociado al reflejo
barorreceptor, controlado por el sistema nervioso parasimpático, por lo que una menor
SRB da lugar a una menor actividad parasimpática y PC (Reyes del Paso, Langewitz,
Robles y Pérez, 1996).
Con respecto a la variabilidad cardiaca (VTC), se podría definir como la
variación en los valores de periodo cardíaco. Además es el resultado de las interacciones
entre el sistema nervioso autónomo y el sistema cardiovascular. La manera habitual de
medir esta variabilidad es a partir del electrocardiograma (ECG), donde se detecta cada
una de las ondas R y se calcula el tiempo entre las diferentes ondas R consecutivas o
intervalo R-R (periodo cardíaco) (Roas, Pedret, Ramos, Capdevilla, 2008). La
variabilidad cardiaca suele ser tomada como un índice de las influencias autonómicas
vagales parasimpáticas (Reyes del Paso, Langewitz, Mulder, van Roon. y Duschek,
2013).
La presión sanguínea sistólica (mmHg) es otra de las variables a tener en cuenta
en este estudio. Se trata de la presión máxima que se alcanza en la fase cardiaca de la
sístole, y la cual ocurre por la intervención e interacción de tres factores: el volumen de
contracción del ventrículo izquierdo, el volumen de sangre dentro del sistema arterial y
9
el grado de contracción de las arterias. Es importante tener en cuenta estos elementos,
ya que, durante la contracción, la presión que se ejerce en el ventrículo izquierdo es
mayor que la producida en el ventrículo derecho, llegando a alcanzar los 120mmHg. La
presión sistólica no debe superar los 140 mmHg, ya que podrían dañarse las paredes que
recubren al corazón (Dalla Pozza, Kleinmann, Bechtold y Netz, 2006). El volumen
sistólico hace referencia a la cantidad de sangre que es expulsada por cada ventrículo
tras la contracción, es decir, en cada latido se produce la liberación de la presión
sanguínea que se estaba ocasionando en la contracción. En un estado de reposo, el
volumen de sangre expulsado es de unos 70 ml.
Por último, en este trabajo se analiza la sensibilidad del reflejo barorreceptor
(SRB), que se define como una actividad principal en la fuente de impulsos vagales
aferentes al Sistema Nervioso Central (SNC) y uno de los principales mecanismos
generadores de la regulación cardiaca autonómica (Reyes del Paso, 1999). Los
incrementos en presión sanguínea, mediante la estimulación de los barorreceptores,
producen un efecto inhibitorio a nivel del Sistema Nervioso Central (Reyes del Paso,
González, Hernández, 2004). Para poder medir el índice de sensibilidad del reflejo
barorreceptor (ms/mmHg), se debe obtener la pendiente de la recta de regresión entre
los valores de presión sanguínea sistólica y periodo cardíaco en cada una de las
secuencias reflejas encontradas (tanto “arriba” como “abajo”).
3. OBJETIVOS
El objetivo de esta investigación ha sido el estudio del efecto de la forma física,
mediante la comparación de participantes que practican regularmente ejercicio e
individuos sedentarios, en algunas variables psicofisiológicas relacionadas con el
sistema cardiovascular. Las respuestas fisiológicas cardiovasculares se analizarán
durante tres periodos diferentes: línea base, tarea de aritmética (estrés mental) y
recuperación. De este modo se intenta observar si los sujetos que practican ejercicio
físico habitualmente responden mejor ante tareas de estrés mental o si existen cambios
en los demás periodos con respecto al otro grupo de estudio; y si existe modificación en
el reflejo barorreceptor. Las variables dependientes utilizadas han sido la presión arterial
sistólica (PAS), el periodo cardíaco (PC), la variabilidad de la tasa cardiaca (VTC) y la
sensibilidad del reflejo barorreceptor (SRB).
10
4. ACTIVIDAD PERSONAL DESARROLLADA
La aportación de este Trabajo Final de Grado a esta investigación ha consistido
fundamentalmente en el procesamiento y análisis de los datos psicofisiológicos con los
que se ha realizado este estudio. Para ello, se han realizado las siguientes actividades:

Recogida de los archivos Excel de los datos registrados mediante cardiografía de
impedancia, electrocardiografía, presión arterial oscilométrica y presión arterial
continua del estudio para cada uno de los participantes.

En concreto, se seleccionan cuatro columnas pertenecientes a las variables
utilizadas en el estudio. Se organizan en un nuevo fichero Excel (Figura 1).
Figura 1. Primera extracción de los datos obtenidos.

Procedimiento de localización y modificación de artefactos.

Los tres periodos en que está dividido el estudio, se desglosan y a continuación
se registran los números de latidos de cada periodo.

Por otro lado los archivos de los datos obtenidos se transforman a un formato de
texto separado por espacios, denominado formato PRN. Así los datos pueden
analizarse con los programas desarrollados.

Seguidamente, el análisis de la SRB y de la VC se obtiene por medio del
programa BRSPC.BAS (diseñado por Gustavo A. Reyes del Paso), a través de los
datos experimentales obtenidos por los 58 sujetos en los tres diferentes periodos
11
correspondientes.

Con el programa MS-DOS QBasic se procede a la organización y diseño de la
base de datos con los resultados obtenidos.

La base de datos generada se importó primero a Excel y desde ahí al SPSS,
donde se realizaron los análisis estadísticos que se exponen en el presente
trabajo.
4.1 PARTICIPANTES
En este estudio han participado 58 estudiantes de Psicología de la Universidad de
Jaén, 27 hombres y 31 mujeres; Concretamente, 30 sujetos (14 hombres y 16 mujeres)
eran sedentarios, con una edad media de 21,37 años (DT= 4,43). Los 28 participantes
restantes (13 hombres y 15 mujeres) realizaban algún tipo de ejercicio físico
habitualmente y su edad media era de 20,07 (DT= 1,30).
Todos los participantes eran personas sanas, no tomaban ninguna medicación y
participaron de forma voluntaria en el estudio.
4.2 APARATOS E INSTRUMENTOS DE MEDIDA
Para el registro de las variables fisiológicas estudiadas en este trabajo se utilizó el
aparato Task Force® Monitor (CNSystem), un dispositivo no invasivo que cuenta con
una pantalla de monitorización y varios electrodos. Se utiliza para la medición continua
de parámetros hemodinámicos a través de la electrocardiografía, la cardiografía de
impedancia, la presión arterial continua y la presión arterial oscilométrica (Dalla Pozza,
Kleinmann, Bechtold y Netz, 2006). El mecanismo consta de seis electrodos para
colocar en el tórax, uno en la nuca y otro en la pierna. Además se aplica un manguito en
el brazo para la presión arterial oscilométrica y un manguito en los dedos para la presión
arterial continua. La finalidad de esta tarea radica en analizar las siguientes magnitudes
que se esclarecen a continuación:
-
Presión Sanguínea Sistólica (PSS). Procede de la curva de presión del aparato
medidor de la presión arterial continua. Es la presión más alta que se obtiene
durante la sístole.
-
Período Cardíaco (PC). Intervalo de tiempo entre dos “ondas R” en el ECG.
-
Variabilidad Cardiaca (VC). Expresada
mediante la raíz cuadrada de la
12
diferencia sucesiva media de los valores de PC.
-
Sensibilidad del Reflejo Barorreceptor (BRS). El cálculo de la recta de
regresión entre los valores de presión sanguínea sistólica y periodo cardíaco
proporciona una estimación de la sensibilidad del reflejo barorreceptor en
ms/mmHg (ms de cambio en periodo cardíaco por mmHg de cambio en presión
sanguínea). Es decir, se intenta localizar secuencias de ciclos cardíacos
consecutivos (de tres a seis latidos) en los que un incremento paralelo en el PC
esté seguidamente asociado a un aumento en la presión sanguínea sistólica o
por el contrario se buscan secuencias de una disminución gradual del periodo
cardíaco que a su vez estén acompañadas de una reducción en la PSS.
Por otro lado, se utilizó el programa E-Prime 1.2 tanto para el diseño como para la
ejecución de la tarea de aritmética mental.
4.3 TAREA DE ESTRÉS MENTAL
Para generar un estado de estrés se utilizó una tarea aritmética mental serial
diseñada por Kraepelin, pero en este estudio se procedió a replicarla en el ordenador en
vez de hacerla con papel y lápiz. En la tarea tradicional de Kraepelin, se le da a la
persona el test y lo que tiene que hacer es ir sumando mentalmente parejas de números
de dos dígitos y escribir en el hueco que queda debajo el último dígito de la suma
resultante; cuando pasa un minuto es necesario comunicárselo y decirle que cambie de
fila. La tarea suele alargarse unos 5 minutos.
La réplica que se realizó en el ordenador con el programa E-Prime, se fundamentó
en presentar dos dígitos en la pantalla, los sujetos tenían que sumarlos mentalmente y
teclear en un teclado numérico el último dígito de la suma resultante. La tarea tenía una
duración total de 8 minutos pero estaba separada en periodos de un minuto.
4.4 PROCEDIMIENTO
El experimentador lee las instrucciones del experimento a cada participante. A
continuación, éste firma su consentimiento informado para participar en el estudio y se
mide y pesa, además de realizar una breve entrevista personal a cada uno de ellos.
Seguidamente, el experimentador coloca los electrodos, los manguitos y prepara todos
los aparatos de registro (Task Force Monitor). En todos los registros, tanto los aparatos
13
como el experimentador se encontraban en una habitación contigua, por lo que el sujeto
no veía nada de lo que estaba ocurriendo.
Una vez finalizados los 5 minutos de calibración, se procedía al registro de la línea
base con una duración de otros 5 minutos. Después del registro de la línea base el
experimentador entraba en la habitación donde estaba el participante y le explicaba que
iba a realizar la tarea de aritmética mental con el ordenador situado en frente del sujeto.
En la pantalla del ordenador le aparecerían pares de números (de 1 dígito) que debía
sumar mentalmente y teclear el último dígito de la suma resultante (es decir, que si le
aparecían el 6 y el 5 pues debería teclear un 1). Del mismo modo, se le explicaba que la
tarea duraría 8 minutos. Finalmente se les indicaba que antes de comenzar con la
prueba, tendrían diez ensayos de práctica después de los cuales comenzaría la tarea. Se
les insistía en que procurasen hacerlo lo mejor posible.
Cuando finalizaba la tarea de aritmética mental de 8 minutos, se dejaba 3 minutos
de recuperación tras los cuales, el experimentador entraba en la sala donde se le
quitaban los electrodos, se le agradecía su participación y se le pedía que no comentase
con sus compañeros nada de lo que había realizado en el laboratorio hasta que hubiese
finalizado todo el estudio.
4.5 ANÁLISIS DE DATOS
Los datos han sido analizados mediante análisis de varianza (ANOVA) de medidas
repetidas con un diseño 2(x3) con un factor entre grupos (grupo con dos niveles:
sedentarios y activos físicamente) y un factor de medidas repetidas (períodos con 3
niveles: Línea base, Tarea Aritmética y Recuperación). Los resultados en los análisis de
medidas repetidas se muestran mediante el valor F asociado al estadístico de contrastes
multivariados Traza de Pillai.
El tamaño del efecto se indicará con el parámetro η². El nivel de significación se ha
establecido en p < 0,5.
5. RESULTADOS
A continuación, se exponen los resultados del presente estudio incluyendo las
gráficas más representativas.
14
5.1 PERÍODO CARDÍACO
Como puede observarse en la Figura 3, el periodo cardíaco es mayor en el grupo de
participantes físicamente activos que en el grupo de sedentarios (efecto principal del
Factor Grupo: F (1,56) = 10,95, p = 0,002, η² = 0,164).
El
período
cardíaco
disminuye
significativamente
durante
el
periodo
correspondiente a la prueba de tarea aritmética y aumenta durante la recuperación
(efecto principal del Factor Periodos: F (2,64) = 48,24, P < 0,001, η² = 0.601).
No obstante, estos cambios difieren en función del grupo (efecto de interacción
Periodo x Grupo: F (2,55) = 50,22, p < 0,001, η² = 0,646).
La disminución del periodo cardíaco es estadísticamente más significativa en el
grupo de activos físicamente (F (2,64) = 48,24 p < 0,001, η² = 0,601) que en el grupo de
participantes sedentarios (F (2,48) = 17,605 p <0,001, η² = 0,423).
875.5
Periodo Cardiaco (mseg)
850.5
825.5
800.5
775.5
Sedentarios
750.5
Act. Física
725.5
700.5
675.5
650.5
Linea Base
Tarea Aritmética Recuperación
Figura 2. Periodo Cardíaco (PC) en función del grupo y los tres períodos
experimentales.
5.2 VARIABILIDAD CARDÍACA
La tarea aritmética produce una disminución significativa en la VTC (efecto
15
principal del Factor Periodos: F (2,55) = 9,11, p < 0,001, η² = 0,249). No obstante, este
efecto depende del grupo (efecto de interacción Periodos x Grupo (F (2,55) = 4,32, p =
0,018, η² =0,136).
La disminución en la VTC durante la tarea aritmética es significativa en el grupo
de participantes activos físicamente (F (2,31) =13,23, p < 0,001, η² = 0,461) pero no
llega al límite de la significación en el grupo de participantes sedentarios (F (2,23) =
2,99, p = 0,070, η² = 0,207).
Al comparar los tres periodos experimentales en función del grupo se encuentran
diferencias estadísticamente significativas en el periodo de línea base (F (1,56) = 5,96, p
= 0,018), mientras que en los restantes dos períodos las diferencias no llegan a ser
significativas (p > 0.1).
Por último, como se puede ver en la Figura 4, aunque los valores medios de
VTC son mayores en el grupo de participantes físicamente activos que en el grupo de
sedentarios, estas diferencias no llegan a ser significativas (efecto principal del Factor
Grupo: F (1,56)= 2,34, p = 0,140, η² = 0,038).
Variabilidad Cardiaca (mseg)
48
46
44
42
40
Sedentarios
38
Act. Física
36
34
32
30
Linea Base
Tarea Aritmética
Recuperación
Figura 3. Variabilidad Cardiaca (Diferencia Sucesiva Media) en función del grupo
y los tres períodos experimentales.
16
5.3 PRESIÓN SANGUÍNEA SISTÓLICA
Como se puede observar en la Figura 5, existe un mayor aumento de la presión
sanguínea sistólica durante el periodo de la tarea aritmética en el grupo control (efecto
principal del Factor Grupo: F (2,55)= 0,490, p = 0,615, η² = 0,017) respecto al grupo de
sedentarios, pero no difiere.
La presión sanguínea sistólica varía a través de los distintos periodos
experimentales (efecto principal del Factor Periodos: F (1,56) = 3,27, p = 0,076, η² =
0,055), existe una tendencia significativamente marginal.
Presión Sanguínea Sistólica (mmHg)
126
124
122
120
Sedentarios
118
Act. Física
116
114
112
Linea Base
Tarea Aritmética
Recuperación
Figura 4. Presión Sanguínea Sistólica (PSS) en función del grupo y los tres
periodos experimentales.
5.4 SENSIBILIDAD DEL REFLEJO BARORRECEPTOR
La tarea aritmética produce una disminución significativa en la SRB (efecto
principal del Factor Periodos: F (2,55) = 7,53, p < 0,001, η² = 0,215), como puede
observarse en la Figura 7. No obstante, este efecto depende del grupo (F (2,55) = 3,18, p
= 0,049, η² =0,104).
La disminución en la SRB durante la tarea aritmética es significativa en el grupo
de participantes activos físicamente (F (2,31) = 9,51, p = 0,001, η² = 0,380) pero no en
17
el grupo de participantes sedentarios (F (2,23) = 0,76, p = 0,47, η² = 0,062).
Al comparar los tres periodos experimentales en función del grupo se encuentran
diferencias estadísticamente significativas en el periodo de línea base (F (1,56) = 7,53, p
= 0,008), mientras que en los restantes dos períodos las diferencias no llegan a ser
significativas (p > 0.1).
Por último, como se puede ver en la figura 6, el grupo de participantes físicamente
activos presenta una mayor SRB que el grupo de participantes sedentarios (efecto
principal del Factor Grupo: F (1,56)= 4,79, p = 0,033, η² = 0,79).
Sensibilidad Barorreceptora
(msg/mmHG)
17.5
16.5
15.5
14.5
Sedentarios
13.5
Act.Fisica
12.5
11.5
10.5
9.5
Linea Base
Tarea Aritmética Recuperación
Figura 5. Sensibilidad del Reflejo Barorreceptor (BRS) en función del grupo y los
tres periodos experimentales.
6. DISCUSIÓN
En este estudio se han analizado las variables dependientes: periodo cardíaco,
variabilidad de la tasa cardíaca, presión sanguínea sistólica y sensibilidad del reflejo
barorreceptor y se han comparado las diferencias entre participantes que practicaban
ejercicio físico regularmente y un grupo de sujetos sedentarios de similar edad, en tres
diferentes periodos: línea base, tarea de estrés mental y recuperación. Los resultados
obtenidos en el estudio nos llevan a la conclusión general de la existencia de
18
determinadas diferencias de grupo significativas en los parámetros psicofisiológicos
analizados.
En primer lugar, se intentaba observar si los sujetos activos físicamente respondían
mejor ante la tarea de aritmética mental. Después de los análisis realizados se han
obtenido resultados que conforman esta hipótesis. En la primera variable examinada,
periodo cardíaco, los resultados muestran como aunque en los dos grupos
experimentales disminuye el periodo cardíaco en la tarea de aritmética, el grupo de
individuos físicamente activos responde con una mayor disminución. Por otro lado, la
variabilidad cardíaca disminuye en este periodo en ambos grupos, pero la reducción es
significativa sólo en el grupo de activos físicamente. La presión sanguínea sistólica por
su parte, aumenta de forma similar en los dos grupos de participantes durante la tarea de
estrés, no viéndose afectada por el grado de práctica de actividad física. El dato más
significativo ocurre en la sensibilidad barorrefleja, dónde los individuos físicamente
activos reducen en mayor grado su sensibilidad barorreceptora en la tarea de estrés
mental con respecto al otro sedentario.
Estos resultados ponen de manifiesto que la disminución del barorreflejo actuaría
como una influencia homeostática de crucial importancia para la flexibilidad
cardiovascular y su inhibición durante situaciones de desafío (tarea de aritmética en
nuestro estudio) como parte integral de la respuesta autonómica a condiciones de estrés
y el apoyo a las reacciones de adaptación en las interacciones organismo-ambiente
(Reyes del Paso y cols., 2004; Reyes del Paso y cols., 2009 y Yasumasu y cols., 2006).
Por otro lado, se destacan las respuestas cardiovasculares ante una situación particular
que no vienen determinadas exclusivamente por el sistema nervioso simpático o el
parasimpático, sino por el predominio de uno de ellos en un contexto de integración de
ambos (Moya y Salvador, 2001). Una hipótesis a estos resultados podría ser, que como
manifiesta Boutcher (1998), la aceleración cardíaca en personas sedentarias durante el
estrés mental parece deberse en gran medida a un aumento en la actividad simpática,
mientras que el aumento observado en los individuos entrenados puede ser más
influenciado por una inhibición de la actividad parasimpática. En nuestros datos
también se sugiere, a partir de los resultados de las variables psicofisiológicas, que el
patrón de respuesta autónoma de desafío mental podría diferir en función del nivel de
entrenamiento, como también ocurrió en la investigación de Martín-Vázquez y Reyes
del Paso (2010).
19
Otra cuestión planteada era si existían diferencias en los demás periodos de un
grupo respecto al otro en las diferentes variables. Los resultados demuestran un mayor
periodo cardíaco en los periodos de línea base y recuperación en el grupo físicamente
activo en comparación con el sedentario. En relación con la variabilidad cardíaca,
también se encuentran diferencias sobre todo en el período de la línea base, mientras
que en los otros dos intervalos las diferencias no llegan a ser significativas. En la tarea
de estrés mental disminuye significativamente en los sujetos activos físicamente, pero
no en los sedentarios, por lo que los cambios dependen del grupo. La PSS por otra parte
varía a través de los distintos periodos experimentales, donde se halla un aumento en la
tarea de aritmética para los dos grupos. La última variable registrada, la sensibiblidad
del reflejo barorreceptor, indica que hay diferencias de grupo significativamente
estadísticas en el periodo de línea base (con una mayor SRB en el grupo de participantes
físicamente activos en comparación con los sedentarios), pero no lo son en los otros dos
intervalos y en la tarea aritmética hay una disminución significativa de la SRB en el
grupo control.
A partir de los resultados obtenidos, se puede considerar que estos datos corroboran
los resultados de otros estudios que afirman que la buena forma física correlaciona con
una respuesta fisiológica más adaptativa al estrés psicológico (Nabkasorn, Nobuyuki,
Sootmonkol, Junprasert, Yamamoto, Arita y Miyashita, 2006; Brownley, Hinderliter,
West, Girdler, Sherwood y Light, 2003). Por esto, se podría estimar que la tarea de
aritmética como estresor agudo pone en marcha los sistemas de emergencia en el
organismo, sólo en presencia de la tarea pero no se mantienen activados a lo largo de los
otros periodos. Esta afirmación se puede comparar con el estudio de Dustman (1994)
donde manifiesta que el ejercicio físico afecta a la mejora del funcionamiento
neuropsicológico. Siguiendo este estudio, los valores obtenidos del período cardíaco,
apoyan la hipótesis defendida, de una menor activación simpática y una mayor
activación parasimpática, entendiendo que el periodo cardiaco está controlado por las
dos ramas del SNA (Reyes del Paso, Garrido, Pulgar y Duschek, 2011; Reyes del Paso,
Garrido, Pulgar, Martín- Vázquez y Duschek, 2010).
La última cuestión que se quería estudiar era si se modificaba el reflejo
barorreceptor dependiendo del grupo o el periodo. Después de analizar las variables, se
demuestra que se produce una disminución significativa en la SRB en el periodo de
estrés y que este efecto depende del grupo. En la tarea de estrés mental es significativa
20
esta disminución en el grupo de activos físicamente pero no en los sujetos sedentarios.
Como antes se ha explicado, al comparar los tres periodos en función del grupo, se
encuentran diferencias significativamente estadísticas en el periodo de línea base y en
los otros dos restantes no las hay. Concluyendo con una mayor respuesta de la SRB en
el grupo de participantes activos físicamente que en los participantes sedentarios.
Con todos estos resultados se ha podido demostrar un patrón de actividad
cardiovascular más adaptativo en los participantes que practican regularmente ejercicio
físico: mayor período cardíaco, mayor variabilidad cardíaca, y mayor sensibilidad del
reflejo barorreceptor. Este patrón fisiológico indicaría mayores influencias vagales
parasimpáticas sobre el corazón en los participantes que realizan ejercicio físico frente a
los sedentarios.
Los resultados en este estudio muestran entonces mayores valores de SRB y VTC
para el grupo físicamente activo que para el grupo sedentario, por consiguiente los
corazones de los sujetos que practican ejercicio rutinariamente parecen estar bajo
mayores influencias parasimpáticas (Berntson y cols., 1997).
Varios mecanismos explican este efecto beneficioso. El aumento en el control
parasimpático cardíaco asociado a la resistencia física es uno de los mecanismos
postulados (Spalding y cols., 2000). La actividad vagal ejerce una función protectora
sobre el corazón y su reducción se asocia con un aumento de la morbilidad y la
mortalidad por enfermedades cardiovasculares y la rama cardiaca del barorreflejo es la
principal fuente de influencias cardiacas vagales (Reyes del Paso, 1996). Otros estudios
previos han mostrado que, además de mostrar una mayor actividad parasimpática en
reposo, las personas con elevada forma física presentarían una respuesta al estrés
caracterizada por una retirada vagal pronunciada y una respuesta simpática reducida. En
cambio, las personas en baja forma física responderían al estrés con una fuerte
activación simpática y un cambio parasimpático reducido (Boutcher, Nugent, Maclaren
y Weltman, 1998).
Con respecto a estos estudios, en nuestro trabajo el grupo de personas físicamente
activas muestran niveles superiores de sensibilidad del reflejo barorreceptor, tanto en la
línea base como en el periodo de estrés mental. Cuando realizan la prueba de estrés
mental, el grupo de personas físicamente activas disminuye los niveles se sensibilidad
21
del reflejo barorreceptor más que el grupo de sedentarios. Este resultado puede ser
explicado en el sentido de que los sujetos físicamente activos se enfrentan al estrés
mediante una mayor inhibición del control cardíaco parasimpático, mientras que en los
sedentarios no se produce este efecto y previsiblemente necesitan activar el sistema
simpático. Estos resultados corroboran en parte los encontrados por Reyes del Paso y
cols. (1996) donde observaron que la sensibilidad del reflejo barorreceptor era mayor en
las secuencias “arriba” que en las secuencias “abajo” y que el estrés mental afectaba
más a las secuencias “arriba”. En este trabajo también se observa que el estrés afecta
más a la variabilidad cardiaca, el periodo cardíaco y en la presión sanguínea sistólica,
pero únicamente en el caso de las personas físicamente activas. Estas diferencias no se
han vuelto a encontrar en estudios realizados posteriormente (Reyes del Paso, et al.
2004; García, Reyes del Paso, Vila y Robles, 2003) y el hecho de que sólo ocurra en los
participantes que practican deporte habitualmente da más ímpetu a la explicación inicial
respecto a la importancia del ejercicio físico.
En conclusión, estos resultados muestran un cambio en las variables fisiológicas
con el objetivo de adaptarse a las demandas cognitivas. Gracias al aumento de la
presión sanguínea, la disminución del periodo cardiaco que da lugar a una mayor
frecuencia cardiaca, la disminución de la SRB y la disminución de la variabilidad de la
tasa cardiaca, el flujo sanguíneo cerebral se ajusta a las demandas ambientales para
mantener en la tarea así un nivel de homeostasis óptimo. Todo esto ocurre en el
organismo de los sujetos que practican regularmente ejercicio frente a los sujetos
sedentarios.
Por último, el estrés se puede conceptualizar como una respuesta automática y
natural, que requiere de un mayor esfuerzo para adaptarse al desequilibrio surgido entre
situaciones percibidas como amenazantes o en el que se incrementan las demandas
exigidas en determinadas tareas, y entre los recursos de los que dispone el individuo. A
través de esta definición, se pretende confirmar que este ajuste se efectúa mediante la
transformación de mecanismos fisiológicos en respuesta a la inhibición del sistema
nervioso parasimpático,
y por otro lado, en respuesta a la activación del sistema
nervioso simpático. Asimismo, los procesos cognitivos y los fenómenos sociales
también están relacionados en el proceso del estrés. Estos cambios en el organismo
están recogidos por diversos autores, como: Selye y su teoría del Síndrome General de
Adaptación (centrada en la correlación biológica, fisiológica y psicosomática de la
22
respuesta ante el estrés); Cannon y la formulación de su teoría del estrés, denominada
Respuesta de Lucha- Huída (referente a la respuesta fisiológica del sistema nervioso
simpático frente al estrés); y Lazarus y Folkman y su Modelo Transaccional (basado en
los procesos psicológicos, biológicos y sociales del estrés). Este estudio nos ha
permitido comprobar estas relaciones, observando cómo una situación responsable de
producir estrés mental genera un cambio en las variables fisiológicas para adaptarse al
aumento de las demandas. De ahí cabe destacar el valor en prevenir determinadas
enfermedades físicas a través de la modificación de conductas y del estilo de vida,
fomentando por ejemplo lo que sucede cuando se ejercita habitualmente el cuerpo
humano. Se debería de conocer estos resultados más explícitamente en la vida cotidiana
para establecer una alternativa a los diversos fármacos contra la ansiedad por ejemplo.
De este modo se fomentaría de forma natural un nivel de regulación frente al estrés y de
adaptación a las diferentes tareas cotidianas. En este caso, como ocurre en la muestra de
este estudio dirigida a los estudiantes universitarios, dónde hay todavía insuficientes
estudios generalizables, estos resultados podrían lograr que éstos entendiesen que al
practicar regularmente ejercicio, el rendimiento cognitivo y el estrés se adecuan mejor y
el organismo se adapta y sufre menos de forma natural.
23
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