Capítulo 45: VENTILACION Y METABOLISMO ENERGETICO Nelio Bazán

Transcripción

1 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 VO 2 max, 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. O 2 máx. Consumo de oxígeno. Consumo de oxígeno máximo. Potencia y capacidad aeróbica. Relación frecuencia cardíaca VO 2 max Umbral anaeróbico. Mediciones realizadas con el umbral anaeróbico. Umbral ventilatorio.

2 VO 2 max Consumo de oxígeno El consumo de oxígeno (VO 2 ) 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 (VO 2 max), 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: VO 2 = VS x FC x a-v O 2 Donde VS es el volumen sistólico, FC la frecuencia cardiaca, lo que en conjunto representa el gasto cardiaco (GC), y a-v O 2 es la diferencia arterio-venosa de oxígeno, o sea el oxígeno que extraen los tejidos. Por tanto, la variación del VO 2 depende de un factor central (GC) y uno periférico (capacidad de extracción de oxígeno). VO 2 = GC x a-v VO 2 En reposo, el VO 2 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 VO 2 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 VO 2 max, mayor será capacidad cardiovascular, definiendo cuán apto se encuentra su sistema cardiorrespiratorio. Se pueden encontrar varias definiciones más del VO 2 max

3 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 VO 2 max refleja el nivel del metabolismo aeróbico y su reconversión de energía. El VO 2 max 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 VO 2 max absoluto. Y es por ésta razón que para poder comparar entre individuos que difieren en su masa corporal, es necesario expresar el VO 2 max 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 ml/kg/min mientras que los maratonistas pueden tener de 4-5 litros/minuto pero con valores relativos superiores, de ml/kg/min, ya que poseen un diferente tipo de estructura corporal. Tabla 45.1: Valores de VO 2 max. Valores medidos y valores normativos en ml/kg/min. El VO 2 max 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.

4 Las diferencias entre ambos sexos, se hacen mínimas si comparamos el VO 2 max 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 VO 2 max. 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 VO 2 max y el VO 2 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 VO 2 max mientras uno de 16 años, para la misma intensidad, trabaja al 75 % de su VO 2 max. 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 VO 2 max se alcanza a una determinada velocidad de carrera y se sostiene por un determinado tiempo. La velocidad de VO 2 max (Vmax) es el ritmo en km/hora con el que se alcanza el VO 2 max. Tmax es el tiempo durante el cual uno puede mantener la velocidad de VO 2 max. Figura 45.1: Consumo de oxígeno en hombres. Valores relativos en ml/kg/min. El VO 2 max 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

5 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.

6 Relación frecuencia cardíaca VO 2 max 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/VO 2 max 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/VO 2 max 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 VO 2 max. 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 VO 2 max 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

7 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 % ( lpm) del VO 2 max, en tanto que un deportista de alto rendimiento puede llegar al % ( lpm), se habla de entrenados desde el % ( lpm). El umbral anaeróbico es el valor de VO 2 en el cual el metabolismo anaeróbico suplementa el metabolismo aeróbico, el cual ocurre en el 50 a 60 % del VO 2 max 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.

8 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 % del VO 2 max. Umbral láctico: Es el punto en el cual la concentración de lactato comienza a elevarse por encima de los valores de reposo.

9 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 % del VO 2 max. Fase II o umbral anaerobio hasta ± 4mmol/L de lactato, corresponde al % del VO 2 max. 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 O 2 consumido. Es determinado mediante el estudio del consumo de oxígeno (VO 2 ) y de la producción de anhídrido carbónico (VCO 2 ), 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 O 2 y CO 2 ) cuándo se produce y en la curva de tiempo de esfuerzo y el VO 2 y la VCO 2 se podrá observar: 1) En niveles de intensidades bajas, la curva de la VCO 2 aparece graficada por debajo de la del VO 2. 2) Al producirse un incremento progresivo del esfuerzo, llega un punto en que la curva de la VCO 2 cruza la del VO 2. 3) En intensidades mayores de actividad la curva de la VCO 2 permanece por encima de la curva del VO 2. 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 VO 2 a la cual ocurre el UV (AT-VO 2 ).

10 Figura 45.7: Umbral ventilatorio. En intensidades bajas de ejercicio, el metabolismo oxidativo aeróbico provee la energía necesaria para realizar la actividad, tanto el VO 2 como la VCO 2 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 CO 2, se le agrega el CO 2 proveniente de la amortiguación del ácido láctico y se produce el cruce de la curva de la VCO 2 sobre la del VO 2. 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 (VO 2 ) 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 (VO 2 max), 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: VO 2 = VS x FC x a-v O 2. Donde VS

11 es el volumen sistólico, FC la frecuencia cardiaca, lo que en conjunto representa el gasto cardiaco (GC), y a-v O 2 es la diferencia arterio-venosa de oxígeno, o sea el oxígeno que extraen los tejidos. Por tanto, la variación del VO 2 depende de un factor central (GC) y uno periférico (capacidad de extracción de oxígeno): VO 2 = GC x a-v VO 2. El umbral anaeróbico es el valor de VO 2 en el cual el metabolismo anaeróbico suplementa el metabolismo aeróbico, el cual ocurre en el 50 a 60 % del VO 2 max 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 O 2 consumido. BIBLIOGRAFÍA Astrand PO y Rodahl K. (1992). Fisiología del trabajo físico: Bases fisiológicas del ejercicio. 3ª Ed. Buenos Aires: Panamericana. Astrand PO y Rodahl K. (1977). Textbook of work physiology. New Cork: McGraw- Hill. Astrand PO. (1956). Human physical fitness with special referente to age and sex. Physiol. Rev.; 36:307. Brooks GA. (1991). Current concepts in lactate exchange. Med. Sci. Sports. Exerc.; 8: Brooks GA. (1985). Anaeronic threshold: review of the concept and directions for future reserch. Med. Sci. Sport. Exerc., 17:22. Bouchard C y Malina RM. (1983). Genetics for the sport scientist: selected methodological considerations. Exerc. Sport Sci. Rev.; 11: Bouchard C, Boulay M y Thibault MC. (1980). Training of submaximal working capacity: frequency, intensity, duration, and their interactions. J Sports Med Phys Fitness; (1):29-40 Drinkwater B. (1975). Physiological responses of women to exercise. Exercise and Sports Science Review, Academia Press, New York. Garcia Manso JM, Navarro Valdivieso M y Ruiz Caballero JA. (1996). Bases teóricas del entrenamiento deportivo. Madrid: Gymnos.

12 Hagberg JM. (1980). Aster adjustment to and recovery from submaximal excersice in the trained state. J. Appl. Physiol.; 48:218. Hermansen LH y Anderson L. (1965). Aerobic work capacity in young noruegan men and woman. J. Appl. Physiol.; 20:425. Holloszy JO y Coyle EF. (1984). Adaptation of skeletal muscle to endurance exercise and their metabolic consequenses. J. Appl. Physiol.; 56:831. Mac Dougall JD, Wenger HA y Green HJ. (1995). Evaluación fisiológica del deportista. Barcelona: Paidotribo. Malina RM, Bouchard C y otros. (1979). Age at menarche, family size, and birth order in athletes at the Montreal Olympic Games. Med. Sci. Sports; (4):354-8 Well CL y Plowman SA. (1983). Sexual diferences in atletic performance: biological or behavioral?. Phys. Sportsmed.; 56:954. Weltman A y otros. (1979). Recovery from maximal effort exercise: lactate disapperance and subsequent performance. J. Appl. Physiol.; 47:67 Wasserman K, Bearver WL y Whipp BJ. (1986). Mechanisms and patterns of blood lactate increase during exercise in man. Med. Sci. Sports Exerc, 18(3): Wasserman K y McIlroy MB. (1964). Detecting the threshold of anaerobic metabolism in cardiac patients during exercise. American Journal of Cardiology, 14: Zintl F. (1991). Entrenamiento de la resistencia. Barcelona: Martínez Roca.