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Fatiga muscular respiratoria inducida por el ejercicio:
implicaciones en clínica y rendimiento
Jose López Chicharro
Universidad Complutense de Madrid
Sistema de transportede oxígeno
Sistema Pulmonar
Concentraciónhemoglobina
Afinidadoxígeno
Volumen sanguíneoy Gasto Cardiaco
Gasto cardiacoVolumen sistólicoPresión arterial
CirculaciónPeriférica
Flujo sanguineo msDensidad capilar
DifusiónExtracción O2
Metabolismoaeróbico
SustratosMasa msMioglobinaMitocondriasEnzimas
limitantes del rendimiento aeróbico??
modif. Wilmore y col, 1999
VEVA/QDifusión
Velocidad de carrera (km/h)
Gasto cardiaco (l/min) GC max
Wilmore y col, 1999
agotamiento
Ventilación Pulmonar
20
70
120
170
220
75 150 225 300 375 450 525 575
Vatios
VE (l·min-1)
Test de esfuerzo hasta el agotamiento
agotamiento
105
68
0
20
40
60
80
100
120
Reposo Ejerc.Max.
PaO2 (Torr)
PaO2
Hopkins y McKenzie, 1989
20
25
30
35
40
45
Reposo Ejerc.Max.
PaCO2 (Torr)
PaCO2
Hopkins y McKenzie, 1989
pH = 7.2
SISTEMA RESPIRATORIO COMO LIMITANTE DEL EJERCICIOSISTEMA RESPIRATORIO COMO LIMITANTE DEL EJERCICIO
¿Puede la demanda respiratoria contribuirsignificativamente a la limitación del ejercicio?
DirectaLimitaciones de la bombamuscular respiratoria
IndirectaEfectos sobre el flujo sanguíneoa los miembros / fatiga músculos
locomotores
SISTEMA RESPIRATORIO COMO LIMITANTE DEL EJERCICIOSISTEMA RESPIRATORIO COMO LIMITANTE DEL EJERCICIO
� Demandas energética y mecánica de los músculos respiratorios
� Factores que contribuyen a la fatiga de los músculos respiratorios
� Implicación de esos factores en la tolerancia al ejercicio
� Mecanismos potenciales por los que la fatiga muscular respiratoriapuede comprometer la tolerancia al ejercicio
� Maniobras para minimizar la potencial limitación respiratoria
Orden de exposición...
SISTEMA RESPIRATORIO COMO LIMITANTE DEL EJERCICIOSISTEMA RESPIRATORIO COMO LIMITANTE DEL EJERCICIO
� Funciones del sistema respiratorio
� Oxigenar la sangre (PaO2)� Contribuir al equilibrio ácido-base
Demandas energética y mecánica de los músculos respiratorios
� Músculos respiratorios (diafragma e intercostales)
� Energética y metabolismo
SISTEMA RESPIRATORIO COMO LIMITANTE DEL EJERCICIOSISTEMA RESPIRATORIO COMO LIMITANTE DEL EJERCICIO
Mizuno M, 1991
SISTEMA RESPIRATORIO COMO LIMITANTE DEL EJERCICIOSISTEMA RESPIRATORIO COMO LIMITANTE DEL EJERCICIO
� Reclutamiento músculos inspiratorios accesorios
� Ejercicio máxima intensidad: VT ~ 65% CVF / F ~ 60-90% PIM
Demandas energética y mecánica de los músculos respiratorios
� Activación músculos espiratorios
� Mejora función inspiratoria (↓ VPEF)
SISTEMA RESPIRATORIO COMO LIMITANTE DEL EJERCICIOSISTEMA RESPIRATORIO COMO LIMITANTE DEL EJERCICIO
VOLU
MEN (1 L)
Henke y cols, 1998
Presión gástrica (cmH2O)
Moderada intensidad
Elevada intensidad
Reposo
- +
-
+
SISTEMA RESPIRATORIO COMO LIMITANTE DEL EJERCICIOSISTEMA RESPIRATORIO COMO LIMITANTE DEL EJERCICIO
� Reclutamiento músculos inspiratorios accesorios
� Ejercicio máxima intensidad: VE ~ 65% CVF / 60-65% PIM
Demandas energética y mecánica de los músculos respiratorios
� Costo de O2 (VO2) de la respiración ejercicio máximo
� 8-16% VO2max
� Activación músculos espiratorios
� Mejora función inspiratoria (↓ VPEF)
SISTEMA RESPIRATORIO COMO LIMITANTE DEL EJERCICIOSISTEMA RESPIRATORIO COMO LIMITANTE DEL EJERCICIO
Fatiga de los músculos respiratorios
• DefiniciónImposibilidad de los músculos respiratorios de alcanzar unapresión pleural dada.
• ValoraciónDiafragma: dif -P. esofágica vs. gástrica. Ms abdominales: P. gástrica
100
150
200
250
Pre-ejercicio Post-ejercicio
P.inspiratoria pico (cmH2O)
Presión inspiratoria
McConnell y col, 1997
p<0.001
- 10.5 %
171
154
Fatiga muscular respiratoria
Fatiga muscular respiratoria inducida por el ejercicio
Johnson y col, 1993
Tiempo (min)
Pdi(c
mH
2O)
Reposo
Reposo Ejercicio
-15-30%
Taylor y col, 2006
Fatiga muscular respiratoria inducida por el ejercicio
Frecuencia de estimulación (Hz)
Pga
(cm
H2O
)
Pre-ejercicio<1 min post-ejercicio30 min post-ejercicio
Babcock y col, 2002
Causas de fatiga de los músculos respiratorios
� Elevados y sostenidos niveles de trabajo muscular respiratorio
0
100
200
300
400
500
20 40 60 80 100
Wk de resp (J·min-1)
0
1
2
3
4
20 40 60 80 100
% Tiempo total ejercicio
VO2 (l·min-1)
0
5
10
15
20
25
30
35
Control Post-ex (10
min)
Post-ex (30
min)
Post-ex (60
min)
Tiempo de estimulación
Pdi (cm H
2O)
* *
□ Ventilación presión positiva
Harms y col, 2000
3
3,5
4
4,5
5
2 4 6 8 10 12 14
Tiempo (min)
VO2 (l·min-1)
6
7
8
9
10
2 4 6 8 10 12 14
Tiempo (min)
RPE piernas (Borg)
6
7
8
9
10
2 4 6 8 10 12 14
Tiempo (min)
Disnea (Borg)
□ Ventilación presión positiva
* * * * ***
*
**
Causas de fatiga de los músculos respiratorios
� Elevados y sostenidos niveles de trabajo muscular respiratorio
Harms y col, 1998
20
23
26
29
32
50 100 150 200
Wresp (%control)
Gasto cardiaco (l·min-1)
Causas de fatiga de los músculos respiratorios
� Competencia por gasto cardiaco ms respirat vs. ms locomotores
115
130
145
160
175
50 100 150 200
Wresp (%control)Volumen sistolico (ml)
Mecanismos por los que la fatiga muscular respiratoriapuede afectar a la tolerancia al ejercicio
� hipoventilación alveolar relativa
Chicharro y col, 2010
30
40
50
50%VO2max 95%VO2max
PETCO2 (mmHg)
Mecanismos por los que la fatiga muscular respiratoriapuede afectar a la tolerancia al ejercicio
� alteración mecánica respiratoria
Perlovich y col, 2007
95%VO2max
Johnson y col, 1993
Índi
ce d
e fa
tiga
dia
frag
mát
ica
RMS (
%)
norm
aliz
ado
Intercostal externo
t (min)Pdi (% incremento)
Mecanismos por los que la fatiga muscular respiratoriapuede afectar a la tolerancia al ejercicio
� interacciones cardiorrespiratorias
Romer y Polkey, 2008
↑↑↑↑ Descarga eferente simpática↑↑↑↑ Vasoconstricción miembros↓↓↓↓ Transporte de O2↑↑↑↑ Fatiga músculos locomotores↑↑↑↑ Percepción de esfuerzo
- Fatiga por contracción de diafragmay músculos accesorios respiratorios
- ↑↑↑↑ reflejos activados por metabolitos- ↑↑↑↑ Descarga aferente grupos III/IV
METABOLORREFLEJO MUSCULAR RESPIRATORIO
% W Respiratorio (%control) % W Respiratorio (%control)
VO
2 piernas (%control)
Flujo sanguineo
piernas (%control)
Harms y col, 1997
100
Mecanismos por los que la fatiga muscular respiratoriapuede afectar a la tolerancia al ejercicio
Dempsey y col, 2006
-30% +40%
Mecanismos por los que la fatiga muscular respiratoriapuede afectar a la tolerancia al ejercicio
Fuerz
a d
e cuádriceps
(% ∆∆ ∆∆,Pre
vsPost-eje
rcicio
)
Control Descarga Control Carga
Trabajo(w)
Duración(min)
FuerzaMs inspiratorios(% control)
Fuerzadiafragma(% control)
Dempsey y col, 2006
Fatiga músculoslocomotores
↑ Percepción del esfuerzo
Inhibición Refleja (?)
↓ Producción fuerza aestímulos supramáximos
↓ Impulsos motores centralesa músculos locomotores
Causas periféricas/centrales de limitación a latolerancia al ejercicio inducida por fatiga
muscular respiratoria
Fatiga muscular respiratoria
Enfermedad Pulmonar (EPOC) Enfermedad Cardiaca (ICC)
• Ms locomotores más fatigables• > costo O2 para respiración
• ↑ demanda VE• ↓ gasto cardiaco• ↑ respuesta simpática al ejercicio
↓ Tolerancia al ejercicio
¿Entrenamiento específico de los
músculos respiratorios?
EJERCICIO FÍSICO DE ELEVADA INTENSIDAD
Fatiga MúsculosRespiratorios
HipoventilaciónAlveolar
LimitacionesMecánicas
CompromisoEnergético
Músculos Respiratoriosvs
Músculos locomotores
LimitacionesDifusión
Metodología del entrenamiento de músculos respiratorios
� Hiperpnea isocápnica
� Material necesario� Sistema de mezcla de gases
� Medida de referencia� Valoración de la MVV
� Control de la carga� VT-FR (%MVV) y tiempo
� Tipo de entrenamiento� Aeróbico-anaeróbico
Metodología del entrenamiento de músculos respiratorios
� Hiperpnea isocápnica
� Inspiración contra-resistencia
� Material necesario� Sistema de medida de presiones (PI)� Incentivador respiratorio (mm H2O)
� Medida de referencia� PImax, CV
� Control de la carga� %PImax, repeticiones, series, tiempo
� Tipo de entrenamiento� Fuerza-resistencia
Entrenamiento de los músculos respiratorios
Stuessi y col, 2001
Eur J Appl Physiol 84: 582-586
Entrenamiento: 15 semanas40 sesiones; 30 min/sesiónHiperpnea isocápnica: 69% MVV
� PaO2 - SaO2
� Resistencia al ejercicio
0
10
20
30
40
Entren Control
Tiempo (min)
Pre-entren Post-entrenStuessi y col, 2001
Test de resistencia respiratoria70% MVV
20
30
40
50
Entren Control
Tiempo (min)
Pre-entren Post-entren
Stuessi y col, 2001
Test de resistencia aeróbica70% Wmax
*
Spengler y col, 1999
Eur J Appl Physiol 79: 299-305
Entrenamiento: 4 semanasCinco sesiones/semana; 30 min/sesiónHiperpnea isocápnica: 63-70% MVV
� Concentración sanguínea de lactato
� VO2max
� Resistencia músculos respiratorios
� Resistencia al ejercicio
Entrenamiento de los músculos respiratorios
0
5
10
15
20
25
30
35
Pre-entren Post-entren
Tiempo (min)
Spengler y col, 1999
Test de resistencia respiratoria
VT: 60% CVF
FR: 40-50 rpm
4 semanas5 sesiones/semana30 min / sesiónHiperpnea isocápnica
0
5
10
15
20
25
30
Pre-entren Post-entren
Tiempo (min)
Spengler y col, 1999
Test de resistencia en cicloergómetro
87% VO2max P<0.01
Spengler y col 1999
Intensidad de ejercicio (W)
Concentración sanguínea de lactato (mM)
Antes
Después
Influencia del trabajo de los ms respiratorios sobrela cinética de recuperación del lactato post-ejercicio
Chiappa y col, 2008
Con resistencia
Sin resistencia
Tiempo recuperación (min)
Pico
Lacta
to (m
mol·l-1)
Entrenamiento: 8 semanas5 sesiones/semana Resistencia inspiratoria: 50-60% PIM25 inspiraciones / 2 sesiones / díaGrupo Placebo: 50 inspiraciones – 15% PIM
� PImax
� VO2pico
� Tiempo de resistencia aeróbica
� VO2 en carga estable (VT1-VT2)
Aznar-Lain S, Webster AL, Cañete S, San Juan AF, López Mojares LM, Pérez M, Lucía A, Chicharro JLInt J Sports Med 28(12): 1025-9, 2007
Entrenamiento de los músculos respiratorios
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
Entren Control
P.Inspirat.máx.(cmH2O)
Pre-entren Post-entren
Aznar y col, 2007
p<0,01
10
20
30
Entren Control
Tiempo (min)
Pre-entren Post-entren
Test de resistencia aeróbica50% VT1-VT2
P<0,01
Aznar y col, 2007
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
5 10 15
Tiempo (min)
VO2 (ml/kg/min)
Pre-entren
Post-entren
Test de resistencia aeróbica50% VT1-VT2
Aznar y col, 2007
Aznar y cols, 2007
13,9955,707,1847,99rms-EMG (µV) Diafragma central
p=0,02717,3060,216,4450,08rms-EMG (µV) Diafragma izq.
p=0,01415,1649,156,4436,19rms-EMG (µV) Diafragma dcho.
p=0,00114,0947,028,9632,01rms-EMG (µV) Intercostal izq.
p=0,01614,3942,7732,7134,53rms-EMG (µV) Intercostal dcho.
p=0,00312,5851,667,0640,08rms-EMG (µV) Esterno izq.
p=0,00915,7054,165,3841,81rms-EMG (µV) Esterno dcho
pDEMediaDEMedia
EXP-Post-entrenam, (n= 11)CON-Post-entrenam. (n= 12)
rms-EMG músculos inspiratorios post-entrenamiento
Chicharro y col, 2011
Pardo y Chicharro, 2001
* p<0.05 visitas 1-2
$ p<0.05 visitas 1-3
† p<0.05 visitas 2-3
Entrenamiento ms inspiratorios comparado con otrasintervenciones de rehabilitación en EPOC
O’Brien y col, 2008. J Cardiopulm Rehabil 28: 128-141
� IMT vs ejercicio
� No dif en fuerza ms insp y tolerancia al ejercicio
� IMT + ejercicio vs. ejercicio
� ↑ PIM (∼8,6 cmH2O) en IMT + Ejercicio� ↑ tolerancia al ejercicio en IMT + Ejercicio
↓ Taquipnea↓ VE
↓ acumulaciónde H+
↓ ↓ ↓ ↓ requerimientoflujo sanguíneo
↑↑↑↑ vasodilatación
↑ Flujo sanguíneodisponible
↓ Producción lactato
↑ Aclaramientometabólico
Músculos
respiratorios
SNC
Músculos
locomotores
activos
Entrenamientomúsculosrespiratorios
↑ Potencia aeróbicadiafragma y msaccesorios respirat
↓↓↓↓ Fatiga
↑ aclaramientode lactato ?
↓↓↓↓ DISNEA
↓ Actividadreflejasimpática
↓ Competiciónflujosanguíneo
↓↓↓↓ FATIGA
EFECTOS DEL ENTRENAMIENTO DE LOS MÚSCULOS RESPIRATORIOS SOBREFACTORES QUE PUEDEN CONDICIONAR EL RENDIMIENTO FÍSICO AERÓBICO