EDGAR LOPATEGUI CORSINO
Universidad Interamericana de PR - Metro, División de Educ.
Dept. de Educación Física,
PO Box 191293, San Juan, PR 00919-1293
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Consumo de Oxígeno (VO2)
Definición:
La proporción a la cual el oxígeno es utilizado por las mitocondrias (metabolismo aeróbico) de todas las células del cuerpo, en función respiratoria interna o celular. También se puede definir como la cantidad de oxígeno (en litros [L] o mililitros [mL]) extraído del aire/gas ambiental inspirado durante un período de tiempo (usualmente en un [1] minuto), en condiciones estandarizadas (STPD) de los volumenes del aire/gas inspirado.
Unidades de medida comunes en que se expresa:
- Valores absolutos:
- Valores relativos:
b. Las condiciones estandarizadas son:Los valosres obtenidos se estandarizan (STPD): STPD = Un volumen de un gas en condiciones estándar de temperatura y presión, libre de vapor de agua (seco).
1) Standard Temperature (Temperatura Estándar):
273 K ó 0 C
2) Standard Pressure (Presión Estándar):
760 mm Hg, es decir, a una atmósfera "estándar".
3) Dry (seco):
0% de humedad relativa, es decir, en ausencia de va-
por de agua.
B. Consumo de Oxígeno Máximo (VO2máx)
1. Definición:
a. El volumen de oxígeno
que puede ser transportado y uti-
lizado durante ejercicio máximo al nivel del mar
(Rivera, Lopategui & Rivera, 1992).
b. El consumo de oxígeno
más alto que un individuo puede
alcanzar durante un ejercicio/trabajo físico que en-
vuelva grandes grupos musculares mientras respira aire
al nivel del mar (duración del ejercicio 2 a 6 min, de-
pendiendo del tipo de ejercicio o carga de trabajo)
(Åstrand & Rodahl, 1986, pág. 304).
2. Definición descriptiva (en base a su criterio evaluativo):
a. El punto en el cual
el consumo de oxígeno se estabiliza
(crea un "plato") y no muestra un aumento más alla (o
solamente aumenta levemente) con cargas de potencias
ergométricas adicionales (McArdle, Katch & Katch, 1991,
pág. 131).
b. Una situación
a intensidades altas de trabajo/ejercicio
donde, a pesar de aumentos en la potencia ergométrica
producida por el sujeto, el VO2 medido directamente no
manifiesta aumentos adicionales bajo las condiciones
ambientales dadas (en comparación con una relación es-
trictamente lineal entre potencia ergométrica y el VO2
a intensidades de ejercicio submáximas) (Wagner, 1991,
pág. 133):
1) El "plato" alcanzado en el VO2 se conoce como VO2máx.
a) Puede ser dificil de identificar en un sujeto da-
do.
b) Para una demostración convincente, comúnmente re-
quiere:
Sujetos altamente motivados.
Individuos en buena condición física. (Wagner, 1991, pág. 133)
Que el sujeto trabaje una etapa sobre el punto
real donde se alcanzó el VO2máx (esto requiere
individos altamente motivados).
c. Aquel valor de VO2máx
que se alcanza al finalizar una
prueba de ejercicio cardiopulmonar donde a pesar de au-
mentos en la potencia ergométrica (e.g., aumento en la
velocidad y porciento de elevación de la banda sinfín)
el VO2 se mantiene más o menos estable (Howley &
Franks, 1986).
3. Definición operativa:
La máxima diferencia
entre la media (promedio) a la cual
entra en los pulmones el oxígeno inspirado y la media
(promedio) a la que sale de los pulmones el oxígeno espi-
rado (Lamb, 1984,
pág. 173).
4. Definición descriptiva fisiológica:
La capacidad de aumentar
la frecuencia cardíaca, incremen-
tar el volumen de
eyección sistólica, de distribuir el
flujo sanguíneo hacia los músculos esqueleticos activos y
la capacidad oxidativa
de éstos tejidos.
5. VO2 pico versos VO2máx:
a. Concepto: (VO2 pico):
El valor más alto del consumo de oxígeno que se obtiene durante una prueba ergométrica progresiva de esfuerzo.
b. Indicaciones para su uso:
1)
No se observa el criterio generalmente aceptado para
alcanzar un VO2máx (estabilización del VO2 a pesar
de aumentos en la potencia ergométrica).
2)
La prueba ergométrica de ejercicio se encuentra li-
mitada por factores locales (e.g., dolor muscular)
en vez de por la dinámicas de la circulación cen-
tral.
c. Implicaciones:
1)
El VO2 pico alcanzado durante una prueba particular
de ejercicio no necesariamente representa el verda-
dero VO2máx del sujeto.
2)
Por otro lado, en la mayoría de los sujetos norma-
les, las pruebas ergométricas que envuelvan las
piernas producen un VO2 pico que se aproxima muy de
cerca al valor real del VO2máx, aún cuando no sea e-
vidente un "plato" (estabilización) en el VO2 (Wa-
sserman, Hansen, Sue & Whipp, 1987, pág. 29).
6. Criterios para determinar el consumo
de oxígeno máximo du-
rante una prueba ergométrica
progresiva:
a. Una estabilización del consumo de oxígeno (VO2):
El
VO2 aumenta o disminuye por no más de 2 mL/kg min
(150 mL/min) con aumentos en la intensidad del esfuerzo
requerido.
b. La razón del intercambio respiratorio (R) alcanza un valor igual o mayor de 1.00:
Otros
investigadores (Powers & Howley, 1990, pág. 430)
plantean que la R debe ser mayor de 1.15
c. El valor de la frecuencia
cardíaca (FC) se encuentra
cerca (dentro de 10%) de la frecuencia cardíaca máxima
estimada:
1)
La FC durante la última etapa de la prueba se haya
10 latidos/min sobre o debajo de la frecuencia car-
díaca máxima ajustada a la edad:
El error/desviación estándar de este valor (220 -
Edad) fluctúa de 10 a 25 laidos/min.
d. Una estabilización de la frecuencia cardíaca (FC):
La
FC alcanza un "plato"/equilibrio a pesar de incre-
mentos en la intensidad de trabajo.
e. Fatiga subjetiva,
agotamiento y la incapacidad de po-
der continuar.
f. Valores de lactato
sanguíneo cerca o excediendo 10.0
mmol/L.
h. Una percepción del esfuerzo (Escala Borg) de 19 a 20.
i. Según Brooks
y Fahey (1985, pág. 323), la medición del
consumo de oxígeno máximo debe satisfacer los siguien-
tes objetivos/criterios:
1)
La masa muscular utilizada durante el ejercicio debe
como mínimo estar activada 50% de forma contínua y
rítmica durante un período de tiempo prolongado.
2)
Los resultados de la prueba no deben estar influen-
ciados por factores de motivación o de destreza.
3)
Debe existir una nivelación del consumo de oxígeno
mientras aumenta la intensidad del ejercicio.
4) Las mediciones se deben realizar bajo condiciones experimentales estándar:
No se puede llevar a cabo bajo un ambiente estresor,
el cual exponga al sujeto a estados excesivos de ca-
lor, humedad, contaminación ambiental o altitud.
7. Importancia fisiológica (deVries. 1986, págs. 224-225):
a. Representa un buen
criterio para determinar cuan efec-
tivamente diversas funciones fisiológicas pueden adap-
tarse a los aumentos en las demandas/necesidades meta-
bólicas de trabajo o ejercicio:
b. Funciones fisiológicas
que contribuyen a la magnitud de
la habilidad del atleta en mantener un estado estable:
1)
Ventilación pulmonar.
2) Difusión pulmonar.
3) Transporte de oxígeno (O2) y bióxido de carbono (CO2)
por la sangre.
4) Función cardíaca.
5) Ajustes vasculares (vasodilatación de tejidos acti-
vos y vasoconstricción de tejidos inactivos).
6) Condición física de los músculos envueltos.
C. Sistema de Transporte de Oxígeno
1. Definición:
a. El consumo de oxígeno
(VO2), i.e., el producto del flu-
jo sanguíneo sistémico central (gasto cardíaco) y
la
extracción de oxígeno de la sangre sistémica en la
periferia (diferencia arterio-venosa de oxígeno).
b. El sistema cardio-respiratorio,
compuesto por el vo-
men de eyección sistólica(VES), la frecuencia cardíaca
(FC) y la diferencia-arterio venosa (dif. a-vO2).
2. Principio de Fick:
a. El consumo de oxígeno
(VO2) es igual al gasto cardíaco
(Q o GC) por la diferencia arterio-venosa (Dif a-vO2).
b. El gasto cardíaco es igual a la frecuencia cardíaca (FC) por el volumen de eyección sistólica (VES).
3. Fórmula/descripción matemática:
VO2
= Q
X Dif a-vO2
(mL/min)
(mL/min) (mL de O2/100 mL sangre)
VO2 = FC
X VES X
Dif a-vO2
(mL/min) (latidos/min) (mL/latido)
(mL de O2/100 mL sangre)
VO2máx = FCmáx
X VESmáx X
Dif a-vO2máx
(mL/min) (Latidos/min) (mL/latido)
(mL de O2/100 mL sangre)
II. FRECUENCIA CARDIACA (FC)
A. Concepto
El número de latidos ventriculares por minuto.
B. Frecuencia del pulso
1. Definición:
La frecuencia
de las ondas de presión (ondas por minuto)
propagadas a
lo largo de las arterias periféricas, como
la arteria carótida o la radial.
2. Comparación con la frecuencia cardíaca:
a. En individuos sanos y normales:
La frecuencia del pulso y frecuencia cardíaca son idénticas.
b. En personas con arritmias cardíacas:
Estas dos frecuencias no son las mismas.
C. Medición
1. Electrocardiograma.
2. Curvas de presión sanguínea.
3. Auscultación con un estetoscopio.
4. Palpación sobre el corazón.
D. Límites Normales Amplios
60 - 100 latidos/min.
E. Factores que Controlan y Afectan la Frecuencia Cardíaca
1. La frecuencia cardíaca es aumentada por:
a. Disminución
en la actividad de los barorreceptores
en las arterias del corazón y de la circulación pul-
monar (con el subsiguiente reajuste por los centros
suprabulbares de integración):
1) Esto provoca:
a) Un aumento en la actividad de los nervios sim-
páticos que van al nódulo seno-atrial (nodo SA
o marcapaso) del corazón.
b. Aumento de hormonas circulantes:
1) Catecolaminas:
Epinefrina y norepinefrina.
2) Hormonas tiroideas
c. Hipoxia (tensión reducida o inadecuada del oxígeno ar- terial).
d. Aumentos en la temperatura corporal.
e. Aumento en la concentración iónica sanguínea.
f. Reflejo de Bainbridge.
g. Proceso de inspiración.
h. Ejercicio agudo (estático o dinámico/isotónico).
i. Coraje y excitación (estrés).
j. Estímulos que inducen dolor.
2. La frecuencia cardíaca es disminuída por:
a. Incremento
en la actividad de los barorreceptores en
las arterias, ventrículo izquierdo y circulación pul-
monar (con el subsiguiente reajuste por los centros
suprabulbares de integración):
1) Esto provoca:
a) Una reducción en la actividad de la fibras sim-
páticas que terminan en el nodo SA del corazón.
b) Un aumento en la actividad o tono de las fibras
parasimpáticas (reflejo vagal) que terminan en
el nodo SA del corazón.
b. Acetilcolina.
c. Reducción en la concentración iónica de la sangre.
d. Proceso ventilatorio de espiración.
e. Incremento en la presión intracraneal.
f. Estimulación
de las fibras de dolor del nervio trigé-
mino.
g. Aflicción/depresión
F. Respuestas de la Frecuencia Cardíaca a
un Ejercicio Agudo
Submáximo
1. Ejercicios que envuelvan contracciones
musculares isomé-
tricas:
La frecuencia cardíaca se eleva.
2. Ejercicios que realizan contracciones
musculares isotóni-
cas:
Inmediáto incremento de la frecuencia cardíaca.
3. Ejercicios que se llevan a cabo bajo inmersiones en el agua (Rost, 1987, pág. 15):
a. Reducción en la frecuencia cardíaca (bradicardia de buzo/inmersión):
1) Causa/mecanismo:
a) Aumento en la actividad simpática (tono del ner-
vio vago).
b) Aumento en el retorno venoso ocasionado por el
efecto boyante (falta de peso) del agua sobre el
cuerpo.
c) Déficit de oxígeno.
d) Mecanismo de valsava.
f) El mecanismo que envuelve la función receptora del nervio trigeninal.
2) Utilidad//propósito:
Representa una medida de economía que permite a una
persona estar más tiempo debajo del agua.
G. Efectos Adaptativos (Entrenamiento de Tolerancia)
de la Fre-
cuencia Cardíaca
1. Durante el reposo:
a. Bradicardia atlética o inducida por el entrenamiento:
1) Ejemplos:
a) Corredores pedestres de larga distancia de cla-
sificación elite:
Estos exhiben una frecuencia cardíaca de reposo
entre 15 a 25 latidos/min menor que aquella de
la población general (Goss, 1978, pág. 56).
2) Posibles causas (teorías):
a) Alteraciones en la actividad del sistema nervio-
so autonómico (central):
Aumento en la actividad parasimpática a través
de un incremento en el tono vagal.
Reducción en la actividad simpática al nodo SA.
b) Un aumento en el volumen de eyección sistólica
(Rost, 1987, pág. 50):
Este incremento en la cantidad de sangre que
bombea el corazón posiblemente acasione una
disminución en el estímulo nervioso que se diri-
ge al corazón (i.e., una retroalimentación nega-
tiva), de manera que se reduzca la frecuencia
cardíaca.
2. Durante un ejercicio agudo submáximo:
a. Reducción
en la frecuencia cardíaca para una intensi-
dad de ejercicio dada:
Se ha observadso que esto ocurre cuando se utilizan
los mismos músculos envueltos durante el entrenamien-
to (Goss, 1978, pág. 57).
3. Durante un ejercicio máximo:
a. Disminución en la frecuencia cardíaca máxima (FCmáx):
1) Causas/mecanismos (Goss, 1978, pág. 57):
a) Cambios en el control del sistema nervioso auto-
nómico.
b) Aumento en el volumen de eyección sistólica.
c) Reducción en las catecolaminas circulantes.
H. Importancia para la Circulación Central,
Transporte de Oxí-
geno y Circuito Coronario
1. Representa el primer determinante del gasto cardíaco, particularmente durante un ejercicio máximo.
2. Un aumento en la frecuencia
cardíaca sirve como mecanismo
rápido
para incrementar el transporte de oxígeno durante
el ejercicio.
3. Existe una alta correlación
entre el flujo de sangre co-
ronario y la
frecuencia cardíaca.
III. VOLUMEN DE EYECCION SISTOLICA (VES)
A. Concepto
El volumen de sangre eyectada
(bombeada) hacia la arteria
principal por cada contracción (sístole o latido del cora-
zón).
B. Cálculo
1. Dividiendo el gasto cardíaco
(Q) por la frecuencia car-
díaca
(FC):
Q (L/min) X 1000
VES = -------------------
FC (Latidos/min)
2. Determinando la diferencia
entre el volumen sanguíneo
contenido en el ventrículo al final de la diástole (vo-
lumen
ventricular diastólico final [VVDF]) y el volumen
que queda al final de la sístole (volumen ventricular
sistólico final [VVSF]):
VES = VVDF - VVSF
C. Límites Normales Amplios
1. Indice de eyección (índice cardíaco [mL/min] dividido entre la frecuencia cardíaca):
30 a 65 mL/latido/m2
2. Volumen de eycción sistólica:
a. 60 - 70 mL/latido (posición erecta/de pie).
b. 60 - 130 mL/latido (límites normales amplios).
D. Factores que Controlan/Regulan y Afectan el Volumen de Eyección Sistólica
1. Actividad de los nervios simpáticos que van al corazón.
2. Hormonas:
Epinefrina y norepinefrina plasmática.
3. Volumen ventricular diastólico final (pre-carga):
Este a su vez es determinados por:
a. El volumen ventricular.
b. Tiempo
del llenado ventricular y retorno venoso (el
volumen de sangre venosa que regresa al corazón -
Ley de Starling).
c. Contractilidad
ventricular (la fuerza de la contrac-
ción del ventrículo).
d. Resistencia periférica total (pos-carga).
E. Respuesta del Volumen de Eyección
Sistólica a un Ejercicio
Agudo Submáximo
1. Aumenta hasta el 25% del
VO2máx, punto en el cual tiende
a estabilizarse.
2. Luego de haber alcanzado
el VES pico, aumentos adiciona-
les en
el gasto cardíaco es posible mediante el incre-
mento
en la frecuencia cardíaca.
F. Efectos Adaptativos (Entrenamiento) del Volumen de Eyección Sistólica
1. Durante el reposo:
El volumen
de eyección sistólica aumenta luego de un en-
trenamiento
de tolerancia.
2. Durante un ejercicio agudo submáximo:
a. Aumenta el volumen de eyección sistólica.
b. Magnitud del aumento (Rost, 1987, pág. 8):
1) Depende de la posición del cuerpo (efecto ortostá-
tico):
a) Supinación (boca arriba):
Utililización de la técnica del tinte diluí-
do:
25% de incremento.
Utilizando el principio de Fick:
10% de incremento.
b) Sentado:
30 - 50% de incremento.
c) De pie:
100 % de aumento.
c. Causa principal para dicho aumento:
Un vaciado más completo durante la sístole, lo cual requiere un aumento en la fuerza de la contracción ventricular.
3. Durante un ejercicio máximo:
a. Incrementa
el volumen de eyección sistólica.
b. Volumen de eyección sistólica máxima:
1) Se obtiene inmediátamente después del ejercicio:
a) Causas:
Reducción rápida en la frecuencia del pulso.
El retorno venoso se mantiene a niveles muy
altos.
4. Magnitud porcentual del
aumento en el volumen de eyec-
ción
sistólica luego de un entrenamiento:
a. Alrededor de 20%
b. El VES
más alto reportado en la literatura ha sido de
205 mL.
5. Causas/factores para el
aumento en el volumen de eyec-
ción
sistólica como resultado del entrenamiento:
a. Aumento
en el llenado ventricular (incremento en el
volumen ventricular diastólico final o activación del
mecanismo de Frank-Starling):
1) Esto es inducido por la reducción en la frecuencia
cardíaca.
2) Este proceso es facilitado por:
a) Un aumento en el volumen ventricular.
b) Aumento en el espesor de las paredes ventricu-
lares.
c) Aumento en el volumen sanguíneo (Particularmen-
te plasma).
d) Aumenmto en la entrada de calcio (Ca2+) y las
actividades inter-vinculadas entre el Ca2+, mio-
sina y la enzima ATPase:
Esto mejora la contractilidad del miocardio (músculo del corazón).
G. Importancia para el Sistema de Transporte de Oxígeno
1. Se considera el factor
más importante que determina las
diferencias
individuales en el VO2máx.
2. Junto a la frecuencia
cardíaca, ayuda a que la utiliza-
ción
energética del corazón sea más eficiente.
IV. GASTO CARDIACO (VOLUMEN MINUTO CARDIACO O DEBITO CARDIACO) (Q)
A. Concepto
La cantidad o volumen de sangre
eyectada/impulsada (bombea-
da) hacia la arteria principal
por cada ventrículo en un mi-
nuto.
B. Indice Cardíaco:
1. Concepto/descripción:
a. El gasto cardíaco
dividido por metro cuadrado de área
de superficie corporal.
b. Relaciona
el volumen del flujo cardíaco con el tamaño
del corazón.
2. Utilidad/objetivo:
a. Comparar los
gastos cardíacos de personas de diferen-
tes volumenes corporales.
b. Justificación/validez de su uso:
1) El gasto cardíaco cambia netamente según el volumen
corporal:
a) El gasto cardíaco aumenta aproximadamente en proporción a la superficie del cuerpo:
Por ejemplo, los individuos corpulentos tienen
un gasto cardíaco más elevado que en las perso-
nas pequeñas.
3. Valores normales:
2.5 - 4.2 L/min/m2
4. Unidades de expresión:
a. Litros (L) por minuto (min por metro cuadrado (m2):
L/min/m2
C. Unidades de Medida para Expresar el Gasto Cardíaco
1. Litros (L) por minuto (min): L/min
2. Mililitros (mL) por minuto (min):
mL/min
D. Medición/Método de Determinación
1. Método directo de Fick (Adolph Fick, 1870):
a. Postula que
la cantidad de una substancia captada por
un órgano (o por el cuerpo entero), en la unidad de
tiempo, es igual a la concentración arterial de la
sustancia menos la concentración venosa (la diferen-
cia a-v) multiplicada por el flujo sanguíneo:
En otras palabras, la cantidad del oxígeno transporta-
do a los tejidos debe ser igual al oxígeno transporta-
do hacia los pulmones por la arteria pulmonar.
b. Fórmula/expresión matemática:
VO2
Q = ----------------- X 100, donde
(CaO2) - (CvO2)
Q = Gasto cardíaco (L/min)
VO2 = Consumo de Oxígeno (mL/min)
CaO2 = Contenido de Oxígeno en la Sangre Arterial
(mL/L)
CvO2 = Contenido de Oxígeno en la Sangre Venosa
(mL/L)
2. Técnica de la dilución
de indicadores (tintes coloran-
tes).
3. Método de la presión diferencial (presión del pulso).
E. Ecuación
Q = FC X VES , donde
Q = Gasto Cardíaco (mL/min)
FC = Frecuencia Cardíaca (latidos/min)
VES = Volumen de Eyección Sistólica (mL/latido)
F. Límites Normales en Reposo en la Posición Supina
1. Varón joven y sano:
5.6 L/min
2. Todos los adultos (incluyendo personas de edad avanzada y mujeres):
5.0 L/min
3. Diferencias entre sexos:
En general, el
gasto cardíaco en una mujer es aproximada-
mente 10 por
ciento menor en el varón de igual volumen
corporal.
4. Límites normales amplios:
4 - 6 L/min (6.0±2.0, dependiendo del tamaño corporal).
G. Factores que Controlan y Afectan el Gasto Cardíaco
1. Frecuencia cardíaca (FC):
Inervación de los nervios simpáticos o parasimpáticos.
2. Volumen de eyección sistólica (VES):
a. Dotación neural:
Longitud de las fibras musculares cardíacas (regula-
ción heterométrica).
3. Intensidad del retorno venoso:
a. En circunstancias
normales se considera el factor de-
terminante principal del gasto cardíaco.
b. Factores de la circulación periférica:
1) Establecen la intensidad del retorno de sangre ve-
nosa al corazón:
2) Ejemplos:
a) Vasoconstricción refleja de las venas en las piernas.
b) Actividad dinámica de los músculos esqueléti-
cos:
Efecto:
Masaje de las contracciones de la musculatura
ra en las piernas.
c) Presencia de válvulas en las venas de las extre-
tremidades inferiores.
c. Efectos de
los movimientos respiratorios (los cambios
normales de la presión intratorácica que ocurren con
la respiración).
d. Cambios en
las necesidades metabólicas periféricas
(e.g., ejercicio):
1) Catecolaminas:
a) Aumentan la contracción del lecho venoso:
Esto favorece el retorno venoso.
e. Modificación de la postura.
4. Volumen cardíaco:
a. Hipertrofia ventricular izquierda (e.g., atleta):
Aumenta el nivel permisivo para la fuerza de bombeo
del corazón.
5. Estimulación del corazón
por el sistema nervioso autonó-
mico.
6. Resistencia periférica total:
a. Venoconstricción:
Mejorará el gasto cardíaco al elevar un poco el gra-
diente de presión para el retorno venoso, lo cual des-
plaza la sangre de la circulación periférica hacia la
pulmonar.
b. Vasodilatación en la circulación periférica:
Aumenta el retorno venoso y gasto cardíaco.
7. Intensidad del metabolismo local de cada tejido:
El gasto cardíaco
aumenta conforme aumente también la in-
tensidad del
ejercicio y sus necesidades energéticas (de-
terminado por
el consumo de oxígeno).
8. El grado de llenado de la circulación:
a. Determina:
El retorno venoso.
b. Presión del llenado sistémico.
9. Fuerza de la contracción cardíaca (contractilidad):
a. Determinantes:
1) Longitud de las fibras.
2) Duración de la pausa diastólica:
La integridad y masa del miocardio.
3) El aporte de oxígeno.
b. Ley de Starling del corazón:
1) Esta ley establece que "la energía de contracción
es proporcional a la longitud inicial de la fibra
del músculo cardíaco":
Cuanto más grande sea la longitud inicial de las
fibras del múscula cardíaco también mayor será
la
fuerza de la contracción.
10. Presión arterial.
11. Mecanismo de control:
a. Reflejos corticales (corteza cerebral).
b. Impulsos humorales (hormonas).
c. Quimioreceptores.
d. Presorreceptores (barorreceptores).
12. Otras condiciones o factores:
a. El gasto cardíaco aumenta con:
1) Estimulación simpática.
2) Liberación de catecolaminas:
Aumentan la frecuencia cardíaca por la estimulación
simpática (acción cronotrópica).
3) Inhibición de impulsos parasimpáticos para el cora-
zón:
Suprime el tono parasimpático, permitiendo que la
frecuencia cardíaca aumente, lo cual eleva la efi-
ciencia del bombeo.
4) Disminución de la presión arterial general.
5) Ejercicio (700% de aumento).
6) Ansiedad y excitación (50-100%).
7) Comida (30%).
8) Temperatura ambiental alta.
9) Histamina.
H. Respuestas del Gasto Cardíaco a un Ejercicio Agudo Submáximo
1. Antes del ejercicio (cambios anticipados):
a. De solo pensar que se realizará una actividad física o competencia deportiva:
Se estimula el sistema nervioso autonómico, lo cual
incrementa la frecuencia cardíaca y la fuerza de cada
contracción (contractilidad), aumentando el gasto car-
díaco de 13 a 25 litros por minuto (incluso hasta 35
litros/min en atletas que participan en eventos de to-
lerancia).
2. Cuando comienza el ejercicio,
el gasto cardiáco aumenta
hasta valores que pueden exceder de 35 litros/min, donde
la cantidad
de dicho incremento es proporcional al aumen-
to en el consumo
de oxígeno:
a. Causas/mecanismos principales envueltos:
1) En individuos no entrenados:
a) Aceleleración de la frecuencia cardíaca.
b) Un modesto incremento en el volumen de eyección
sistólica.
2) En atletas:
a) Principalmente por la mayor capacidad de éstos
para incrementar el volumen de eyección sistóli-
ca (Ekblom, 1969):
Entre mejor condición física (nivel de entrena-
miento) se encuentre la persona, tanto mayor se-
rá la contribución del aumento en el volumen de
eyección sistólica para incrementar el gasto
cardíaco durante el ejercicio.
b. Otras causas (vía mecanismos de control homeostáti- cos):
1) Ordenes nerviosas de la corteza motora al hipotála-
mo, y en consecuencia a los centros bulbares:
a) Esto aumenta la actividad simpática, lo cual re-
sulta en:
Incremento en la frecuencia cardíaca, en el volumen de eyección sistólica y contractilidad cardíaca.
Vasodilatación de los vasos sanguíneos muscu-
lo-esqueléticos activos (como resultado del
estímulo vía fibras nerviosas simpáticas):
Esto duplica el aumento en el retorno veno-
so, lo cual origina un nuevo aumento instan-
táneo del gasto cardíaco (valores que po-
drían alcanzar el doble de lo normal).
Es importante señalar que el aumento del
flujo sanguíneo hacia el músculo esquelé-
tico es directamente proporcional al aumento
del consumo de oxígeno del individuo.
2) Aumento en el tono de los músculos esqueléticos y
de la pared alrededor de los vasos sanguíneos pe-
riféricos.
3) El aumento del metabolismo de los tejidos activos
(particularmente los músculos esqueléticos):
a) Produce un notable incremento en el consumo de
oxígeno y de otros nutrientes:
Según progrese la intensidad del ejercicio,
aumenta el gasto cardíaco en relación lineal
con el consumo de oxígeno hasta que se alcance
el estado estable del VO2, donde el gasto car-
díaco se mantiene generalmente constante (i.
e., el gasto cardíaco aumenta en proporción
directa con el incremento de las necesidades
energéticas [ATP] aeróbicas de los tejidos
musculo-esqueléticos activos, tanto para atle-
tas como para la población general):
Esto implica que en este punto el flujo san-
guíneo (de la circulación sistémica, reflejado
por el gasto cardíaco) es suficiente para sa-
tisfacer los requisitos metabólicos del ejer-
cicio (evidenciado por el equilibrio dinámico
del VO2 durante el estado estable).
b) Promueve la liberación de sustancias vasodilata-
doras (metabólitos), los cuales aumentan direc-
tamente la vasodilatación local:
Esto ocasiona una disminución neta de la resis-
tencia periférica total, lo cual es un factor
principal para que aumente el gasto cardíaco du-
rante el ejercicio.
I. Respuesta del Gasto Cardíaco a un Ejercicio Máximo:
1. El incremento del gasto cardíaco
necesario para tal ejer-
cicio máximo
depende principalmente de un aumento en el
volumen de eyección sistólica:
a. Cuando el
ejercicio es intenso y hay un considerable
aumento del gasto cardíaco, el trabajo del ventrículo
izquierdo puede aumentar hasta cuatro veces.
b. La capacidad
de aumentar el gasto cardíaco mediante un
incremento en el volumen de eyección sistólica se ob-
serva cuando se poseen bajos valores en la frecuencia
cardíaca de reposo (bradicardia atlética) y en deter-
minados niveles de intensidad.
2. Relación con el consumo de oxígeno máximo (VO2máx):
a. Un aumento
en el gasto cardíaco máximo resulta de un
incremento directamente proporcinal (positivamente li-
neal) con el potencial para el metabolismo aeróbico:
1) Ejemplos:
a) Un nivel bajo en la capacidad aeróbica se en-
cuentra asociado con un bajo gasto cardíaco
máximo.
b) La habilidad de generar un VO2máx de 5 a 6 li-
tros por minuto siempre se encuentra acompañado
de un aumento en el gasto cardíaco de 30 a 40
litros por minuto.
J. Efectos Adaptativos de un Ejercicio Crónico (Entrenamiento de Tolerancia) en el Gasto Cardíaco
1. Durante el reposo:
a. Diversos estudios han encontrado que el gasto cardíaco de individuos entrenados es levemente menor en compa- ración con el de los no entrenados (Rost, 1987, pág. 55):
1) Posibles causas:
a) Reducción en el retorno venoso:
Esto a su vez probablemente es ocasionado por un
aumento en el tono vagal.
2. Durante un ejercicio submáximo:
a. Se ha reportado que el gasto cardíaco no cambia a in- tensidades submáximas luego de un entrenamiento aeró- bico en sujetos normales:
1) Por consiguiente, dado una misma intensidad de e-
jercicio submáximo, el gasto cardíaco es el mismo
tanto para atletas entrenados como para personas no
entrenadas:
Fisiológicamente esto puede ser explicado por el
hecho de que tanto los individuos entrenados como
los no entrenados alcanzan una estabilización del
consumo de oxígeno, lo cual nos indica que el gasto
cardíaco (factor limitante para el transporte de
oxígeno) ha llegado también a un estado más o menos
estable.
3. Durante un ejercicio máximo:
a. 50% del aumento
en el consumo de oxígeno máximo obser-
vado en atletas de tolerancia es ocasionado por un ma-
yor gasto cardíaco (el otro 50% lo produce la diferen-
cia arterio-venosa de oxígeno) (Ekblom, 1968).
b. Ekblom (1968)
encontró que corredores pedestres de
larga distancia registraban un gasto cardíaco prome-
dio de 36.8 litros/min (n=7), con un atleta alcanzan-
do el valor más alto de 42.3 litros/min. En 8 varones
no entrenados la media del gasto cardíaco fue de 23.9
litros/min:
Estos valores en atletas representan el doble del au-
mento en el gasto cardíaco al compararse con los valo-
res de los sujetos no entrenados.
c. Como habíamos
mencionado, la causa principal para este
aumento en el gasto cardíaco máximo en atletas es ori-
ginado principalmente por el incremento en el volumen
de eyección sistólica (Rost, 1987, pág. 59).
K. Importancia para El Sistema de Transporte de Oxígeno
1. El gasto cardíaco es el factor central (cardíaco) más im- portante que afecta y limita (determina) los cambios en el VO2máx:
Esto implica
que el VO2máx se encuentra limitado por la
incapacidad del gasto cardíaco para poder continuar au-
mentando.
V. DIFERENCIA ARTERIO-VENOSA DE OXIGENO (Dif a-vO2)
A. Concepto
La diferencia en el contenido de oxígeno
entre la sangre ar-
terial (la sangre que ingresa en los
capilares pulmonares) y
la sangre venosa mixta (aquella que
deja los capilares pulmo-
nares) del lado derecho del corazón.
B. Unidades de Medida para Expresar la Diferencia Arterio-Venosa
de Oxígeno
1. Vol %:
mL de oxígeno/100 mL de sangre (mL/100 mL ó mL/dL).
C. Medición/Método de Determinación
1. Contenido arterial de oxígeno (CaO2):
Se analiza en muestras
de sangre tomadas de una arteria
sistémica, por lo general la arteria femoral, braquial o
radial.
2. Contenido de oxígeno en la sangre venosa mixta (CvO2):
Se determina en una
muestra de sangre extraída con un lar-
go tubo delgado (catéter),
introducido en una vena cubital
y pasado luego a través
del atrio y del ventrículo derecho
hacia el interior
de la arteria pulmonar.
D. Fórmula/Expresión Matemática
Dif a-vO2 = CaO2 - CvO2
E. Factores Fisiológicos que Reflejan/Representan la Diferencia Arterio-Venosa de Oxígeno
1. La capacidad oxidativa de los músculos
esqueléticos acti-
vos durante el ejercicio (i.e., la cantidad de oxígeno que
extraen y utilizan
las células/fibras musculo-esqueléticas
de sangre arterial):
a. Durante un ejercicio agudo:
1)
Aumenta la diferencia a-vO2 debido a que los múscu-
los activos extraen una mayor cantidad de oxígeno
que los tejidos inactivos, dejando así menos oxíge-
no en la sangre venosa.
2) Aquellos cuyos músculos tengan mitocondrias altamen- te activas podrán extraer de forma muy rápida el oxígeno que les suministra la sangre.
2. La distribución global del flujo sanguíneo (gasto cardía- co) hacia los tejidos corporales:
a. Significado durante un ejercicio agudo:
1)
La capacidad del sistema circulatorio para redistri-
buir/transferir el flujo de sangre (gasto cardíaco)
desde las regiones/tejidos inactivos o de baja ex-
tracción (e.g., lecho esplácnico) hacia las áreas/
tejidos activos o de alta extracción (e.g., múscu-
los esqueléticos ejercitandose):
Una persona que pueda desviar la mayoría de su san-
gre a los músculos que trabajan durante el ejercicio
tendrán una gran diferenccia de oxígeno arterio-
venosa porque los músculos activos podrán extraer
más oxígeno de la sangre que los tejidos inactivos
del cuerpo.
F. Factores que Controlan y Afectan la Diferencia Arterio-Venosa
de Oxígeno Durante el Ejercicio
1. La capacidad de redistribuir/desviar
una gran fracción del
gasto cardíaco
(circulación central) hacia los músculos
esqueléticos activos:
a. Ejemplo:
Un
aumento en la redirección de la circulación sistémi-
ca en los tejidos inactivos hacia los músculos esquelé-
ticos que trabajan incrementará la disponibilidad de
oxígeno para el metabolismo muscular.
2. La facultad de los músculos
esqueléticos ejercitandose
para extraer y utilizar una mayor cantidad de oxígeno del
abastecimiento sanguíneo
arterial:
a. Determinantes:
1)
La microcirculación local/de los músculos esqueléti-
cos:
Densidad capilar en los músculos (la proporción de los capilares a las fibras musculo-esqueléticas).
2)
La habilidad de las células musculo-esqueléticas in-
dividuales para generar energía aeróbicamente:
a) Factores que afectan esta capacidad:
Cantidad y tamaño de las mitocondrias.
Número de enzimas mitocondriales.
Concentración de mioglobina.
Dirección del desplazamiento de la curva de di- sociación de la oxihemoglobina.
b) Efectos de estos cambios locales:
Determina la capacidad para la producción aeróbi-
ca de ATP así como la facultad de la célula para
generar un metabolismo aeróbico en estado estable
sin un aumento en el lactato sanguíneo (McArdle,
Katch & Katch, 1991, pág. 339).
G. Respuestas de la Diferencia Arterio-Venosa de Oxígeno
Durante
un Ejercicio Agudo Submáximo
1. Aumento progresivo y lineal de la diferencia a-vO2 confor- me aumenta la intensidad del ejercicio:
a. Aumenta la extracción del oxígeno de la sangre arterial a medida que el ejercicio se torna más intenso:
Como
se había indicado en exposiciones anteriores, el
flujo sanguíneo durante el ejercicio se redistribuye,
con el fin primordial de suministrar oxígeno a los te-
jidos metabólicamente activos y de eliminar el bióxido
de carbono producido.
b. Este aumento en
la extracción de oxígeno como respuesta
a un ejercicio dinámico agudo es mucho más lenta que la
respuesta observada en el gasto cardíaco.
c. Se ha observado también un aumento lineal en la dife- rencia a-vO2 del miocardio (músculo del corazón) duran- te el ejercicio.
H. Respuestas de la Diferencia Arterio-Venosa de Oxígeno a un Ejercicio Máximo
Los valores de la diferencia a-vO2 máximos
son del orden de 13-16 mL O2/100
mL de sangre (aproximadamente tres veces los
valores en reposo).
J. Efectos Adaptativos de un Ejercicio Crónico (Entrenamiento
de
Tolerancia) en la Diferencia Arterio-Venosa
de Oxígeno
1. Durante un ejercicio submáximo:
a. La diferencia a-vO2
durante intensidades submáximas no
cambia (o el cambio es insignificante) luego de un en-
trenamiento de tolerancia:
Existe
muy poca diferencia en la dif a-vO2 durante una
actividad física submáxima entre atletas de tolerancia
y personas sedentarias.
2. Durante un ejercicio máximo:
a. El mejoramiento
en la extracción de oxígeno (i.e., ex-
tensión de la diferencia a-vO2) en el músculo esquelé-
tico entrenado durante un ejercicio máximo es responsa-
ble por un 50% en el incremento del oxígeno transporta-
do y utilizado en las fibras musculo-esqueléticas
(VO2máx) registrado en aquellos atletas que entrenan e-
ventos de tolerancia:
1) Causas/mecanismos:
a) El flujo sanguíneo se redistribuye más efectiva-
mente durante el ejercicio, de tal modo que los
músculos esqueléticos, con su alta capacidad para
extraer oxígeno, puede recibir de un 80 a un 85%
del gasto cardíaco, en comparación de un 15% en
reposo (Åstrand & Rodahl, 1986, pág. 179).
b) Adaptaciones mitocondriales:
Aumento en el número y volumen de las mitocondras
en las células musculo-esqueléticas entrenadas.
c) Incremento en el potencial de los sistemas enzi-
máticos para el transporte y utilización del oxí-
geno a nivel de las fibras musculo-esqueléticas
activas.
d) Desplazamiento hacia la derecha de la curva de distribución de la oxihemoglobina:
La curva de disociación del oxígeno se desplaza
de tal modo que se reduce una mayor cantidad de
oxihemoglobina que la normal a una presión dada
de oxígeno, es decir, el porcentaje de satura-
ción es menor ("efecto Bohr") (Åstrand & Rodahl,
1986, pág. 179).
e) Elevación de las concentraciones en la mioglobina
sanguínea:
Esto favorece el transporte de oxígeno desde los capilares.
f) Aumento en la densidad capilar de los músculos esqueléticos, lo cual resulta en:
Un acomodamiento eficiente en el aumento del
flujo sanguíneo hacia el tejido musculo esque-
lético durante el ejercicio máximo.
Disminución de la distancia de difusión entre
la circulación y la fibra muscular (específi-
camente la mitocondria):
Esto provee una mayor superficie de contacto
para el intercambio de nutrientes y gases meta-
bólicos durante el ejercicio.
Reducción en la velocidad del flujo sanguíneo,
de manera que haya más tiempo para llevar a ca-
bo la difusión:
Esto permite un transito más lento de hematies
(globulos rojos) a lo largo de las células mus-
culares, de suerte que se pueda facilitar dicha
difusión.
K. Importancia para el Sistema de Transporte de Oxígeno
1. Representa el factor periférico
(extracción) de mayor im-
portancia responsable
por los cambios en la capacidad ae-
róbica:
Como consecuencia,
el VO2máx no podrá continuar su aumento
si la diferencia arterio-venosa no se amplía, i.e., la di-
ferencia a-vO2 limita la mitad del potencial para mejorar
la facultad de los músculos esqueléticos entrenados de ge-
nerar ATP aeróbicamente
a niveles máximos y funcionar a
una baja presión parcial de oxígeno (McArdle, Katch &
Katch, 1991, pág. 337).
VI. FACTORES QUE DETERMINAN Y LIMITAN EL SISTEMA DE TRANSPORTE DE
OXIGENO (CONSUMO MAXIMO DE OXIGENO)
A. El Sistema Pulmonar/Respiratorio
1. En individuos saludables que se ejercitan a nivel del mar:
a. El VO2máx
no se encuentra limitado por la habilidad
del sistema pulmonar en mantener las presiones del
oxígeno arterial:
1) Explicación/razón:
Comunmente existe una reserva considerable en el
sistema pulmonar.
2. En atletas que compiten en eventos que demandan una alta capacidad cardio-respiratoria (a nivel del mar):
a. Existe una
limitación en la capacidad pulmonar para
mantener el contenido arterial de oxígeno y una alta
diferencia arterio-venosa de oxígeno:
1) Explicación/razón:
Durante ejercicios de tolerancia a unas altas in-
tensidades, la hipoventilación que experimentan es-
tos atletas y el elevado flujo sanguíneo pulmonar
(en o cerca del VO2máx) puede desarrollar una desa-
turación del oxígeno arterial, lo cual resulta en
hipoxemia arterial (baja concentración de oxígeno
en la sangre).
B. Circulación Central
1. Concepto:
Transporte circulatorio de oxígeno hacia los músculos es- queléticos activos.
2. Factores que incluye:
a. Rendimiento del corazón:
1) Gasto cardíaco máximo:
a) Limita el VO2máx:
Explicación/razón:
No puede satisfacer por completo las demandas metabólicas de grandes masas musculares acti- vas intensamente.
b. Volumen sanguíneo total y su capacidad de transporte:
1) Concentación de hemoglobina en la sangre arterial:
a) Aumenta con hemoconcentración (un aumento rela-
tivo en el número de globulos rojos del plasma):
Ejemplos:
Dopaje sanguíneo.
Hiperoxia.
b) Disminuye con hemodilución:
Ejemplo:
Expansión del plasma.
c. Mecanismos neuro-reguladores:
Actividad de los barorreceptores.
C. Circulación Periférica
1. Diferencia arterio-venosa de oxígeno:
a. Adaptación vascular (tono vasomotor):
1) Vasodilatación en la región de los tejidos activos:
Capacidad de los vasos sanguíneos para desviar la
sangre hacia los músculos esqueléticos activos,
donde la demanda de oxígeno es mayor.
2) Vasoconstricción en la región de los tejidos inac- tivos:
Capacidad de los vasos sanguíneos para enviar un
menor flujo de sangre hacia los tejidos que no tra-
bajan durante un ejercicio dinámico.
b. La cantidad de oxígeno extraído de la sangre y usado por los tejidos activos.
D. Metabolismo Muscular
1. Capacidad oxidativa de los músculos esuqléticos:
a. Factor principal
que determina la tolerancia aeróbica
de un ejercicio/evento deportivo (e.g., carreras pe-
destres de larga distancia) (Brooks & Fahey, 1985,
págs. 715-716).
b. Determinante principal de la capacidad metabólica oxi- dativa de los músculos activos:
1) Tipos de fibras musculo-esquelética:
a) Fibras de contracción lenta, las cuales poseen:
Un alto contenido de mioglobina y mitocon- drias.
Una alta capacidad oxidativa y baja capacidad
glucolítica.
Baja fatigabilidad (se fatigan lentamente).
b) Fibras de contracción rápida, las cuales poseen:
Un pobre contenido de mioglobina y mitocon- drias.
Una baja capacidad oxidativa y alta capacidad
glucolítica.
Alta fatigabilidad (se fatigan rápidamente).
2) Actividad enzimática oxidativa.
3) Cantidad y tamaño de las mitocondrias localizadas
en las células/fibras musculo-esqueléticas activas.
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