fatiga muscular respiratoria inducida por el ejercicio 2012

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