LA HOMEOSTASIS DEL EJERCICIO Y SUS PERTURBACIONES

OBJETIVOS

• a) Mecanismos homeostasicos: restauración retroalimentación, limitación.

• b) Regulación de la temperatura e hipertermia durante el ejercicio.

• c) Gasto cardiaco durante el ejercicio

• d) Distribución del flujo sanguíneo periférico

• e) Mecanismo de abastecimiento de oxigeno

• f) El periodo de recuperación post-ejercicio (deuda de oxigeno)

• g) Mecanismos y requerimiento ventilatorio

• h) Control ventilatorio

• i) Costo ventilatorio

EJERCICIO

• Se llama ejercicio físico a cualquier actividad física que mejora y mantiene la aptitud física, la salud y elbienestar de la persona. Se lleva a cabo por diferentes razones, como el fortalecimiento muscular,mejora del sistema cardiovascular, desarrollar habilidades atléticas, deporte, pérdida de grasa omantenimiento, así como actividad recreativa.

¿TEMPERATURA CORPORAL DURANTE EL EJERCICIO?

• El ejercicio vigoroso aumenta la producción de calor el cuerpo ypuede aumentar la temperatura corporal en varios grados.

• Es el esfuerzo de los músculos lo que causa el aumento en laproducción de calor, pero la capacidad que tiene el cuerpo pararetener o disipar el calor y el entorno externo también juegan unpapel importante en cómo aumenta tu temperatura corporal durantetu entrenamiento.

PRODUCCIÓN DE CALOR MUSCULAR

• Para funcionar, los músculos necesitan energía, la cual obtienen por la quema decombustibles como grasas y carbohidratos en una serie de reacciones químicas queproducen calor.

• A medida que los músculos se calientan durante el entrenamiento, la sangre quecircula a través de los músculos también se calienta, produciendo un aumento de latemperatura basal.

• La cantidad de calor que producen los músculos se relaciona con la dosis de trabajoque realizan. Entre más intenso sea el entrenamiento, más calor se producirá.Durante entrenamientos muy vigorosos, la producción de calor muscular puedeaumentar de 15 a 20 veces por encima de los niveles de reposo.

TERMORREGULACIÓN

• Entonces la temperatura durante el entrenamiento no sólo depende de la cantidad de calor queproducen tus músculos, sino también de la rapidez con que tu cuerpo pierde calor.

• En condiciones de frío, el cuerpo pierde calor rápidamente. En un clima caliente y húmedo, el cuerpo esmenos capaz de disipar el exceso de calor, incrementando el riesgo de sobrecalentamiento.

• Un aumento de la temperatura interna por encima de 40° grados Celcius puede causar un golpe decalor potencialmente mortal, por lo que tu cuerpo tiene una serie de mecanismos para mantener sutemperatura dentro de límites bastante estrechos, incluso durante un entrenamiento intenso.

PÉRDIDA DE CALOR

• A medida que aumenta la temperatura del cuerpo durante elentrenamiento, la sangre se desvía lejos de tu interior hacia la piel, lo quepermite que esta irradie más calor, reduciendo tu temperatura.

• La sudoración también ayuda a refrescarse. Como el sudor se evapora, selleva el exceso de calor. Ya que menos sudor se evapora cuando lahumedad ambiental es alta, es más probable que te sobrecalientes en unclima húmedo que en uno seco.

• A medida que te acostumbres al entrenamiento, la capacidad de tucuerpo para disipar el calor aumenta, un proceso denominadoaclimatación. Comienzas a sudar antes en tu entrenamiento y a unatemperatura inferior.

ENFERMEDAD DE CALOR

• Pero si la temperatura corporal sube por encima de 40° grados se esta en riesgo de sufrir un golpe decalor, una afección potencialmente mortal que daña varios sistemas del cuerpo.

• Para evitar el riesgo de enfermedades relacionadas con el calor durante el ejercicio, el ColegioAmericano de Medicina Deportiva recomienda evitar el ejercicio extenuante en clima cálido y húmedo,usar ropa liviana y evitar la deshidratación bebiendo suficientes líquidos antes y durante elentrenamiento.

• La deshidratación aumenta considerablemente el riesgo de enfermedades relacionadas al calor.

GASTO CARDIACO DURANTE EL EJERCICIO

• Para cubrir la necesidad de flujo sanguíneo de la masa corporal de músculo esquelético, el gasto cardíacoaumenta 4-5 veces (6-7 atletas) Flujo sanguíneo a través de músculo esquelético en reposo 3-4 ml/min enEjercicio extremo 50-80ml/min.

• Entonces el Flujo sanguíneo durante contracciones musculares del ejercicio sufre diversos cambios:

• Aumento del flujo sanguíneo en capilares musculares durante ejercicio.

• Aumenta 2-3 veces superficie capilar.

• Aumento difusión de oxígeno

• y nutrientes capilar-fibra muscular.

CONTROL DEL FLUJO SANGUÍNEO A TRAVÉSDE LOS MÚSCULOS ESQUELÉTICOS

• LA DISMINUCIÓN DE OXÍGENO EN MÚSCULO AUMENTA MUCHO EL FLUJO

• Durante la actividad muscular incrementa flujo sanguíneo por efectos químicos que causanvasodilatación:

• Reducción de oxígeno.

• El músculo usa rápidamente el O2 y disminuye su concentración en LEC.

• La pared arteriolar disminuye su contracción y liberación de sustitución Vasodilatadoras (adenosina)Vasodilatación arteriolar local de Vaso sang. después insensible a efectos de adenosina (2 hrs).

Otros factores vasodilatadores continúanmanteniendo flujo sanguíneo capilar aumentadomientras continúe el ejercicio:

1) iones potasio

2) ATP

3) ácido láctico

4) CO2

5) Oxigeno

6)PH

7) NO

8) Potasio

REDISTRIBUCIÓN NERVIOSA

• Control nervioso del flujo sanguíneo muscular.Vasoconstricción simpática.

• Activación máxima de Durante ejercicio extenuantelos receptores de segregan Na+ en terminacionessimpáticas vasoconstrictoras noradrenalina en médulaSuprarrenal y en los receptores alfa y pocavasodilatación (receptores estrés: beta)Vasoconstricción:

• Flujo sanguíneo de músculos en reposo disminuye a lamitad o a un tercio de lo normal, lo que mantiene laTA normal o alta.

• Reajustes circulatorios en el organismo durante el ejercicio.Para que el sistema circulatorio aporte el enorme flujosanguíneo que necesitan los músculos durante el ejerciciose producen 3 factores:

• 1) aumento de la TA.

• 2) descarga en masa del SN simpático por todo elorganismo .

• 3) aumento del gasto con efectos cardíaco estimuladoresconsecuentes sobre toda la circulación.

PRESIÓN ARTERIAL

• La presión arterial es un parámetro cardiovascular que refleja la variación de del gasto cardiaco, lafrecuencia cardiaca las resistencias vasculares periféricas y la volemia.

• ¿por qué es importante el aumento dela TA durante el ejercicio? Aumenta la fuerza con la Estira lasparedes de los que se empuja la sangre a vasos y el flujo muscular través de los vasos del aumenta 20veces de lo tejido muscular (30%) normal

• Importancia del aumento del gasto cardíaco durante el ejercicio GC aumenta en proporción al grado deejercicio “La capacidad del sistema Circulatorio de proporcionar aumento de gasto cardíaco necesariopara aportar O2y nutrientes hacia los músculos están importante como la fuerza delos propiosmúsculos para establecer el límite del trabajo muscular continuado”.

CONSUMO DE OXÍGENO

• En reposo el consumo de oxígeno es, en promedio, del orden de 200-250 ml/min. con un cocienterespiratorio R=0,82 y un equivalente calórico para el oxígeno de 4,83 kcal/l, lo que lleva a unmetabolismo basal de 58-72 kcal /hora.

FISIOLOGÍA NORMAL

DEUDA DE OXÍGENO

• Cuando se inicia un ejercicio, incluso ligero, y se mantiene de forma estable durante algún tiempo, el consumode oxígeno aumenta de manera inmediata pero hasta que no transcurren unos minutos no se estaciona en elnivel que corresponde al del ejercicio que se está realizando.

• Durante este intervalo se incurre en lo que se denomina deuda de oxígeno o déficit de oxígeno ya que elconsumo de oxígeno es insuficiente para los requerimientos metabólicos en ese periodo de tiempo.

• El valor de la deuda de oxígeno será la diferencia entre el consumo de oxígeno necesario para mantener lasituación de ejercicio de manera estable y el consumo de oxígeno producido. Al finalizar el ejercicio se reparala deuda de oxígeno manteniendo el consumo de oxígeno por encima del necesario en reposo durante uncierto tiempo.

•

• Durante la fase inicial en la que el oxígeno inspirado no es suficiente para suplir el gasto energético se hace uso de otrasfuentes de energía que son:

• a) Compuestos de alta energía almacenados en el músculo en actividad como ATP y fosfato de creatina.

• b) Oxígeno almacenado en la sangre y en la mioglobina muscular.

• c) Glucógeno muscular y glucosa sanguínea que resintetizan compuestos de alta energía vía glicólisis anaerobia y porlo tanto sin requerir oxígeno. Esto dará lugar a la acumulación de ácido láctico que formará lactato e hidrogeniones quedifundirán a la sangre aumentando los niveles de lactato y disminuyendo el pH (que es un potente estimulante de laventilación)

• Al finalizar el ejercicio se repara la deuda de oxígeno ya que los almacenes de compuestos de alta energía se reponen, elglucógeno se resintetiza y el lactato entra en el ciclo del ácido cítrico oxidándose a CO2 y H2O. Todo esto explica elmantenimiento elevado del consumo de oxígeno durante la fase de reparación de la deuda de oxígeno.

• La deuda de oxígeno no se debe a que el sistema respiratorio sea incapaz de proporcionar oxígeno suficientea los tejidos ya que ocurre incluso con ejercicio ligero. De hecho, incurrir en deuda es el mecanismo paraincrementar el consumo de oxígeno y éste permanece elevado hasta que se repara la deuda.

UMBRAL ANAERÓBICO

• El consumo de oxígeno aumenta con la intensidad del ejercicio y mientras éste no sobrepase cierta intensidadse llega a una situación estable en la que el sistema respiratorio y cardiovascular aportan el oxígeno necesarioa los tejidos (gracias a que aumentan su funcionamiento).

• Cuando la intensidad del ejercicio es muy alta llega un momento en que el sistema de transporte de oxígenoes incapaz de proporcionar todo el oxígeno que requiere el metabolismo aerobio y entonces se produce unincremento del metabolismo anaerobio que se detecta por el incremento en la producción de ácido láctico,que se refleja en un incremento de los niveles de lactato en sangre. Cuando esto ocurre se dice que se haalcanzado el umbral anaerobio en el ejercicio.

• El momento en que esto ocurre depende no sólo de la intensidad del ejercicio sino de factores como laaltitud, temperatura ambiente y nivel de entrenamiento del sujeto que hace el ejercicio.

CONSUMO DE OXÍGENO

• La relación entre el consumo de oxígeno y el ejercicio es prácticamente lineal con una intercepción parael nivel de reposo (ejercicio=0) de 200-250 ml/min y una pendiente de 12 ml/min por vatio de potencia.Los límites para sujetos jóvenes y no entrenados están alrededor de los 3 l/min que es lo que sedenomina consumo de oxígeno máximo ( VO2max).

• El sedentarismo puede reducir la cifra a la mitad, mientras que el entrenamiento permite llegar avalores del doble.

• La respuesta del sistema respiratorio al ejercicio en un aumento de la ventilación (Volumen MinutoRespiratorio) que resulta proporcional al consumo de oxígeno con una pendiente de 20-30 l/min deventilación por cada l/min de consumo de oxígeno, hasta que se llega a un punto en que el incrementode ventilación es mayor que el que corresponde a una recta. Este punto se denomina punto de Owles ydepende del entrenamiento.

• El mecanismo por el cual se produce la respuesta respiratoria al ejercicio depende, sin embargo,esencialmente de la producción de dióxido de carbono (VCO2). El incremento adicional de la ventilaciónque se produce con ejercicios muy intensos puede depender sobre todo de la acidosis láctica provocadapor el metabolismo anaerobio.

• Conforme el ejercicio aumenta de intensidad (>200 W) los niveles de lactato en sangre van aumentandohasta que se llega a un nivel (>1g/l) que provoca suficiente malestar como para tener que interrumpirel ejercicio. Tanto la intensidad del ejercicio como la tolerancia al incremento de lactato en sangredependen del nivel de entrenamiento.

• La oxidación del lactato que tiene lugar después de cesar el ejercicio forma parte del pago de la deudade oxígeno.

CENTROS DE LA RESPIRACION

• La alternancia de inspiración y espiración es determinada por actividad rítmica y automática de centrosnerviosos situados en el tronco cerebral. Estos centros reciben información de otras zonas del cerebro yde sensores situados en diversas partes de organismo , todo lo cual permite que la respiración seadecúe a variadas demandas metabólicas y se coordine para realizar otras funciones diferentes, como lafonación, deglución, risa, tos. etc.

• La inspiración comienza por activación de las neuronas inspiratorias, que envían impulsos a lamusculatura inspiratoria, básicamente el diafragma, alrededor de cada 5 segundos en el adulto.

• Los músculos faríngeos, que estabilizan y mantienen abierta la vía aérea superior, se activan antes queel diafragma y los intercostales, lo que impide que la faringe se colapse por efecto de la presión negativagenerada durante la inspiración , mecanismo que puede alterarse patológicamente durante el sueño.

• Durante la respiración normal en reposo, la musculatura espiratoria casi no participa, ya que laespiración es un evento pasivo debido a la retracción elástica del pulmón distendido por la inspiraciónprevia.

• Durante la primera parte de la espiración, persistealguna activación de los músculos inspiratorios queaminoran la velocidad del flujo aéreo en la primeraparte de la espiración Los músculos espiratorios sonestimulados sólo cuando aumenta la demandaventilatoria en forma importante.

• MECANISMOS AFERENTES

• La información moduladora llega al sistema neuronal por las vías humoral y nerviosa. La sensibilidad deestos mecanismos varía entre individuos y parece estar genéticamente determinada. También seproducen adaptaciones adquiridas, como las que ocurren con el crecimiento, con el ejercicio intensohabitual o con la residencia en la altura.

• REGULACION HUMORAL

• Los principales moduladores humorales de la ventilación son los niveles arteriales de O2, CO2 ehidrogeniones.

CONCENTRACION DE CO2 E HIDROGENIONES

• La capacidad de responder a niveles anormales de PaCO2 con cambios en la ventilación alveolar esfundamental para la homeostasis ácido-base y es un mecanismo muy sensible: una alza de PaCO2 de 40 a 50mmHg sube la ventilación a 30 litros/min.

• La hipercapnia aumenta tanto la actividad de las motoneuronas que controlan los músculos de la bombarespiratoria, como de las que estimulan de los músculos faríngeos, que abren la vía aérea.

• Para evaluar, en parte, este aspecto se usa la medición de la respuesta ventilatoria a la inhalación de CO2 . Lainhalación de concentraciones crecientes de CO2 produce un aumento de la ventilación, tanto por aumentodel volumen corriente como de la frecuencia respiratoria.

Quimiorreceptores periféricos

Los principales receptores periféricos son los carotideos, situados en la bifurcación de la carótida. Es

40 veces mayor que el del cerebro. Los estímulos específicos para su activación son:

a) La disminución de la PaO2. El descenso del contenido de O2no estimula estos receptores, lo que

explica la escasa respuesta ventilatoria que se observa en reposo en la anemia y en la intoxicación

por CO, situaciones en las cuales está disminuido el contenido de O2 pero la PaO2 es normal.

b) La disminución del flujo sanguíneo. Este factor actuaría a través de los cambios locales de pH que

se producen debido a una menor remoción de metabolitos. Este mecanismo explicaría la

hiperventilación que se observa en el shock.

REGULACION NEUROLOGICA

CONTROL CENTRAL VOLUNTARIO

La actividad respiratoria puede ser modificada en forma voluntaria por

actividad de la corteza cerebral, pero sólo en forma temporal, ya que los

cambios fisiológicos secundarios a la modificación ventilatoria terminan

por imponer el control automático.

Una hiperventilación voluntaria termina por mareos y pérdida de

conciencia secundarios a la alcalosis respiratoria aguda que provoca y una

apnea voluntaria tiene una duración limitada por la hipercarpnia.

CONTROL CENTRAL INCONSCIENTE

• Muchos actos automáticos, como la deglución, fonación, tos, preparación para el ejercicio, etc.,

involucran una adecuación automática del ritmo respiratorio que es comandada por vía neurológica.

• Dentro de esta misma categoría cae el jadeo utilizado para el control del calor por algunos animales de

pelo largo o que carecen de glándulas sudoríparas, en los cuales el aumento de ventilación superficial

sirve para disipar calor sin que se produzca alcalosis respiratoria, porque se ventila sólo el espacio

muerto.

• Además, es una observación común que las emociones influyen marcadamente en la ventilación

REGULACION DE LA RESPIRACION EN EL

EJERCICIO

El ejercicio físico es la condición fisiológica que con mayor

frecuencia e intensidad genera una demanda sobre el sistema

respiratorio .

Para ello los centros reguladores se coordinan en una

compleja secuencia cuyo objetivo no es reaccionar ante la

alteración de gases ya producida, sino mantener la

homeostasia aunque aumente el consumo de O2o la

producción de CO2.

La eficacia de este proceso puede apreciarse en el hecho que

en un ejercicio extremo el consumo de oxigeno puede

decuplicar los 250 ml/min del reposo.

• Aunque no todas sus fases y mecanismos tienen un comprobado nivel de evidencia, el proceso puede

sintetizarse de la siguiente manera:

• Lo primero que aumenta es el volumen corriente, que puede llegar a duplicarse.

• El organismo evitaría usar volúmenes mayores ya que esto significaría respirar en un nivel de mayor

volumen pulmonar tiene menor distensibilidad, o sea, se necesita generar mayores cambios de

presión por unidad de volumen lograda.

• Si es necesaria mayor ventilación ésta se logra con un menor aumentando la frecuencia respiratoria.

Para mejorada la oferta pulmonar de O2 , el sistema circulatorio es el encargado de transportarla a los

músculos aumentando el volumen sistólico y frecuencia cardíaca, lo que puede quintuplicar el volumen de

sangre que circula por minuto.

Por vasoconstricción selectiva la sangre se deriva de los demás órganos a los músculos en acción que están

vasoldilatados , pudiendo cuadruplicar su perfusión, reclutando capilares que en reposo están colapsados. La

acidificación y calor local, ligados a la contracción muscular, también contribuyen a abrir capilares.

• Similar efecto se observa en el pulmón en el cual la mayor perfusión significa llevar sangre a los vértices

que en posición vertical en reposo forman parte del espacio muerto alveolar. A pesar de esto, a veces se

puede producir un aumento de la diferencia alvéolo-arterial porque la sangre venosa vuelve mas

insaturada. que en reposo.

• En ejercicio leve o moderado, que significa un consumo de O2 alrededor del 50-60% del consumo

máximo del individuo, los músculos metabolizan principalmente la glucosa en forma aerobia, liberando

mucha energía (36 moléculas de ATP por molécula de glucosa).

• Si ante un mayor o mas prolongado esfuerzo el aporte O2 no sigue aumentando la metabolizacion de

glucosa se hace anaerobia liberándose mucho menos energía (2 ATP por molécula de glucosa) y se forma

ácido láctico que, al ser tamponado por bicarbonato produce más CO2. Este umbral anaeróbico depende

del nivel usual de actividad física de cada sujeto( en un atleta puede ser de 80% de su consumo máximo)

y de la eficacia de su pulmón y sistema cardiovascular.

Durante el ejercicio, la PaCO2 no sólo no aumenta, sino que

incluso puede disminuir un poco si el ejercicio muy intenso.

La PaO2 en general se eleva y el pH se mantiene casi constante

hasta el momento en que empieza a producirse ácido láctico.

En la génesis del aumento de la ventilación se han identificado

varios estímulos:

•Los movimientos pasivos de una extremidad en un animal anestesiado provocan un aumento de la

ventilación, fenómeno que se mantiene aunque se liguen los vasos sanguíneos de la extremidad, pero que

cesa si se seccionan los nervios.

•Este mecanismo y el anterior se consideran como anticipatorios, ya que la ventilación aumenta más de lo

que exige la demanda metabólica con la consiguiente alcalosis respiratoria.

•Aumento de la producción muscular de CO2, que estimula y aumenta la sensibilidad de los centrosbulbares, con incremento de la ventilación, manteniéndose así niveles normales o levemente bajosde CO2 en la sangre arterial. (Fase metabólica).

•

•Con la prolongación del ejercicio , se suma la acumulación de metabolitos musculares, como el ácidoláctico, con la consiguiente acidosis que exige hiperventilación compensatoria. Esta situación es la principalresponsable de la mantención de una ventilación aumentada durante el período de reposo después delejercicio (Fase compensatoria).

•La disminución de contenido de O2 arterial actuaría en ejercicios intensos a nivel de sensores muscularesque captan la baja de disponibilidad local de oxígeno.

• En sujetos normales cuando el ejercicio llega a serintolerable aun es posible aumentar el volumen corrientey la frecuencia respiratoria y, por lo tanto, la ventilaciónglobal.

• En cambio los aspectos circulatorios como el débitosistólico, frecuencia cardíaca y extracción de oxigeno enlos capilares coronarios han llegado o están muy cerca desus niveles máximos, por lo cual se constituyen en elfactor limitante del ejercicio.

• Diferente puede ser la situación en casos de enfermedadpulmonar o de musculatura de las extremidades alterada.

• Terminado el ejercicio la hiperpnea persiste por algunosminutos hasta que se cubre la deuda de O2 que significael metabolismo anaeróbico.

BIBLIOGRAFÍA

• Exercise Physiology for Health, Fitness and Performance; Sharon A. Plowman and Denise L. Smith(Fisiología del ejercicio para la salud, fitness y rendimiento; Sharon A. Plowman and Denise L. Smith

• Exercise Physiology: Energy, Nutrition and Human Performance; William D. McArdle et al. (Fisiología delejercicio: Energía, Nutrición y Rendimiento Humano, William D. McArdle et al.)

• Medicine and Science in Sports and Exercise: American College of Sports Medicine Position Stand:Exertional Heat Illness during Training and Competition