Comparación entre la Ventilación y la Frecuencia Cardiaca como Indicador del Consumo de Oxígeno durante Ejercicios de Diferentes Intensidades

Steven Gastinger1, Nicolás Guillaume1, Arlette Gratas-Delamarche1, Jacques Prioux2 y Anthony Sorel1

1M2S Laboratoiy, Physiology and Biomechanics, UFR APS University of Rennes 2, 35044 Rennes Cedex, France.
2ENS - Cachan, Antenne de Bretagne, Campus de Ker-Lann, 35170 Braz Cedex, France.

Artículo publicado en el journal PubliCE del año .

Resumen

El propósito de este estudio es comparar la relación entre la ventilación (VE) y el consumo de oxígeno (VO2) [VO2=f (VE)] y entre la frecuencia cardiaca (HR) y el VO2 [VO2=f (HR)]. Cada uno de los participantes realizó tres tipos de actividades de diferentes intensidades (caminata sin carga, caminata con carga y trabajo intermitente). Se midieron el VO2, la VE, y la HR en forma continua mediante la utilización de calorimetría indirecta y de un electrocardiograma. Se calcularon las regresiones lineales y los coeficientes de determinación (r²) para comparar la relación VO2 = f (VE) y VO2 = f (HR) para dos reagrupamientos diferentes: por la duración de la sesión (r2sesión) y por sujeto (r2sujeto). Los resultados mostraron que las r2sesión de la relación VO2 = f (VE) fueron significativamente mayores que las de la relación VO2 = f (HR) para las actividades en estado estable (caminata con o sin carga durante 3 o 6 minutos, p < 0.01) y para las actividades en estado no estable de consumo de oxígeno (caminata con o sin carga durante 1 minuto, p < 0.01 y trabajo intermitente, p < 0.05). La VE muestra una correlación más clara con el VO2 que con la HR. Este es un método prometedor con el fin de desarrollar un nuevo método para estimar el gasto energético.

Palabras clave: actividades físicas, intensidades leves a moderadas, actividades en estado estable, actividades en estado no estable

INTRODUCCION

La actividad física representa la parte más variable del gasto energético (EE) del ser humano (Ravussin y Gautier, 2002). La medición precisa del EE asociada con la actividad física aún sigue siendo un desafío. Esta dificultad aumenta al observar actividades leves o intermitentes. Se han explorado muchos parámetros para estimar el EE durante las actividades físicas de diferentes intensidades. La técnica de agua doblemente marcada (DLW) y la calorimetría indirecta, consideradas como las mediciones de referencia (Gold Standard) del EE (Westerterp, 1999), son ambas limitadas en su evaluación del EE fuera del laboratorio. La calorimetría indirecta no puede evaluar con facilidad a los sujetos durante sus actividades cotidianas fuera del laboratorio, mientras que la técnica de DLW no proporciona información sobre el patrón, la frecuencia o la intensidad de la actividad física. En la actualidad han surgido dispositivos portátiles y de menor costo que hacen posible la estimación del EE en organismos independientes. Los sensores electrónicos de movimiento intentan analizar los movimientos del cuerpo humano para estimar “conteos” y el TEE (gasto energético total) (Bouchard y Trudeau, 2008; Corder et al., 2007; Nilsson et al., 2008; Plasqui y Westerterp, 2007). Desafortunadamente, estos dispositivos no son capaces de detectar los movimientos de los brazos o el trabajo externo realizado al levantar o empujar objetos, lo que puede representar un componente importante de de las actividades cotidianas (Bassett et al., 2000). Nuevos dispositivos portátiles pueden acoplar parámetros biomecánicos y fisiológicos. El Actiheart® y el SensorWear Armband® acoplaron las mediciones de los parámetros fisiológicos (frecuencia cardiaca y flujo del calor respectivamente) con un sistema de acelerómetro. Estos dispositivos proporcionan mejores resultados en comparación con los sensores electrónicos de movimiento clásicos, pero aún se observan diferencias en comparación con los métodos de referencia (et al., 2005; Corder et al., 2005; Fruin y Rankin, 2004; King et al., 2004).

A fin de considerar el EE durante la realización de actividades cotidianas fuera del laboratorio, uno de los enfoques más actuales en el campo de la fisiología consiste en la utilización de la relación entre la frecuencia cardiaca (HR) y el consumo de oxígeno (VO2 ) (VO2 = (HR × Ves) × (CaO2 -CVO2)), donde Ves representa el volumen de eyección sistólica (mL·min-1), CaO2 es la cantidad de oxigeno que lleva la sangre arterial (mL·100 mL-1), y CVO2 es la cantidad de oxígeno que lleva la sangre de las venas (mL·100mL-1). Este método ha sido extensamente estudiado (Garet et al., 2005; Hiilloskorpi et al., 2003; Kurpad et al., 2006; Livingstone et al., 2000; Rayson et al., 1995) y demostró estar adaptado para estimar el EE: el cardiotacómetro es un dispositivo que puede transportarse con facilidad y no representa ningún carácter invasivo. Sin embargo, el uso de la HR para estimar el EE puede ser criticado debido a la variabilidad de este parámetro durante las actividades de baja y muy alta intensidad (Achten y Jeukendrup, 2003; Haskell et al., 1993). De la misma manera, diversos estudios (Davidson et al., 1997; Melanson y Freedson, 1996; Montoye et al., 1996) han demostrado que el estrés emocional, la alta temperatura ambiente, los altos niveles de humedad, la deshidratación, la posición del cuerpo o la enfermedad pueden implicar variaciones en la HR sin que varíe el VO2. Todos estos límites dan cuenta de las dificultades de medir el EE en forma precisa a partir de las mediciones de la HR, particularmente durante las actividades físicas leves. Por lo tanto, se propone explorar otro parámetro fisiológico, complementario a la HR, que tiene también una fuerte relación con el VO2 y el EE.

El rendimiento ventilatorio o ventilación (VE) también varía durante la actividad física (Saltin y Astrand, 1967; Wasserman et al., 1986) y dos estudios sugieren que la ventilación pulmonar (VE) podría ser un índice del EE (Durnin y Edwards, 1955; Ford y Hellerstein, 1959). De hecho, la VE es un parámetro directamente relacionado con el consumo de oxígeno (VO2 = VE × [FiO2 - FeO2], donde FiO2 representa la fracción de O2 en el aire inspirado y FeO2 es la fracción de O2 en el aire espirado), y por lo tanto indirectamente relacionado con el EE (Saltin y Astrand, 1967). La VE es especialmente interesante porque Durnin y Edwards han reportado que, durante el ejercicio de intensidad baja y moderada, cuando la VE es menor a 50 L·min-1, el VO2 de cualquier individuo es directamente proporcional a su VE.

Además, la VE no necesariamente requiere la utilización de una máscara facial para la medición. McCool et al. (2002) en este caso propusieron un sistema portátil y liviano para medir la VE basado en cuatro magnetómetros acoplados. Este sistema, comparado con la medición llevada a cabo por una espirometría, permite una medición precisa del volumen corriente (VT), el tiempo inspiratorio (TI) y espiratorio (TE) en posiciones de sentado y de pie y en condiciones de ejercicio. Teniendo en cuenta esta nueva tecnología, ahora podría ser posible utilizar la VE para estimar el EE. Tal enfoque puede por lo tanto proveer de nuevos prospectos en la estimación del EE, comparados con las limitaciones de las mediciones de la HR. Sin embargo, puede cuestionarse cuál de los dos parámetros la VE o la HR muestra una mejor correlación con el VO2. El propósito de esto estudio metodológico es dar respuesta a este interrogante durante las actividades físicas de diferentes intensidades. Entonces, se postula la siguiente hipótesis: durante las actividades físicas de diferentes intensidades, la VE muestra una correlación más clara con el VO2 que la HR. Para validar el supuesto, se compararon las relaciones VO2 = f (HR) y VO2 = f (VE) durante las diferentes secuencias de caminata con y sin carga, y durante trabajo intermitente.

El objetivo de este trabajo es comparar los parámetros de la VE y la HR como indicador del VO2 y demostrar el interés de la VE para estimar el EE. Además, es importante destacar que es el primer estudio que elige comparar las dos relaciones, VO2 = f (HR) y VO2 = f (VE), durante las actividades físicas de diferentes intensidades.


Figura 1. Descripción de los cuatro días (D1, D2, D3 y D4) y detalles de la actividad “caminata con carga” (ejemplo del protocolo experimental del sujeto n°4).

METODOS

Participantes

Doce hombres saludables, de 27.25 ± 4.33 años de edad, formaron parte de este estudio de manera voluntaria. En la Tabla 1 se muestran los valores medios y los errores estándares de las características físicas, el consumo de oxígeno máximo (VO2máx), y el umbral ventilatorio (VT). Este estudio se llevó adelante de acuerdo con las directrices instituidas en la Declaración de Helsinki y todos los procedimientos que involucran a sujetos humanos fueron aprobados por el comité de ética local de la Universidad de Rennes 1. Todos los sujetos dieron su consentimiento por escrito. Ninguno de los sujetos reportó enfermedades respiratorias o cardiacas, hipertensión o estar al tanto sufrir de cualquier otra enfermedad crónica.

Diseño del Experimento

En la Figura 1 se esquematiza el protocolo experimental. El primer día de los experimentos (D1) se dedicó a las pruebas de laboratorio, incluyendo las mediciones antropométricas y de composición corporal. Cada sujeto realizó una prueba máxima de ejercicio progresivo en cinta ergométrica para estimar las intensidades relativas de cada ejercicio llevado a cabo en los días D2, el D3 o el D4. Se realizó una entrada en calor de 10 minutos a 8 km·h-1. La prueba comenzó en 10 km·h-1.


Figura 2. Detalles del protocolo experimental: caminata con y sin carga (68 caminatas).

El incremento de la prueba fue de 1 km·h-1 cada 3 minutos. Los sujetos recibieron ánimo verbal para continuar con el esfuerzo. Se estimó que los sujetos habían alcanzado su VO2máx cuando se cumplían tres o más de los siguientes criterios; un estado estable de VO2 a pesar del incremento en la velocidad de la carrera (cambio de VO2 a VO2máx ≤ 150 mL·min-1 ) (Taylor et al., 1955), un índice de intercambio respiratorio final (Rmax) mayor a 1.1, agotamiento visible y una HR al final del ejercicio (HRmáx) dentro de los 10 latidos·min-1 del máximo estimado [210 – (0.65 × edad); (Spiro, 1977)]. Durante los tres días siguientes (D2, D3 y D4) cada uno de los sujetos realizó tres tipos de actividades diferentes (caminata sin carga, caminata con carga, trabajo intermitente) en tres días distintos. Cada actividad estuvo separada por un período de 48 horas. Cada sujeto llevó a cabo estas actividades de manera aleatoria. Cada día se inició con 5 minutos de descanso en posición de sentado. Todas estas actividades se realizaron en una cinta ergométrica (Gymrol, super 2500).

La primera actividad consistió en caminata sin carga. Cada sujeto realizó tres sesiones de caminata (3, 4.5, y 6 km·h-1), el orden fue seleccionado por el sujeto. A partir de entonces, cada sesión de caminata se caracterizó por una duración de tiempo (1, 3, ó 6 minutos) y una pendiente (0, 5, ó 10 %) también seleccionadas por el sujeto. En la Figura 2 se presentan los detalles de la sesión de caminata con y sin carga. Se mantuvo un período de descanso de 10 minutos (sentados) entre cada sesión de caminata. La segunda actividad fue de una caminata con carga. El protocolo fue el mismo que el de la caminata sin carga. La carga aplicada al sujeto fue una mochila con 10 kg de peso agregado. La carga se le aplicó al sujeto a último momento, justo antes de comenzar la sesión de caminata. Durante los períodos de descanso y entre los distintos pasos, al sujeto se le retiraba la mochila. Por último, la tercera actividad fue el trabajo intermitente. Esta sesión consistió en alternar secuencias de caminata (5 km·h-1) y carrera (10 km·h-1). Una sesión consistió de cinco secuencias consecutivas donde el sujeto elegía de manera aleatoria la duración de cada período de caminata y carrera (30, 45, ó 60 s).

El amplio rango de actividades se llevó a cabo bajo condiciones ambientales controladas. Para todas las actividades, se les pidió a los participantes que evitaran realizar actividad física, ingerir medicamentos, alcohol y tabaco las 24 horas anteriores a la prueba y que realizaran un ayuno durante las dos horas previas. Se les pidió a los sujetos que llegaran al laboratorio 30 minutos antes del comienzo de las mediciones. El D1, las mediciones (VO2, VE, y HR) comenzaron al principio del período de precalentamiento. Los días D2, D3 y D4, las mediciones comenzaron al principio del período de posición de sentados de 5 minutos.


Tabla 1. Datos de las características físicas, el consumo de oxígeno máximo (V02max) y el umbral ventilatorio (VT). VO2máx: Consumo de oxígeno máximo (ml·min-1·kg-1), % VO2máx: Porcentaje del consumo de oxígeno máximo, DE: Desviación estándar.

Mediciones del Intercambio de Gases y la Frecuencia Cardiaca

Se realizaron mediciones respiración por respiración del intercambio de gases con un analizador MetaLyser 3B® (Cortex Biophysic, Leipzig, Alemania). El flujo de aire espirado se midió con un transductor de volumen (Triple V® turbine, digital) conectado a un analizador de O2. Los gases espirados se analizaron para el oxígeno (O2) con celdas electroquímicas y para la exhalación de dióxido de carbono (CO2) con un analizador infrarrojo ND. Antes de cada prueba, el MetaLyser 3B® se calibró de acuerdo con las instrucciones del fabricante. Después de un período de precalentamiento de 60 minutos, el analizador de CO2 y O2 se calibró con el aire de la habitación así como con un gas de referencia de composición conocida (5% CO2, 15% O2, y 80% N2), y el volumen se calibró con cinco inspiraciones y espiraciones con una bomba de 3 litros. El consumo de oxígeno (VO2) y la ventilación (VE) se midieron y exhibieron continuamente en la pantalla de la computadora. El electrocardiograma (Delmar Reynolds Medical®, CardioCollect 12) también fue monitoreado continuamente en ambos períodos, el de descanso y el activo. La frecuencia cardiaca se derivó del intervalo R-R del ECG. El registro del ECG se exhibió continuamente en la pantalla de la computadora. Se calcularon los datos completos (VO2, VE, y HR) durante cada respiración, y los datos de muestreo de cada aliento se transfirieron a una computadora para ser exhibidos de inmediato. Los datos registrados se grabaron en la base de datos interna de MetaSoft® para realizar un análisis preciso del rendimiento después de la prueba. Los datos de VO2, VE y HR se promediaron cada 5 segundos para el análisis estadístico.

Determinación del Umbral Ventilatorio (VT)

El VT se determinó el D1 durante la prueba de ejercicio incremental máximo. Para determinar el VT para cada sujeto se utilizó el criterio de Wasserman (Wasserman et al., 1990): el umbral corresponde al punto de quiebre en la relación VE/VO2, mientras que la relación VE/VCO2 permanece estable. El VT lo determinaron de manera visual dos investigadores independientes.

Cálculo de Intensidad de la Sesión

Para evaluar la intensidad de cada sesión, se eligió expresarla como el valor promedio de VO2 y como un porcentaje del VO2máx. El valor promedio de VO2 se calculó sobre el tiempo total de cada sesión. Luego estos valores individuales de VO2 se promediaron para obtener el VO2promedio y el porcentaje de VO2máx para cada grupo de actividad (Tabla 2). El valor promedio de VE y HR se calculó sobre el tiempo total de cada sesión. Estos valores individuales de VE y HR se promediaron para obtener la VEpromedio y la HRpromedio.


Tabla 2. Intensidades (VO2promedio, % VO2máx, VEpromedio, HRpromedio) y coeficientes de determinaciones (r2sesión) de las relaciones VO2 f (VE) y VO2 = f (HR). Los datos son medias (± DE). VO2promedio: Consumo de oxígeno promedio (L·min-1), DE: Desviación estándar, %VO2máx: Porcentaje del consumo de oxígeno máximo, VEpromedio : Ventilación promedio (L·min-1), HRpromedio: Frecuencia cardiaca (latidos·min-1), VO2: Consumo de oxígeno (L·min-1), VE: Ventilación (L.min-1), HR : Frecuencia cardiaca (latidos·min-1), I: intensidad. * y ** indican p <0.05 y 0.01 respectivamente.


Tabla 3. Coeficiente de determinación (r² sujeto) de las relaciones VO2 =f (VE) y VO2 =f (HR), por sujeto, sobre la duración total de las siete sesiones. VO2: Consumo de oxígeno (L·min-1), VE: Ventilación (L.min-1 ), HR: Frecuencia cardiaca (latidos·min-1).

Distribución de las Sesiones de Actividades en Diferentes Intensidades dentro de los Cuatro Grupos Principales

Se programaron ochenta y cuatro sesiones ya que cada sujeto llevó a cabo siete sesiones de actividades (tres actividades de caminata sin carga + tres actividades de caminata con carga + un trabajo intermitente). Sin embargo, cuatro de las sesiones no se tuvieron en cuenta, pues cuatro de las sesiones de caminata de dos sujetos se excluyeron por errores de medición. Por lo tanto, la cantidad total de sesiones incluidas en este estudio fue de 80.

Para analizar los resultados, el amplio rango de actividades se clasificó en dos partes diferentes. Cada parte se ideó en dos grupos diferentes. Esta clasificación se llevó adelante de acuerdo a la duración de cada actividad (Tabla 2).

  • La parte 1 incluye actividades con estado estable de consumo de oxígeno. El primer grupo (Grupo 1) incorporó actividades de caminata con o sin carga (n=20) por una duración de 3 minutos y a una intensidad de entre el 20 y el 55% del VO2máx. El segundo grupo (Grupo 2) incorporó sesiones de caminata con o sin carga (n=26) durante 6 minutos y a una intensidad de entre el 17 y el 62 % del VO2máx.
  • La parte 2 incluye actividades sin estado estable de consumo de oxígeno. El tercer grupo (Grupo 3) incorporó actividades de caminata con o sin carga (n=22) durante 1 minuto y a una intensidad de entre el 13 y el 40% del VO2máx. Por último, el cuarto grupo (Grupo 4) se constituyó por el trabajo intermitente (n = 12) con una intensidad de entre el 40 y el 60 % del VO2máx.

Cálculo de los Coeficientes de Determinación

Para confirmar la hipótesis (que la VE muestra una correlación más clara con el VO2 que la HR), se propuso comparar las relaciones VO2 = f (HR) y VO2 = f (VE) durante varias sesiones de actividades, utilizando los coeficientes de determinación (r²). Los r² se calcularon mediante la combinación de todas las actividades en dos formas diferentes. Primero, para todas las sesiones de actividades (n=80), se estableció una regresión lineal entre los parámetros de VO2 y VE y entre el VO2 y la HR (n = 160 regresiones). El r² se calculó sobre el tiempo total de cada sesión (r2sesión). Para los cuatro grupos diferentes, todos los valores individuales de r2sesión fueron promediados y se reportan en la Tabla 2. Segundo, para cada sujeto (n=12), se incorporaron los grupos de datos de VO2, VE y HR de las siete sesiones individuales. De los grupos de valores de cada sujeto, se estableció una regresión lineal entre el VO2 y la VE y el VO2 y la HR (n = 24 regresiones). El r² se calculó sobre el tiempo total de las siete sesiones individuales de cada sujeto (r2sujeto). Los valores del r2sujeto se reportan en la Tabla 3.

Análisis Estadísticos

Se utilizó la prueba de Mann Whitney para calcular el nivel de significancia de las correlaciones y para especificar si existieron diferencias significativas entre el r²sesión de las relaciones VO2 = f (HR) y VO2 = f (VE) de cada grupo de actividades. La misma prueba se aplicó para calcular el nivel de significancia de los valores promedio del r2sujeto. Los valores de p < 0.05 se consideraron significativos.

RESULTADOS

Coeficiente de Determinación de los Cuatro Grupos de Actividades Diferentes (Tabla 2 y Figura 3).

Los valores promedio del r2sesión de las relaciones VO2 = f (HR) y VO2 = f (VE) para los cuatro grupos de actividades diferentes se presentan en la Tabla 2. El r2sesión de las regresiones lineales de la relación VO2 = f (VE) fue significativamente mayor que el obtenido de la relación VO2 = f (HR) para el primer (ejercicio de caminata con y sin carga, entre el 20 y el 55% del VO2máx y para una duración de 3 minutos, p < 0.01), el segundo (ejercicio de caminata con y sin carga, entre el 17 y el 62% del VO2máx y para una duración de 6 minutos, p < 0.01), el tercer (ejercicio de caminata con y sin carga, entre el 13 y el 40% del VO2máx y para una duración de 1 minuto, p < 0.01) y el cuarto grupo de actividades (trabajo intermitente, entre el 40 y el 60 % del VO2máx, p < 0.05).

La Figura 3 muestra la regresión lineal de las relaciones VO2 = f (VE) y VO2 = f (HR) para los cuatro grupos de actividades diferentes. Los gráficos unen todos los datos de cada grupo de actividades (n = 750, n = 1907, n = 295 y n = 1140 para los grupos 1, 2, 3 y 4 respectivamente) El error de estimación estándar (SEE) se calculó y se mencionó en cada gráfico.


Figura 3. Regresiones lineales (r², p y SEE) de las relaciones VO2= f (VE) y VO2= f (HR) sobre los datos recopilados del grupo 1 (caminata con o sin carga durante 3min, 20 caminatas), del grupo 2 (caminata con o sin carga durante 6 min, 26 caminatas), del grupo 3 (caminata con o sin carga durante 1 min, 22 caminatas) y del grupo 4 (trabajo intermitente, 12 ejercicios).

Coeficiente de Determinación, por Sujeto, sobre la Duración Total de las Siete Sesiones (Tabla 3)

En la Tabla 3 están representados los valores individuales del r2sujeto de las relaciones VO2= f (HR) y VO2= f (VE). El r2sujeto de las regresiones lineales de la relación VO2= f (VE) es siempre más elevado que los que surgen de la relación VO2= f (HR), excepto por los sujetos 2 y 3. El valor promedio del r2sujeto de la regresión lineal de la relación VO2 = f (VE) fue significativamente más elevado que el obtenido de la relación VO2 = f (HR) (p<0.05).

DISCUSION

El propósito de este estudio ha sido comparar la relación entre VO2 = f (VE) y VO2 = f (HR) durante las actividades físicas de diferentes intensidades: caminata con o sin carga, con o sin pendiente durante varias duraciones y alternando entre diferentes períodos de caminata y carrera (Ainsworth et al., 2000). Se ha escogido aplicar una carga de 10 kg. para cada sujeto porque este peso podría corresponder a individuos que utilizan una mochila para llevar libros, computadoras en condiciones de vida independiente. Por lo que se ha escogido este protocolo de ejercicios porque la vida diaria se caracteriza por actividades leves y moderadas, llevadas a cabo en un orden aleatorio de breves duraciones (Ainsworth et al. 2000). Por esta razón las actividades de caminata con y sin carga se caracterizaron por una duración y una pendiente seleccionadas por el propio sujeto. Las mismas razones han llevado a calificar el trabajo intermitente en una duración aleatoria.

La intensidad de cada ejercicio de caminata y trabajo intermitente se definió a partir del VO2promedio calculado sobre el tiempo total del ejercicio. Esta metodología se ha observado en todas las duraciones de ejercicio (1min, 3min, 6min y trabajo intermitente). El cálculo del VO2promedio está vinculado al cálculo del coeficiente de determinación llevado a cabo para cada ejercicio (teniendo en cuenta el tiempo total de cada ejercicio). No obstante, este método ha obligado a dividir los ejercicios en dos grupos. El primer grupo consistió de ejercicios realizados con un estado estable de VO2 (caminata durante 3 y 6 min). Se tomaron en cuenta los períodos en tránsito y en estado estable a fin de calcular el VO2promedio. El segundo grupo consistió de ejercicios sin estado estable de consumo de oxígeno (caminata durante 1 min y trabajo intermitente). La totalidad de la variación del VO2 se toma en cuenta para calcular el VO2promedio. Este cálculo es una estimación de la intensidad del ejercicio. Por ultimo, no se buscó calcular la intensidad de cada caminata y cada carrera del trabajo intermitente.

El rango de valores de los coeficientes de determinación (r2sesión, r2sujeto) demuestra que la VE muestra una correlación más clara con el VO2 que la HR (Tabla 2 y 3). Las intensidades promedio de las sesiones están incluidas entre el 24.2 y el 47.08% del VO2máx. En general se considera a un ejercicio de intensidad leve a un nivel de entre 1 a 3 METs o menor al 45% del VO2máx, y a un ejercicio de intensidad moderada de entre 3 a 6 METs o menor al 60% del VO2máx (Friedlander et al., 2007; Smith y Morris, 1992; Swain y Franklin, 2006). Por lo tanto, los resultados del estudio confirman la hipótesis planteada inicialmente. Además, es el primer estudio que demuestra que la VE muestra una correlación más clara con el VO2 que con la HR en especial durante actividades de intensidades leves a moderadas. A fin de validar esta suposición, se ha elegido calificar las relaciones VO2 = f (VE) y VO2 = f (HR) mediante una regresión lineal.

En 1967, Saltin y Astrand mostraron que durante un ejercicio incremental, el incremento de la VE en relación al VO2 es semi-lineal, volviéndose la progresión de la VE relativamente más importante que el VO2 a mayores intensidades de ejercicio. Se observa un incremento exponencial para las intensidades de ejercicio enérgicas, que son mayores al 65% del VO2máx. Davis et al. (1976) a partir del criterio de la ventilación observado en sujetos de 30 años de edad, con valores del VT de 58.6 ± 5.8% (media ± DE) del VO2máx durante ejercicio en cinta ergométrica (Davis et al., 1976). En el presente estudio, las intensidades de cada sesión de los sujetos permanecen inferiores al 65% del VO2máx. Además, las intensidades promedio de todas las sesiones llevadas a cabo por los sujetos se encuentran cercanas a su VT (VTpromedio = 48 ± 4.53% (media ± DE) del VO2máx). Por lo tanto, los valores de VE y VO2 permanecen ubicados en la parte lineal de la curva. Estos valores de VE concuerdan con el estudio de Durnin y Edwards, que reportan que cuando la VE es menor que 50 L·min-1, el VO2 de cualquier individuo es directamente proporcional a su VE. En efecto, los valores de VE son de 30.25 L·min-1 (±10.22), 30.69 L·min-1 (±12.27), 23.64 L·min-1 (±6.53) y 46.03 L·min-1 (± 4.74) para los grupos 1, 2, 3 y 4, respectivamente.

La relación VO2 = f (HR) también se caracteriza por una regresión lineal. Esta relación es ampliamente aceptada para un ejercicio físico que es progresivo, involucra importantes masas musculares, y es lo suficientemente extenso para permitir la adaptación de los sistemas cardiovasculares y ventilatorios (Astrand y Ryhming, 1954). Por lo tanto, existe una relación lineal para un amplio rango de intensidades de ejercicio (tradicionalmente del 30% al 70/5 del VO2máx), tales como los que se presentan en este estudio (del 24.2 al 47.08% del VO2máx). En consecuencia, los valores de HR y VO2 permanecen ubicados en la parte lineal de la curva. Sin embargo, durante la actividad leve y altamente intensa, esta relación se vuelve no lineal (Achten y Jeukendrup, 2003).

A fin de comparar estos resultados con otros estudios (Durnin y Edwards, 1955; Ford y Hellerstein, 1959; Livingstone, Robson, 2000; Spurr et al., 1988), se ha elegido, en concordancia con estos estudios, una regresión lineal para comparar las dos relaciones VO2 = f (VE) y VO2 = f (HR), para todas las sesiones llevadas a cabo con los sujetos del presente estudio.

El resultado más interesante de este estudio es que el r2sesión de la relación VO2 = f (VE) es significativamente más elevado que el r2sesión de la relación VO2 = f (HR) para los grupos 1, 2, 3 y 4 (Tabla 2). Además, se observa este resultado durante el ejercicio con un estado estable de consumo de oxigeno (caminata con o sin carga durante 3 o 6 min), y durante el ejercicio sin un estado estable de consumo de oxigeno (caminata con o sin carga durante 1 min o trabajo intermitente). Otro resultado interesante se observa cuando se reúnen los conjuntos de mediciones de las sesiones realizadas por cada sujeto (caminata con y sin carga, trabajo intermitente). Para 10 de los 12 sujetos, el coeficiente de determinación r2sujeto de la relación VO2 = f (VE) es más elevado que el r2sujeto de la relación VO2 = f (HR) (Tabla 3). Además, el coeficiente promedio de la relación VO2 = f (VE) es significativamente más elevado que el coeficiente promedio de la relación VO2 = f (HR).

Las diferencias entre r2sesión y r2sujetos de las relaciones VO2 = f (VE) y VO2 = f (HR) pueden explicarse mediante los diferentes mecanismos de control de VE y HR (Strange et al., 1993; Whipp y Ward, 1982). Hasta la fecha, ningún estudio ha podido predecir, en un nivel estrictamente fisiológico, el interés preferencial para la utilización de la HR en comparación con la VE para estimar el VO2.

Sin embargo, muchos argumentos que se mencionaron con anterioridad implican que la VE parece ser un parámetro que muestra una relación mucho mejor con el VO2 que la HR, en particular durante las actividades físicas de diferentes intensidades. Por lo tanto, se justifica pensar que podría establecerse una relación entre la VE y el VO2 para estimar el EE comenzando sólo desde la medición de la VE. Es interesante desarrollar un nuevo dispositivo para medir la VE de un sujeto de manera no invasiva. Esta innovación haría posible medir la VE en condiciones de vida diaria (intensidades de leves a moderadas). Actualmente es posible medir de manera precisa la VT, el TI, y el TE y calcular la VE gracias a un dispositivo no invasivo que utiliza la magnetometría (McCool et al., 2002). En la actualidad se está desarrollando un dispositivo liviano y portátil que permite la medición directa de la VE en base al acoplamiento de cuatro magnetómetros. Este dispositivo no tiene carácter invasivo y pronto podría utilizarse para estimar el EE en condiciones de vida independiente. Además, los nuevos dispositivos portátiles (Actiheart y Sensor-Wear Armband) demuestran el valor agregado de combinar varios parámetros y representar sin duda las soluciones futuras para estimar el EE en condiciones de vida independiente.
A partir de este modelo, sería posible acoplar la HR a otro parámetro fisiológico para superar las dificultades del método de HR para estimar el EE durante los niveles bajos de actividad. Entonces, la VE estimaría el EE durante la actividad leve a moderada, y la HR sería un parámetro complementario para mejorar la estimación del EE durante la actividad moderada que requiere importantes masas musculares. Sería necesario integrar este sistema a la vestimenta (camisa o camiseta) para hacer posible el procesamiento de las mediciones bajo circunstancias de la vida diaria.

CONCLUSION

Este estudio demuestra que la VE muestra una correlación más clara con el VO2 que con la HR en actividades físicas de diferentes intensidades. Este resultado confirma el interés de buscar la VE para estimar el EE.

Puntos Clave

  • La ventilación muestra una correlación más clara con el consumo de oxígeno que con la frecuencia cardiaca durante las actividades físicas de diferentes intensidades.
  • Este estudio muestra el interés de buscar la ventilación a fin de estimar el gasto de energía.
  • Este estudio es un enfoque prometedor para desarrollar un nuevo método para estimar el gasto de energía.
  • Una perspectiva interesante podría ser el desarrollo de un dispositivo liviano y portátil para medir la ventilación en base al acoplamiento de cuatro magnetómetros.

AGRADECIMIENTOS

Los autores agradecen a todos los sujetos por su participación en el estudio. Este estudio ha sido financiado a través del proyecto SVP (“SurVeiller pour Prévenir”). No hay conflicto de intereses en la presente investigación. Los cinco autores han participado en el desarrollo y la implementación del protocolo, y la redacción de este artículo.

Referencias

1. Achten, J. and Jeukendrup, A.E (2003). Heart rate monitoring: applications and limitations. Sports Medicine 33(7), 517-538

2. Ainsworth, B.E., Haskell, W.L., Whitt, M.C., Irwin, M.L., Swartz, A.M., Strath, S.J., OBrien, W.L., Bassett, D.R., Jr., Schmitz, K.H., Emplaincourt, P.O., Jacobs, D.R. Jr. and Leon, A.S (2000). Compendium of physical activities: an update of activity codes and MET intensities. Medicine and Science in Sports and Eexercise 32, S498-504

3. Astrand, P.O. and Ryhming, I (1954). A nomogram for calculation of aerobic capacity (physical fitness) from pulse rate during sub-maximal work. Journal of Applied Physiology 7, 218-221

4. Bassett, D.R., Ainsworth, B.E. and Swartz, A.M (2000). Validity of four motion sensors in measuring moderate intensity physical activity. Medicine and Science in Sports and Exercise 32, S471-S480

5. Bouchard, D.R. and Trudeau, F (2008). Estimation of energy expenditure in a work environment: comparison of accelerometry and oxygen consumption/heart rate regression. Ergonomics 51, 663-670

6. Brage, S., Brage, N., Franks, P.W., Ekelund, U. and Wareham, N.J (2005). Reliability and validity of the combined heart rate and movement sensor Actiheart. European Journal of Clinical Nutrition 59, 561-570

7. Corder, K., Brage, S. and Ekelund, U (2007). Accelerometers and pedometers: methodology and clinical application. Current Opinion in Clinical Nutrition and Metabolic Care 10, 597-603

8. Corder, K., Brage, S., Wareham, N.J. and Ekelund, U (2005). Comparison of PAEE from combined and separate heart rate and movement models in children. Medicine and Science in Sports and Exercise 37, 1761-1767

9. Davidson, L., McNeill, G., Haggarty, P., Smith, J.S. and Franklin, M.F (1997). Free-living energy expenditure of adult men assessed by continuous heart-rate monitoring and doubly-labelled water. The British Journal of Nutrition 78, 695-708

10. Davis, J.A., Vodak. P., Wilmore, J.H., Vodak, J. and Kurtz P (1976). Anaerobic threshold and maximal aerobic power for three modes of exercise. Journal of Applied Physiology 41, 544-550

11. Durnin, J.V. and Edwards, R.G (1955). Pulmonary ventilation as an index of energy expenditure. Quarterly Journal of Experimental Physiology and Cognate Medical Sciences 440, 370-377

12. Ford, A.B. and Hellerstein, H.K (1959). Estimation of energy expenditure from pulmonary ventilation. Journal of Applied Physiology 14, 891-893

13. Friedlander, A.L., Jacobs, K.A., Fattor, J.A., Horning, M.A., Hagobian, T.A., Bauer, T.A., Wolfel, E.E. and Brooks, G.A (2007). Contributions of working muscle to whole body lipid metabolism are altered by exercise intensity and training. American Journal of Physiology 292, E107-116

14. Fruin, M.L. and Rankin, J.W (2004). Validity of a multi-sensor armband in estimating rest and exercise energy expenditure. Medicine and Science in Sports and Exercise 36, 1063-1069

15. Garet, M., Boudet, G., Montaurier, C., Vermorel, M., Coudert, J. and Chamoux, A (2005). Estimating relative physical workload using heart rate monitoring: a validation by whole-body indirect calorimetry. European journal of applied physiology 94, 46-53

16. Haskell, W.L., Yee, M.C., Evans, A. and Irby, P.J (1993). Simultaneous measurement of heart rate and body motion to quantitate physical activity. Medicine and Science in Sports and Exercise 25, 109-115

17. Hiilloskorpi, H.K., Pasanen, M.E., Fogelholm, M.G., Laukkanen, R.M. and Manttari, A.T (2003). Use of heart rate to predict energy expenditure from low to high activity levels. International Journal of Sports Medicine 24, 332-336

18. King, G.A., Torres, N., Potter, C., Brooks, T.J. and Coleman, K.J (2004). Comparison of activity monitors to estimate energy cost of treadmill exercise. Medicine and Science in Sports and Exercise 36, 1244-1251

19. Kurpad, A.V., Raj, R., Maruthy, K.N. and Vaz, M (2006). A simple method of measuring total daily energy expenditure and physical activity level from the heart rate in adult men. European Journal of Clinical Nutrition 60, 32-40

20. Livingstone, M.B., Robson, P.J. and Totton, M (2000). Energy expenditure by heart rate in children: an evaluation of calibration techniques. Medicine and Science in Sports and Exercise 32, 1513-1519

21. McCool, F.D., Wang, J. and Ebi, K.L (2002). Tidal volume and respiratory timing derived from a portable ventilation monitor. Chest 122, 684-691

22. Melanson, E.L., Jr. and Freedson, P.S (1996). Physical activity assessment: a review of methods. Critical Reviews in Food Science and Nutrition 36, 385-396

23. Montoye, H., Kemper, H. and Saris, W (1996). Measuring physical activity and energy expenditure. Human Kinetics. 72-79

24. Nilsson, A., Brage, S., Riddoch, C., Anderssen, S.A., Sardinha, L.B., Wedderkopp, N., Andersen, L.B. and Ekelund, U (2008). Comparison of equations for predicting energy expenditure from accelerometer counts in children. Scandinavian Journal of Medicine and Science in Sports 18, 643-650

25. Plasqui, G. and Westerterp, K.R (2007). Physical activity assessment with accelerometers: an evaluation against doubly labeled water. Obesity (Silver Spring) 15, 2371-2379

26. Ravussin, E. and Gautier, J.F (2002). Determinants and control of energy expenditure. Annales dEndocrinologie 63, 96-105

27. Rayson, M.P., Davies, A., Bell, D.G. and Rhodes-James, E.S (1995). Heart rate and oxygen uptake relationship: a comparison of loaded marching and running in women. European Journal of Applied Physiology and Occupational Physiology 71, 405-408

28. Saltin, B. and Astrand, P.O (1967). Maximal oxygen uptake in athletes. Journal of Applied Physiology 23, 353-358

29. Smith, G.D. and Morris, J.N (1992). Assessment of physical activity, and physical fitness, in population surveys. Journal of Epidemiology and Community Health 46, 89-91

30. Spiro, S.G (1977). Exercise testing in clinical medicine. British Journal of Diseases of the Chest 771, 145-172

31. Spurr, G.B., Prentice, A.M., Murgatroyd, P.R., Goldberg, G.R., Reina, J.C. and Christman, N.T (1988). Energy expenditure from minute-by-minute heart-rate recording: comparison with indirect calorimetry. The American Jjournal of Clinical Nutrition 48, 552-559

32. Strange, S., Secher, N.H., Pawelczyk, J.A., Karpakka, J., Christensen, N.J., Mitchell, J.H. and Saltin, B (1993). Neural control of cardiovascular responses and of ventilation during dynamic exercise in man. The Journal of Physiology 470, 693-704

33. Swain, D.P. and Franklin, B.A (2006). Comparison of cardioprotective benefits of vigorous versus moderate intensity aerobic exercise. The American Journal of Cardiology 997, 141-147

34. Taylor, H.L, Buskirk, E., and Henschel, A (1955). Maximal oxygen intake as an objective measure of cardio-respiratory performance. Journal of Applied Physiology 8, 73-80

35. Wasserman, K., Beaver, W.L. and Whipp, B.J (1990). Gas exchange theory and the lactic acidosis (anaerobic) threshold. Circulation 81, II14-30

36. Wasserman, K., Whipp, B. and Casaburi, R (1986). Respiratory control during exercise. In: Handbook of Physiology: The Respiratory System, a Control of Breathing. Eds: Fishman, A., Cherniak, N.S. and Widdicombe, J.G. Bethesda MD: Am. Physiol. Soc. 595-620

37. Westerterp, K.R (1999). Assessment of physical activity level in relation to obesity: current evidence and research issues. Medicine and Science in Sports and Exercise 31, S522-525

38. Whipp, B.J and Ward, S.A (1982). Cardiopulmonary coupling during exercise. The Journal of Experimental Biology 100, 175-193

Cita Original

Steven Gastinger, Anthony Sorel, Guillaume Nicolas, Arlette Gratas-Delamarche and Jacques Prioux. A Comparison between Ventilation and Heart Rate as Indicator of Oxygen Uptake during Different Intensities of Exercise. Journal of Sports Science and Medicine (2010) 9, 110 - 118.

Cita en PubliCE

Steven Gastinger, Nicolás Guillaume, Arlette Gratas-Delamarche, Jacques Prioux y Anthony Sorel (2014). Comparación entre la Ventilación y la Frecuencia Cardiaca como Indicador del Consumo de Oxígeno durante Ejercicios de Diferentes Intensidades. PubliCE.
https://g-se.com/comparacion-entre-la-ventilacion-y-la-frecuencia-cardiaca-como-indicador-del-consumo-de-oxigeno-durante-ejercicios-de-diferentes-intensidades-1256-sa-C57cfb271de56a

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