Límites Impuestos al Ejercicio por un Medio Ambiente Caluroso

INTRODUCCION

La fatiga puede definirse en términos muy simples como la incapacidad para
mantener un esfuerzo de potencia, o la incapacidad para mantener una tensión
muscular, en un período de tiempo dado (1). La fatiga que se desarrolla durante
una contracción voluntaria máxima tiene una causa diferente de aquélla que se
desarrolla durante repetidas contracciones moderadas, y ambas difieren de la
fatiga generada durante el ejercicio en un medio ambiente caluroso. Finalmente,
todas las formas de fatiga durante el ejercicio son consecuencia de la
incapacidad para generar energía, en un porcentaje suficiente para satisfacer
los requerimientos de energía para contraer los músculos del esqueleto. Nosotros
examinaremos las causales por las cuales, ante un ejercicio en un medio ambiente
caluroso, aparece la fatiga en forma precoz, y de ahí en más, como actúa
limitando la performance.

Para entender completamente los medios por los cuales la fatiga puede
dificultar la performance física, tenemos que entender que la potencia aeróbica
máxima depende de numerosos factores, muchos de los cuales varían durante el
ejercicio, especialmente en el calor. Un reordenamiento de la ecuación de Fick
revela que la potencia aeróbica máxima puede cambiar si algunos de sus factores
componentes varía:

VO₂ máx.= [HR máx.].[SV máx.].[(a-v) O₂ máx.]

Donde:

VO₂ máx.=Potencia aeróbica máxima (ml O₂/min).
HR máx.=Frecuencia cardiaca máxima (lat./min).
SV máx.=Volumen sistólico cardíaco máximo (ml eyección/lat.).
(a-v)O₂ máx.=Diferencia arterio-venosa de O₂ máxima (ml O₂/ml de sangre).

Cualquier disminución en HR máx., SV máx. o (a-v) O₂ máx. durante ejercicios
prolongados disminuirá, por definición, el VO₂ máx., y por lo tanto disminuirá
finalmente la performance. Por ejemplo, un incremento agudo en el volumen de la
sangre circulante en la periferia, debajo del nivel del corazón (en el
reservorio o pool venoso) disminuirá la presión de llenado cardíaco máximo, SV
máx. y potencialmente, el VO₂ máx. Una excesiva temperatura corporal durante el
ejercicio puede causar un estasis venoso, un SV máx. más bajo, (y quizás una
(a-v) O₂máx. más baja), y por lo tanto, generar una aparición temprana de la
fatiga. Las causas por las cuales ocurren estos cambios, se describen en las
siguientes secciones.

TRANSFERENCIA DEL CALOR EN EL CUERPO

Durante el ejercicio, el consumo de oxígeno de los músculos esqueléticos
puede incrementarse, desde alrededor 1.5 ml/kg-min en un estado de reposo, a
tanto como 150 ml/kg-min durante condiciones máximas. Finalmente, toda la
energía liberada desde los músculos durante la actividad física aparece como
calor. En una persona en reposo, toda la producción de calor del cuerpo es
equivalente a alrededor de 70 watts (70 w=1 kcal/min). Durante el ejercicio
intensivo prolongado, tal como una carrera de maratón, el porcentaje de la
producción de calor puede exceder 1000 watts (1000 w=14.3 kcal/min). Una carga
térmica de esta magnitud subiría la temperatura central del cuerpo 1ºC, cada 5 a
8 min, sino hubiera cambios en los mecanismos de disipación del calor. El
ejercicio podría limitarse a menos de 20 min, antes que pudieran darse síntomas
de la fatiga por los efectos de la hipertermia. Estos síntomas pasan de suaves
dolores de cabeza y desorientación a pérdida de conciencia. Obviamente, la
actividad física intensa puede continuar por mucho más de 20 minutos, debido
primariamente a la efectividad del sistema termoregulatorio que actúa alterando
las tasas de transferencia del calor, en respuesta a estimulos específicos.

En el momento del comienzo del ejercicio, el porcentaje de la producción de
calor muscular aumenta como una función de la intensidad del ejercicio, y
transitoriamente excede el porcentaje de disipación del calor del músculo.
Saltin et al. (9), han mostrado que el valor de la temperatura aumenta en la
masa del grupo de los músculos cuadriceps, aproximadamente 1.0ºC/min, durante
los momentos iniciales del ejercicio de alta intensidad en bicicleta ergométrica.
Este valor de acumulación de calor no puede persistir, en tanto que la
maquinaria muscular podría ser inactivada por los efectos de hipertermia en unos
10 min.

Los mecanismos principales por los cuales el calor es trasladado desde el
músculo hacia el flujo sanguíneo, durante el ejercicio, son vía transferencia
convectiva.

El porcentaje de la transferencia de calor es proporcional al producto del
flujo local de sangre y la diferencia de temperatura entre el músculo y de la
sangre arterial que contribuye a la temperatura central del cuerpo. Por eso, la
mayoría del calor generado al contraerse los músculos esqueléticos es
transferida hacia la temperatura central, vía circulación venosa. Mientras esto
ocurre, la temperatura del cuerpo comienza a subir, poniendo en funcionamiento
reflejos que promueven un incremento de la transferencia de calor, desde el
centro hacia la piel, y desde la piel hacia el medio ambiente. Los reflejos de
disipación del calor sirven para retrasar, y eventualmente, detener el ascenso
de la temperatura central.

El valor de la transferencia de calor desde el centro del cuerpo hacia la
piel es determinado por la diferencia de temperatura entre el centro y la piel y
el flujo sanguíneo y la piel. El valor del flujo sanguíneo de la piel está bajo
control fisiológico. Durante el ejercicio en el calor, el flujo sanguíneo de la
piel puede ser tanto como 20 veces mayor que durante una exposición en reposo en
un medio ambiente frío, cuando la piel está vasocontraida en forma máxima. Dado
que el valor de la transferencia de calor es el producto del flujo sanguíneo de
la piel y la diferencia de temperatura entre el centro corporal y la piel, un
alto flujo de la sangre de la piel puede no ser suficiente para expulsar el
calor del cuerpo central durante el ejercicio en un día húmedo y caliente,
cuando la temperatura de la piel aumenta debido a una incapacidad para evaporar
la sudoración.

TRANSFERENCIA DEL CALOR DESDE EL CUERPO

Como mencionamos anteriormente, el calor es transferido desde la piel al
medio ambiente por convección, radiación y evaporación. Los valores de la
transferencia de calor de la piel hacia el medio ambiente por convección y
radiación son funciones de los coeficientes de la transferencia de calor (hc y
hr, respectivamente) y de las diferencias de temperatura entre la piel y el
medio ambiente. La transferencia de calor radioactiva y convectiva están bajo
control fisiológico, sólo en la medida en que los cambios en el flujo de sangre
de la piel determinan cambios en el promedio de temperatura de la piel. Ambas,
hc y hr, dependen del área de superficie corporal disponible para el intercambio
de calor con el medio ambiente. Bajo condiciones ambientales e internas
constantes, el valor de hr es constante, pero el valor de hc varía directamente
con la velocidad del aire (6). El coeficiente combinado (y por lo tanto el valor
de la transferencia de calor convectiva) puede variar cinco veces, entre el
estar en reposo ante un aire inmóvil y estar corriendo en un día con brisa. De
todos modos, en un día muy caluroso, cuando la diferencia entre la temperatura
de la piel y la del ambiente es pequeña, la capacidad para transferir el calor
desde la piel al medio ambiente, vía convección o radiación, es probablemente
pequeña y de ayuda limitada en la disipación de la carga térmica del ejercicio.

Los medios primarios por los cuales los humanos son capaces de disipar la
carga térmica del ejercicio, especialmente cuando el ejercicio es realizado en
el calor, es vía evaporación de la sudoración a partir de la superficie de la
piel. El valor de la evaporación es dependiente del coeficiente de transferencia
de calor (he) evaporativo y del gradiente de presión del vapor de agua entre la
piel y el medio ambiente. El valor de he depende de la velocidad del aire, en un
estilo similar a aquel para hc (donde he=2.2 hc). La presión de vapor de agua de
la piel es principalmente una función del valor de sudoración, y por lo tanto
está bajo control fisiológico. Cada gramo de agua que se evapora de la
superficie de la piel expulsa casi aproximadamente 0.6 kcal del calor del
cuerpo. Dado que las glándulas sudoríparas de una persona apta o en “estado”,
pueden transportar el sudor hacia la superficie de la piel a un valor superior a
los 30 g/min, aproximadamente todo el calor producido durante un ejercicio
intenso podría ser disipado por evaporación, bajo condiciones ideales.

La eficiencia de la ruta evaporativa para la transferencia de calor es
dependiente de factores fisiológicos y del medio ambiente. Si la húmedad del
medio ambiente es alta, el gradiente de la piel hacia el medio ambiente para la
presión del vapor de agua será menor y la tasa de evaporación sería
proporcionalmente más baja. En un día húmedo y caluroso, el calor perdido por
convección y radiación es bajo, debido al pequeño gradiente de temperatura de la
piel hacia el medio ambiente, y la disipación del calor por evaporación es
probablemente baja, debido al pequeño gradiente de piel hacia el medio ambiente,
para la presión del vapor de agua. Bajo estas condiciones, un esfuerzo de
entrenamiento (el cual incrementa la producción de calor), acoplado con el bajo
valor de la disipación del calor, tenderá a incrementar el calor almacenado en
el cuerpo, lo que generará una hipertermia progresiva.

Con el conocimiento de los coeficientes de calor y como ellos varían bajo
condiciones diferentes, parece posible predecir, o al menos anticipar, la
magnitud del cambio de la temperatura interna del cuerpo durante el ejercicio a
intensidades dadas en condiciones de medio ambiente variables. Este conocimiento
es importante para el atleta, porque la imposibilidad de mantener una
temperatura del cuerpo óptima durante el ejercicio, puede reducir la performance
y resultaría en una aparición temprana de la fatiga.

Es importante darse cuenta que la elevada temperatura central del cuerpo
asociada con el ejercicio no está regulada a elevados niveles. Esto alcanza ese
nivel como consecuencia de: 1) el desequilibrio temporario entre las tasas de
producción de calor y de disipación de calor; y 2) la rapidez con la cual el
mecanismo de disipación de calor responde a un incremento en la temperatura
central del cuerpo. El entrenamiento físico induce a un incremento en la
sensibilidad de la relación tasa de sudoración/temperatura interna, tanto como
en la disminución del umbral de la temperatura interna para el comienzo del
mecanismo de sudorar (5), lo que permite a la temperatura interna permanecer a
un nivel más bajo, que aquel visto en una persona fuera de estado. Esto resulta,
de alguna manera, en un mayor margen de seguridad entre las temperaturas de
operación y las temperaturas límites, y da lugar a una menor demanda de la
circulación periférica durante el ejercicio. De todos modos, la deshidratación
progresiva durante el ejercicio en el calor reduce la sensibilidad de la
relación, tasa de sudoración/temperatura interna y esto resulta en una
hipertermia relativa. Esto reduce el margen de seguridad y lleva a generar
estados de fatiga precoz.

PROBLEMAS ASOCIADOS A MEDIO AMBIENTES CALIDOS

La capacidad para suministrar un adecuado flujo de sangre hacia el aparato
músculo-esquelético contraído y hacia la piel, bajo condiciones en las cuales
ambos tejidos requieren un alto flujo, dependen ampliamente de la capacidad del
cuerpo de mantener un volumen de sangre central adecuado. Durante el ejercicio
suave en un medio ambiente frío, el corazón tiene pocas dificultades en proveer
un adecuado flujo de sangre para cubrir las demandas musculares y de la piel (3,
8). Sin embargo, el ejercicio prolongado en el calor presenta un problema más
complejo. No sólo se trata de la capacidad de mantener un volumen de bombeo
cardíaco adecuado durante el ejercicio, amenazado por el desplazamiento de una
porción del volumen de sangre hacia la periferia, sino que, además, la continua
pérdida de agua del cuerpo debido a la evaporación del sudor, puede comprometer
el retorno venoso. Bajo estas circunstancias, la presión arterial de la sangre
puede disminuir, pero un incremento en el ritmo cardíaco puede, parcialmente,
compensar la disminución en el volumen submáximo de bombeo cardíaco. El volumen
sistólico cardíaco submáximo disminuirá, de todos modos, y por ello el VO₂máx.
y la performance se reducirán. La primera línea de reflejo de defensa en contra
de una caída central de la presión venosa parece ser una redistribución del
flujo de sangre desde la periferia (2, 10), sirviendo para reducir el volumen de
sangre en las venas periféricas. La consecuencia primaria de una relativa
restricción en el flujo de sangre de la piel durante el ejercicio prolongado en
el calor, de todos modos, es que el valor óptimo de transferencia de calor no
puede ocurrir. Bajo condiciones de ambiente cálido hubo voluntarios que se
ejercitaron acumulando calor a un valor de 0.1 ºC/min (3), una tasa de
acumulación que limitaría el ejercicio debido a la hipertermia, si se continuaba
por mucho tiempo.

Los efectos más serios del ejercicio prolongado en el calor ocurren debido a
la hipovolemia progresiva (más bajo que el volumen normal de sangre) que
acompaña a la deshidratación. En realidad, el volumen de sangre se defiende
razonablemente bien durante la deshidratación porque la hipertonisidad que
ocurre al perder agua del compartimento vascular tiende a extraer agua de los
compartimentos de fluido intersticial e intracelular hacia el sistema vascular
(7). Sin embargo, eventualmente la hipovolemia induce un cambio hacia arriba en
el umbral de la temperatura interna para la vasodilatación cutánea y una
reducción en el flujo máximo de sangre a la piel (4). Esta hipertermia combinada
con un volumen de bombeo cardíaco máximo menor y un VO₂ máx. más bajo,
comprometerá la capacidad de prolongar el ejercicio a una intensidad elevada.

CONCLUSIONES

El medio ambiente implica muchos límites sobre la capacidad para realizar
ejercicio físico. La potencialidad de la hipertermia para comprometer la
performance es generalmente mediatizada, vía su influencia sobre la capacidad
del cuerpo para transferir oxígeno del medio ambiente hacia los músculos
esqueléticos contraídos. Un aumento excesivo de la temperatura durante el
ejercicio reduce la efectividad del sistema circulatorio, limitando la capacidad
cardiaca para la distribución de sangre oxigenada a la tasa requerida, hacia la
piel y los músculos.

REFERENCIAS

1. Edwards, R.H.T (1981). Human muscle function and fatigue. In Human Muscle Fatigue: Physiological Mechanisms. Ciba Foundation Symposium 82, pp. 1-18. Pitman Medical, London

2. Johnson, J.M., Rowell, L.B., Niederberger, M., and Eisman, M.M (1974). Human splanchnic and forearm vasoconstrictor responses to reductions of right atrial and aortic pressures. Circ. Res. 34: 515-525

3. Nadel, E.R., Cafarelli, E., Roberts, M.F., and Wenger, C.B (1979). Circulatory regulation during exercise in different ambient temperatures. J. Appl. Physiol. 46: 430-437

4. Nadel, E.R., Fortney, S.M., and Wenger, C.B (1980). Effect of hydration state on circulatory and thermal regulations. J. Appl. Physiol. 49: 715-721

5. Nadel, E.R., Pandolf, K.B., Roberts, M.F., Wenger, C.B., and Stolwijk, J.A.J (1974). Mechanisms of thermal adaptation to exercise and heat. J. Appl. Physiol. 37: 515-520

6. Nishi, Y., and Gagge, A.P (1970). Direct evaluation of convective heat transfer coefficient by naphthalene sublimation. J. Appl. Physiol. 29: 603-609

7. Nose, H., Mack, G.W., Shi, X., and Nadel, E.R (1988). Role of osmolality and plasma volume during rehydration in humans. J. Appl. Physiol. 65: 325-331

8. Rowell, L.B., Marks, H.J., Bruce, R.A., Conn, R.D., and Kusumi, F (1966). Reductions in cardiac output, central blood volume and stroke volume with thermal stress in normal men during exercise. J. Clin. Invest. 43: 1801-1816

9. Saltin, B., Gagge, A.P., and Stolwijk, J.A.J (1968). Muscle temperature during submaximal exercise in man. Appl. Physiol. 25: 679-688

10. Tripathi, A., Mack, G.W., and Nadel, E.R (1989). Peripheral vascular reflexes elicited during lower body negative pressure. Aviat. Space. Environ. Med. 60: 1187-1193