Predicción del VO<sub>2</sub> máx. en la Mujer: Adaptación del Protocolo de Fox en Cicloergómetro
Lynn A Darby1 y Roberta L Pohlman2
1Kinesiology Division, School of Human Movement, Sport and Leisure Studies, Bowling Green State University.
2Wright State University.
Artículo publicado en el journal PubliCE, Volumen 0 del año 1999.
Publicado 21 de julio de 2003
Resumen
Palabras clave: predicción, mujer, evaluación de ejercicio sub-máxima, frecuencia cardiaca
INTRODUCCIÓN
La evaluación del ejercicio sub-máximo es frecuentemente usada para predecir el máximo consumo de oxígeno (VO2 máx.) a partir de una frecuencia cardiaca individual (FC) a una cierta carga de trabajo (3-5). El consumo máximo de oxígeno es luego predicho usando una ecuación de regresión establecida (3). Aunque la exactitud y validez de estas evaluaciones sub-máximas ha sido cuestionada (4, 5), las mismas son todavía muy usadas para la predicción del VO2 máx. en marcos prácticos (e.g., centros de aptitud física). Los problemas inherentes a las evaluaciones sub-máximas, como la no linealidad del VO2 y la FC por sobre un lapso completo de esfuerzo, el cambio en la frecuencia cardiaca no relacionado directamente a la carga de trabajo, y la especificidad de la población, son comunes. Sin embargo, las evaluaciones sub-máximas son útiles para estimar la aptitud aeróbica sin un excesivo estrés para los sujetos, y son más apropiadas para los ancianos o los individuos con enfermedades cardiovasculares o metabólicas conocidas. Las evaluaciones sub-máximas son administradas más fácilmente, y de manera más barata y más rápida a grandes números de sujetos (3), y son más exactas cuando se usan para evaluar repetidamente la aptitud de un individuo en respuesta a una intervención (3-6).
En 1973, Fox (1) propuso un método simple para predecir el VO2 máx. a partir de la respuesta de la frecuencia cardiaca de varones de edad universitaria a partir de la respuesta de la frecuencia cardiaca a 5 min de ejercicio en cicloergómetro a 150 W (Tabla 1). Ha sido sugerido que esta ecuación podría ser usada con mujeres, sin embargo, la potencia de 150 W puede ser muy alta para muchas mujeres (2). El protocolo de Fox difiere de otros en que la velocidad de pedaleo es de 60 rev/min. Astrand y Rodahl (7) han sugerido que las frecuencias de pedaleo óptimas (para la economía) están entre 40-70 rpm. De este modo, el establecimiento de una ecuación para la mujer a diferentes rev/min con respecto al patrón de 50 rev/min, y a menores potencias, permitirían al evaluador más flexibilidad para elegir un protocolo apropiado para el sujeto que va a ser medido, y para sus objetivos de evaluación.
MATERIALES Y MÉTODOS
Parte 1
Desarrollo de una Ecuación para la Mujer
Los sujetos (n =63) fueron reclutados en dos universidades del medio-oeste de los Estados Unidos. Todos los sujetos completaron una declaración de consentimiento y un cuestionario de historia médica. El protocolo discontinuo en bicicleta ergométrica consistió de series de ejercicio de 5 min sobre una bicicleta ergométrica Monark. La intensidad de ejercicio comenzó a 90 W, la duración de cada etapa fue de 5 min, las etapas estaban separadas por 10 min de descanso, y la potencia se incrementaba a razón de 30 W/etapa hasta el agotamiento. Fue mantenida una velocidad constante de 60 rev/min a través de toda la evaluación. La sesión de evaluación terminaba cuando el sujeto no podía mantener más la cadencia de 60 rpm, alcanzaba la fatiga volitiba, alcanzaba una nivelación o disminución del VO2 máx. con un incremento de las cargas de trabajo, y/o alcanzaba un índice de intercambio respiratorio (RER) mayor a 1.0 (8).
Tabla 1. Ecuaciones usadas para comparar la predicción del VO2 máx. con la
ecuación de Fox para la mujer.
La frecuencia cardiaca fue registrada por medio de un electrocardiograma de 12 derivaciones (Quinton 4000 o Marquette Case I) durante los minutos 4 y 5 de carga de trabajo. El VO2 máx. fue determinado por medio de un análisis de los gases expirados usando una Carta de Mediciones Metabólicas Sensormedics 2900 o Gould 9000 IV. Los procedimientos de calibración estándar fueron completados para cada sistema. Además, todos los sujetos completaron mediciones de peso corporal, talla y peso hidrostático. El volumen residual de las mujeres fue estimado a partir de la capacidad vital usado la fórmula de Wilmore (9), y el porcentaje de grasa fue determinado usando la ecuación de Brozek (10).
Fueron calculadas ecuaciones de regresión simple y errores de estimación estándar de las estimaciones para la FC y las potencias de 90 W y 120 W (11). Fueron calculados análisis de regresión múltiple para determinar si la adición de otras variables (e.g., edad, peso corporal, talla, % de grasa corporal, etc.) incrementaría la fuerza de la predicción (11). Fueron calculados estadígrafos descriptivos para todas las variables para este grupo original, usado para establecer la ecuación de predicción (n =63) (11).
Confiabilidad de las Mediciones
Con el objeto de asegurar que las diferencias en las mediciones no ocurrieron debido al sitio de evaluación, fueron elegidas muestras de 15 participantes de cada lugar, y fueron comparados los consumos de oxígeno a 90 W. Cuando fue calculado un test-t independiente, no hubo diferencias significativas en el VO2 debido al sitio de evaluación (df =28, t =1.353, P =0.1870; Lugar 1 =1394 ±138 mL/min, Lugar 2 =1324 ±146 mL/min (11). De este modo, los datos fueron juntados a partir de los dos sitios de evaluación.
Parte 2
Validación Cruzada de la Ecuación de Fox para la Mujer
Para validar la ecuación, fue evaluado un grupo separado de sujetos (11). 55 mujeres completaron el protocolo de Fox para la mujer y luego anduvieron hasta el agotamiento sin los intervalos de descanso de 10 min entre cada etapa, usando cargas incrementales de 30 W. El VO2 máx. y la FC fueron determinados durante cada minuto de las evaluaciones como fue descrito en la parte 1. El VO2 máx. predicho para cada sujeto fue calculado usando ecuaciones de regresión múltiple establecidas para el grupo original de mujeres (n =63). Un test-t apareado fue calculado para comparar el VO2 máx. medido y predicho. Fueron calculados estadígrafos descriptivos para todas las variables para el grupo de validación cruzada (n =15). El error porcentual promedio fue calculado de la siguiente manera: (VO2 máx. predicho - VO2 máx. medido/ VO2 máx. medido) x 100.
Los datos de FC a 90 W también fueron usados para estimar el VO2 máx. usando otras ecuaciones para cicloergómetro para predecir el VO2 máx. (Tabla 2).
Fueron calculadas mediciones repetidas de ANOVA a una vía con un test post hoc HSD Tukey para determinar si había diferencias entre los valores VO2 máx. predicho a partir de las ecuaciones de regresión múltiple. Fueron calculados coeficientes de correlación de Pearson entre todos los valores de VO2 máx. predicho y medido.
Tabla 2. Características físicas y respuestas fisiológicas de los datos del
grupo original y el grupo de mujeres de validación cruzada que completaron el
protocolo de Fox en cicloergómetro (90 W) para el trabajo sub-máximo y máximo (n
=63).
AMediciones tomadas durante el minuto 5 de trabajo. BUsaron la ecuación de
Fox para la mujer (Darby y Pohlman). CSignificativamente menos que el grupo
original; P<0.05. DAusencia de diferencias significativas entre el VO2 máx.
predicho y el medido.
RESULTADOS
Parte 1
Las medias y desvíos estándar de las características físicas y las respuestas fisiológicas a las cargas de trabajo sub-máximas (90 W) y máximas para el grupo original son presentadas en la Tabla 3. Cuando fueron analizadas las frecuencias cardiacas a diferentes cargas de trabajo, la FC a 90 W y a 120 W predijeron significativamente el VO2 máx. cuando el mismo fue expresado en mL/min, pero no predijeron significativamente al VO2 máx. cuando el mismo fue expresado relativo al peso corporal en mL/kg/min. La FC a 90 W fue elegida como la mejor variable para predecir el VO2 máx. en mL/kg/min, debido a que de los 63 participantes solo 31 tuvieron FC <170 para 120 W. A 90 W los sujetos estuvieron trabajando a un VO2 de 1340 ±150 mL/min, el cual estuvo al 64 ±14 % del VO2 máx. Además, a 90 W los resultados de la regresión lineal simple FC-VO2 fueron: n =63, r = -0.69, EES =270 mL/min versus a 120 W, n =31, r = -0.54, EES =257 mL/min.
Tabla 3. Comparación del VO2 máx. medido y predicho a partir de varias
ecuaciones con cicloergómetro usando los datos del grupoA de validación cruzada.
*P<0.05; significativamente diferente con respecto al valor medido.
ACalculado a partir del grupo de validación cruzada (n =15). BCalculado a partir
de la FC-90 W. CCalculado a partir de los Watts máximos 150 W. DCV = (DS/media)*100
para VO2 máx. calculado a partir de cada ecuación.
Los resultados de la ecuación de regresión múltiple indicaron que el peso corporal y la edad también predijeron significativamente el VO2 máx. junto con la FC a 90 W. La ecuación de regresión múltiple fue:
VO2 máx. (mL/min) = 4093 – (35 x edad [años]) + (9 x Peso Corporal [kg]) – (11 x FC [lat./min])
(P <0.0001), r =0.74, EES =250 mL/min).
La media para el VO2 máx. medido fue 2215 ±373 mL/min y es mostrada en la Tabla 2. La media para el VO2 máx. predicho usando los 63 sujetos fue 2256 ±272 mL/min. No hubo diferencias significativas entre el VO2 máx. predicho y el medido (df =62, t = -1.326, P =0.1896). La FC máxima fue 189 ±9 lat./min. La regresión lineal simple para el VO2 máx. predicho versus el VO2 máx. medido para los 63 participantes de la muestra original es presentada en la Figura 1 con una r =0.74 y un EES =184 mL/min.
Parte 2
Un grupo separado de sujetos (i.e, el grupo de validación cruzada) fue reclutado para comparar el VO2 máx. medido con el VO2 máx. predicho calculado usando la ecuación de Fox para la mujer. No hubo diferencias significativas entre los valores del VO2 máx. predicho y el VO2 máx. medido para este grupo de mujeres de validación (ver Tabla 2) con una diferencia promedio = 55 mL/min, df =14, t = -1.450, P =0.1690. Todas las otras características físicas entre el grupo de la ecuación original y el grupo de validación no fueron significativamente diferentes con excepción de la edad (ver Tabla 2). La regresión lineal simple para el VO2 máx. predicho versus el VO2 máx. medido para el grupo de validación cruzada es presentada en la Tabla 2.
Debido a que ha sido sugerido que la ecuación de Fox para el hombre podría ser usada para la mujer, los errores de la ecuación de Fox para el hombre versus la ecuación de Fox para la mujer para predecir el VO2 máx. del grupo de validación cruzada son presentados en la Figura 3. Los errores (i.e., diferencias entre cada VO2 máx. predicho y medido) son graficados versus el VO2 máx. medido. Como puede ser observado los errores de la ecuación de Fox para el hombre son mucho más grandes (i.e., aproximadamente 500-1600 mL/min) que los errores de las ecuaciones de Fox para la mujer (i.e., no más de 200 mL/min arriba o debajo de los valores medidos). Por lo tanto, la ecuación de Fox para la mujer predice mejor el VO2 máx. medido para estas mujeres.
Para comparar la ecuación de Fox para la mujer con otros protocolos, fueron usados datos de HR y demográficos en las otras ecuaciones CE (cicloergómetro). Hubo una diferencia significativa entre el VO2 máx. predicho y el VO2 máx. medido (ver Tabla 3) (F =54.11, P <0.001). Los test HSD Tukey revelaron que el VO2 máx. predicho calculado a partir de la ecuación de Fox para la mujer no fue significativamente diferente del VO2 máx. medido, que era la medición de criterio. Todos los otros VO2 máx. promedio obtenidos a partir de otras ecuaciones excepto la de Astrand-Ryhming (4) fueron significativamente diferentes con respecto al VO2 máx. medido. Los coeficientes de correlación, errores de estimación estándar, y porcentajes de error promedio para el VO2 máx. predicho y el VO2 máx. medido son presentados en la Tabla 4.
Figura 1. Ecuación de regresión del VO2 máx. medido versus el VO2 máx.
predicho a partir de la ecuación de Fox para la mujer (n = 63): VO2 máx. (mL/min)
= 4093 – (35 x edad [años]) + (9 x Peso Corporal [kg]) – (11 x HR (lat/min).
Figura 2. Gráfica del grupo de validación cruzada del VO2 máx predicho usando
la ecuación de Fox para la mujer versus el VO2 máx medido.
Figura 3. Errores del VO2 máx. predicho a partir de la ecuación de Fox para
hombres y mujeres usando los datos del grupo de validación cruzada (n =15).
Tabla 4. Correlaciones entre el VO2 máx. de criterio y el VO2 máx. predicho.
*P<0.05; AEES =[?(Y-Y’)2/N])-1/2; B(EES/ VO2 máx. medido promedio) x 100;
C(VO2 máx. predicho - VO2 máx. medido / VO2 máx. medido) x 100.
DISCUSIÓN
Aunque existen problemas inherentes al uso de evaluaciones sub-máximas para predecir el VO2 máx., los resultados del presente estudio indican que una ecuación de regresión múltiple separada fue necesaria para predecir el VO2 máx. para la mujer usando el protocolo de Fox en bicicleta ergométrica (90 W para 5 minutos a 60 rev/min). Una carga de trabajo inicial de 150 W fue muy grande para muchas de las mujeres y no provoco una FC sub-máxima (i.e., <170 lat./min). Además, Storer (13) reportó, Ha sido bien establecido que el VO2 máx. es más bajo en la mujeres si es expresado en términos absolutos (mL/min). Esto debe ser debido al hecho que la cantidad de masa muscular en las piernas determina frecuentemente la producción de trabajo total en una bicicleta ergométrica. En general, la mujer tiene menos masa muscular total, menores concentraciones de hemoglobina, y menores gastos cardiacos máximos que los hombres y de este modo, podría no tener un VO2 máx. tan alto sobre el cicloergómetro. Como ha destacado Wells (15) hay más similitudes que diferencias entre los sexos, y algunas mujeres podrían ser capaces de mantener 150 W por 5 min, correspondientes del protocolo de Fox (hombres) (1). Sin embargo, basándose en los resultados del presente estudio, estas diferencias generales en las características fisiológicas afectan mayormente el rendimiento máximo, cambian la pendiente de la línea de regresión FC-VO2 y así, se necesita una ecuación específica para la mujer.
Errores a partir de Suposiciones de Evaluaciones Sub-máximas
El error que puede ser asociado con la predicción del VO2 máx. a partir de los datos de la FC se producen debido a violaciones de las suposiciones de las evaluaciones sub-máximas, que son las siguientes: 1. Un VO2 máx. estable es alcanzado a una carga de trabajo dada; 2. Existe una relación directa para la FC y el VO2 máx., y los puntos de los datos de la FC son medidos en una porción de la línea de regresión FC-VO2 que es lineal (i.e., a una carga de trabajo >45 % del VO2 máx. de modo que los incrementos en el VO2 se producen debido a incrementos en la FC y no a incrementos del volumen de eyección); 3. la frecuencia cardiaca es consistente para una edad dada; 4. la eficiencia mecánica para completar el ejercicio es esencialmente la misma para todos los sujetos (3).
De estos criterios que pudieron ser medidos o controlados en el presente estudio, los primeros dos criterios fueron logrados por el grupo original, ya que la FC promedio fue de 150 (lat/min) (i.e, entre 120 y 175 lat/min) y la carga de trabajo relativa fue del 64% del VO2 máx. Para el tercer criterio, la FC máxima medida para los sujetos fue de 189 ±9 lat/min mientras que la frecuencia cardiaca máxima estimada (220-edad) hubiera sido de aproximadamente 198 lat/min. Los sujetos del presente estudio detuvieron el ejercicio de ciclismo de manera característica cuando la carga de trabajo no pudo seguir siendo movida. McArdle, Match y Pechar (16) han reportado que el VO2 máx. es un 6-11 % más bajo en el cicloergómetro en comparación con la cintaergómetro. En el presente estudio, esto fue verdad para la FC máxima cuando, los valores medidos del cicloergómetro fueron comparados a la FC máxima predicha por la edad. Sin embargo, la cantidad de error introducido por la variabilidad inter-sujeto en la FC máxima cuando se usan ecuaciones de predicción sub-máximas ha sido reportada por Davies (17) como baja, con un coeficiente de variación de ≈ 5%.
Para el cuarto criterio, la consistencia del trabajo mecánico entre sujetos no fue medida en el presente estudio, pero el VO2 máx. submáximo registrado fue de 1350 ±150 mL/min a 90 W. El coeficiente de variación, una medida de variación relativa, para esta potencia fue de ≈ 11%. El coeficiente de variación para el grupo original de Fox para 150 W fue de ≈ 6%. Un número de factores pueden afectar la eficiencia mecánica (i.e., largo de las piernas, radio de la palanca, uso de punteras), pero no son comúnmente controladas en una evaluación sub-máxima. Podría ser interesante destacar que el VO2 máx. sub-máximo a 90 W, estimado a partir de otras ecuaciones para cicloergómetro que no son específicas para el sexo y que han sido establecidas para predecir el VO2 a intensidades sub-máximas de ejercicio a partir de los datos de la potencia, fue de 1289 ±30 mL/min para la ecuación del ACSM (3), y 1495 ±30 mL/min para la ecuación de Lang et. al (18) y Latin et al. (19) establecidas para hombres. Estos resultados podrían proporcionar evidencia circunstancial acerca de que en el presente estudio, las mujeres trabajaron a un VO2 más bajo de lo que podría haber sido predicho para hombres a la misma carga de trabajo, y por lo tanto se necesitaría una ecuación específica para el sexo. Además, Astrand-Ryhming (4) reportaron que la mujeres alcanzan un VO2 más bajo a cualquier carga de trabajo en comparación con los hombres (4) y esto podría ser otra razón para usar la ecuación de Fox para la mujer, específica para el sexo.
Comparación con las otras Ecuaciones de Predicción en Cicloergómetro
Dadas estas limitaciones y suposiciones de las evaluaciones sub-máximas, cuando fue comparado el VO2 máx. predicho a partir de la ecuación de Fox para la mujer usando los datos del grupo de validación, con otras ecuaciones (ver Tabla 3 y 4), el EES, y el promedio porcentual de EES fueron comparables a otros protocolos en cicloergómetro. En la revisión de la ecuaciones de predicción sub-máximas en cicloergómetro, Cardus (20) reportó que usualmente hay una diferencia de 300 mL/min entre el VO2 máx. estimado y el real, a partir de los protocolos en cicloergómetro, siendo las estimaciones menores que el VO2 máx. medido. En el presente estudio, la diferencia promedio entre el VO2 máx. medido y el predicho para el grupo original fue de 41 mL/min, y para el grupo de validación la misma fue de 55 mL/min. De manera contraria a Cardus (20), la ecuación propuesta para la mujer sobreestimo en vez de subestimar el VO2 máx. Las otras ecuaciones para CE elegidas fueron: Storer (mujer) (13); Jones (mujer) (12); Fox (hombre) (1) y Astrand-Ryhming (4, 14), debido a que las mismas eran comparables en una o más variables de sexo, tiempo, revoluciones de los pedales, y cargas de trabajo usadas en la ecuación de Fox para la mujer. Debería ser destacado que el protocolo de Storer (13) es una evaluación de carga de trabajo máxima, ya que el VO2 máx. es predicho a partir de una carga de trabajo máxima en Watts. Las cargas de trabajo máximas para el grupo de validación fueron usadas para predecir el VO2 máx. usando la ecuación de Storer. Para la ecuación de Jones (12), solo son usadas la edad y la talla y no los datos sub-máximos reales (e.g., FC). Aunque las ecuaciones son similares en cuanto a que son ecuaciones de predicción, las mismas no son iguales a las ecuaciones que usan una FC sub-máxima para predecir el VO2 máx. Estas otras ecuaciones fueron presentadas con propósitos de comparación, y no como sustitutos del presente protocolo de Fox para la mujer. La intención del presente estudio fue desarrollar una ecuación de predicción submáxima para la mujer, en caso que la ecuación de Fox para el hombre no fuera apropiada.
Aunque el valor r para la ecuación de Fox para la mujer es moderado (r =.74) es comparable a otros valores r para la ecuación de Fox para el hombre (ver Tabla 3) (1). Fox (1) estableció que las ventajas de usar el protocolo de Fox fueron que el problema con la relación lineal de la FC y el VO2 es anulado debido a que un punto es usado para predecir el VO2 máx., y a que es usada una velocidad de pedaleo diferente, 60 rev./min. Esta velocidad de pedaleo es mayor que algunos protocolos en cicloergómetro, los cuales usualmente usan 50 rev./min. Sharkey (21) ha indicado que los sujetos desentrenados realizan mejor la evaluación a 60-70 rev./min, debido a que mayores cargas de trabajo no pueden ser sostenidas tan fácilmente a 50 rev./min. Además, la diferencia entre el presente protocolo y los muy usados protocolos de Astrand-Rhyming (4, 14) es que el presente método selecciona un nivel de trabajo patrón mientras que el método de Astrand-Rhyming provoca una FC de 125-170 con ajustes de la carga de trabajo durante la evaluación en CE, en caso de que fuera necesario.
Conclusiones
Sin tener en cuenta los problemas con las evaluaciones sub-máximas, las mismas son todavía muy usadas en el campo de la fisiología del ejercicio como una medición de la aptitud cardiorrespiratoria, especialmente cuando no pueden ser realizadas evaluaciones máximas. La información de las ecuaciones de predicción sub-máximas es mejor usada en las evaluaciones intra-individuos para averiguar la aptitud física del individuo sin el costo, riesgo, tiempo, y esfuerzo para el sujeto (3). A partir de los datos presentados, si es usado el protocolo de Fox en cicloergómetro con mujeres, es sugerido que el VO2 máx. sea predicho a partir de la ecuación de Fox para la mujer en vez la ecuación para hombres, Como sugirió Heyward (2), en esta muestra de participantes fue demostrado que para la mujer es necesaria una carga de trabajo más baja, sin embargo, estas respuestas sub-máximas de la FC a 90 W no deberían ser usadas en la ecuación original de Fox (1) para el hombre. El VO2 máx. predicho debería ser interpretado cuidadosamente y usado dentro de los lineamientos y limitaciones de cualquier evaluación sub-máxima en cicloergómetro.
Agradecimientos
A los autores les gustaría agradecer a Heping Zhang y Michelle Cwiklinski por la ayuda en la recolección de datos, y la Dr. Michael Liang por la ayuda en la edición.
Dirección para correspondencia: Lynn A. Darby, Ph.D., FACSM, 215 Eppler South, Bowling Green State University, Bowling Green, OH 43403, Phone (419) 372-6903, Fax: (419) 372-2877, correo electrónico: ldarby@bgnet.bgsu.edu; http://www.bgsu.edu/departments/hmsls
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