Fisiología del Ejercicio Aeróbico y Función Pulmonar: Mecánica Respiratoria, Ventilación y Termorregulación

Fisiología del Ejercicio Aeróbico

• Principio de actividad muscular: contracción rítmica del diafragma (lámina de músculo que separa el tórax del abdomen).
• Contracción del diafragma: tira de la superficie inferior del pulmón hacia abajo y el aire es inspirado.
• Espiración: es principalmente pasiva y resulta de la elasticidad que presentan los pulmones para retroceder.
• Respiración forzada: los movimientos de las costillas son más amplios y cobran mayor importancia en la mecánica ventilatoria, expandiendo y contrayendo el volumen encerrado por la caja torácica.
• Otros músculos reclutados:
  • M. esternocleidomastoideo: asiste a elevar el esternón en la inspiración forzada.
  • Músculos abdominales: aumentan la presión abdominal y presionan el diafragma hacia arriba, proporcionando la fuerza para la espiración forzada.
• Movimientos respiratorios: están bajo un control dual desde el SNC y pueden ocurrir espontáneamente, controlados por el centro respiratorio ubicado en el tronco del encéfalo.
• La respiración puede realizarse de forma voluntaria e involuntaria.
• Mayor estímulo sobre los centros respiratorios: aumento de la presión parcial de CO₂ en el organismo. Otro estímulo menos importante es la caída de la presión parcial de O₂.
• La contracción muscular requiere energía química derivada del ATP.
• La fibra muscular debe metabolizar moléculas de los nutrientes y utilizar la energía liberada para formar ATP.
• Las moléculas de ATP son usadas como fuente de energía para la contracción y relajación.
• En función de satisfacer la creciente necesidad de ATP, se observa un aumento de las reacciones químicas para proveer ATP.
• Metabolismo aeróbico: utiliza O₂ para romper completamente los carbohidratos.
• El metabolismo aeróbico NO permite expresar al máximo la fuerza muscular; sin embargo, posibilita que la actividad pueda ser sostenida por largos períodos de tiempo.
• El cuerpo utiliza primero las reservas de O₂; una vez agotadas, el nivel de ejercicio se encuentra limitado por la capacidad de los sistemas respiratorio y cardiovascular.
• El sistema respiratorio provee la captación de O₂ (inhalación) y la eliminación de CO₂ (exhalación).

El aire inspirado posee solo 20% de O₂.

Ajustes durante el ejercicio moderado:

1. Aumento de la frecuencia respiratoria.
2. Aumento de la profundidad de la respiración.
3. Los niveles de flujo de aire aumentan hacia y desde los pulmones.

• Volumen residual: aproximadamente 1,5 L.
• Inhalación: incremento positivo en el flujo de aire que aumenta el volumen en los pulmones.
• Existe un retraso desde el inicio del flujo de aire hasta que se inicia el aumento de volumen; el aire debe ser movido previamente para que el volumen pueda cambiar.
• Mayores cambios de flujo: normalmente ocurren en la transición desde el reposo hacia el inicio del aumento o disminución del volumen, ya que la diferencia de presión es mayor.
• Exhalación: el volumen pulmonar decrece y el flujo de aire es negativo. Al finalizar, el volumen ha decrecido, las presiones se han igualado y el flujo de aire vuelve a 0.
• El ejercicio aeróbico también se ve limitado por la capacidad del sistema cardiovascular de enviar sangre oxigenada a los músculos.
• El entrenamiento constante aumenta la eficiencia del sistema cardiovascular y del músculo esquelético.

Ajustes que realiza el sistema cardiovascular:

1. El gasto cardíaco aumenta para satisfacer la creciente necesidad de los tejidos (se produce un aumento de la frecuencia cardíaca).
2. La duración del ciclo cardíaco se acorta (es más importante el acortamiento de la relajación ventricular, diástole, en comparación con el acortamiento de la contracción ventricular, sístole).
3. Redistribución del gasto cardíaco (incremento en el flujo sanguíneo hacia las zonas que presentan mayor demanda).

• Si una persona no está habituada al ejercicio moderado, la energía se usa más rápido de lo que el músculo la puede aportar. El aporte de O₂ es insuficiente para producir la energía necesaria para el trabajo muscular.
• Mientras más larga y rigurosa sea la actividad, mayor será la deuda de O₂, lo que produce mayor estrés sobre el corazón, los pulmones y los músculos.
• El O₂ usado sirve para recuperar las reservas energéticas (glicógeno) y para convertir el ácido láctico en otros compuestos.
• Esta es la razón por la cual el metabolismo permanece elevado después de finalizar el ejercicio y no retorna inmediatamente a los niveles basales.
• Además de proveer el O₂ y eliminar productos de desecho, la sangre también es transportadora de calor.
• El músculo esquelético genera calor cuando convierte energía química en energía mecánica.

Para eliminar el calor del organismo, este es llevado cerca de la superficie de la piel o a los pulmones, donde puede ser irradiado hacia un ambiente más frío.

• La manera más eficaz de eliminar calor es usándolo para evaporar líquido a gas.
• Mediante la excreción de sudor, el calor producido durante el ejercicio es usado para evaporar este sudor, enfriando la sangre.
• Durante el ejercicio, la mayor parte de la sangre es enviada a los músculos en ejercicio y una mínima parte será desviada a la superficie y a los pulmones para eliminar calor.
• Después del ejercicio, el intercambio de calor es necesario: la mayor parte de la sangre desviada a la piel contribuye al enrojecimiento de la misma.

Función Pulmonar

• El volumen de aire puede ser medido con un espirómetro.
• El espirómetro de campana consiste en un cilindro de doble pared en el cual una campana invertida llena con O₂ es inmersa en agua para formar un sello. Una polea une la campana a un lápiz inscriptor que escribe sobre un tambor que gira a una velocidad constante.
• Inspiración: el aire es extraído de la campana y el lápiz sube, registrando un volumen inspirado.
• Espiración: entra aire a la campana, el lápiz desciende y se registra un volumen espirado.
• Espirograma: registro resultante del cambio de volumen vs. tiempo.
• Existen 4 volúmenes primarios, que NO se sobreponen y componen la capacidad pulmonar total:
  1. Volumen corriente
  2. Volumen de reserva inspiratoria
  3. Volumen de reserva espiratoria
  4. Volumen residual

Volumen corriente (TV: Tidal volume): volumen de aire inspirado y espirado durante una respiración. En reposo, aproximadamente 500 ml; durante el ejercicio, mayor a 3 L.

Volumen de reserva inspiratoria (IRV): volumen de aire que puede ser inhalado como máximo, a continuación de una inspiración corriente. En reposo, en un hombre adulto joven es aproximadamente 3.300 ml y en una mujer joven adulta 1.900 ml.

Volumen de reserva espiratoria (ERV): volumen de aire que puede ser espirado como máximo, a continuación de una espiración corriente. En reposo, en un hombre adulto joven aproximadamente 1.000 ml y de 700 ml para una mujer joven adulta.

Volumen residual (RV): volumen de aire que permanece en los pulmones a continuación de una espiración máxima. A diferencia de IRV, TV y ERV, el RV no varía con el ejercicio. Valores promedio para adultos: 1.200 ml para hombres y 1.100 ml para mujeres.

Capacidades Pulmonares

• Es la suma de 2 o más volúmenes pulmonares primarios. Existen 5 capacidades pulmonares:

1. Capacidad inspiratoria (IC): IC = TV + IRV
2. Capacidad espiratoria (EC): EC = TV + ERV
3. Capacidad residual funcional (FRC): FRC = ERV + RV
4. Capacidad vital (VC): VC = IRV + TV + ERV
5. Capacidad pulmonar total (TLC): TLC = IRV + TV + ERV + RV

• En la práctica se miden TV (volumen corriente), IRV (volumen de reserva inspiratoria) y ERV. Se puede calcular entonces la capacidad inspiratoria y la capacidad vital.
• El VR no puede ser medido usando un espirómetro o transductor de flujo. Solo puede medirse mediante 2 técnicas: dilución de helio y pletismografía.
• Se consideran principalmente: edad (rigidez), estatura (tamaño de la caja torácica y pulmones), sexo, peso y raza.
• Valores entre 80 - 120% de los valores predictivos son considerados normales.

Tasas de Flujo Pulmonar

• El transductor de flujo traduce los flujos de aire a volúmenes.
• Este es un método más rápido de obtener los datos de capacidad pulmonar, pero presenta la desventaja de que los procedimientos de registro deben realizarse de forma exacta, para permitir una adecuada conversión de flujo de aire a volumen.
• Pruebas dinámicas de función pulmonar: inspirar hasta TLC y luego respirar forzadamente hasta RV.

Capacidad vital forzada (FVC): mayor cantidad de aire que una persona puede exhalar forzadamente después de una inhalación máxima; se mide en litros.

Volumen espiratorio forzado (FEV): volumen de aire que una persona puede exhalar forzadamente en intervalos de tiempo de 0,5, 1 y 3 segundos. El más considerado es el FEV1.

Máximo flujo espiratorio medio (MMEF): flujo espiratorio promedio durante la exhalación del 50% de la capacidad vital.

FEV1/FVC: proporción de volumen espirado forzado en un segundo en relación a la capacidad vital total.

Ventilación voluntaria máxima (MVV): prueba de función pulmonar que combina volumen y frecuencia de flujo para acceder a la ventilación pulmonar total.