Fisiología del ejercicio: fundamentos de la respuesta y adaptación del organismo al entrenamiento físico

Fisiología del ejercicio: importancia y fundamentos

La fisiología del ejercicio es una materia de gran importancia y fundamental para comprender la función del organismo humano y la forma en que se adapta a los cambios necesarios cuando se realiza ejercicio físico y a las modificaciones que se producen en nuestro organismo como consecuencia del entrenamiento físico. Es una ciencia médica fundamental.

Biología

Biología: del griego bios (vida) y logos (tratado). La biología es la ciencia que estudia la vida en general, estudia los seres vivos y cómo se relacionan entre ellos y con el ambiente. Es, pues, el estudio de los seres orgánicos y sus funciones vitales.

Fisiología

Fisiología: de physis (naturaleza) y logos (tratado), tratado de la naturaleza. La fisiología es la ciencia biológica que estudia la dinámica de los seres vivos, su funcionamiento o funciones.

Fisiología general vs. fisiología específica

La fisiología general estudia los fenómenos comunes a los seres vivos, sin aplicarlos a una especie determinada. La fisiología específica tiene por objeto el estudio de una especie viviente u órgano particular; la fisiología humana es una fisiología específica de los seres humanos.

Fisiología aplicada del ejercicio

La fisiología del ejercicio o esfuerzo es la explicación de los cambios funcionales ocasionados por una sesión o sesiones repetidas de ejercicio que causan efectos de entrenamiento llamado adaptación, a menudo con el objeto de mejorar la respuesta al ejercicio.

Respuesta al ejercicio: ajuste

La respuesta es el conjunto de cambios funcionales y temporales de corto plazo que se producen por la realización de ejercicio físico; estos cambios desaparecen al poco tiempo de terminar la realización del ejercicio. Ejemplo: ritmo del pulso.

Adaptación

Son cambios funcionales y estructurales más o menos persistentes, que se producen como consecuencia de realizar ejercicio de manera continuada y que hacen posible que el organismo responda con mayor eficacia al ejercicio.

Principio de supercompensación

La adaptación al entrenamiento se explica por un proceso biológico llamado supercompensación. Se esquematiza así: alteración del equilibrio orgánico, realizando un esfuerzo físico al que persistimos, se manifiesta la fatiga. Cesado el esfuerzo, en reposo se pone en marcha una serie de mecanismos para restaurar la capacidad funcional previa, compensando esta disminución y produciendo una supercompensación como consecuencia del efecto huella. Si no se aplica carga se perderá la mejora funcional conseguida y se volverá al nivel funcional inicial.

Gráfica: arriba, capacidad funcional; izquierda, nivel inicial; abajo, trabajo; abajo derecha, reposo; derecha, arriba: supercompensación; derecha, raya: vuelta al nivel inicial.

Sobrecarga fisiológica

Para que pueda producirse el fenómeno de supercompensación es necesario romper el equilibrio biológico, actuar con una sobrecarga fisiológica. Los estímulos deberían provocar fatiga. Al ir acostumbrándose, cada vez serán menos sobrecargas, por lo que se requiere un ajuste progresivo de la sobrecarga fisiológica.

Concentración de cargas y supercompensación

Cuando se requiere conseguir un nivel de fatiga muy acusado, puede resultar más apropiado ir acumulando cargas sin que se cese en ningún momento para la recuperación. Posteriormente se rebaja el nivel de sobrecarga y se alarga el periodo de recuperación, para que pueda conseguirse así la supercompensación.

Techo fisiológico

Como consecuencia de ser sometido a entrenamiento, el organismo va aumentando progresivamente su capacidad para realizar trabajo. Los procesos fisiológicos de adaptación tienen un límite funcional, denominado techo fisiológico. Este techo es diferente de una persona a otra.

Energía

Energía es todo aquello que es capaz de producir trabajo. Energía y trabajo son lo mismo. El concepto de energía se asocia a conceptos de fuerza, vigor, movimiento y vida. Existe la energía nuclear, eléctrica, luminosa, química, térmica y mecánica.

Primera ley de la termodinámica

La energía ni se crea ni se destruye, solamente se transforma. La energía química almacenada en el alimento que ingerimos se transforma en eléctrica, mecánica y térmica; energía solar luminosa.

Utilización de la energía

Los alimentos tienen que ser transformados previamente para que su energía almacenada en un compuesto químico coincida con el ATP. Este compuesto es un nucleótido de alta energía y es de donde debe extraer el músculo la energía requerida para sus contracciones; por eso se dice que el ATP es la moneda de curso legal del cuerpo humano.

ATP: ATP → ADP + Pi + energía.

Procesos biológicos: biosíntesis, transporte activo, contracción muscular, otros procesos.

Resíntesis de ATP

1. El músculo necesita ATP para contraerse y posee cierta cantidad de ATP que usa como reserva energética. Hay fosfato de creatina que se encuentra en equilibrio con el ATP en contracciones que pueden llegar a ser 5 o 6 veces mayores que este. ATP → ADP + Pi + energía; ADP + PC → ATP + C. El ATP resintetizado podría proporcionar energía de manera inmediata.
2. Mediante glucólisis anaeróbica: el músculo degrada la glucosa que obtiene de sus reservas de glucógeno, desdoblando la molécula para convertirla en 2 moléculas de ácido pirúvico. Puede obtener el músculo la glucosa vía sangre y degradarla a 2 moléculas.
3. Mediante la vía oxidativa aeróbica: una serie de reacciones conocidas como ciclo de Krebs y la cadena respiratoria. Los sustratos son oxidados hasta formar CO₂ y H₂O.

Aporte energético de diferentes vías metabólicas

Depende de la intensidad del esfuerzo y su duración. El músculo en reposo mantiene cierta actividad metabólica y tensiones permanentes que se conocen como tono muscular. Cuando realiza ejercicio aumenta la actividad muscular, también aumenta la demanda de energía; el músculo necesita una mayor cantidad de ATP. Dependerá de la intensidad y duración del esfuerzo. El ATP se gasta rápidamente, se produce un desequilibrio inicial. En ejercicios ligeros, el músculo puede aumentar su producción de energía aerobia merced al uso de oxígeno que llega mediante circulación. La reserva de oxígeno es capaz de proporcionar energía en situaciones de emergencia.

Cuando aumenta el ejercicio, comienzan a tener importancia los procesos anaeróbicos que tendrían que proporcionar la energía necesaria, y se conseguirá con glucólisis anaeróbica, hasta que los procesos aerobios puedan relevarlos y cubrir la demanda energética. Cuando el esfuerzo es pesado, el oxígeno disponible al comienzo del ejercicio es insuficiente para cubrir las demandas; los procesos anaeróbicos se activan para suministrar los déficits de energía. Si las reservas de fosfágenos se agotan, hay glucólisis anaeróbica. Inconveniente: poca cantidad de ATP producida y acompañada de lactato.

Heterocronismo

La utilización predominante y la secuencia de las diferentes vías metabólicas tiene importancia a la hora de considerar los entrenamientos y tratar de que se produzca una supercompensación. Se le denomina heterocronismo y da lugar a una manifestación muy importante: el principio de especificidad del entrenamiento.

Clasificación metabólica de los ejercicios

• a) Ejercicio de potencia anaeróbica (usa ATP y PC, también puede conseguir energía de compuestos macroérgicos mediante mecanismos oxidativos aeróbicos): carreras de 100 y 200 m lisos.
• b) Ejercicio de resistencia anaeróbica (se añade suministro de energía de la participación de glucólisis anaeróbica): 100-200 m natación.
• c) Ejercicio de potencia aeróbica (al aumentar la duración del ejercicio gana importancia el aporte de energía aeróbica).
• d) Ejercicio de resistencia aeróbica (vía más importante para la energía aeróbica).
• e) Ejercicios aeróbicos y anaeróbicos alternados (waterpolo).

Importancia del consumo de oxígeno

Colaboran en la función respiratoria, hemática, cardiovascular y muscular. El consumo de oxígeno es de gran valor cuando se trata de valorar la capacidad funcional del organismo; nos da una medida de la capacidad del organismo para captar, transportar y usar oxígeno.

Factores que influyen en el consumo de oxígeno

• Ambientales: relación con la presión atmosférica, temperatura, polución.
• Somáticos: sexo, edad, tamaño corporal, salud.
• Psíquicos: motivación, actitud.
• Características del ejercicio: intensidad, duración, masa muscular.

Fases y término del ajuste del consumo de oxígeno

Déficit de oxígeno; luego estado o ritmo estable; y si se produce consumo de oxígeno por encima, deuda de oxígeno.

Consumo en relación a la intensidad

Consumo de oxígeno que no aumenta a pesar de la carga es el consumo máximo de oxígeno, a la carga que en teoría provoca lo denominamos carga máxima o crítica. A las cargas que están por encima de la carga máxima se les llama cargas supramáximas, y las que están por debajo, cargas submáximas.

Consumo en relación a la duración del ejercicio

El tiempo que se puede mantener la intensidad disminuye según aumenta la intensidad de carga; la duración de estos ejercicios está condicionada por la intensidad de las cargas. Cuando la duración del ejercicio ha de ser prolongada, es necesario que la intensidad del ejercicio se reduzca.

Formas de expresar el consumo máximo de oxígeno

Para conseguir aumento de consumo de oxígeno es necesario implicar en el ejercicio una masa muscular amplia. El consumo aumenta con la intensidad del ejercicio. Una persona con mayor tamaño consume mayor cantidad de oxígeno, aunque no siempre es cierto.

Consumo de oxígeno y estilos de competición

El crawl es el estilo competitivo más económico: se requiere un consumo de oxígeno menor para una velocidad dada de nado. Requiere solo un 71% del consumo requerido para nadar a la misma velocidad. La espalda es similar al crawl y la mariposa es el estilo más costoso.

Fases en transición progresiva de baja o máxima intensidad (Skinner y McClellan)

1. Primera: crece el nivel de intensidad del ejercicio, los músculos necesitan mayor cantidad de oxígeno y hay aumento del nivel de VO₂, FC y VE.
2. Segunda: la intensidad del ejercicio aumenta pero no hay un subida inicial de lactato sanguíneo.
3. Tercera: si hay aumento adicional de la intensidad, suben el VO₂ y la FC hasta hacerse asintóticos al acercarse la carga de trabajo a su valor máximo.

Umbral aeróbico (UA)

Es el inicio de la fase segunda, que corresponde a 2 mM/L de lactato. La velocidad de la carrera y el VO₂ están relacionados. Es posible establecer cuál será el consumo de oxígeno necesario para correr a una velocidad determinada.

Umbral anaeróbico (UAN)

Definición: intensidad máxima que un deportista es capaz de mantener generando una concentración de lactato que el metabolismo es capaz de asimilar. Si superamos esta intensidad, la concentración de ácido láctico que pasa del músculo a la sangre aumenta y llega a un momento en que el músculo se bloquea por este motivo. Cuanto más cerca de la frecuencia cardiaca máxima tengamos el umbral anaeróbico, mejor.

Deuda de oxígeno

Cantidad de oxígeno consumido durante la fase de recuperación, por encima de los niveles de reposo. Al comenzar el ejercicio se establece cierto déficit energético en relación a obtener por la vía aeróbica la energía que se necesita para cubrir las demandas del ejercicio; se consigue cierta deuda. Posteriormente al ejercicio se alcanza un estado estable en el consumo de oxígeno. Este estado estable reflejaría las necesidades de oxígeno para poder mantener el ejercicio sin necesidad de recurrir a la obtención de energía por vía anaeróbica.

Componentes de la deuda

A la fracción de la deuda asociada con la acumulación de lactato se denomina deuda láctica. La deuda no se debe únicamente a la eliminación del lactato acumulado; factores: recarga de oxígeno de la mioglobina y líquidos intercelulares, recuperación de niveles de oxihemoglobina, resíntesis de fosfágenos.

Componentes cardiovasculares

Factores de gasto: responsables de mantener un flujo sanguíneo adecuado.

• Gasto cardiaco (Q): también llamado volumen minuto circulatorio, débito o flujo sanguíneo; se expresa en litros por minuto. Depende de: frecuencia cardiaca, número de latidos y volumen sistólico.
• Presión arterial: presión que ejerce la sangre sobre las paredes de las arterias. Depende de: resistencias periféricas y gasto cardiaco.

Factores de concentración: expresa la capacidad de la sangre para transportar oxígeno.

Ajuste del gasto cardiaco (ajuste circulatorio)

El valor del gasto cardiaco en condiciones de reposo varía dependiendo de la postura; un hombre de 25 años y 70 kg de peso tiene 5-6 L/min, cuando está tumbado 4-5 L/min, sentado. En condiciones de trabajo hay mayor consumo de energía y de O₂; se pone en marcha un mecanismo de ajuste del gasto cardiaco.

Volumen sistólico

Cantidad de sangre expulsada por el corazón en cada latido. A mayor VS, se requiere una FC menor para mantener el gasto; de este modo, en personas entrenadas la FC es menor.

Frecuencia cardiaca

Factor que influye en el gasto cardiaco, parámetro de fácil obtención; además, con la introducción de pulsómetros se puede registrar durante la actividad, aunque sea en el agua. El valor en reposo se ve afectado por muchos factores: emocionales, temperatura corporal, temperatura ambiental, cambios posturales. Tumbada y sentada, 66 ppm subirá a 75. Valor mínimo 38 ppm y máximo 110; medio 63,8.

Valores durante el ejercicio: ejercicio ligero, moderado y duro.

Relación frecuencia cardiaca e intensidad del ejercicio

Existe una relación lineal, por lo que se puede usar la FC para representar la intensidad del ejercicio. Para que esta FC sea representativa de la intensidad del esfuerzo es necesario que se haya alcanzado una meseta.

Consideraciones: referente al estado de entrenamiento, relación al sexo, progreso del entrenamiento, edad.

Valor máximo de la frecuencia cardiaca: FC MÁX = 220 − edad en años. El valor máximo alcanzado por la frecuencia cardiaca se denomina frecuencia cardiaca máxima (FC máx). Cuando se realiza una prueba de esfuerzo se considera que se ha alcanzado la FC máx cuando, a pesar de que se haya aumentado la intensidad del esfuerzo, la frecuencia cardiaca no aumenta. Es un concepto similar al del consumo máximo de oxígeno. La FC máx disminuye con la edad.

Redistribución del flujo

Factor importante: el corazón puede trabajar más eficazmente. Durante el ejercicio se produce una redistribución del flujo sanguíneo de manera que los músculos puedan recibir mayor cantidad de sangre.

Respuestas a la inmersión en agua

Frecuencia cardiaca: en reposo cae al sumergirse en agua a temperatura entre los 18 y 30 °C. Las variables en la disminución parecen estar relacionadas con la FC en reposo y la presión arterial; la influencia de factores psicológicos y ajuste fisiológico. Una FC alta puede resultar como consecuencia del miedo a la inmersión, sensibilidad al agua e hipersensibilidad al frío. La inmersión en agua caliente eleva la FC y amplía la vasodilatación. Durante el ejercicio, la presión hidrostática y la postura supina favorecen el retorno venoso y aumentan el volumen sistólico.

Componentes respiratorios

Factores de gasto: responsables de mantener el flujo de aire para la ventilación pulmonar. Podemos distinguir: volumen minuto ventilatorio, volumen corriente (VT), frecuencia respiratoria (FR), número de respiraciones por minuto, ventilación alveolar.

Espirometría

Método de estudio de la ventilación pulmonar consistente en registrar los volúmenes de aire que entran y salen de los pulmones. La espirometría se divide en estática, donde se considera que las maniobras para la determinación de los diferentes valores se realizan con movimientos respiratorios normales, y dinámica, donde se requiere forzar algunos de los movimientos prolongando su duración o realizándolos de forma forzada y rápida.

Capacidades pulmonares

Resultado de combinar 2 o más volúmenes pulmonares: capacidad inspiratoria, capacidad residual funcional, capacidad vital y capacidad pulmonar total.

Ajuste de la ventilación o volumen minuto respiratorio al ejercicio dinámico

Ascenso anticipatorio, aumento acelerado instantáneo, aumento retrasado, obtención de un estado estable, valle de VE, descenso acelerado de la VE, descenso paulatino.

Conceptos asociados a la respiración

Disnea: necesidad de aire; respiración difícil, trabajosa, incómoda y poco profunda. Causas: en el ejercicio no es clara, se debe a anomalía en la concentración de gases respiratorios, aumento del trabajo muscular respiratorio, estado psíquico, condiciones, impulso vagal, ineficiencia de los músculos respiratorios.

Segundo aliento: transición rápida desde una sensación mal definida de malestar o fatiga durante las etapas iniciales del ejercicio prolongado a una sensación de mayor comodidad y menor tensión al avanzar el ejercicio. Causas: superación de la adaptación ventilatoria lenta, eliminación de lactato, calentamiento apropiado.

Punzada en el costado: dolor agudo en la parte inferior del tórax.

Hiperventilación: aumento producido por la ventilación pulmonar que se hubiera requerido para consumir mayor cantidad de oxígeno.

Maniobra de Valsalva: realizar una espiración forzada contra la glotis cerrada; provoca aumento de presión intratorácica y en cavidad abdominal.

Adaptación respiratoria

El entrenamiento aeróbico causa diversas adaptaciones en la función respiratoria. Aunque la capacidad de resistencia se vería perjudicada si el aparato respiratorio no es capaz de aportar el oxígeno requerido, se considera que en personas normales la ventilación no es un factor limitante del rendimiento.

Características del ejercicio interválico

Posibilidad de realizar mayor cantidad de trabajo y hacerlo con menor fatiga: al introducir pausas de trabajo, la intensidad resulta menor y no es fatigante. Las intensidades altas pueden mantenerse con cierta comodidad, pudiendo realizarse un volumen mayor a dicha intensidad.