Fisiología del Ejercicio
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Fisiología del ejercicio. La respuesta del organismo durante la actividad física depende, entre otros factores, del sexo, la edad, el ritmo de ejercicio, los grupos musculares involucrados, la posición del paciente y las condiciones generales de salud del individuo.
La respuesta fisiológica comprende una serie de mecanismos destinados a proveer la energía necesaria a los músculos funcionantes manteniendo el equilibrio de los restantes sistemas no involucrados directamente.
Este equilibrio depende de la interacción de los aparatos cardiovascular, respiratorio y musculoesquelético que junto con la acción de distintas neurohormonas, intentan suministrar un adecuado aporte de oxígeno y nutrientes a los músculos activos y eliminar los desechos metabólicos.
Sumario
Tipos de ejercicio
Según el tipo de ejercicio realizado, este puede dividirse en estático o dinámico.
Ejercicio estático
El ejercicio estático es el que se realiza con baja repetición de movimientos contra una elevada resistencia. Esta forma de contracciónmuscular se denomina isométrica y se caracteriza por el desarrollo de tensión con escaso acortamiento muscular.
El aumento de la tensión muscular durante un ejercicio estático se acompaña de restricción del flujo sanguíneo al músculo involucrado, lo cual genera una mayor respuesta presora respecto del ejercicio dinámico. Los programas de entrenamientoen los que predominan los ejercicios de tipo estático están destinados a desarrollar la fuerza muscular; el ejemplo clásico es el levantamiento de pesas. La respuesta hemodinámica a este tipo de ejercicios se caracteriza por incrementos bruscos de la tensión arterial y la frecuencia cardíaca.
Ejercicio dinámico
Se entiende por ejercicio dinámico el realizado con alta repetición de movimientos contra una baja resistencia. Este tipo de ejercicio se denomina isotónico porque la tensión muscular durante la acción es constante; este concepto es parcialmente correcto dado que durante la contracción muscular la tensión desarrollada varía.
Los ejemplos de ejercicio dinámico son el ciclismo, la natación y el trote. Una rutina de trabajo desarrollada sobre la base de ejercicios predominantemente dinámicos promueveel entrenamientode la resistencia y luego de un determinado período, genera un aumento en la capacidad aeróbica.
Comportamiento fisiológico
Durante la actividad física desarrollada en la vida diaria la mayoría de los movimientos se realizan a partir de la combinación de ejercicios de tipo estático y dinámico con mayor predominio de uno sobre otro de acuerdo con el tipo de actividad.
En ciertas circunstancias, en reposo aun antes de comenzar un ejercicio dinámico, se produce una aceleración de la frecuencia cardíaca, un aumento de la ventilación alveolar y un aumento en el retorno venoso como resultado de la estimulación simpática; el efecto neto es un aumento del gastocardíaco en condiciones basales antes de que se inicie el esfuerzo. Esta situación se evidencia, por ejemplo, en deportistasde alto rendimiento y se denomina fenómeno de prelargada.
Conforme progresa el ejercicio, se observa un incremento de la presión arterial sistólica y de la media mientras la presión arterial diastólicadisminuye o aumenta en forma ligera.
Existe una disminución marcada de la resistencia vascular periférica, que es de mayor jerarquía en el ejercicio dinámico y en el post-esfuerzo. Ésta es regulada por el balance entre estímulos, con acción vasoconstrictora y vasodilatadora a nivel arteriolar. Los productos del metabolismo durante el esfuerzo causan una caída del pH local y una elevación de la PCO2 y del ácido láctico, con efecto vasodilatador, en oposición al efecto vasoconstrictor del estímulo simpático.
El aumento de la tensión muscular durante un ejercicio estático se acompaña de restricción del flujo sanguíneo al músculo involucrado, lo cual genera una mayor respuesta presora respecto del ejercicio dinámico.
Durante un ejercicio extenuante la descarga simpática es máxima y se suprime la actividad parasimpática, con lo que se obtiene como resultado vasoconstricción en la mayor parte del organismo, con excepción de los músculos activos y de la circulación cerebral y coronaria.
Se produce un aumento del flujo sanguíneo en los músculos funcionantes, junto con una mayor extracción tisular de oxígeno, que hasta puede triplicarse, con el consiguiente aumento de la diferencia arteriovenosa de oxígeno durante la actividad.
Dado que el lecho vascular pulmonar es muy complaciente, puede contener hasta seis veces el gasto cardíaco basal durante el esfuerzo, ello provoca más que una elevación leve de la presión sistólica pulmonar, la presión telediastólica del ventrículo izquierdo y la presión pulmonar en cuña, cambios que no limitan la tolerancia al ejercicio.
Durante un esfuerzo máximo el gasto cardíaco aumenta de cuatro a seis veces del valor basal y los principales determinantes del aumento son la frecuencia cardíaca y el volumen sistólico. El volumen eyectado durante cada contracción ventricular se incrementa, en condiciones normales. Hasta aproximadamente el 50% de la capacidad máxima de ejercicio, punto a partir del cual alcanza un período de meseta o plateau.
Cualquier aumento del gasto cardíaco luego de producirse esa meseta dependerá del incremento de la frecuencia cardíaca.
Las variaciones del volumen sistólico dependen principalmente del aumento de la contractilidad. Dicho aumento está mediado por el efecto del estímulo simpático y por el volumen de fin de diástole del ventrículo izquierdo, a partir del mecanismo de Frank Starling, así como por una propiedad de la fibra miocárdica por la cual, ante el incremento de la frecuencia cardíaca, aumentan la contractilidad, conocida como efecto Bowdith. Este último mecanismo resulta de utilidad tanto para elevar la dP/dt como para incrementar la velocidad de la fase activa de la relajación diastólica.
La alteración de uno o más de los mecanismos descritos modifica el volumen eyectado durante cada contracción. El mejor ejemplo lo constituye la insuficiencia cardíaca por disfunción sistólica, situación en la que el efecto Bowditch se atenúa en un punto extremo de la relación presión/ volumen y la respuesta contráctil al estímulo simpático está deprimida y para peor resulta deletérea en el largo plazo.
La masa muscular involucrada y la posición del cuerpo pueden modificar la respuesta hemodinámica, como se evidencia en las evaluaciones realizadas con ejercicio de brazos o piernas así como en posición erecta o supina.
Durante un ejercicio dinámico realizado con los brazos, en un esfuerzo submáximo, se produce un incremento mayor del consumo de oxígeno, la ventilación, la presión sistólica, la frecuencia cardíaca y el gasto cardíaco en relación con una actividad equivalente realizada con las piernas. Esta diferencia se debe a la participación de los músculos abdominales y del tronco para estabilizar la posición del cuerpo. A pesar de estas características, el consumo máximo de oxígeno alcanzado durante un ejercicio realizado con los brazos habitualmente es del 70 % que el logrado con el empleo de las piernas.
La posición del paciente también influye en la respuesta cardíaca. El volumen sistólico y el volumen minuto en reposo se encuentran incrementados en posición supina, por aumento del retorno venoso, respecto de la posición erecta. Sin embargo, el aumento del volumen minuto en respuesta al ejercicio en posición supina se produce casi exclusivamente a expensa de la frecuencia cardíaca, ya que no se producen cambios de relevancia en el volumen sistólico. Por el contrario, durante la ejercitación en posición erecta el volumen minuto aumenta a expensas de sus dos variables (volumen sistólico y frecuencia cardíaca) y el rendimiento físico es un 10 % mayor.
El requerimiento de oxígeno del músculo cardíaco durante el ejercicio estará en relación directa con la frecuencia cardíaca, el estrés parietal y la contractilidad; la modificación de cualquiera de estas variables puede alterar la demanda3.
La circulación coronaria responde al aumento en la demanda de oxígeno con un incremento en el flujo sanguíneo, el que a su vez depende de la presión de perfusión y de las resistencias en el árbol coronario. El endotelio interviene como órgano regulador del flujo coronario a través de la liberación de distintas sustancias vasoactivas, con el consiguiente aumento de flujo. De especial importancia es el factor derelajación endotelial (EDRF) u óxido nitroso, que se libera durante el ejercicio como consecuencia del aumento de catecolaminas circulantes,del flujo sanguíneo y del estrés parietal en el árbol vascular coronario. La respuesta neurohumoral durante el ejercicio está mediada por la acción del sistema nervioso central y periférico y su interacción con el sistema cardiovascular.
Esta interacción se establece a partir de receptores localizados en distintas áreas del organismo que responden a diferentes estímulos, como los barorreceptores y los quimiorreceptores, los receptores de estiramiento (cardiopulmonar) y los ergoreceptores (de contracción muscular). Los cambios mecánicos y metabólicos que se suceden durante el ejercicio activan a los ergo-receptores, cuyos impulsos aferentes son conducidos por la médula espinal hacia las áreas cardiovasculares en el sistema nervioso central. Como resultado se produce un descenso de la actividad parasimpático con aumento de la simpática cuyos efectos sobre el corazón y los vasos periféricos regularán la respuesta hemodinámica. Durante la fase de post-esfuerzo la hemodinámica retorna a condiciones basales en pocos minutos. El exceso de ácido láctico que se acumula hacia el fin de un ejercicio intenso demanda una cantidad de oxígeno adicional para oxidarlo.
La hiperventilación, la elevación de la frecuencia cardíaca y la tensión arterial durante algunos minutos en la recuperación, se relacionan con el suministro del oxígeno necesario para retornar a las condiciones hemodinámicas basales. El tiempo necesario para alcanzar esta condición es inversamente proporcional a la duración y la intensidad del esfuerzo realizado y al grado de entrenamiento físico. Puede verse entonces que las necesidades metabólicas requeridas frente al ejercicio son obtenidas mediante adaptaciones cardíacas y extracardíacas y que el equilibrio entre los distintos mecanismos involucrados es el principal determinante de la respuesta fisiológica.
Adaptación Cardiovascular
Las adaptaciones del organismo a la actividad aeróbica regular se dividen en centrales y periféricas. Las primeras se refieren tanto a los cambios en el músculo cardíaco como a las modificaciones sistémicas que modulan su funcionamiento. Se produce hipertrofia fisiológica del miocardio y cambios a nivel del árbol vascular coronario. Las adaptaciones periféricas están dadas por modificaciones tanto en el músculo esquelético como en su sistema vascular.
Miocardio
En el individuo entrenado el aumento del volumen diastólico depende del tiempo y del tipo de entrenamiento, así como de la respuesta individual. Existe consenso en cuanto a que este aumento se asocia con un incremento del volumen de fin de diástole ventricular y es más controvertida la participación de cambios intrínsecos en la contractilidad. La modificación del volumen de fin de diástole se debe a una mayor distensibilidad del músculo cardíaco junto con un aumento en el volumen de llenado secundario, a una mayor volemia inducida por el entrenamiento y a un mayor llenado diastólico provocado por la bradicardia relativa.
Hipertrofia
Una de las principales respuestas del corazón al entrenamiento es el desarrollo de hipertrofia fisiológica. El efecto del ejercicio dinámico sobre la masa miocárdica es variable y depende de factores tales como el género y la especie por un lado y el tipo de entrenamiento por el otro. La hipertrofia suele ser de grado leve y puede alcanzar, sólo en algunos casos, hasta un 25 % de aumento en la masa ventricular.
Sistema de los Fosfágenos
Este sistema proporciona la energía necesaria para la contracción muscular al comienzo y durante ejercicios de muy alta intensidad y corta duración. Nuestras células utilizan el ATP para transformar la energía química en mecánica. Las reservas de ATP en el organismo son escasas, en tanto que la mayor cantidad de energía celular se almacena en forma de fosfocreatina (PC).
Pulso de Oxígeno
El pulso de oxígeno es el resultado del cociente entre el consumo de oxígeno y la frecuencia cardíaca:
Pulso de O2 = Consumo de O2 = VO2 Frecuencia cardíaca FC
Sistemas Energéticos
Laenergía requerida para la contracción muscular se obtiene de la degradación de ATP (adenosín trifosfato), reacción mediada por la enzima miosín-ATPasa que transforma una molécula de ATP más H2O en ADP (adenosín difosfato) más fosfato, con liberación de energía. ATP + H2O Miosín-ATPasa ADP + P + energía. Ninguno de los sistemas que aportan energía puede hacerlo en forma directa sino a través de la constante resíntesis de ATP.
La Periferia
El efecto del ejercicio a nivel periférico se manifiesta a nivel vascular por un aumento en la capacidad vasodilatadora y en el músculo esquelético por incremento del número de Mitocondrias y de la reserva de glucógeno, ambos tendientes a facilitar el metabolismo celular. Estos cambios permiten una mejor llegada, extracción y metabolismo del oxígeno. El resultado final es un aumento en la diferencia arteriovenosa de oxígeno (dif a-v O2), o sea la diferencia en el contenido de oxígeno entre la sangre arterial y venosa.
Perfusión
El desarrollo de hipertrofia fisiológica inducida por el entrenamiento se acompaña de modificaciones en el árbol vascular coronario. El aumento de la Masa miocárdica se encuentra ligado en forma directa a una mayor demanda de oxígeno; de no mediar un aumento del flujo se produciría un desacople entre la oferta y la demanda con consecuencias directas sobre el músculo, como se observa en distintos modelos de hipertrofia patológica. Experimentalmente se ha observado proliferación y crecimiento longitudinal de arteriolas, junto con el desarrollo de angiogénesis.
Véase también
Fuente
Entrevista a trabajadores del Combinado Deportivo. Cruce de los Baños, Tercer Frente.
