Post on 08-Feb-2018
UUnniivveerrssiiddaadd AAuuttnnoommaa MMeettrrooppoolliittaannaa-- IIzzttaappaallaappaaDDiivviissiinn ddee CCiieenncciiaass BBssiiccaass ee IInnggeenniieerraa
Posgrado en Ingeniera Biomdica
AAsseessoorr
DDrr.. SSaallvvaaddoorr CCaarrrraassccoo SSoossaa
SSiinnooddaalleess
DDrraa.. CCllaauuddiiaa LLeerrmmaa GGoonnzzlleezz
DDrraa.. MMaarraa ddeell RRooccoo OOrrttiizz PPeeddrroozzaa
DDrr.. SSaallvvaaddoorr CCaarrrraassccoo SSoossaa
MMxxiiccoo DD..FF..,, 1188 ddee AAggoossttoo ddee 22000088
EEffeeccttooss ccaarrddiioovvaassccuullaarreess ddeell eejjeerrcciicciiooiissoommttrriiccoo ccoonnttiinnuuaammeennttee iinnccrreemmeennttaaddoohhaassttaa llaa ffaattiiggaa rreeaalliizzaaddoo ppoorr ddiiffeerreenntteess
ggrruuppooss mmuussccuullaarreess
Tesis que presentaAAlleejjaannddrraa GGuuiillllnn MMaanndduujjaannoo
Para la obtencin del grado deMMaaeessttrraa eenn CCiieenncciiaass ((IInnggeenniieerraa BBiioommddiiccaa))
2
nnddiiccee
AAbbrreevviiaattuurraass yy aaccrrnniimmooss........................................................................... 3
RReessuummeenn....................................................................................................... 4
AAnntteecceeddeenntteess................................................................................................ 7
JJuussttiiffiiccaacciinn ............................................................................................... 15
HHiipptteessiiss ..................................................................................................... 17
OObbjjeettiivvooss..................................................................................................... 17
MMeettooddoollooggaa ................................................................................................ 18
RReessuullttaaddooss.................................................................................................. 27
DDiissccuussiinn.................................................................................................... 41
PPeerrssppeeccttiivvaass yy lliimmiittaacciioonneess...................................................................... 61
CCoonncclluussiioonneess.............................................................................................. 61
RReeffeerreenncciiaass................................................................................................. 62
3
AAbbrreevviiaattuurraass yy aaccrrnniimmooss
AFRR Componente de Alta Frecuencia del espectro de la variabilidadde la frecuencia cardiaca
BF/AF Relacin Baja Frecuencia/Alta Frecuencia o Balance Simptico-Vagal
BFPS Componente de Baja Frecuencia del espectro de la presinsistlica
BFRR Componente de Baja Frecuencia del espectro de la variabilidadde la frecuencia cardiaca
CC Comando CentralDPWVS Distribucin Pseudo Wigner-Vill SuavizadaDTF Distribucin Tiempo-FrecuenciaECG ElectrocardiogramaEICIF Ejercicio Isomtrico Continuamente Incrementado hasta la FatigaEMG ElectromiogramaEMGi Electromiograma integradoF FuerzaFC Frecuencia CardiacaFI Frecuencia InstantneaFu Fuerza umbralIMC ndice de masa corporalMBR MetabolorreflejoMCV Mxima Contraccin VoluntariaMSNA Muscular Sympathetic Nerve Activity (Actividad de los nervios
simpticos musculares)PAM Presin Arterial MediaPD Presin DiastlicaPP Presin de PulsoPS Presin SistlicaQ Gasto CardiacoR Onda R del ElectrocardiogramaR-R Periodo cardiaco o intervalos entre ondas R sucesivasRVP Resistencia Vascular PerifricaSNA Sistema Nervioso AutnomoTf Tiempo a la fatigaVFC Variabilidad de la Frecuencia CardiacaVPS Variabilidad de la Presin SistlicaVS Volumen Sistlico
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RReessuummeennAntecedentes. Es aceptado que durante la realizacin de ejercicio isomtrico (EI) el comando
central, va el sistema nervioso autnomo simptico, produce aumentos de la frecuencia
cardiaca y la presin arterial, cambios que son modulados por el metabolorreflejo. El protocolo
usual para el estudio funcional del EI emplea la contraccin del msculo cuadriceps y/o del
flexor de los dedos, sostenida durante 4 minutos a una intensidad moderada. El
comportamiento de las variables cardiovasculares y autonmicas con relacin a la intensidad
del EI se ha extrado de funciones formadas por slo dos niveles de fuerza. Adems, no ha sido
establecida la respuesta cardiovascular al EI en un rango amplio de intensidades. Existe
controversia acerca del grado de contribucin del comando central y del metabolorreflejo en la
mediacin de la respuesta cardiovascular al EI. Hay acuerdo en considerar al comando central
como independiente de la masa muscular activa y al metabolorreflejo como dependiente de la
misma. Los trabajos que han empleado el anlisis espectral de la variabilidad de la frecuencia
cardiaca para el estudio del control autonmico cardiovascular durante el EI son muy escasos.
Objetivo.
1. Examinar la respuesta de:
a. las variables cardiovasculares presin sistlica (PS), diastlica (PD), media (PAM) y de
pulso (PP), as como la frecuencia cardiaca (FC)
b. las actividades vagal y simptica vasoconstrictora
c. la actividad elctrica muscular
a la realizacin de EI de intensidad continuamente incrementada hasta la fatiga (EICIF) con
una pierna, para caracterizar qu tipo de relacin tienen con la fuerza ejercida en un amplio
rango de intensidades.
2. Comparar las relaciones de todas las variables anteriores vs. la fuerza, resultantes de la
realizacin de ejercicio isomtrico con una mano y dos piernas, para evaluar si hay
diferencias entre grupos musculares.
Mtodo. El electrocardiograma, la respiracin, la presin arterial no invasiva, el
electromiograma y la fuerza fueron registrados y adquiridos en 35 sujetos que realizaron EI con
intensidad incrementada de forma continua y lineal (pendiente = 0.2 Kg/s) hasta la fatiga, con
tres grupos musculares distintos: extensin de la pierna (msculos extensores de la pierna),
apretn de la mano (msculos flexores de los dedos) y extensin de ambas piernas (msculos
extensores de ambas piernas). De la onda de presin arterial fueron computadas las series de
tiempo de las amplitudes latido a latido de las presiones sistlica, diastlica, media y de pulso.
La serie de tiempo de los intervalos R-R fue obtenida a partir del electrocardiograma. El
5
electromiograma fue rectificado e integrado. La actividad vagal fue cuantificada por el
componente de alta frecuencia de los intervalos R-R (AFRR), mientras que la actividad simptica
vasoconstrictora fue estimada por el componente de baja frecuencia de la serie de la presin
sistlica (BFPS), ambas obtenidas de la integracin de la potencia espectral en bandas de
frecuencia definidas. La potencia espectral fue computada mediante la distribucin tiempo-
frecuencia Pseudo Wigner Vill Suavizada (DPWVS). El comportamiento medio de las
relaciones entre las variables cardiovasculares, el electromiograma integrado (EMGi) y los
indicadores espectrales contra la fuerza, fue obtenido por el promediado de las regresiones
individuales, ajustadas a las seales de cada sujeto. Las diferencias estadsticas entre
pendientes y coeficientes de correlacin de las regresiones entre los tres grupos musculares se
evaluaron por ANOVA para mediciones repetidas.
Resultados. Los coeficientes de correlacin para las relaciones de la fuerza contra las
presiones sistlica, diastlica y media, el electromiograma y el periodo cardiaco, para los tres
grupos musculares, estuvieron en el rango de 0.7 a 0.9 (p
6
acortamiento del periodo cardiaco, causado por un retiro vagal. Esta explicacin fisiolgica es la
comnmente aceptada y concuerda con nuestros hallazgos. Sin embargo, el anterior
mecanismo fisiolgico no estaba apoyado en relaciones continuas de las variables, y en el
rango ms amplio posible de esfuerzo. Ms an, no se haba aportado suficiente evidencia para
considerar que la respuesta de variables consideradas fuera lineal. El alto coeficiente de
determinacin encontrado para la relacin presin arterial media vs. frecuencia cardiaca, indica
que los cambios en la presin arterial se deben sobre todo a los cambios en la frecuencia
cardiaca. La respuesta cardiovascular y autonmica al EICIF realizado con una mano fue menor
al efecto del hecho con dos piernas y al parecer no es dependiente de la masa muscular,
puesto que la diferencia entre las pendientes no es proporcional a la diferencia entre las masas
musculares. Documentamos un incremento de la pendiente en la presin arterial alrededor del
60% de la fuerza (fenmeno de umbral), que se relaciona con el aumento observado en la
actividad simptica vasoconstrictora. Encontramos evidencia, por los altos coeficientes de
determinacin de las relaciones electromiograma integrado-frecuencia cardiaca y fuerza-presin
media, de que el comando central lleva a cabo un manejo proporcional (lineal) y simultneo de
las partes autonmica (retiro vagal aumento de la frecuencia cardiaca aumento de la presin
sistlica) y somtica (aumento de la actividad elctrica muscular aumento de la fuerza). Las
diferencias en el comportamiento cardiovascular y autonmico entre el cuadriceps y los flexores
pueden ser explicadas por un diferente arreglo en la inervacin de las partes somtica y visceral
ms que por un efecto de la masa.
Conclusiones.
Las relaciones entre la intensidad del EI y la funcin cardiovascular, vagal y muscular
resultaron con un comportamiento ALTAMENTE LINEAL, para los tres grupos musculares
estudiados.
La relacin frecuencia cardiaca-presin arterial media sugiere que sta ltima es influida ms
por la funcin ventricular que por la resistencia vascular.
Aportamos evidencia del fenmeno de umbral para la puesta en marcha del metabolorreflejo a
partir las relaciones entre la presin diastlica vs. fuerza y la actividad simptica
vasoconstrictora vs. fuerza.
Aportamos evidencia que sugiere que el comando central hace un manejo simultneo y
proporcional de las partes somtica y autonmica durante el EI con base en las relaciones
frecuencia cardiaca vs. electromiograma integrado y presin sistlica vs. fuerza.
7
AAnntteecceeddeenntteessFFuunncciinn ccaarrddiioovvaassccuullaarr iizzqquuiieerrddaa
La presin arterial media es determinada por el producto de dos factores (fig.1): uno de
origen ventricular, el Gasto Cardiaco (Q), que consiste en el volumen total expulsado
por el corazn durante un minuto; y uno de naturaleza vascular, la oposicin que
presentan los vasos sanguneos al flujo de sangre, denominada Resistencia Vascular
Perifrica (RVP).
El gasto cardiaco es resultado a su vez del producto entre el volumen sistlico (VS) -
volumen de sangre que el corazn deposita en las arterias despus de una contraccin-
y la frecuencia cardiaca (FC) -nmero de contracciones cardiacas por minuto-.
A partir de las particularidades de la onda de presin arterial instantnea se pueden
extraer varios parmetros que han resultado tiles como indicadores de la funcin
cardiovascular; en particular, de las variables difciles de medir directamente (fig. 2).
VVSS
FFCC
PPAAMM
RRVVPP
Figura 1. Diagrama de la funcin cardiovascular izquierda, donde se muestran lasrelaciones existentes entre factores ventriculares y factores vasculares. VS, volumensistlico; FC, frecuencia cardiaca; Q, gasto cardiaco; RVP, resistencia vascular perifrica;PAM, presin arterial media.
PPSS
PPAAMM
PPDD
Figura 2. Seal instantnea de presin arterial, con susparticularidades sealadas. PS, presin sistlica; PAM, presinmedia; PD, presin diastlica; PP, presin de pulso.
PPPP == PPSS--PPDD
2 2.5 3 3.5 460
70
80
90
100
110
120
Tiempo (s)
PA
(mm
Hg)
8
El valor mximo es la presin sistlica (PS), el mnimo es la presin diastlica (PD) y la
diferencia entre ellos es conocida como la presin de pulso (PP). La presin arterial
media es la integral bajo la curva. Tanto la presin sistlica [14] como la presin de
pulso [15] son ndices del volumen sistlico, mientras que la presin diastlica es un
indicador de la resistencia vascular perifrica [8].
CCoonnttrrooll nneerrvviioossoo ccaarrddiioovvaassccuullaarr
El sistema nervioso autnomo inerva al corazn y a las arterias. La frecuencia cardiaca
est controlada por el nodo sinusal, el cual recibe la influencia, integrada en el plexo
cardiaco, de las dos ramas del sistema nervioso autnomo: la simptica, que provoca
taquicardia aumento en la frecuencia cardiaca- y la parasimptica o vagal, que
produce bradicardia o disminucin de la frecuencia. Los vasos sanguneos, en particular
las arterias, slo reciben influencia simptica, la cual produce vasoconstriccin y por lo
tanto aumento de la resistencia vascular perifrica ([3], [44]).
VVaarriiaabbiilliiddaadd ddee ppaarrmmeettrrooss ccaarrddiioovvaassccuullaarreess
Un hecho incuestionable de la funcin cardiovascular es que tanto los intervalos entre
ondas R sucesivas como la amplitud de la presin arterial presentan fluctuaciones latido
a latido, es decir, varan continuamente, no presentan un comportamiento (valor)
constante (fig. 3).
Figura 3. Ejemplos de registros de frecuencia cardiaca y presin arterial, en los cualesse aprecia que su valor cambia con cada latido.
Pre
sin
Arte
rial (
mm
Hg)
Inte
rval
os R
-R (m
s)
Tiempo (s) Tiempo (s)
9
Fisiologa de la Variabilidad de la Frecuencia Cardiaca (VFC)
El nodo sinusal integra las seales peridica rpida (frecuencias entre 0.15 y 0.4 Hz,
banda de alta frecuencia, AFRR) proveniente de la rama parasimptica del SNA y
modulada por la frecuencia respiratoria, y peridica lenta (frecuencias entre 0.04 y 0.15
Hz, banda de baja frecuencia, BFRR) de la rama simptica, dando como resultado una
seal compuesta (fig. 4). Mediante el anlisis espectral de la seal de la variabilidad de
la frecuencia cardiaca es posible recuperar estos componentes en frecuencia y calcular
su potencia, lo que permite estudiar de forma indirecta, no invasiva, al sistema nervioso
autnomo y la contribucin de cada una de sus ramas al control cardiovascular [44]. A
partir de estos componentes se pueden calcular varios ndices, como la relacin BF/AF
o balance simptico-vagal. Sin embargo, el componente slido, confiable es la potencia
de la banda de alta frecuencia, el cual refleja la actividad vagal ([22], [23], [31]). El
correlato funcional de la potencia de baja frecuencia no es tan directo, ya que parece
depender tanto de la modulacin simptica como de la vagal ([7], [22], [32]).
Fisiologa de la Variabilidad de la Presin Sistlica (VPS)
Anlogamente, el msculo liso de los vasos sanguneos integra la seal peridica lenta
proveniente de la salida simptica vasoconstrictora y la seal peridica rpida
provocada por un efecto mecnico de la respiracin. De esta manera, al analizar en la
frecuencia la seal de variabilidad de la presin sistlica tambin se obtiene un espectro
de potencias con dos componentes principales (fig. 4). El componente en la banda de
baja frecuencia de la presin sistlica (BFPS) refleja de manera fidedigna la actividad de
la rama simptica vasoconstrictora [30].
Tcnicas de anlisis espectral
Estado estacionario. Existen numerosas tcnicas que permiten el anlisis espectral de
las seales cardiovasculares. Algunas requieren garantizar una mnima estacionaridad
en la seal a evaluar, es decir, que la frecuencia central y la potencia de los
componentes se mantengan constantes durante el tiempo considerado en el anlisis.
Algunos ejemplos de este tipo de tcnicas de anlisis son la Transformada Rpida de
Fourier o los modelos autorregresivos no variantes en el tiempo.
10
VVaarriiaabbiilliiddaadd ddee llaaFFrreeccuueenncciiaa CCaarrddiiaaccaa
NNooddooSSiinnuussaall
VVaaggoo((ppeerriiddiiccaa rrppiiddaa))
SSiimmppttiiccoo((ppeerriiddiiccaa lleennttaa))
AAnnlliissiiss EEssppeeccttrraall
FFrreeccuueenncciiaa ((HHzz))
PP oo tt
ee nncc ii
aa
00..115500..0044 00..44
AAccttiivviiddaadd SSNNAAppaarraassiimmppttiiccoo
AAccttiivviiddaadd SSNNAAssiimmppttiiccoo
FFrreeccuueenncciiaa ((HHzz))
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AAccttiivviiddaadd SSNNAAssiimmppttiiccoo
vvaassooccoonnssttrriiccttoorr
VVaarriiaabbiilliiddaadd ddee llaaPPrreessiinn SSiissttlliiccaa
MMssccuulloolliissoo
vvaassooss
EEffeeccttoo mmeeccnniiccoorreessppiirraacciinn
((ppeerriiddiiccaa rrppiiddaa))
SSiimmppttiiccooVVaassooccoonnssttrriiccttoorr((ppeerriiddiiccaa lleennttaa))
AAnnlliissiiss EEssppeeccttrraall
Figura 4. Representacin esquemtica del origen de los componentes espectrales de lasvariabilidades de la frecuencia cardiaca y de la presin sistlica y cmo pueden recuperarsemediante anlisis espectral.
11
Estado no estacionario. Sin embargo, en muchas circunstancias el anlisis espectral
estacionario resulta insuficiente ya que la potencia y la misma frecuencia de los
componentes varan constantemente. Para observar efectos no estacionarios
requerimos incorporar una tercera variable al anlisis: el tiempo. Para ello, se han
desarrollado herramientas capaces de mostrar cmo evolucionan las potencias y
frecuencias de los componentes a lo largo del tiempo. Un ejemplo de este tipo de
tcnicas son las Distribuciones Tiempo-Frecuencia.
Distribuciones Tiempo-Frecuencia (DTF). Las distribuciones tiempo-frecuencia son
transformaciones matemticas que permiten computar la contribucin en potencia de
los diferentes componentes espectrales de una seal en un instante dado (fig. 5). De
esta forma es posible analizar la evolucin temporal de la localizacin en frecuencia y la
amplitud de los componentes de seales no estacionarias. Aunque existen numerosos
tipos de DTF, no hay un criterio nico para seleccionar alguna en particular: es
necesario considerar las caractersticas de la seal a analizar y evaluar qu
propiedades requiere que se satisfagan para obtener informacin confiable.
La distribucin Pseudo Wigner-Vill Suavizada (DPWVS) est definida por:
kj*m k NM
M,Nx e)mkn(x)mkn(x)k(h)m(g),n(SPWV
ww 22 -+
-=
-=+-++=
donde:
SPWVx(n,w)= distribucin tiempo-frecuencia de la serie de tiempo x(n)
x(n) = serie de tiempo analizada
gM(m)= ventana de suavizado en tiempo
hN(k)= ventana de suavizado en frecuencia
Esta distribucin satisface los marginales y preserva los corrimientos en tiempo y
frecuencia, por lo que permite la estimacin de la potencia y frecuencia instantneas.
Incorpora ventanas de suavizado independientes en tiempo y frecuencia, que atenan
de manera eficiente los trminos cruzados [29]. Tiene buena resolucin en tiempo y
frecuencia. Por todo lo anterior, es ampliamente utilizada en fisiologa ([20], [24]).
12
EEjjeerrcciicciioo iissoommttrriiccoo
Es todo esfuerzo realizado sin conseguir que el msculo involucrado se acorte (fig. 6).
Una de sus principales caractersticas es que no puede efectuarse por perodos
prolongados, pues la fatiga muscular sobreviene rpidamente.
Durante la realizacin de ejercicio isomtrico, los msculos se contraen de manera
sostenida, comprimiendo los vasos sanguneos en su interior, provocando que el flujo
sanguneo local disminuya, lo que ocasiona isquemia en el msculo activo [16].
RReessppuueessttaa ccaarrddiioovvaassccuullaarr aall eejjeerrcciicciioo iissoommttrriiccoo
El sistema cardiovascular responde a este tipo de esfuerzo de una manera particular
(fig. 7). Dicha respuesta consiste principalmente en la elevacin tanto de la presin
Figura 5. A) las Distribuciones Frecuencia-Tiempo indican la potencia de los componentes en frecuencia ycmo cambian a travs del tiempo. Se presentan dos diferentes representaciones de la misma informacin:B) la densidad espectral est representada por una escala de colores, a mayor potencia, el color es mscercano a rojo; C) representacin en tres dimensiones, la altura refleja la densidad espectral.
TTiieemmppoo ((ss))
FFrreeccuueenncciiaa((HHzz))
DDee nn
ss iidd aa
ddee ss
pp eecc tt
rr aall A B C
Msculorelajado
Msculocontrado
Tiempo (ms)
Tens
in
(kg)
Soportefijo
Transductorde fuerza
Estimulador Registrador
Sacudida muscular simple
Figura 6. El ejercicio isomtrico ocurre cuando un msculo se contrae y aumenta su tensin pero nomodifica su longitud.
13
arterial como de la frecuencia cardiaca [42]. De esta manera, se logra incrementar el
flujo sanguneo a los msculos activos y contrarrestar la isquemia [16].
Mecanismos generadores de la respuesta cardiovascular al ejercicio isomtrico
Se han realizado numerosos estudios con el objetivo de identificar los mecanismos
fisiolgicos desencadenantes de esta respuesta y la proporcin en la que participan.
Los principales mecanismos identificados son el Comando Central (CC) y el
metabolorreflejo (MBR). Aunque existe consenso en cuanto a la naturaleza de los
mecanismos de control cardiovascular durante el ejercicio isomtrico [19], persiste una
controversia sobre la importancia de la contribucin relativa de cada uno [6]. Segn
Mitchell et al [28], la contribucin relativa de estos mecanismos parece ser redundante y
dependiente de la condicin experimental y la respuesta autonmica especfica
examinada.
No ha sido establecido si el comando central y las contribuciones reflejas operan sobre
un mismo componente de la funcin cardiovascular o si cada uno tiene influencia en
una parte especfica de la misma [46]. Hay quienes piensan que el incremento de la
presin arterial ocurre principalmente por el aumento en la actividad simptica
vasoconstrictora debida a la activacin del MBR, dependiente de la masa muscular
ejercitada, mientras que la taquicardia se debe a un retiro vagal provocado por el
comando central.
EEIIccoommpprriimmee
vvaassoossmmuussccuullaarreess
IISSQQUUEEMMIIAA
PPAAMM
DD IInntteennssiiddaadd--ddeeppeennddiieenntteess
SSiisstteemmaaNNeerrvviioossoo
AAuuttnnoommoo
SSiisstteemmaaCCaarrddiioovvaassccuullaarr
CCoommaannddooCCeennttrraall
CCoonnttrraacccciinnmmuussccuullaarr
BBaarroorrrreefflleejjoo
MMeettaabboolloorrrreefflleejjoo CCoonnttrraarrrreessttaa
Figura 7. Principales eventos fisiolgicos durante la ejecucin de ejercicio isomtrico.
14
Comando Central
Consiste en impulsos elctricos motores de origen central que durante su recorrido
descendente hacia los msculos a contraer estimulan paralelamente a los ncleos
autonmicos (vagales y simpticos), ubicados en el tallo cerebral [19]. Se reconoce
como mecanismo de anteroalimentacin, ya que no slo controla la contraccin
muscular para lograr la tarea requerida sino que al parecer anticipa el esfuerzo a
realizar y adecua el flujo autonmico hacia el corazn y los vasos sanguneos para
acoplar la funcin cardiovascular a las necesidades metablicas musculares esperadas.
Para evidenciar su existencia e importancia en la generacin de la respuesta
cardiovascular al ejercicio isomtrico, se han efectuado estudios empleando diferentes
estrategias para aislar sus efectos de los del metabolorreflejo. As, se han estudiado los
cambios de la presin arterial y la frecuencia cardiaca durante la realizacin de ejercicio
isomtrico en pacientes con lesin espinal [34], bloqueo neuromuscular parcial o total
[9] y vibracin de tendones agonistas o antagonistas [13].
Aunque este mecanismo es ampliamente reconocido, las estructuras neuronales
involucradas en la activacin del comando central continan siendo tema de intensa
investigacin. Se han identificado como piezas importantes a la nsula y los ncleos
mesenceflicos [30].
Indicadores del comando central. Se consideran efectores de la accin del comando
central a la frecuencia cardiaca y la electromiografa (fig. 8). La frecuencia cardiaca es
modulada por la actividad autonmica sobre el nodo sinusal. Aunque se eleva de
manera importante durante el EI, regresa rpidamente a su nivel de reposo an durante
oclusin post ejercicio, lo cual indica que no es modificada por el metabolorreflejo y que
toda su alteracin est dada por la accin del comando central [19]. La electromiografa
refleja el manejo que hace la corteza motora de los msculos esquelticos puesto que
la va de activacin de las fibras musculares es directa: se inicia en la corteza motora,
desciende por la mdula espinal de donde parten las terminales axnicas que forman la
placa neuromuscular. Mediciones experimentales muestran que existe una relacin
directa entre la tensin mecnica y el EMG integrado durante contracciones voluntarias
([1], [2], [26]).
15
Metabolorreflejo
Es un mecanismo de retroalimentacin: la estimulacin de fibras musculares aferentes
(tipo III y IV) por la acumulacin de metabolitos producidos por la isquemia durante la
contraccin, provoca una respuesta a-simptica refleja que resulta en un incremento
sustancial de la presin arterial a travs de vasoconstriccin. An no han sido
identificados a satisfaccin los metabolitos que estimulan la activacin del MBR [19].
Las tcnicas empleadas para evidenciar su accin y relevancia incluyen el ejercicio
involuntario por estimulacin elctrica [6] y la oclusin circulatoria por compresin
neumtica post ejercicio ([17], [18]), entre otras.
JJuussttiiffiiccaacciinn La relacin entre la respuesta cardiovascular y la intensidad del ejercicio isomtrico
no ha sido bien caracterizada. Los protocolos usuales para el estudio de la
respuesta cardiovascular al ejercicio isomtrico y su relacin con la magnitud y
duracin del esfuerzo consisten en mantener una carga constante, relativa a la
mxima contraccin voluntaria (MCV), durante algunos minutos, entre dos y cuatro
(debido a la naturaleza fatigante del ejercicio isomtrico) y luego repetir el protocolo
con otra carga, con la consecuente fatiga del sujeto. Los resultados obtenidos de
esta manera obligan a representar las relaciones existentes entre las variables
cardiovasculares estudiadas y la fuerza ejercida con slo 2, mximo 3 puntos (uno
cada minuto o cada carga). Para efectuar la comparacin entre diferentes grupos
musculares, es necesario repetir todo el protocolo. A pesar del gran nmero de
IIeellllaammoo 22000011..
FFCC ccoommoo iinnddiiccaaddoorr vviisscceerraall ddeell ccoommaannddoo cceennttrraall
CCoommaannddooCCeennttrraall
SSNNAA FFCCNNooddoo
SSAA
SScchhiibbyyee eett aall..,,11998811..
CCoommaannddooCCeennttrraall
FFlluujjoo ddee PPootteenncciiaalleessddee AAcccciinn EEMMGG
EEMMGG ccoommoo iinnddiiccaaddoorr ssoommttiiccoo ddeell ccoommaannddoo cceennttrraall
Figura 8. Mecanismos por los cuales se considera a la frecuencia cardiaca y a la electromiografacomo indicadores de la accin del comando central.
16
trabajos que analizan la respuesta cardiovascular al ejercicio isomtrico ([6], [9], [10],
[11], [13], [16], [17], [27], [33], [34], [37], [40], [42], [45]), casi ninguno de ellos emplea
ms de dos cargas para tratar de caracterizar cmo se relaciona dicha respuesta
con la intensidad del esfuerzo. Con algunas excepciones ([10], [27], [33]) todos
reportan sus resultados respecto al tiempo, no a la carga. La informacin resultante
es escasa y la manera de presentarla es pobre, hace casi imposible evaluar cmo
se modifica la funcin cardiovascular conforme cambia la intensidad del EI. En
suma, no es posible caracterizar adecuadamente qu relacin existe entre la
intensidad del estmulo y la respuesta cardiovascular a partir de dos o tres cargas,
menos an si los resultados se expresan respecto al tiempo y no a la carga.
La mayor parte de los antecedentes sobre la actividad autonmica durante el
ejercicio isomtrico emplean la microneurografa [47] por lo que slo estudian la
actividad simptica perifrica o muscular (MSNA, muscular sympathetic nerve
activity) ([28], [35], [36], [38]). Para el estudio de la actividad vagal existe como
alternativa el anlisis espectral de la VFC. Hay muy pocos antecedentes de su
empleo durante el ejercicio isomtrico, y casi todos los reportes que la emplean
asumen que la respuesta cardiovascular al ejercicio isomtrico es estacionaria ([12],
[18]) ya que normalmente mantienen una misma carga durante varios minutos, por
lo que emplean metodologas tradicionales para la estimacin espectral, tales como
las basadas en Fourier y modelos autorregresivos. Al analizar las figuras
proporcionadas en sus trabajos, observamos que tanto la frecuencia cardiaca como
la presin arterial se incrementan durante todo el tiempo que dura el esfuerzo. Por lo
tanto, las herramientas que utilizan son inadecuadas para extraer informacin
fidedigna. En estas circunstancias, el empleo de metodologas variantes en el
tiempo est justificado.
Al comparar la respuesta cardiovascular al ejercicio isomtrico realizado con
grupos musculares de diferente masa muscular a una carga relativa equivalente,
se ha observado ([17], [36], [40]) que la magnitud del cambio en la frecuencia
cardiaca y la presin arterial se relaciona con la masa muscular involucrada: a
mayor masa, mayor alteracin. Sin embargo, la comparacin se ha efectuado
empleando pocas cargas y se reporta respecto al tiempo, lo cual dificulta la
interpretacin de los resultados.
17
HHiipptteessiissLa ejecucin de un protocolo de ejercicio isomtrico de intensidad continua y
linealmente incrementada producir una respuesta lineal en las variables
cardiovasculares, autonmicas y somticas estudiadas, con diferencias que
dependern del grupo muscular empleado.
OObbjjeettiivvooss
GGeenneerraall
Explorar la conducta de los sistemas cardiovascular, nervioso autnomo y muscular
durante la realizacin de Ejercicio Isomtrico Continuamente Incrementado hasta la
Fatiga (EICIF).
PPaarrttiiccuullaarreess
Proponer un protocolo de ejercicio isomtrico con las siguientes caractersticas (fig. 9):
o que abarque el rango de fuerzas ms amplio posible, al comenzar desde el
reposo y continuar hasta la fatiga
o que suministre un estmulo lineal y continuo
o que sea de corta duracin
Evaluar las modificaciones producidas por la intensidad del EI sobre la funcin
cardiovascular, la funcin del sistema nervioso autnomo y el electromiograma, a
travs del comando central y el metabolorreflejo.
Examinar cmo cambian las respuestas cardiovascular, autonmica y somtica
durante la realizacin del EICIF con distintos grupos musculares.
18
MMeettooddoollooggaa
SSuujjeettooss
Se estudiaron 35 sujetos, 10 mujeres y 25 hombres sanos, jvenes, no fumadores y
sedentarios. El estado de salud se evalu mediante la elaboracin de la historia clnica,
toma de medidas antropomtricas (Tabla 1), obtencin de electrocardiograma en
reposo y espirometra. Ninguno consumi alimentos o bebidas ni realiz ejercicio antes
del estudio.Tabla 1. Valores antropomtricos de los sujetos estudiados.
Sexo N Edad (aos) Altura (cm) Peso (kg) IMC (kg/m2)F 10 23.43.8 158.24.5 57.37.7 22.82.2
M 25 22.02.1 170.86.4 70.010.0 23.92.6
VV aa rr
ii aabb ll
ee sscc aa
rr ddii oo
vv aass cc
uu llaa rr
ee ss
FFUUEERRZZAA
??
Figura 9. Protocolo propuesto. El estmulo es ejercicio isomtrico continuo, lineal y en el rangoms amplio de cargas posible. As podremos caracterizar las respuestas cardiovascular,autonmica y somtica en relacin con la intensidad. SNA, Sistema Nervioso Autnomo; MBR,metabolorreflejo, EMGi, electromiograma integrado.
CCoommaannddooCCeennttrraall
AAccttiivviiddaaddSSNNAA
CCoonnttrraacccciinnMMuussccuullaarr
SSiisstteemmaaccaarrddiioovvaassccuullaarr
VV aa rr
ii aabb ll
ee ssaa uu
tt oonn
mmii cc
aa ss
FFUUEERRZZAA
??
EE MM
GGii
FFUUEERRZZAA
??
FFUU
EERR
ZZAA
TTIIEEMMPPOO
Objetivo a lograr, tareaimpuesta al sujeto
MMBBRR
19
PPrroottooccoolloo eexxppeerriimmeennttaall
Los sujetos visitaron tres das diferentes el laboratorio (fig. 10). En la primera visita se
efectu la valoracin del estado de salud. sta consisti en la obtencin de un
electrocardiograma de 12 derivaciones en reposo, una espirometra y la medicin del
peso, la altura, la frecuencia cardiaca y la presin arterial en reposo. Tambin se
llevaron a cabo la instruccin y entrenamiento en el protocolo de EICIF, durante el cual
aprendieron a controlar la seal de la fuerza para hacerla coincidir con el patrn visual
colocado sobre la pantalla frente a ellos, el cual marcaba la pendiente deseada. Con
base en el desempeo durante el entrenamiento, se evalu si el sujeto era capaz de
incrementar linealmente su fuerza durante el tiempo mnimo requerido. En la segunda
visita realizaron el ejercicio isomtrico con la mano derecha, reposaron durante 30
minutos como mnimo y realizaron el protocolo con la pierna derecha. En la tercera
visita realizaron el protocolo con ambas piernas.
Cada sesin const de de tres etapas sucesivas, durante las cuales se registraron de
manera continua todas las seales analizadas (fig. 11):
1. Control, de un minuto de duracin, con el sujeto sentado en reposo.
2. Maniobra, durante la cual el sujeto realiza ejercicio isomtrico continua y linealmente
incrementado hasta la fatiga (EICIF), a razn de 0.208 kg/s, durante dos minutos
como mnimo, siguiendo un patrn visual lineal colocado frente a l. Es importante
que durante toda la maniobra el sujeto sea motivado para asegurar que el esfuerzo
11aa vviissiittaa 22aa vviissiittaa 33aa vviissiittaa
Figura 10. Actividades realizadas en cada visita al laboratorio.
20
se mantenga hasta la fatiga y evitar la ejecucin de maniobras de Valsalva
indeseadas, que alteraran drsticamente la respuesta cardiovascular.
3. Recuperacin, dos minutos de duracin. El sujeto permanece sentado sin hacer
esfuerzo, respirando espontneamente. En total, la sesin dur cinco minutos como
mnimo.
RReeggiissttrroo yy aaddqquuiissiicciinn ddee sseeaalleess
Para la ejecucin del protocolo se adapt una silla para que cumpliera con las
siguientes caractersticas:
Soportes adecuados para albergar dinammetros tipo Smedley, utilizados en el
registro de la fuerza ejercida por los diferentes grupos musculares estudiados.
Inclinacin de toda la silla hacia atrs, 10 respecto al suelo, para aislar el
esfuerzo en los cuadriceps durante la extensin de la pierna.
Cinturn de seguridad ajustable.
Las seales registradas fueron:
El electrocardiograma (ECG100C, Biopac Systems), a partir de la derivacin
bipolar CM-5, formada con electrodos Ag-AgCl desechables colocados sobre el
manubrio esternal (V-), el apndice xifoides (Referencia) y la ubicacin de V5
(V+).
CCOONNTTRROOLL EE II CC II FF RREECCUUPPEERRAACCIINN
25
FFuu
eerr zz
aa(( KK
gg))
TTiieemmppoo ((mmiinn))1 3 5
mm == 00..220088 kkgg//ss
Figura 11. Diagrama temporal del protocolo de ejercicio isomtrico continuamente incrementado hasta la fatiga.
21
La presin arterial latido a latido (Finapres, Ohmeda). El brazalete se coloc en el
dedo medio de la mano izquierda, mantenida a nivel del corazn mediante un
soporte colgante.
El electromiograma (EMG100C, Biopac Systems), mediante una derivacin
bipolar de superficie, empleando electrodos desechables Ag-AgCl con rea de
contacto circular de 1 cm de dimetro, colocados a una distancia centro a centro
de 2 cm sobre el msculo ejercitado, ya sea el cuadriceps o los flexores de los
dedos. Debido a que slo contbamos con un amplificador de EMG, durante la
extensin de las dos piernas nicamente registramos la actividad
electromiogrfica de la pierna derecha.
El respirograma, a travs de un sensor de desplazamiento colocado sobre el
trax (RSP100C Biopac), con la finalidad de evaluar la modulacin respiratoria
sobre el componente AFRR.
La fuerza ejercida por los distintos grupos musculares, mediante 2 dinammetros
con potencimetro incluido, que proporcionan una seal elctrica proporcional a
la fuerza medida (Smedley Handgrip modelo 56380, Stoelting). Ambos
dinammetros estaban sujetos mediante soportes elaborados especficamente
para medir la fuerza ejercida por el grupo muscular de inters. El adaptador
construido para el dinammetro que meda la fuerza ejercida por los miembros
inferiores permiti conectar una o ambas piernas, por lo que pudimos obtener
una sola seal de fuerza al extender las dos piernas simultneamente. Para
acondicionar las seales elctricas correspondientes a la fuerza construimos
circuitos ad hoc, empleando amplificadores operacionales TL084, que nos
permitieron ajustar la lnea de base a 0 V y modificar la ganancia sin necesidad
de desmontar el bloque de transduccin de los dinammetros.
Todas las seales fueron adquiridas, digitalizadas y almacenadas en una PC mediante
el sistema MP150 de Biopac, con una frecuencia de muestreo de 500 Hz y una
resolucin de 16 bits (fig. 12).
22
Figura 12. Arreglo de la instrumentacin empleada para el registro y adquisicin de las seales estudiadas.
23
PPrroocceessaammiieennttoo ddee llaass sseeaalleess
El procesamiento se efectu mediante programas especficos para este protocolo,
elaborados en Matlab.
Procesamiento general
La figura 13 ilustra las etapas seguidas durante el procesamiento general. A partir del
ECG se detectaron las ondas R y se form la serie de intervalos R-R, expresados en
milisegundos. La frecuencia cardiaca instantnea en latidos por minuto (lpm) se calcul
a partir del periodo cardiaco mediante la siguiente operacin
6010001 **RRFC -=
De la seal de presin arterial se obtuvieron las series de amplitudes de la presin
sistlica (deteccin de los mximos), presin diastlica (deteccin de los mnimos),
presin de pulso (diferencia entre presin sistlica y diastlica) y presin media (integral
de la onda de presin). La seal de EMG fue rectificada y suavizada por promedio mvil
de 500 muestras. Para expresar todas las variables como el cambio respecto al nivel
basal (D), se calcul el valor promedio de cada una durante la etapa de control y se
rest dicho valor a todo el registro, sujeto por sujeto.
La seal de fuerza normalizada (% a la fatiga) se obtuvo al dividir todo el registro de la
fuerza entre la fuerza mxima lograda por cada sujeto y multiplicar el resultado por 100.
As, la fuerza normalizada vara entre 0 y 100%. Se gener un vector de mil muestras
de longitud para utilizarlo como base para la interpolacin por splines cbicos de todas
las seales. De esta manera, todas las seales remuestreadas de todos los sujetos
tuvieron la misma longitud y nmero de puntos, lo que facilita la superposicin de los
registros y la obtencin de un promedio ensamblado.
Una vez calculada la fuerza relativa o normalizada, construimos relaciones entre sta y
las variables estudiadas. A estas relaciones les fueron ajustadas regresiones lineales,
sujeto por sujeto. A partir de estas regresiones individuales, obtuvimos una regresin
promedio. Tambin calculamos el promedio ensamblado de las relaciones individuales
de cada variable con la fuerza, con la finalidad de evaluar visualmente su
comportamiento global. Dichos promedios ensamblados hicieron evidente un cambio de
pendiente en las relaciones de la PD y la PAM con la fuerza. Para poder evaluar
cuantitativamente tanto el nivel de fuerza en el que ste ocurra, denominado fuerza
24
umbral (Fu), como los cambios en los parmetros de la regresin lineal de cada seccin,
detectamos manualmente e individuo por individuo el punto de inflexin de cada
relacin.
Tambin fueron construidas relaciones entre variables que pueden proporcionar
informacin sobre el acoplamiento de las dos porciones controladas por el CC. Dichas
relaciones son: PAM vs. FC, FC vs. EMGi, PAM vs.F. Evaluamos individualmente sus
regresiones lineales (pendiente y coeficiente de correlacin) y su coeficiente de
determinacin (r2), as como la comparacin del promedio de estos parmetros entre los
tres grupos musculares.
Procesamiento espectral
En la figura 14 se esquematiza el procesamiento espectral. A las series de intervalos R-
R y de amplitudes de PS les fue removida la tendencia lineal [43]. Tanto estas series
como la seal de la fuerza fueron interpolados con splines cbicos a 4 Hz para que los
FFoorrmmaacciinn ddeesseerriieess,,
iinntteerrppoollaacciinn,,rreemmuueessttrreeoo
nnoorrmmaalliizzaacciinn ddeellaa ffuueerrzzaa
CCmmppuuttoo ddee llaammeeddiiaa ggrruuppaall ddeellaass rreeggrreessiioonneess
yy ssuussccoorrrreellaacciioonneess
DDeetteecccciinn ddeeppuunnttooss ccllaavvee
FFoorrmmaacciinn ddeerreellaacciioonneess DD vvss..FF%%,, ccmmppuuttoo ddee
rreeggrreessiioonneess yyccoorrrreellaacciioonneessiinnddiivviidduuaalleess
Figura 13. Etapas del procesamiento general.
25
puntos fueran equidistantes y las seales tuvieran la misma longitud. Los espectros de
potencia de las series de intervalos R-R y de amplitudes de PS fueron calculados con la
aplicacin de la DPWVS, con los siguientes parmetros: ventana de suavizado en
frecuencia hN(k) con N=185 muestras y de suavizado en tiempo gM(m) con M= 65
muestras. A partir del espectro resultante se obtuvieron los ndices espectrales por
integracin sobre las bandas de frecuencia [44].
Una vez computados los ndices espectrales de todos los sujetos, se expresaron como
cambio respecto al control y remuestrearon siguiendo la misma metodologa que con
las seales cardiovasculares y el EMGi. Los ndices espectrales slidos, log(AFRR) para
la actividad vagal y BFPS para la actividad simptica vasoconstrictora, fueron graficados
contra la seal de fuerza normalizada. Dada la naturaleza lineal de la relacin log(AFRR)
vs. F fue posible calcular regresiones y correlaciones lineales individuales y el promedio
de las mismas. La relacin BFPS vs. fuerza present un comportamiento no lineal
formado por dos partes de diferente pendiente, por lo que debieron ser obtenidas dos
regresiones lineales y un umbral de cambio de pendiente.
AAnnlliissiiss eessttaaddssttiiccoo
Para medir la asociacin entre las variables que nos interesa relacionar utilizamos
anlisis de covarianza [5]. Los valores de p obtenidos se muestran en las grficas
respectivas.
El anlisis estadstico se simplific notablemente gracias a la linealidad observada en
las regresiones lineales individuales de las relaciones formadas. As, solamente fue
necesario comparar entre las pendientes y coeficientes de correlacin de las
regresiones lineales individuales correspondientes a los diferentes grupos musculares,
para lo cual empleamos ANOVA. Utilizamos T pareada cuando fue necesario comparar
entre dos condiciones, como fue el caso de los parmetros (m y r) de las relaciones de
PD y PAM respecto a la fuerza antes y despus del cambio de pendiente, as como la
comparacin entre las Fu de las presiones y la fuerza umbral del componente BFPS.
26
FFoorrmmaacciinn ddeerreellaacciioonneess DD vvss.. FF%%,,
ccmmppuuttoo ddeerreeggrreessiioonneess yyccoorrrreellaacciioonneessiinnddiivviidduuaalleess
CCmmppuuttoo ddee llaammeeddiiaa ggrruuppaall ddee llaassrreeggrreessiioonneess yy ssuuss
ccoorrrreellaacciioonneess
AApplliiccaacciinn ddee llaaDDTTFF aa llaass sseerriieess ddeeiinntteerrvvaallooss RRRR yy PPSS
CCllccuulloo ddee lloossnnddiicceess
aauuttoonnmmiiccooss
Figura 14. Etapas del procesamiento espectral.
27
RReessuullttaaddoossEn la figura 15 se muestra un registro tpico. La seal azul es la fuerza, y corresponde al
estmulo empleado. El resto de las seales registradas durante el protocolo, con
excepcin de la respiracin, siguieron estrechamente al estmulo, por lo que
presentaron un comportamiento lineal apreciable a simple vista. En la mayora de los
sujetos no fue posible obtener una seal de volumen respiratorio confiable debido a
deficiencias del transductor empleado, por lo que, a pesar de que s registramos la
frecuencia respiratoria, no pudimos analizar la influencia respiratoria sobre la VFC.
EEssttmmuulloo:: rreellaacciioonneess ddee llaa ffuueerrzzaa ccoonnttrraa eell ttiieemmppoo
En la figura 16 (A, B y C) se encuentran superpuestos los registros de la fuerza
respecto al tiempo, tal como la ejercieron los sujetos durante la maniobra EICIF con los
diferentes grupos musculares. Tambin se grafica la fuerza promedio junto con su
desviacin estndar y los parmetros promedio considerados para el anlisis
estadstico de la relacin fuerza contra tiempo: el coeficiente de correlacin (r), la
pendiente (m), la fuerza mxima alcanzada (Fm) y el tiempo a la fatiga (Tf). La figura 16
Tiempo (s)
ECG
(mV)
RR
(ms )
PA(m
mH
g)
Res
p(u
a)EM
Gi
(ua)
F(k
g)
Figura 15. Ejemplo tpico de las seales registradas. Se aprecian el decaimiento lineal del periodocardiaco, as como el incremento tambin lineal en la presin arterial y el electromiograma integrado.
28
D muestra la superposicin de las fuerzas promedio de los tres grupos musculares, as
como los resultados de la comparacin estadstica entre ellos.
Con los tres grupos musculares obtuvimos muy altos coeficientes de correlacin en las
regresiones de las relaciones de las fuerzas con el tiempo y pendientes muy cercanas a
la deseada (0.208 kg/s). Al comparar estos parmetros entre grupos musculares no
encontramos diferencias (p>0.05). En cuanto a la fuerza mxima conseguida (Fm) y el
tiempo a la fatiga (Tf), no hubo diferencias entre el esfuerzo realizado con los
extensores de una pierna y los flexores de los dedos (p>0.05 para ambas variables). La
Fm y el Tf obtenidos con los extensores de ambas piernas fueron mayores (p>TTffpp yy TTffmm ((pp00..0055))
Figura 16. Estmulos. Relaciones de la fuerza contra el tiempo realizadas por todos los sujetos durante A)extensin de una pierna (contraccin del grupo de los extensores de una pierna), B) apretn de mano(flexores de los dedos), C) extensin de las dos piernas, junto con los parmetros de la relacin promedioevaluados: r, coeficiente de correlacin; m, pendiente; Fm, fuerza mxima lograda; Tf, tiempo a la fatiga. Lossubndices corresponden a cada grupo muscular (p, una pierna; m, mano; 2p, dos piernas). En D) sepresentan solamente las regresiones promedio, as como los resultados de la comparacin estadstica delos parmetros de los tres grupos musculares. La lnea azul corresponde a los extensores de una pierna, laroja a los flexores de los dedos y la negra a los extensores de las dos piernas.
A B
C D
29
que los otros dos grupos musculares, aunque no alcanzaron a duplicar los valores
obtenidos con los extensores de una pierna.
RReellaacciioonneess ddee llaass vvaarriiaabblleess eessttuuddiiaaddaass ccoonnttrraa llaa ffuueerrzzaa
Variables cardiovascularesUna vez normalizada y remuestreada la fuerza, fue posible formar relaciones entre sta
y las variables cardiovasculares estudiadas (frecuencia cardiaca, presin sistlica,
presin diastlica, presin media y presin de pulso, expresadas como cambios
respecto a su nivel de control, D), tambin remuestreadas para lograr que todos los
registros tuvieran el mismo nmero de puntos. Las relaciones individuales superpuestas
junto con el promedio ensamblado, la regresin promedio y su coeficiente de
correlacin, con sus respectivas desviaciones estndar, se muestran en las figuras 17,
18 y 19. En la figura 20 se encuentra la comparacin visual de las regresiones promedio
y los resultados de la comparacin estadstica de las pendientes y los coeficientes de
correlacin entre grupos musculares.
Las variables que reflejan la funcin del sistema cardiovascular respondieron
linealmente a un estmulo de ejercicio isomtrico linealmente incrementado en estos
tres grupos musculares, puesto que las relaciones formadas por las variables
cardiovasculares respecto a la fuerza normalizada presentaron coeficientes de
correlacin mayores a 0.8 en el caso de los extensores de una (fig. 17) y dos piernas
(fig. 19), y superiores a 0.7 para los flexores de los dedos (fig. 18), con excepcin de la
presin de pulso, que present coeficientes de correlacin menores al resto de las
variables en los tres grupos musculares.
30
rrpp ==00..885500..1122pp
31
Al comparar estadsticamente entre los parmetros de las relaciones formadas por las
variables cardiovasculares contra la fuerza correspondientes a los diferentes grupos
musculares (fig. 20), encontramos que la pendiente de la frecuencia cardiaca es mayor
para los extensores de las dos piernas que para los extensores de una pierna (p
32
Relacin entre la presin arterial media y la frecuencia cardiaca
El coeficiente de determinacin de la relacin entre la PAM y la FC es una herramienta
til para investigar cul componente (ventricular o vascular) de la funcin cardiovascular
izquierda predomina en la determinacin del nivel medio de la presin arterial durante
este protocolo. La figura 21 A, B y C ilustran las relaciones individuales para cada grupo
muscular estudiado, as como su regresin promedio y sus correspondientes
coeficientes de determinacin promedio. En la figura 21D se encuentra la comparacin
visual de las regresiones medias y los resultados de la comparacin estadstica entre
grupos musculares. En el caso de los extensores de una pierna (fig. 21 A), encontramos
un coeficiente de determinacin cercano a 0.6: el 60% del cambio en la presin arterial
media se debi al cambio en la frecuencia cardiaca. Cuando el protocolo fue realizado
por los flexores de los dedos (fig. 21 B), este porcentaje disminuy hasta cerca del 40%.
El coeficiente de determinacin obtenido por esta relacin para los extensores de
ambas piernas fue de 0.64 (fig. 21 C). La comparacin estadstica entre los coeficientes
de determinacin de los diferentes grupos musculares estudiados (fig. 21 D) mostr que
no hubo diferencias entre las r2 de las relaciones PAM-FC de los extensores de una
pierna y los extensores de ambas piernas (p>0.05), mientras que ambos fueron
DDPP
SS(( mm
mmHH
gg))
DDPP
PP(( mm
mmHH
gg))
mm22pp>>mmpp ((ppmmmm ((ppmmmm ((ppmmpp ((ppmmmm ((ppmmmm ((pp00..0055))mmpp>>mmmm ((ppmmmm ((pp00..0055))mmpp>>mmmm ((ppmmmm ((pp00..0055))mmpp>>mmmm ((ppmmmm ((pp
33
mayores que el coeficiente de determinacin correspondiente a los flexores de los
dedos (p
34
sujeto el nivel de fuerza al cual ocurra el cambio de pendiente, llamado fuerza umbral
(Fu), ajustndole una regresin lineal a cada porcin (antes y despus del umbral), a
cada una de las cuales le fueron computados sus pendientes (ma y md) y coeficientes
de correlacin (ra y rd). Las relaciones individuales y su promedio ensamblado de cada
ndice respecto a la fuerza para cada grupo muscular, as como la regresin lineal
media para el log(AFRR), se grafican en la figura 22, incisos A, B y C. Las
comparaciones visual y estadstica de estas regresiones entre grupos musculares se
encuentran en la figura 22 D. La relacin promedio de la relacin log(AFRR) contra
fuerza en el caso de los extensores de una pierna (fig. 22 A) present pendiente
negativa y coeficiente de correlacin cercano a -0.8. Estos parmetros indican un retiro
vagal lineal y progresivo conforme se incrementa la fuerza de contraccin. La BFPSmostr un comportamiento global no lineal (rp=0.310.38), compuesto por dos fases. Al
inicio, (rap=-0.280.56), posteriormente se increment linealmente (rdp=0.80.17). Para
el grupo muscular de los flexores de los dedos (fig. 22 B), volvimos a observar una
pendiente negativa con alto coeficiente de correlacin (rm=-0.70.25) en la relacin
log(AFRR) vs. F y un comportamiento bifsico en la relacin BFPS vs. F: primero
comportamiento no lineal (r1=-0.50.43), luego incremento lineal (r2=0.750.24). Este
mismo patrn se repiti en el caso de los extensores de las dos piernas (fig. 22 C):
cada lineal y progresiva para log(AFRR), comportamiento bifsico para BFPS (r1=-
0.030.48, r2=0.740.21).
Los resultados del anlisis estadstico se muestran en la figura 22 D. La pendiente de la
relacin log(AFRR) vs. F fue mayor para los extensores de ambas piernas que para los
extensores de una pierna (p0.05) entre los tres grupos musculares. En cuanto a
la relacin BFPS vs. F, la pendiente antes del umbral slo fue diferente entre los
extensores de ambas piernas y los flexores (p0.05). Despus del umbral,
la pendiente de los flexores fue menor que la de los extensores de una y de ambas
piernas (p0.05). De nuevo, el
coeficiente de correlacin no present diferencias entre los tres grupos musculares
(p>0.05).
35
No hubo diferencias significativas (p>0.05) en la comparacin entre las fuerzas umbral
de las relaciones BFPS vs. F para los tres grupos musculares.
Figura 22. Relaciones entre indicadores espectrales y fuerza normalizada para los diferentesgrupos musculares. A) Extensores de una pierna; B) flexores de los dedos; C) Extensores deambas piernas. D) Comparacin visual y estadstica. Lneas azules: una pierna; lneas rojas:mano, lneas negras: dos piernas. r: coeficiente de correlacin, m: pendiente, rd: coeficientede correlacin de la regresin despus del umbral, Fu: fuerza umbral
A
B
C
D
rrpp==--00..778800..2222pp
36
Electromiograma integrado
En la figura 23, incisos A, B y C, se presentan las relaciones individuales formadas por
el electromiograma integrado (EMGi) contra la fuerza, as como la regresin promedio y
sus parmetros analizados (pendiente y coeficiente de correlacin, m y r
respectivamente). Las relaciones continuas entre la amplitud del EMGi y la fuerza para
los grupos musculares de los extensores de una pierna (fig. 23 A), flexores de los dedos
(fig. 23 B) y extensores de ambas piernas (fig. 23 C) presentaron coeficientes de
correlacin muy altos, mayores a 0.95, que cuantifican el comportamiento altamente
lineal de esta relacin. La figura 23 D contiene la comparacin visual de las regresiones
promedio y los resultados de la comparacin estadstica entre los tres grupos
musculares. Los coeficientes de correlacin no presentaron diferencias
estadsticamente significativas entre grupos musculares (p>0.05). La pendiente de los
flexores de los dedos fue significativamente mayor que la pendiente de los extensores
de una pierna (p
37
UUmmbbrraalleess:: CCaammbbiiooss ddee llaass ppeennddiieenntteess eenn llaass rreellaacciioonneess
ccaarrddiioovvaassccuullaarreess ccoonnttrraa llaa ffuueerrzzaa
Al analizar con ms detalle los promedios ensamblados de las relaciones entre las
presiones diastlica y media respecto a la fuerza, pudimos apreciar que alrededor del
60% de la fuerza mxima ocurra un cambio de pendiente. Para cada variable
obtuvimos dos regresiones con diferentes caractersticas mediante la deteccin
individual de un nivel de fuerza a partir del cual cambian las pendientes, llamado fuerza
umbral (Fu). Las regresiones y fuerzas umbrales promedio de la presin diastlica y
media, as como los resultados de la comparacin estadstica entre las pendientes y
coeficientes de correlacin individuales antes (ma y ra) y despus (md y rd) del umbral
para cada grupo muscular, se exponen en la figura 24.
En las relaciones PD-F y PAM-F de los extensores de una pierna existe un cambio de
pendiente alrededor del 67% de la fuerza mxima (fig. 24 A). Las pendientes despus
del umbral son significativamente mayores que las pendientes antes del umbral
(p0.05) entre los coeficientes de correlacin antes y
despus del cambio de pendiente. Para los flexores de los dedos, el cambio de
pendientes sucede alrededor del 60% de la fuerza mxima (fig. 24 B). Las pendientes
despus del umbral son mayores (p
38
mmaapp
39
RReellaacciioonneess eennttrree vvaarriiaabblleess ccaarrddiioovvaassccuullaarreess yy ssoommttiiccaass
Al graficar las variables cardiovasculares respecto a una variable somtica y calcular el
coeficiente de determinacin (r2) de la relacin resultante, podemos cuantificar qu
porcentaje del cambio de la ordenada depende del cambio de la abscisa. Las relaciones
elegidas fueron:
FC vs. EMG. Como ambas variables son indicadores elctricos del comando central,
la relacin entre ellos puede proporcionar informacin cuantitativa sobre el nivel de
acoplamiento del control del CC sobre las porciones somtica y visceral.
PS vs. F. Estas dos variables son la consecuencia mecnica de los indicadores
elctricos del comando central.
Las relaciones individuales formadas para cada grupo muscular, as como sus
regresiones y coeficientes de determinacin promedio, se exhiben en la figura 25.
Los valores del coeficiente de determinacin entre las variables somticas y las
viscerales para los extensores de una pierna (fig. 25 A) son cercanos a 0.7, lo cual
significa que un 70% de la varianza de la ordenada es explicada por la varianza de la
abscisa.
Este porcentaje se reduce a alrededor de 50% para las relaciones correspondientes a
los flexores de los dedos (fig. 25 B).
Para las relaciones correspondientes a los extensores de ambas piernas (fig. 25 C), el
valor de los coeficientes de determinacin tambin es cercano a 0.7.
Las pendientes y los coeficientes de determinacin de las relaciones somtico-
viscerales de los flexores de los dedos fueron significativamente menores que los
parmetros de los extensores de una y ambas piernas (p0.05) entre estos dos ltimos grupos musculares (fig. 25 D).
Para cada grupo muscular, comparamos por t pareada las fuerzas umbral encontradas
para el cambio de pendiente de las relaciones PD vs. F y PAM vs. F con la fuerza
umbral detectada para el aumento del componente BFPS, con la finalidad de evaluar si
existe alguna relacin entre ellas. Encontramos que no hubo diferencias significativas
entre ellas (p>0.05) en todos los casos.
40
mmpp==00..449900..1166rrpp22==00..776600..1133
mmpp==00..330000..1133rrpp22==00..668800..1199rrpp==00..881100..1144,, pp
41
DDiissccuussiinnLos principales hallazgos de la presente tesis son:
1. La implementacin de un protocolo para la realizacin de ejercicio isomtrico de
intensidad continua y linealmente incrementada hasta la fatiga (EICIF), con las
siguientes caractersticas: continuo, de corta duracin y en el rango de esfuerzo
ms amplio posible.
2. Las relaciones continuas entre la fuerza y las variables que estiman la funcin
cardiovascular, autonmica y muscular, son altamente lineales. Adems, las
pendientes de las relaciones variable-fuerza dependen del grupo muscular
empleado (flexores de dedos, extensores de una pierna o extensores de dos
piernas).
Cardiovasculares. Para la extensin de ambas piernas la presin arterial
media est determinada en mayor parte por la frecuencia cardiaca que por
la resistencia vascular. Para la flexin de los dedos, predomina la
resistencia vascular sobre la frecuencia cardiaca.
Autonmicos. La actividad vagal tuvo un comportamiento lineal e inverso
con relacin a la fuerza para el EICIF con los tres grupos musculares.
Somtico. La actividad electromiogrfica integrada cambi en forma
altamente lineal con relacin a la fuerza para los tres grupos musculares
estudiados.
3. Las relaciones PD-F, PM-F y actividad simptica vasoconstrictora-fuerza (BFPS-
F), al estar formadas por dos pendientes, sugieren un fenmeno de umbral,
relacionado con el metabolorreflejo, con diferencias entre los grupos musculares
estudiados.
4. Los altos coeficientes de determinacin encontrados entre variables somticas y
viscerales sugieren un acoplamiento funcional de ambas porciones con
diferencias entre los grupos musculares estudiados. El manejo simultneo de
ambos sistemas es llevado a cabo por el comando central.
42
AAcceerrccaa ddeell pprroottooccoolloo
La similitud entre las pendientes medidas y la pendiente del patrn visual, as como la
alta y significativa correlacin entre la fuerza desarrollada y el tiempo, en los tres grupos
musculares, respaldan que los sujetos fueron capaces de reproducir el patrn lineal
propuesto.
No hay diferencias entre una pierna y una mano en cuanto a fuerza mxima lograda,
expresada tanto en kg como en porcentaje de la mxima contraccin voluntaria
(%MCV) ni al tiempo a la fatiga, pero con las dos piernas se logr un 20% ms de
fuerza y de tiempo, valores muy lejanos del doble esperado (fig. 16).
RReellaacciioonneess eennttrree llaa ffuueerrzzaa yy vvaarriiaabblleess ddee llaa ffuunncciinn ccaarrddiioovvaassccuullaarr
Se ha reportado que la funcin cardiovascular depende directamente de la intensidad
del ejercicio isomtrico: a mayor intensidad, mayor respuesta. Algunos autores reportan
que la relacin carga-respuesta es lineal ([27], [33]). Otros ms afirman que dicha
relacin es no lineal ([10], [36]). No existe entonces consenso ni formalizacin sobre las
caractersticas de esta relacin, debido principalmente al tipo de protocolo que se ha
utilizado para evaluarla. Todos los protocolos empleados para definir esta relacin
consisten en mantener una carga constante de ejercicio isomtrico durante algunos
minutos, seguida de un periodo de descanso. Algunos repiten este esquema bsico con
una o dos cargas diferentes ms, por lo que el rango de intensidades comparadas es
muy estrecho. Reportan el promedio de las variables estudiadas respecto al tiempo, ya
sea cada minuto o medio minuto, o el promedio durante todo el protocolo respecto a la
carga, obteniendo un nmero escaso de puntos (fig. 26).
Seals et al [38] concluyeron que la magnitud del cambio en la frecuencia cardiaca y la
presin arterial es proporcional a la intensidad y duracin del esfuerzo (fig. 27), aunque
slo emplearon tres cargas y presentaron sus resultados respecto al tiempo.
43
15%
25%
35%
0
10
20
30
40
50
-0.5 1.5 3.5
Tiempo (min)
Inte
nsi
dad
(%M
CV
) SistemaNervioso
Autnomo
SistemaCardio-vascular
PAM
(mm
Hg)
FC (l
pm)
Tiempo (min)
Figura 27. Ejemplo de un protocolo empleado por Seals et al (1988) para evaluar la relacin entre larespuesta cardiovascular y la intensidad del ejercicio isomtrico. Aunque compara varias cargas, larepresentacin respecto al tiempo dificulta la interpretacin de los resultados
PA
M (
mm
Hg)
FC
(lp
m)
Tiempo (min)
20% MCV
33% MCV
50% MCV
20%33%50%
0
204060
80
100
0 50 100 150Tiempo (s)
Inte
nsid
ad (
%M
CV)
Figura 26. Ejemplo de resultados reportados para evaluar el efecto del ejercicio isomtrico sobre lapresin y la frecuencia cardiaca a diferentes cargas (Saito, 1995). La presentacin de los resultadoshace muy difcil la interpretacin, adems de que slo se evalan tres cargas y se hace de maneradiscontinua.
44
Glvez [10] aport que la relacin entre frecuencia cardiaca e intensidad de contraccin
no es lineal (fig. 28), aunque slo emple dos cargas para su caracterizacin.
El protocolo de ejercicio isomtrico de intensidad continua y linealmente incrementada
hasta la fatiga (fig. 29) resuelve eficazmente los problemas implicados en el protocolo
tradicional, puesto que:
- El nmero de puntos analizado es muy grande, al registrar las variables en formato
latido a latido, de forma continua, sin periodos de descanso.
- El rango de intensidades estudiado es el mximo posible, ya que la carga se
incrementa desde cero hasta la fatiga.
- Las relaciones resultantes son altamente lineales, lo que permite formalizar,
generalizar y simplificar la descripcin de la relacin entre la carga y la respuesta
cardiovascular, ya que es posible representarlas mediante slo dos parmetros: la
pendiente y el coeficiente de correlacin.
Figura 28. Representacin de la respuesta de la frecuenciacardiaca a dos tipos diferentes de ejercicio y a dos cargasdiferentes (Glvez, 2000). Al graficarla respecto a la fuerzafacilita la interpretacin y la comparacin entre ejercicios.
45
MMeeccaanniissmmoo ffuunncciioonnaall qquuee ddeetteerrmmiinnaa llaa pprreessiinn aarrtteerriiaall mmeeddiiaa
No ha sido reportada la relacin entre la intensidad de ejercicio isomtrico y las
variables hemodinmicas que determinan la presin arterial ya que los estudios
publicados slo las han evaluado con una carga.
Williamson et al [46], al comparar las respuestas cardiovasculares a una carga
constante de ejercicio isomtrico que generaba un nivel de presin intramuscular y a
una compresin externa de la misma magnitud (fig. 30), encontraron que la PAM
cambia ms durante el EI que durante la compresin y la oclusin post ejercicio, debido
a la alteracin combinada del Q (por aumento de FC) y de la RVP, causadas por la
suma del CC y el MBR. La PA puede aumentar slo por aumento de RVP dado por
MBR (similar entre EI y compresin), pero el Q slo aumenta durante el ejercicio
isomtrico. Aunque aportan evidencia para esclarecer qu variables cardiovasculares
son alteradas por cul mecanismo (comando central y componente reflejo), hace falta
establecer cmo varan estas influencias con la intensidad del ejercicio y con la masa
muscular involucrada.
0 20 40 60 80 1000
10
20
30
40
50
FZA (%)
PS (m
mH
g)
0 20 40 60 80 1000
5
10
15
20
25
30
FC (l
pm)
FZA (%)
DD PP
AAMM
(( mm
mmHH
gg))DD
FFCC
(( llpp
mm))
FFUU
EERR
ZZAA
TTIIEEMMPPOO
EExxtteennssiinn ddeeppiieerrnnaa
SistemaNerviosoAutnomo
SistemaCardio-vascular
Figura 29. Relaciones reales entre la fuerza y las variables cardiovasculares, obtenidas mediantela aplicacin del protocolo propuesto. Es inmediato apreciar que la relacin es lineal.
46
Hisdal et al [16] pretendan elucidar en detalle los mecanismos por los cuales la
respuesta presora al ejercicio isomtrico se mantiene an durante la reduccin de la
precarga por presin negativa en las piernas. Siguieron latido a latido todos los
parmetros hemodinmicos centrales involucrados en la regulacin de la presin
arterial media durante el apretn de mano (contraccin de los flexores de los dedos) a
una carga constante durante 2 min. Encontraron que la PAM aumenta de manera lineal
y gradual, con una pendiente promedio de 0.28 mmHg/s an si se aplica presin
negativa en los miembros inferiores (fig. 31).
Reportan que la presin arterial media parece tener un valor meta asociado con el
ejercicio isomtrico, y que todos los mecanismos hemodinmicos involucrados se
compensan en caso de cambios abruptos en alguno de ellos para mantener un
incremento estable y lineal hasta alcanzar la presin objetivo: si Q cae por presin
negativa, RVP compensa para mantener el aumento lineal de la PAM. Esto revela la
plasticidad de los mecanismos perifricos, que permite un control preciso del
incremento lineal en la presin arterial media. El que la presin se incremente de
manera lineal durante una contraccin isomtrica es un hallazgo compatible con un
gradual desplazamiento hacia arriba en un punto de operacin central del barorreflejo
conforme el efecto presor se mantiene.
Figura 30. Comparacin de variables hemodinmicas entre ejercicio isomtrico a una sola carga(crculos vacos) y compresin con pantalones antishock (crculos rellenos), resultados publicadospor Williamson et al (1996).
PPAAMM
RVP
FFCC QQ
FF
FFCC
(( ll pp
mm))
QQ(( LL //mm
ii nn))
RRVV
PP(( mm
mmHH
gg//LL
PPAA
MM(( mm
mmHH
gg))
47
El empleo de las presiones arteriales como indicadores de la funcin ventricular
izquierda permite establecer, aunque sea de manera indirecta, cmo cambian en
relacin con la intensidad del ejercicio isomtrico variables de ms difcil medicin,
como son el gasto cardiaco y la resistencia vascular perifrica, involucradas en la
determinacin de la presin arterial media. Las relaciones lineales observadas entre la
fuerza y las diferentes presiones (PS, PD, PAM y en menor medida PP) permiten
establecer hipotticamente que el volumen sistlico, el gasto cardiaco y la resistencia
vascular perifrica se incrementan en forma lineal conforme aumenta la intensidad del
ejercicio isomtrico (fig. 32). El hecho de que el coeficiente de determinacin de la
relacin entre la presin arterial media y la frecuencia cardiaca haya resultado alrededor
de 0.6 apunta a que el mecanismo ventricular domina sobre el mecanismo vascular.
Figura 31. Variables hemodinmicas durante ejercicio isomtrico a una sola carga, sobrepuestocon diferentes niveles de presin negativa en los miembros inferiores, reportadas por Hisdal et. al(2004)
FFCC
VVSS
RRVVPP
PPAAMM
48
RReellaacciioonneess eennttrree llooss eessttiimmaaddoorreess aauuttoonnmmiiccooss yy llaa ffuueerrzzaa
Persisten controversias respecto al comportamiento de la actividad autonmica durante
la ejecucin de ejercicio isomtrico. Estudios con bloqueo farmacolgico ([13], [25]) y
registro de microneurografa ([28], [36], [38], [39]) han encontrado una disminucin en la
actividad vagal y, en determinadas condiciones de duracin e intensidad del esfuerzo,
un incremento progresivo en la actividad simptica perifrica. De nuevo, la evaluacin
se ha hecho a escasas intensidades sostenidas durante algunos minutos, es decir, las
relaciones que se obtienen son discontinuas y formadas por pocos puntos. Adems,
ambas metodologas resultan complicadas de manejar y son invasivas e incluso
peligrosas para los sujetos. Una alternativa sencilla y no invasiva para estudiar los
cambios de la actividad del sistema nervioso autnomo durante la realizacin de
ejercicio isomtrico es el anlisis espectral de la variabilidad cardiovascular. A pesar de
proveer por lo menos dos indicadores confiables de la actividad autonmica, son
escasos los trabajos que aprovechan esta metodologa durante el ejercicio isomtrico.
LLRRVVPPHHiippoottttiiccoo
RVP
F
LLVVSSHHiippoottttiiccoo
VS
F
LLQQHHiippoottttiiccoo
Q
F
RReellaacciinn ccllaavvee
LLPPDD
0 20 40 60 80 100
0
10
20
30
40
50
PD (m
mH
g)
FZ (%)
LLPPAAMM
0 20 40 60 80 1000
10
20
30
40
50
FZA (%)
PM (m
mH
g)
LL PPSS yy PPPP
0 20 40 60 80 1000
10
20
30
40
50
FZA (%)
PS (m
mH
g)
0 20 40 60 80 1000
10
20
30
40
50
FZA (%)
PP (m
mH
g)
0 10 20 30 400
10
20
30
40
50
PAM
(mm
Hg)
FC (lpm)
0 20 40 60 80 1000
5
10
15
20
25
30
FC (l
pm)
FZA (%)
hhLLFFCC
Figura 32. Interpretacin de las presiones arteriales como indicadores hemodinmicos durante larealizacin del ejercicio isomtrico continuamente incrementado hasta la fatiga. L indica que lavariable aument de manera lineal.
49
Gonzlez-Camarena et al [12] evaluaron la VFC y VPS durante ejercicio isomtrico
mediante el periodograma de Welch (fig. 33). Su protocolo consisti en extensin de
pierna al 30% de la MVC sostenida durante 6 min. Reportaron un incremento en la VFC
total y en la VPS. Atribuyeron el aumento de la frecuencia cardiaca a un incremento en
la actividad simptica, perceptible en el componente de BFRR, y al retiro vagal reflejado
en la disminucin del componente AFRR. El aumento observado de la PS a una
vasoconstriccin causada por el metabolorreflejo, indicada por el aumento del
componente BFPS.
Empleando un mtodo auto regresivo, Iellamo et al [185] analizaron la VFC de un
registro de cuatro minutos de duracin a 30% de la MCV. Llegaron a la conclusin de
que el MBR contribuye al aumento de la frecuencia cardiaca va activacin simptica
(fig. 34), la cual se ve reflejada en el marcado incremento en la potencia de BFRR,
mientras que la accin del CC produce un retiro vagal evidenciado por la prdida de
potencia en AFRR.
Figura 33. Comparacin de los espectros de potencias deVFC y VPS en reposo y ejercicio isomtrico a una solacarga durante 6 min. (Gonzlez-Camarena et al, 2000)
50
Ambos estudios emplean metodologas tradicionales, que requieren una mnima
estacionaridad de la seal analizada, a pesar de que es ampliamente reconocido el
hecho de que la respuesta cardiovascular al ejercicio isomtrico realizado a intensidad
moderada, de 30% de la MCV o superior, presenta un incremento progresivo durante
toda la duracin del esfuerzo. Llama la atencin que se emplee slo un espectro para
describir de manera global la actividad autonmica durante cuatro o seis minutos de
ejercicio. Asimismo, estos trabajos slo emplearon una carga. No hemos encontrado
trabajos que relacionen la magnitud del cambio en la actividad autonmica con la
intensidad del ejercicio isomtrico.
De acuerdo a nuestros resultados, el logaritmo de la potencia de AFRR decae
linealmente conforme aumenta la fuerza (fig. 22). Esto indica que hay un retiro vagal
directamente proporcional al esfuerzo, debido al CC.
En nuestro conocimiento, no ha sido reportado un comportamiento lineal para el
componente de AFRR respecto a la fuerza para el ejercicio isomtrico. Ms an, en el
campo de la variabilidad de parmetros cardiovasculares son escasas las relaciones
entre estimadores espectrales autonmicos y variables independientes cuantitativas
como la que encontramos.
El comportamiento de la frecuencia cardiaca est dado por el retiro vagal, como lo
sugiere el coeficiente de determinacin de alrededor del 60% encontrado para la
relacin frecuencia cardiaca contra log(AFRR) para dos piernas (fig. 35).
Rest SLE
Figura 34. Otro ejemplo de comparacin de espectros de VFC entre reposo y ejercicioisomtrico al 30% de la MCV, esta vez durante 4 min. (Iellamo et al, 1999). SLE: static legextension.
51
Los otros indicadores espectrales de la VFC, BFRR, BF/AF y FI no mostraron un
comportamiento caracterstico en todos los sujetos, por lo que no fueron susceptibles de
anlisis, comparacin entre grupos musculares e interpretacin fisiolgica.
BFPS presenta un comportamiento bifsico, manejado por el metabolorreflejo, que ser
discutido ms adelante.
RReellaacciinn eennttrree eell eelleeccttrroommiiooggrraammaa iinntteeggrraaddoo yy llaa ffuueerrzzaa
Actualmente est bien establecido y respaldado por mltiples resultados experimentales
que la amplitud del EMG aumenta linealmente conforme la fuerza se incrementa ([1],
[2], [26]), en contraposicin a la idea establecida en estudios tempranos de que la
amplitud del EMG crece en funcin de la raz cuadrada de la fuerza generada por el
msculo durante contracciones isomtricas.
En la figura 36 se comparan las relaciones entre la amplitud del EMGi contra la fuerza
durante contracciones isomtricas del cuadriceps a diferentes porcentajes de la
contraccin mxima voluntaria.
mmpp==--77..9944..88rrpp==--00..7700..2266,, pp
52
Aunque en este caso s se grafica la amplitud del EMG respecto a la fuerza, las
relaciones no son continuas, sino que se obtienen de promediar varias contracciones
realizadas a los diferentes niveles de fuerza.
El conocimiento de la altsima linealidad entre la actividad electromiogrfica y la fuerza
(coeficientes de correlacin mayores a 0.95) es extendido en la presente tesis al EICIF
realizado por seres humanos empleando tres grupos musculares. Las pendientes de la
relacin EMGi-fuerza son diferentes entre grupos musculares: mayor para los flexores
de una mano que para los extensores de una pierna, y mayor para estos ltimos que
para los extensores de ambas piernas.
La mayor actividad elctrica de los flexores con relacin al extensor estara dada por el
mayor nmero de fibras musculares reclutadas para el primer grupo muscular.
UUmmbbrraall ddee aaccttiivvaacciinn ddeell mmeettaabboolloorrrreefflleejjoo
Estudios previos que utilizan la microneurografa para observar la actividad simptica
muscular durante protocolos de ejercicio de intensidad moderada sostenido durante
algunos minutos han reportado que ocurre un marcado incremento en la actividad
simptica alrededor de 1.5 minutos despus de iniciado el ejercicio isomtrico ([21],
[25], [35], [38]). Varios autores ([28], [36], [38]) asocian este fenmeno a la activacin
del metabolorreflejo (fig. 37).
Figura 36. Relacin lineal entre el EMG y la fuerzapara el cuadriceps durante dos tipos de ejercicioisomtrico: KE, knee extension (extensin derodilla) y LP, leg press (empuje de piernas).(Alkner et al, 2000).
Force (%MVC)
53
El cambio de pendiente observable en las presiones diastlica y media despus de
cierto nivel de fuerza (Fu), diferente para cada grupo muscular (fig. 24), as como la
coincidencia encontrada entre ste y el nivel de fuerza a partir del cual sucede el
incremento del componente de baja frecuencia de la PS, aportan evidencia slida de la
existencia de un umbral de activacin del metabolorreflejo, a partir del cual se suma su
efecto al del comando central. Dicho umbral es dependiente del grupo muscular
involucrado en la contraccin. El factor de disparo puede ser el nivel de isquemia
alcanzado por la compresin sostenida y el incremento de la actividad muscular por
aumento lineal de la carga. La isquemia produce falta de O2, exceso de CO2 y
acumulacin de lactato en el msculo contrado, por lo tanto, los mecanismos de
disparo son dependientes de la intensidad del ejercicio y, puesto que sta se
incrementa lineal y continuamente, podemos especular que la activacin del
metabolorreflejo es dependiente de la intensidad del esfuerzo (fig. 38).
CCCC
SSNNAA SSiimmppttiiccoo
MMssccuulloo
VVaassoossRReessiisstteenncciiaaVVaassccuullaarrPPeerriiffrriiccaa++
CCoonnttrraacccciinnCCoommpprreessiinn
MMeettaabboolloorrrreefflleejjoo
Fenmenode umbral
PPAA
MM(( mm
mmHH
gg))
MMSS
NNAA
(( %%))
TTiieemmppoo
Figura 37. Evidencia reportada de incremento de actividad simptica vasoconstrictora muscular(%MSNA, muscular sympathetic nerve activity) despus de algunos minutos de ejercicioisomtrico sostenido a una sola carga. (Ray y Mark, 1993).
54
MMaanneejjoo aauuttoonnmmiiccoo yy ssoommttiiccoo ppoorr eell CCoommaannddoo CCeennttrraall
La teora del comando central sugiere que la salida motora de la corteza cerebral
durante el ejercicio isomtrico interacta con los ncleos autonmicos que regulan las
respuestas cardiovasculares al ejercicio [19].
Para tratar de controlar la contribucin del comando central a la respuesta
cardiovascular, Goodwin et al [13] estimularon mediante vibracin al tendn agonista,
que al reducir la sensacin de esfuerzo, reduce la actividad del comando central.
Observaron un efecto claro sobre la funcin cardiovascular: a mayor comando central,
mayor frecuencia cardiaca y por lo tanto mayor presin arterial (fig. 39).
MB
R
Isquemia
CCCC
SSNNAA SSiimmppttiiccoo
MMssccuulloo
VVaassoossRReessiisstteenncciiaaVVaassccuullaarrPPeerriiffrriiccaa++
CCoommpprreessiinniinnccrreemmeennttaall
IIssqquueemmiiaaIInnccrreemmeennttaall
MMeettaabboolloorrrreefflleejjooIInntteennssiiddaadd--ddeeppeennddiieennttee
PPOO22PPCCOO22
ppHHllaaccttaattoo
Fenmenode umbral
DD IInntteennssiiddaadd--ddeeppeennddiieenntteess
OOccuurrrreennaanntteess eenn
lloossfflleexxoorreess
Figura 38. Nuestro protocolo nos permite relacionar el incremento en la actividad simpticovasoconstrictora con la intensidad del ejercicio y comparar el umbral de activacin entre tresgrupos musculares distintos.
55
El hecho de que la intencin de hacer ejercicio logre elevar la frecuencia cardiaca, a
pesar de que no se consiga contraer los msculos por una lesin espinal (fig. 40)
respalda que la activacin del comando central es simultnea o incluso antecede a la
contraccin muscular [34].
FFCC
(( llpp
mm))
PPAA
(( mmmm
HHgg
))
CCCC
SSNNAA
SSoommttiiccooMMssccuulloo
VViisscceerraallCCoorraazznn FFCC
MMdduullaa
VViibbrraacciinnTTeennddnn
--FFuueerrzzaa
Figura 39. Evidencia reportada del acoplamiento entre las porciones controladas por el comandocentral (Goodwin et al, 1972): una modificacin a nivel somtico repercute en las variablesviscerales. Lnea continua, crculos rellenos: respuesta al ejercicio sin vibracin al tendn. Lneadiscontinua, crculos vacos: respuesta al ejercicio isomtrico con vibracin al tendn antagonista.
CCoommaannddooCCeennttrraall
SSiisstteemmaaNNeerrvviioossoo
AAuuttnnoommoo
SSoommttiiccooMMssccuulloo
VViisscceerraallCCoorraazznn
FFCC
SeccinL1-L3
PPaarraapplleejjiiaa
Figura 40. Evidencia reportada del acoplamiento entre las porciones controladas por el comandocentral (Petrofsky, 2001): aunque no haya contraccin muscular, la sola intencin de hacer esfuerzoeleva la frecuencia cardiaca. FES: Functional Electrical Stimulation o estimulacin elctrica funcional.
56
Las relaciones altamente lineales encontradas en la presente tesis entre los indicadores
autonmicos (viscerales) y somticos (msculo), aportan evidencia que fortalece el
conocimiento de que el comando central hace un manejo paralelo, simultneo y lineal
de las porciones somtica y visceral (fig. 41). La nocin de un comando central que
hace un manejo simultneo de las partes muscular y autonmica resuelve el problema
de cmo el sistema cardiovascular satisface la demanda metablica muscular creciente
impuesta por el ejercicio, y en el caso del ejercicio isomtrico, incrementa la perfusin
de los msculos contrados para contrarrestar la isquemia. El comando central anticipa
simultneamente la intensidad del movimiento y la correspondiente satisfaccin
metablica por parte del sistema cardiovascular.
Iellamo et al ([17], [18]) reportaron que la respuesta cardiovascular al ejercicio
isomtrico realizado, a la misma intensidad relativa, por grupos musculares de diferente
masa (cuadriceps y flexores de los dedos) fue menor para el grupo de menor masa (fig.
42). Concluyeron que la respuesta cardiovascular fue mediada sobre todo por el
metabolorreflejo y dependiente de la masa.
Elctrico Mecnico
CCCC
SSNNAA
SSoommttiiccooMMssccuulloo
VViisscceerraallCCoorraazznn
EEMMGG
EECCGG PPSS
FFuueerrzzaa
Figura 41. Las relaciones encontradas entre los indicadores elctricos y mecnicos de las porcionescontroladas por el comando central evidencian el manejo simultneo que ste realiza.
57
Seals et al [40] estudiaron el efecto del ejercicio isomtrico realizado a la misma
intensidad relativa por tres grupos musculares con diferente masa sobre la respuesta
cardiovascular. Reportaron que el efecto cardiovascular fue directamente influido por la
masa, mayor para el levantamiento de peso (fig. 43).FC
(lp
m)
Levantar PesoExtensin piernaHandgrip
PA
M (
mm
Hg
)
Tiempo (min)
Levantar PesoExtensin piernaHandgrip
30%
0
2 0
4 0
6 0
8 0
10 0
- 1 1 3 5
Tiempo (min)
Inte
nsid
ad
(%
MC
V) Extensin
piernaApretn de
manoSistemaNervioso
Autnomo
SistemaCardio-vascular
Figura 43. Ejemplo de protocolo empleado por Seals et al (1983) para comparar el efecto de la masamuscular sobre la respuesta cardiovascular. Emplean una sola carga, relativa a la MCV de cada grupomuscular, y presentan los resultados respecto al tiempo.
TTiieemmppoo
CCCC
SSNNAA
SSoommttiiccooMMssccuulloo
VViisscceerraallCCoorraazznn yyaarrtteerriiaass
MMeettaabboolloorrrreefflleejjoo
PPAA
MM(( mm
mmHH
gg))
FFCC
(( llpp
mm))
Figura 42. Comparacin de la respuesta cardiovascular al ejercicio isomtrico a una sola cargarealizado por dos grupos musculares diferentes (Iellamo et al, 1999). La lnea continuacorresponde a la extensin de la pierna y la lnea punteada al apretn de mano (handgrip).
58
Los diferentes coeficientes de determinacin y pendientes que encontramos para las