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

4

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

QQ

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))

PP oo tt

ee nncc ii

aa

00..115500..0044 00..44

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

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

QQ

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