respuestas fisiológicas del ejercicio en inmersión e ... · la inmersión favorece respuestas...
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Medellín, 22, 23 y 24 de Agosto 2018
Respuestas fisiológicas del ejercicio en inmersión e implicaciones prácticas en el entrenamiento
II
Mauricio Garzón CameloPhD Sciences de l’Activité Physique - UdeM
Stage PostDoctoral Fisiología del Ejercicio - UQAM Programme national de certification des entraîneurs
(PNCE) SportsQuebec.
El camino hacia el éxito de cualquierempresa y en este caso, el éxitodeportivo, pasa por la investigación yla innovación
Este punto marca la diferencia entrelas potencias y los que tratan demejorar al ritmo de la repetición de lasexperiencias de otros
Wen CP etal. Lancet. 2011 Oct 1;378(9798):1244-53; Saint-Maurice.et al. J Am Heart Assoc. 2018 Mar 22;7(6).Physical Activity Guidelines Advisory Committee Scientific Report. Washington, DC: U.S. Department of Health and Human Services, 2018.
41 millones de niños (˂ 5 años)340 millones de niños y adolescentes (5 a 19 años)
39% de adultos (≥ 18 años) estaban en sobrepeso y 13% eran obesos (OMS 2017)
Sobrepeso o obeosos
El numero de casos de obesidad ha casi triplicado desde 1975. En 2016:
Himann et al., 1988, Lauretani et al., 2003; Martin et al., 1992, Mian et al., 2006 ; Pothier et al., 2017; Song et al., 2018
Cada año, 40 millones de personas mueren a causa de enfermedades no transmisibles:enfermedades del corazón, cáncer, diabetes y enfermedades pulmonares crónicas, loque equivale al 70% de las muertes en todo el mundo (OMS juin 2017)
http://gamapserver.who.int/gho/interactive_charts/ncd/risk_factors/physical_inactivity/atlas.html?indicator=i1&date=Male
Este inquietante realidad resalta la urgencia dedesarrollar nuevas estrategias que permitanemprender programas de actividad física y deentrenamiento para mejorar su calidad de vida
La llegada de las bicicletas acuáticas (AV) abrenuevas perspectivas. Sin embargo, la falta deliteratura científica relacionada con este tema haceque este campo de investigación seaverdaderamente innovador
6
Mo Farah 5 km et 10 km OR JO2012. JO2016.
Galen Rupp 10 km Argent JO 2012 / 5to 2016. Bronze marathon JO 2016
JE Arango. Argent Scratch Championnat du mondeDanemark 2010 7
Disminuir el impacto sobre las articulaciones de
miembros inferiores
Durante el ejercicio en inmersión las respuestas
hemodinámicas y cardiopulmonares son diferentes
Gasto cardíaco,
Volumen de eyección sistólica
Frecuencia cardiaca,
VO2
11
Condition
VO2 max ml/min
FCbatt/min
TMR 2545 (511)
154 (15)
DWR 1615 (586)
138 (11)
TMR: Treadmill runningDWR: Deep water running Values are in means (SD)(Adapté de Gayda M. et al. 2010) (P˂0.0001)
12
Condition
VO2 max
ml/kg/min
VO2 max
L/min
FC
(batt/min)
VE
(L/min)
TMR
(Homme)64.5 4.55 193.3 150.0
DWR
(Homme)58.4 4.09 183.4 140.8
TMR
(Femme)55.7 3.32 188.7 116.6
DWR
(Femme)46.8 2.79 179.5 97.7
FC: Fréquence cardiaque; VE: Ventilation maximale; TMR: Treadmill running; DWR: Deep water running; (Adapté de Chu & Rhodes, 2001)
Diferencias metabólicas entre la carrera sobre
banda (TMR) y la carrera en inmersión (DWR)
Sin embargo, la cuantificación
precisa de la carga en el agua
al caminar o correr es a
menudo problemática, lo que
limita la comparación rigurosa
de las respuestas fisiológicas
Seco vs Agua
Utilizando una bicicleta
Estandarizar de mejor
manera la intensidad de la
carga comparativamente a
la marcha o la carrera en el
agua
Encontrar las equivalencias del costo energético
y la potencia de pedaleo sobre una bicicleta
ergometrica en terreno seco y en agua
Test progresivo máximo
Bicicleta acuática
(Hydrorider®)
Bicicleta Seco
(Excalibur®)
Metodología
BA,
rpm inicial de 40; ↑ 10 rpm;
c/2 min
BS,
rpm 60-80; carga inicial
de 25 W; ↑ 25 W; c/2 min
F = ½ M * V m/s ² * A * CF
M = 995,7 Kg/m3 Densidad del agua a 30 grados.
V= Velocidad m/s² del sistema « biela-pala- pedal » entre 40 y 100 rpm
A = Base * altura*largo (del sistema)
Circunferencia (gemelos, muslo)(largo del pie, pierna)
CF = Coeficiente de forma (del sistema)
Calculo de W _ modelo matemático
Los modelos de bicicleta acuática (BA) actualmente
disponibles en el mercado no permiten establecer la
carga externa (Pext) con precisión, lo que limita la
comparación de las respuestas fisiológicas durante la
inmersión vs las respuestas sobre terreno seco a una
misma potencia (w)
Objetivo
Encontrar la equivalencia de la Pext sobre BA en
inmersión total de las piernas vs bicicleta sobre
terreno seco (BS). La Pext : La densidad del agua
+ rpm
El diseño del sistema de pedaleo + el área de los
componentes del sistema (palas-pedales-bielas)
La superficie de las
piernas
• Largo
• Perímetro
El coeficiente de forma
Método
• Participantes: 30 sujetos sanos (edad: 32+7 ; peso: 72±10
kg; Talla: 1.73±0.06 m; IMC: 23.9±3.0 kg/m²)
• Dos tests progresivos maximos (separados 1 semana) sur
BS (Ergoline 800S) y BA (Hydrorider®)
• Inmersion: Pecho
• BA: Cadencia inicial 40 rpm aumenta 10 rpm/min
• BS: Pext inicial 25 watts aumenta 25 w/min
• Mediciones de VO2: Analizador de gas portable (K4b2,
Cosmed, It)
• Mediciones de variables hemodinamicas: bioimpedancia
cardiaca (PhysioFlow®, Enduro model, Manatec, France)
Ecuaciones obtenidas
rpm (Eau) W (EAU)
40 25
50 49
60 84
70 133
75 164
80 199
85 238
90 283
95 332
100 387
W (SEC) rpm (Eau)
25 4050 5075 58
100 63125 68150 72175 76200 79225 83250 86275 88300 91385 99
IE Pext (Watts) = 0.0004(rpm)2.993
(r2 = 0.99, SEE = 7.6 W, p<0.0001)
IE (rpm) = 13.91×DE Pext(Watts)0.329
(r2 = 0.99, SEE = 1.5 W, p < 0.0001).
El estudio propone un modelo matemático para
cuantificar la Pext (W) sobre diferentes modelos de
BA
Ahora será posible prescribir y controlar con mayor
precisión la intensidad del ejercicio basado sobre la
Pext calculada a partir de rpm sobre BA
Implicaciones practicas
Verificamos si:
La inmersión puede favorecer las respuestas
hemodinámicas y cardiopulmonares durante el
ejercicio comparadas con el ejercicio en seco
Retorno Venoso, Debito Cardiaco, Volumen
de Eyección Sistólico, Frecuencia Cardiaca,
VO2, Resistencia Vascular Periférica
A una misma carga externa (W)
Método
• Participantes: 20 sujetos sanos
• Dos tests progresivos maximos (separados 1 semana) sur
BS (Ergoline 800S) y BA (Hydrorider®)
• Inmersion: Pecho
• BA: Cadencia inicial 40 rpm aumenta 10 rpm/min
• BS: Pext inicial 25 watts aumenta 25 w/min
• Mediciones de VO2: Analizador de gas portable (K4b2,
Cosmed, It)
• Mediciones de variables hemodinamicas: bioimpedancia
cardiaca (PhysioFlow®, Enduro model, Manatec, France)
Parameters
Rest 25 W
40 rpm
50 W
50 rpm
75 W
60 rpm
125 W
70 rpm
200 W
80 rpm
Wmax
(267±12 W)
P value
Condition
effect
VO2 (mL/min-1) IE 360 ± 97 512 ± 194 ‡ 817 ± 244 ‡ 1203±243 * 1630 ± 319 ‡ 2256 ± 272‡ 2636±577 ‡
<0,0001 DE 402 ± 131 782 ± 203 1033 ± 193 1298 ± 213 1858 ± 253 2601 ± 296 3370 ± 708
HR (beat/min-1) IE 69 ± 9 85 ± 10 93 ± 9 107 ± 11 127 ± 13 153 ± 12 166 ± 11 0.1784 DE 75 ± 17 88 ± 10 97 ± 12 112 ± 13 131 ± 13 154 ± 14 175 ± 13
SV (mL) IE 84 ± 14* 92 ± 12* 97 ± 13* 105 ± 13‡ 109 ± 15‡ 108 ± 17* 109 ± 16*
0.0166 DE 74 ± 11 84 ± 12 90 ± 13 91 ± 13 95 ± 12 97 ± 15 101 ± 17
.
Q (L/min-1)
IE 5.8 ± 1.1 7.8 ± 1.0 9.0 ± 1.1 11.2 ± 1.6 † 13.7 ± 1.6 ‡ 16.6 ± 2.5 ‡ 18.3 ± 3.2 0.0244
DE 5.4 ± 1.3 7.5 ± 1.3 8.7 ± 1.3 9.7 ± 1.6 11.8 ± 1.2 14.8 ± 1.8 17.6 ± 2.9
C(a-v)O₂ (mL/100mL) IE 6.36 ± 1.84 ‡ 6.77 ± 3.10 * 9.31 ± 3.25 * 10.96 ± 3.02 * 11.86 ± 2.67 ‡ 13.87 ± 2.80 ‡ 14.62 ± 2.72 ‡
<0.0001 DE 7.07 ± 1.62 10.48 ± 2.74 12.03 ± 2.49 13.62 ± 3.00 15.73 ± 2.31 17.64 ± 2.39 18.75 ± 2.75
Values are mean ± SD. IE: Immersed ergocycle; DE: Dry land ergocycle. Pmax: maximal power output. : oxygen uptake; HR:
heart rate; : cardiac output, SV: stroke volume, C(a-v)O2: arteriovenous difference. Condition effect (immersions vs. dryland) : *: p<0,05; †: p<0,01; ‡: p<0,001. Tous les participant s RER > 1.1 dans les deux conditions.
Resultados
Parameters Rest 25 W
40 rpm
50 W
50 rpm
75 W
60 rpm
125 W
70 rpm
200 W
80 rpm
Wmax
267±12
P Value
Condition
effect
EF (%) IE 69 ± 8 71 ± 9 73 ± 9 75 ± 9 75 ± 10 73 ± 12 71 ± 11
0.0861DE 62 ± 10 66 ± 11 68 ± 11 69 ± 11 69 ± 11 68 ± 9 68 ± 9
EDV (ml) IE 123 ± 24 132 ± 26 136 ± 26 142 ± 28 147 ± 31 154 ± 41 153 ± 43 0.8864
DE 121 ± 26 138 ± 33 141 ± 29 140 ± 26 143 ± 27 147 ± 33 149 ± 26
ESV (ml) IE 39 ± 16 39 ± 19 37 ± 18 36 ± 19 38 ± 22 45 ± 32 45 ± 31 0.2916
DE 47 ± 20 48 ± 23 47 ± 26 45 ± 22 46 ± 22 48 ± 21 48 ± 20
SBP (mmHg) IE 113 ± 10 113 ± 9 117 ± 9 122 ± 8 129 ± 8 146 ± 14 152 ± 15 0.3179
DE 111 ± 6 111 ± 6 115 ± 9 120 ± 12 133 ± 13 155 ± 14 166 ± 18
DBP (mmHg) IE 69 ± 6 70 ± 6 70 ± 5 70 ± 7 71 ± 8 72 ± 9 72 ± 8 0.1031
DE 72 ± 6 72 ± 6 72 ± 6 70 ± 5 73 ± 6 76 ± 8 78 ± 8
Contractility index
(A.U)IE 196 ± 78 210 ± 70 239 ± 79 256 ± 84 264 ± 88 239 ± 105 231 ± 94 0.1360
DE 137 ± 54 187 ± 96 206 ± 107 218 ± 101 221 ± 90 205 ± 64 207 ± 71
SVR (dyne.s-1.cm-5) IE 1270 ± 482 924 ± 231 799 ± 180 670 ± 165 561 ± 116 516 ± 160 489 ± 140 0.602
DE 1330 ± 331 911 ± 201 786 ± 124 727 ± 117 630 ± 77 555 ± 94 493 ± 67
Conclusiones
Durante el ejercicio de inmersión, el efecto hidrostático de la columna de agua
sobre las extremidades inferiores ayuda a redistribuir el volumen sanguíneo
↑ volumen sanguíneo central
↑ precarga cardiaca ↑retorno venoso ↑ Q ↑VES
Este aumento constante en el Q y VES se acompaña de una estimulación de
baroreceptores cardiopulmonares y arteriales
(Mourot et al., 2008; Stadeager et al., 1992; Reilly et al., 2003)
↓ FC
Paralelamente el VO2 ↓ significativamente
La inmersión favorece respuestas cardíacas más
efectivas durante el ejercicio y la recuperación
Representa un estímulo beneficioso para las
adaptaciones cardíacas en un programa de
entrenamiento
Sería interesante en programas de rehabilitación para
mantener y / o mejorar la función cardiaca
Implicaciones practicas
El ejercicio en inmersión ↓ el costo metabólico
Demanda de oxígeno ≈ la carga externa
a una potencia (W) similar sobre terreno seco
Herramienta extremadamente interesante en términos de
eficiencia para el entrenamiento
Porque ?
Estudiar la relación
entre diversas expresiones
de la intensidad
FC (%FCmax, %FCR)
VO2 (%VO2max, %VO2R)
Método más apropiado para
prescribir ejercicio sobre BA?
Relación entre %FCR y %VO2R sobre VA & VS
Lounana J.et al. Med .Sci .Sport Exerc. 2007, 2:350-7
Swan D.P., and B.C. Leutholtz. Med Sci. Sport Exerc. 1997. 29 :410-414
ACSM Position Stand. Med Sci Sports Exerc. 2011;43(7):1334-59
VO2 (L.min-1) = 0.000542 × rpm2 _ 0.026 × rpm + 0.739
(r2 =0.913, SEE=0.319 L.min-1)
Ecuación de regresión VO2m(L.min-1) a partir de rpm
Cadencia ≥ 40 rpm
Intensidad relativa sobre BA & BS (% FCR y %VO2R)
Pext (W) Puissance externe en watts; % FCR: pourcentage de réserve de la fréquence cardiaque; % VO2R: pourcentage de réserve de la consommation d'oxygène; Classification de l'intensité de l'exercice adapté à partir de l'ACSM (Garber et al., 2011). Les valeurs sont des moyennes ± SD.
Très léger <30; Facile: 30-39; Modéré: 40-59; Vigoureuse: 60-89; Proche-maximale ≥ 90.
ACSM Position Stand. Med Sci Sports Exerc. 2011;43(7):1334-59.
Table 2. Mean relative intensity (%HRR and % V O2R) for a similar Pext (W) on IE and DE
and classification of exercise intensity on IE
RPM Pext (W)
% HRR % V O2R Intensity
IE DE IE DE
40 25 12.89 ± 1.3 14.63 ± 1.5 8.04 ± 1.3 13.77 ± 0.9 Very very light
50 50 21.20 ± 1.4 21.80 ± 1.9 21.28 ± 1.7 23.05 ± 1.1 Very light
60 75 35.25 ± 1.7 38.22 ± 1.7 38.46 ± 2.5 31.96 ± 1.3 Light
70 125 56.71 ± 2.1 57.62 ± 1.8 59.42 ± 3.3 50.85 ± 1.6 Moderate
80 200 85.31 ± 2.1 81.69 ± 1.9 85.18 ± 2.3 80.19 ± 2.5 Vigurous
90 300 98.4 ± 3.4 97.5 ± 3.9 96.7 ± 6.7 97.4 ± 4.7 Near-maximal
Implicaciones practicas
El estudio propone
Una ecuación de regresión para prescribir y controlar la
intensidad del ejercicio sobre BA a partir de la FCR
Una ecuación de predicción de VO2 sobre BA
Una tabla para la prescripción individualizada de la
intensidad del ejercicio sobre BA en función de rpm y la
percepción de esfuerzo
Implicaciones practicas
Thermoneutral immersion exercise
accelerates heart rate recovery:
a potential novel training modalityMauricio Garzon, Alain-Steve Comtois, Laurent Bosquet, Olivier Dupuy,
Anil Nigam, Martin Juneau, Mathieu Gayda
Método
Registro de la FCR durante 5 min después de un esfuerzo
maximal sobre BA: Δ10 → Δ120, Δ180, Δ240 and Δ300
Fase corta de FCR
Calculo Δ10, Δ20, Δ30, Δ40 ….→ D60
Fase larga de FCR
Calculo Δ70, Δ 80, Δ 90, Δ 100, Δ120 ….. . →
Δ180, Δ240 y Δ300
Resultados recuperación
Implicaciones practicas
El entrenamiento en el agua podría ser favorable en
cierto momento de la preparación porque en la fase
corta de la recuperación (≤ 60 segundos) la FCR es
acelerada, lo que permitiría un mayor volumen total
de entrenamiento de alta intensidad (ej: HIIT)
En el entrenamiento sobre una banda
acuática combinado con el entrenamiento
de fuerza
Hay un mayor efecto sobre la capacidad
aeróbica y la masa muscular
en comparación con el mismo
entrenamiento sobre una banda en
terreno seco
2016 May;10(5):420-8. doi: 10.1016/j.jash.2016.02.011.
Método
• Participantes: 42 participantes sanos 22 h/20 f (edad: 65±7 anos; BP ≥130/85 mm Hg) son atribuidos a 3 grupos:
• MICE : 24-min à 50% (PPO)
• HIIEdryland or HIIEimmersed (iinmersión al pecho)
2 series de 10-min de 15x15x 100% PPO (récup passive) Récup e/séries de 4 m
• MAPA (monitor ambulatorio de la presión arterial) durante 24 horas después de un test progresivo maximal y después del test de su grupo especifico
Objetivo
Comparar la presión arterial (PA) después del ejercicio continuo de intensidad moderada (MICE) y el
ejercicio por intervalos de alta intensidad (HIIE) sobre una bicicleta acuática y sobre terreno seco
Resultados
MICE no modifico ninguna respuesta en 24 heures
HIIEdryland ↓ PA después 24 h (SBP -3.6 ± 5.7/DBP -2.8 ± 3.0 mmHg, P < .05
HIIEimmersed ↓ PA después 24 h (SBP -6.8 ± 9.5/DBP -3.0 ± 4.5 mmHg, P < .05
PWV (Pulse wave velocity) La velocidad del pulso de onda, es la velocidad a la cual el pulso se propaga a lo largo de la aortaY de la red arterial. Entre mas las arterias estén rígidas, mas la velocidad de propagación de la onda de pulso será elevada.
El ejercicio HIIEimm vs MICE & HIIEdry es mas eficaz para la ↓ PA después de 24 h y tiene un efecto positivo sobre la elasticidad de la arteria aorta (Sosner et al., 2016)
HIIEimmersed modifico la PWV después de 24 heures (-0.21 ± 0.30 m/s, P <0,05).
La inmersión favorece respuestas cardiacas mas eficaces durante el ejercicio y la recuperación
↑ Q ↑VES ↑ precarga cardiaca ↑ retorno venoso
Durante la recuperacion: ↑VES, ↑Fracción de eyección ↑Índice de contractilidad cardiaca
Representa un estimulo mas importante para el sistema cardiovascular y podría ser benéfico paralas adaptaciones a nivel cardiaco en los programas de entrenamiento
Podría aumentar la eficiencia mecánica teniendo en cuenta que en inmersión hay una menordemanda de VO2 en comparación al terreno seco a una misma (Pext W)
La temperatura del agua (28°-31°C) y el nivel de inmersión es determinante (apófisis xifoides)para obtener estas respuestas
Conclusiones
↑ debito sanguíneo cerebrovascular en relación al ejercicio sobre terreno seco (Parfitt, Hensman, & Lucas, 2017; Pugh et al., 2015)
Ce qui suit
Comparer les changements dans l'oxygénation du musclesquelettique (vaste externe) ainsi que les changementsdans l'oxygénation du cerveau au cours de l'exercice survélo aquatique (VA) vs l'exercice sur vélo sur terraine sec(VS) à une même puissance mécanique externe (Pext).
Moxy utiliza la espectroscopía infraroja (NIRS) para medir los niveles de oxígeno en el músculo. Estudia la interacciónentre la radiación electromagnética y la materia, con absorción o emisión de energía radiante. La monitorización deloxígeno muscular con Moxy permite a los entrenadores ver lo que está sucediendo dentro del músculo del atleta entiempo real. Pueden usar esta información para evaluar mejor a sus atletas y diseñar entrenamientos más efectivos.
La saturación de oxígeno muscular, también conocida como oxigenación muscular (SmO2), representa el equilibrioentre el suministro de oxígeno y el consumo de oxígeno en los músculos activos
y = -0,1221x + 58,288R² = 0,9863
0,00
10,00
20,00
30,00
40,00
50,00
60,00
0 100 200 300 400 500
% S
mO
2
Power Output (W)
Watts vs SmO2 Leg. N=9
Consideramos que
Comprender los mecanismos del porque se produce un VO2 a una misma potencia (Pext) en el agua,representara une nueva manera de abordar la fisiologia del ejercicio en este medio y susimplicaciones practicas a nivel
• Fisioterapéutico (rehabilitación pulmonar, cardiaca, problemas musculo-esqueléticos)
• Psicoterapéutico
• Rendimiento atlético
Considerando de entrada las respuestas ya conocidas a nivel cardiaco, hemodinámico y respiratorio
La frase mas peligrosa es:
Nosotros siempre hemos hecho lascosas así
Grace Hopper (1906-1992) Doctora en matemáticas.Experta en informática. Es pionera en el mundo de lasciencias de la computación. Concibió el primer compilador,creadora del lenguaje de computación COBOL
