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Revista médica de Chile

versión impresa ISSN 0034-9887

Rev. méd. Chile vol.146 no.1 Santiago ene. 2018

http://dx.doi.org/10.4067/s0034-98872018000100015 

Artículo de Investigación

Uso de la cinética del consumo de oxígeno para la evaluación de la capacidad cardiorrespiratoria en pacientes con obesidad

Oxygen uptake kinetics to assess cardiorespiratory fitness in obese patients

Claudia Miranda1  ab

Paulina Ibacache1  2  ac

Edgardo Opazo3  ac

Juan Rojas2  ade

Marcelo Cano3  af

1Escuela de Kinesiología, Facultad de Ciencias de la Rehabilitación. Universidad Andres Bello. Santiago, Chile

2Departamento de Morfología y Función, Universidad de las Américas, Viña del Mar, Chile

3Departamento de Kinesiología, Universidad de Chile, Chile

ABSTRACT

Background:

The evaluation of cardiorespiratory fitness (RCC) using maximal or peak oxygen consumption (VO2), requires a high level of effort in obese patients. We propose a method to evaluate RCC using constant and moderate loads, called VO2 kinetics (tau).

Aim:

To determine the relationship between tau and peak VO2 in patients with obesity.

Material and Methods:

Forty patients (87% females) aged 37 ± 12 years and with a body mass index (BMI) of 34.6 ± 4.0 kg/m2, were divided into two groups according to the applied workload (0.5 and 0.8 Watts/kg body mass) using a cycle ergometer and Cortex Metalyzer 3b equipment. The protocol was started with 6 minutes at constant load and then increments of 20-25 Watts every two min were made until determination of the peak VO2.

Results:

The tau value was 51.8 ± 17.6 s, the absolute peak VO2 was 2.0 ± 0.7 L/min and the relative peak VO2 was 26.6 ± 30.0 ml/kg/min. There was a significant difference of tau medians between the group that used 0.5 and 0.8 Watts/kg (p = 0.002) and a significant inverse correlation between the absolute peak VO2 and the tau value for a load of 0.5 Watts/kg (rho = -0.415, p = 0.0327).

Conclusions:

The higher tau value, the lower the peak VO2 of an obese patient. It is suggested to apply loads of 0.5 Watts/kg for a VO2 kinetics test in obese patients or in subjects who do not wish to carry out higher physiological demands with a non-invasive and low risk procedure.

Key words: Exercise Test; Obesity; Oxygen Consumption

La obesidad se define como una acumulación anormal o excesiva de grasa, que lleva a un deterioro general en la salud de las personas por su alta asociación con otras patologías14. Según la Organización Mundial de la Salud (OMS), la prevalencia de obesidad en el mundo se ha incrementado de forma significativa5; en Chile, 39,3% de la población tiene sobrepeso y 25,1% obesidad6, lo cual se atribuye a los hábitos de actividad física y el aumento de conductas sedentarias79.

La condición física es un conjunto de atributos físicos determinante de la capacidad de realizar un trabajo pudiendo o no estar relacionado con la salud10,11; la capacidad cardiorrespiratoria (CCR) es un componente de esta condición utilizado como indicador de salud y de expectativa de vida, siendo objetivada a través del consumo de oxígeno máximo (VO2 max)1214; corresponde a la mayor cantidad de oxígeno que una persona puede consumir, transportar y utilizar en una inspiración durante la realización de un ejercicio dinámico15,16. Para evaluar esta variable se necesita de las máximas capacidades cardiorrespiratorias del sujeto17,18, situación que puede resultar riesgosa en algunos casos19. En pacientes con obesidad, estas evaluaciones generalmente son submáximas y se utiliza el término consumo de oxígeno peak (VO2 peak) para denominar la cantidad de oxígeno consumido en el momento de la detención de la prueba15,2022, el cual se expresa en valores absolutos (L/min) o relativos al peso corporal (ml/kg/min)23. Uno de los aspectos poco descritos del VO2 es su cinética, la cual consiste en la respuesta dinámica del VO2 al comienzo de un ejercicio de carga constante durante 6 a 10 minutos, aproximadamente2426. Para poder describir el comportamiento de la cinética del VO2 a carga subumbral, se utiliza la expresión matemática: VO2 = BL + A(1- e-(t-TD/τ)), donde VO2 = consumo de oxígeno en función del tiempo; BL = consumo de oxígeno inicial o de base; A = ganancia total del consumo de oxígeno; e = base del logaritmo natural, t = tiempo; τ = tau; TD = tiempo de retraso que precede al incremento en el VO2 muscular27.

En la respuesta de la cinética del VO2 durante ejercicio a carga constante se reconocen 3 fases (Figura 1). La primera de ellas se relaciona con el aumento del gasto cardíaco; la segunda responde a un aumento exponencial del VO2 con un valor constante de tiempo tau (τ) y tiene relación con la llegada de sangre venosa proveniente de los músculos en ejercicio, representando la capacidad de utilizar el oxígeno. Finalmente, la fase III presenta un estado estable, siendo posible observarla cuando el ejercicio se realiza bajo el umbral ventilatorio28.

Figura 1 Ilustración esquemática de la respuesta del consumo de O2, de un sujeto durante una prueba a carga estable moderada en cicloergómetro. (Elaboración propia). 

La fase II y, específicamente el valor de τ, que corresponde al tiempo en segundos (s) donde se obtiene el 63% de la amplitud máxima de la meseta del consumo de oxígeno con carga submáxima, ha demostrado ser sensible a cambios de la CCR en pacientes con patologías cardiorrespiratorias29 y diabetes mellitus tipo II30, asociándose la disminución del valor de τ a una mejor CCR31. Se ha demostrado que la respuesta de esta variable es dependiente de la intensidad y solo tiene un comportamiento monoexponencial con cargas moderadas de trabajo; si el ejercicio es intenso, se pierde la estabilidad del VO2, aumentando de manera constante en el tiempo, lo que se conoce como componente lento de la cinética del VO224,32,33.

Actualmente, existe escasa literatura del comportamiento de τ en sujetos con obesidad34. El objetivo del presente trabajo es determinar la carga de trabajo óptimo para la aplicación de la prueba de cinética del consumo de oxígeno en sujetos con obesidad y establecer su relación con el consumo de oxígeno peak en este tipo de pacientes.

Material y Método

Diseño y participantes

El presente es un estudio descriptivo y correlacional, realizado durante los años 2015 y 2016 en el laboratorio de Fisiología del Ejercicio de la carrera de Kinesiología de la Universidad Andres Bello en la Quinta Región de Chile; cumplió con las pautas señaladas en la Declaración de Helsinki 2013 y aprobado por el Comité de Ética en Investigación en Seres Humanos de la Facultad de Medicina de la Universidad de Chile, Proy. N° 149-2014; todos los participantes firmaron su consentimiento informado previo a la toma de datos. La muestra fue obtenida por conveniencia, alcanzando un total de 40 participantes de acuerdo a los siguientes criterios de inclusión: IMC ≥ 30 kg/m2, haber cumplido con los criterios quirúrgicos y anestésicos para efectuarse una cirugía bariátrica y que la intervención indicada sea una gastrectomía vertical. Se excluyeron todos aquellos pacientes con cirugía bariátrica previa, portadores de comorbilidades médicas como: enfermedad respiratoria crónica, cardíaca, hepática crónica o insuficiencia renal, pacientes que utilizaran beta bloqueadores, con hábito tabáquico, mujeres postmenopáusicas y pacientes que presentaran patología musculoesquelética que impidiera la realización de las pruebas.

Procedimientos

Cada sujeto debió cumplir un ayuno de 4 h previas y no efectuar actividad física intensa en las 24 h antes de la evaluación. Para la obtención de los datos se utilizó un equipo Metalyzer 3b, Cortex (CORTEX Biophysik, Leipzig, Alemania) y un cicloergómetro Monark 915E (Monark Exercise AB, Vansbro, Suecia). La muestra se dividió en dos grupos, a uno de ellos se aplicó una carga de trabajo de 0,5 watts por kilogramo de masa corporal (W/kg) (n = 26) y al otro una carga de 0,8 (W/kg) (n = 14), lo anterior con el fin de encontrar la carga adecuada para la estabilización del consumo de oxígeno. El protocolo consistió en 2 minutos de medición de parámetros basales cardiorrespiratorios en reposo sobre el cicloergómetro, para luego pedalear con una cadencia de 60 rpm a carga constante durante 6 minutos. Posterior a esto, para conseguir los valores de VO2 peak, se incrementó la carga en escalones de 20-25 W cada dos minutos hasta llegar a la fatiga o alcanzar un cociente respiratorio (RER) ≥ 1,1, una percepción de esfuerzo ≥ 7 en escala de Borg modificada o que el sujeto manifestara fatiga muscular que le impidiera mantener la cadencia de pedaleo de 60 rpm36. Posterior a esto se mantuvo un pedaleo sin carga durante 3 minutos a modo de vuelta al reposo. Para definir τ se empleó el protocolo descrito por Poole25, donde el valor τ se obtuvo de los 6 minutos iniciales de la prueba de ejercicio en cicloergómetro. Los valores de consumo de oxígeno ventilación por ventilación fueron transformados para obtener valores con la frecuencia de 1 Hz, para ser modelados matemáticamente según la ecuación que define la respuesta del VO2 a carga constante e intensidades moderadas antes mencionada.

Análisis estadístico

Se comprobó la normalidad de las variables: carga inicial (W), consumo oxígeno peak absoluto (L/min), consumo oxígeno peak relativo (ml/kg/min) y tau (s), a través del test de normalidad de Skapiro-Wilk. Para la comparación de medianas se utilizó la prueba de Wilcoxon y para la asociación de variables la prueba estadística de Spearman. Para los resultados fue aceptado un nivel de significancia del 95% (p < 0,05). Para los análisis estadísticos se utilizó el programa Statistics/Data Analysis Stata® 11.0.

Resultados

De 40 sujetos evaluados, 87% correspondió a mujeres y 13% a hombres. Esta muestra fue dividida en dos grupos, según carga de trabajo aplicada, 0,5 W/kg y 0,8 W/kg; las características de los participantes se muestran en la Tabla 1. El grupo que utilizó carga de 0,5 W/kg presentó un valor promedio de τ de 44,3 ± 12,9 s, un VO2 peak absoluto de 2,1 ± 0,6 L/min y un VO2 peak relativo de 21,6 ± 3,6 ml/kg/min, a diferencia del grupo que utilizó una carga del 0,8 W/kg, el cual presentó un valor promedio de τ de 66,9 ± 16,9 s, un VO2 peak absoluto de 1,9 ± 0,7 L/min y un VO2 peak relativo de 22,4 ± 6,3 ml/kg/min.

Tabla 1 Caracteristicas de los pacientes incluidos en el estudio 

Variable Carga 0,5 W/kg Carga 0,8 W/kg
Edad (años) 34,3 ± 10,6 42,5 ± 11,8
Peso (kg) 94,5 ± 16,0 87,1 ± 16,5
Talla (m) 1,63 ± 0,1 1,6 ± 0,11
IMC (kg/m2) 35,5 ± 3,7 32,8 ± 4,5

Datos presentados como media ± desviación estándar.

Al estudiar el tipo de distribución de datos, tanto la variable τ (p = 0,00342), como la variable VO2 peak absoluto (p = 0,000) y VO2 peak relativo (p = 0,000) no presentaron distribución normal.

Se encontraron diferencias estadísticas significativas entre las medianas de τ (p = 0,0002) para las cargas de 0,5 W/kg y 0,8 W/kg, no existiendo diferencias significativas para el VO2 peak relativo (p = 0,9322) ni para el VO2 peak absoluto (p = 0,2068) al comparar ambos grupos (Figura 2).

Figura 2 Diferencia para las medianas de tau (s) según carga de trabajo (p = 0,002). 

La relación entre las variables de τ y el VO2 peak (absoluto y relativo) también fue analizada según la influencia de la carga de trabajo aplicada. Se observó una relación inversa significativa entre el VO2 peak absoluto y τ en el grupo que utilizó la carga de 0,5 W/kg (rho = -0,4199; p = 0,0327) (Figura 3). Por el contrario, la relación entre τ y VO2 peak relativo para la carga de 0,5 W/k no resultó significativa (rho = 0,2923; p = 0,3105). Para los análisis de la carga de trabajo de 0,8 W/kg, la relación resultó no significativa entre τ y VO2 peak absoluto (rho = -0,3242; p = 0,1062) y entre τ y VO2 peak relativo (rho = 0,0769; p = 0,7938) (Tabla 2).

Figura 3 Relación entre consumo de oxígeno peak absoluto (l/min) y tau (s) según carga de trabajo aplicada (W/kg). 

Tabla 2 Resultados de VO2 peak y cinética del consumo de oxígeno según carga de trabajo 

Carga Carga 0,5 W/kg Carga 0,8 W/kg p valor
VO2 peak absoluto (L/min) 2,1 ± 0,6 1,9 ± 0,7 p = 0,2068
VO2 peak relativo (ml/kg-1/min-1) 21,6 ± 3,6 22,4 ± 6,3 p = 0,9322
tau (s) 44,3 ± 12,9 66,9 ± 16,9 p = 0,0002

Datos presentados como media ± desviación estándar. Nivel de significancia (p < 0,05) para la diferencia de media de la respectiva variable.

Discusión

La caracterización de la cinética del consumo de oxígeno proporciona información valiosa con respecto a la efectividad del acoplamiento de la liberación de O2 a las demandas metabólicas de los tejidos y la capacidad del propio músculo de utilizar este O2 para la fosforilación oxidativa35. Se ha descrito que los menores valores (τ ~10 s) se han encontrado en individuos con alto nivel de entrenamiento físico32 y entre 20 y 60 segundos en individuos adultos sanos33; lo anterior contrasta con los valores promedios obtenidos de τ en esta investigación para sujetos con obesidad (44,30 segundos a 0,5 W/kg y 65,86 segundos a 0,8 W/kg), lo que puede indicar una retrasada capacidad de respuesta del sistema cardiorrespiratorio a la carga de trabajo36. En sujetos sanos, el aumento de la captación de oxígeno al inicio del ejercicio refleja los ajustes circulatorios a los cambios metabólicos inducidos por esta actividad; en ellos, el aporte de oxígeno no es limitante durante el ejercicio submáximo, lo que refleja principalmente la eficiente bioenergética muscular y difusión por parte del sistema cardiorrespiratorio del oxígeno a nivel tisular37, condición que se ha demostrado deteriorada en los sujetos con obesidad36.

De los valores de τ obtenidos en esta investigación se desprende que, entre mayor sea la carga de trabajo de una prueba de esfuerzo (0,8 W/kg), el valor de τ tiende a ser mayor, lo que concuerda con los resultados obtenidos por Robergs38. Para comprender mejor este resultado debemos partir de la base que sujetos obesos presentan capacidades cardiorrespiratorias significativamente inferiores a los de sujetos eutróficos36; además, estos, al realizar ejercicio físico, disminuyen su volumen corriente y la ventilación por minuto, incrementando la frecuencia respiratoria para compensar la reducción del volumen corriente; esta condición estimula la aparición del umbral ventilatorio, acelerando el inicio del componente lento de la cinética del VO2, perjudicando la tolerancia al esfuerzo y la adaptación al ejercicio22,36.

Recientemente ha sido publicado un estudio que describe el comportamiento de τ en pacientes adultos con obesidad34 (58,73 ± 35,82 s) y en adolescentes en la misma condición (34,5 ± 7,5 s)39. Por otro lado, también se han encontrado datos del comportamiento de esta variable en pacientes con enfermedad vascular pulmonar (74 ± 16 s)40 y diabetes mellitus II (55,7 ± 20,6 s)41. En las publicaciones mencionadas anteriormente, se atribuye el aumento del valor de τ a una variedad de factores, incluyendo la intensidad de la carga de trabajo y la capacidad del sistema cardiovascular para responder a la mayor demanda de ejercicio. Por otra parte, Simoneau y Kelley dejaron en evidencia que existe una reducida actividad de las enzimas oxidativas y un aumento desproporcionado de la actividad de las enzimas glucolíticas en sujetos con exceso de peso tanto en aquellos con DM II como en aquellos sin esta condición42, lo que podría explicar los resultados de τ obtenidos en esta investigación.

Respecto a los datos de VO2 peak relativo obtenidos, estos se encuentran muy por debajo del punto de corte planteado por Blair en hombres y mujeres para tener un menor riesgo de mortalidad por todas las causas (31,5 y 35,4 ml/kg/min respectivamente) (Tabla 1)43. En adultos, la variable τ suele estar inversamente relacionada con el consumo máximo de oxígeno33; es así como en esta investigación, τ está relacionado inversamente con el VO2 peak absoluto al utilizar cargas de 0,5 W/kg, no encontrándose una relación con cargas de 0,8 W/kg, evidenciando que a un mayor valor de τ menor es el resultado del VO2 peak absoluto de un sujeto con obesidad.

Estos resultados sugieren la utilidad y aplicabilidad de la prueba submáxima a carga constante (τ) como una importante herramienta de evaluación de la CCR en sujetos con obesidad, en los cuales se prefiere evitar la realización de una evaluación de VO2 max o peak, por los riesgos que estas conllevan en sujetos que suelen poseer distintos factores de riesgo cardiovasculares asociados.

A pesar de la significancia estadística y clínica de estos resultados, la correlación obtenida se describe como débil44, lo que puede ser consecuencia del tamaño muestral de cada grupo evaluado. En consecuencia, se sugiere realizar más estudios al respecto que consideren esta recomendación, de tal manera de potenciar los resultados de la presente investigación y la utilidad de esta variable en la población con obesidad.

Conclusión

Se concluye que existen diferencias en los valores de τ en pacientes con obesidad de acuerdo a las cargas de trabajo utilizadas. Aplicando la carga adecuada (0,5 W/kg), el valor de τ resulta ser un buen indicador de la capacidad cardiorrespiratoria del sujeto con obesidad por su correlación con el VO2 peak absoluto.

En consecuencia, se sugiere aplicar cargas de 0,5 W por kilogramo de masa corporal para una prueba de cinética del VO2 en pacientes con obesidad o en sujetos que no se desee llevar a mayores demandas fisiológicas, siendo esta un procedimiento de bajo riesgo y compromiso fisiológico, no invasivo y muy bien tolerado por los pacientes.

Agradecimientos

Se agradece de manera especial a la Universidad Andres Bello, Facultad de Ciencias de la Rehabilitación, carrera de Kinesiología por permitir realizar este trabajo.

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Recibido: 30 de Mayo de 2017; Aprobado: 02 de Enero de 2018

Correspondencia a: Klga. Claudia Miranda F. Escuela de Kinesiología, Universidad Andres Bello. Fernández Concha #700, Edificio C5, Las Condes, Santiago, Chile. cmiranda@unab.cl

a

Kinesiólogo.

b

Magíster en Medicina y Ciencias del Deporte.

c

Magíster en Fisiología.

d

Magíster en Ciencias Biológicas.

e

Magíster en Educación.

d

PhD en Fisiología del Ejercicio.

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