CÁLCULO DEL ÁREA ENTRE UMBRALES VENTILATORIOS: UN MÉTODO PARA EXAMINAR LA TRANSICIÓN AERÓBICA-ANAERÓBICA

Peinado, A.B.¹; Benito, P.J.²; Lorenzo, I.³; Maffulli, N.⁴; Brito-Ojeda, E.⁵; Ruiz-Caballero, J.A.⁶ y Calderón, F.J.⁷ 

¹Doctora en Ciencias de la Actividad Física y del Deporte. Profesora Ayudante Doctor. Facultad de Ciencias de la Actividad Física y del Deporte (INEF). Universidad Politécnica de Madrid, España (anabelen.peinado@upm.es).

²Doctor en Ciencias de la Actividad Física y del Deporte. Profesor Titular de Universidad. Facultad de Ciencias de la Actividad Física y del Deporte (INEF). Universidad Politécnica de Madrid, España (pedroj.benito@upm.es).

³Doctora en Ciencias de la Actividad Física y del Deporte. Facultad de Ciencias de la Actividad Física y del Deporte (INEF). Universidad Politécnica de Madrid, España (ilcabs@yahoo.es).

⁴Doctor en Medicina. Centre for Sports and Exercise Medicine, Queen Mary University of London, Barts and The London School of Medicine and Dentistry, Mile End Hospital. London, England (n.maffulli@qmul.ac.uk).

⁵ Doctora en Medicina. Profesora de la Universidad de Las Palmas de Gran Canaria, España (ebrito@def.ulpgc.es).

⁶ Doctor en Medicina y Cirugía. Profesor Titular de Universidad. Universidad de Las Palmas de Gran Canaria, España (jruiz@def.ulpgc.es).

⁷ Doctor en Medicina y Cirugía. Profesor Titular de Universidad. Facultad de Ciencias de la Actividad Física y del Deporte (INEF). Universidad Politécnica de Madrid, España (franciscojavier.calderon@upm.es). 

Código UNESCO / UNESCO Code: 2411 Fisiología Humana / Human Physiology

Clasificación Consejo de Europa / Council of Europe Classification: 6. Fisiología del ejercicio / Exercise Physiology 

Recibido 19 de septiembre de 2011 Received September 19, 2011

Aceptado 7 de enero de 2012 Accepted January 7, 2012

 Peinado, A.B.; Benito, P.J.; Lorenzo, I.; Maffulli, N.; Brito-Ojeda, E.; Ruiz-Caballero, J.A. y Calderón, F.J. (2014). Cálculo del área entre umbrales ventilatorios: un método para examinar la transición aeróbica-anaeróbica / Calculation of the interventilatory threshold area: a method for examining the aerobic-anaerobic transition. Revista Internacional de Medicina y Ciencias de la Actividad Física y el Deporte vol. 14 (53) pp. 105-117.  

RESUMEN 

El objetivo fue determinar la relación entre el área interumbrales (ITA) [la zona comprendida entre el primer y el segundo umbral ventilatorio (VT₁ y VT₂) en la función VO₂/V_E, Carga/VO₂ y Carga/V_E] y las variables ergoespirométricas. Treinta y tres hombres realizaron un test incremental. El ITA se calculó: 1) como la integral definida por el área entre VT₁ y VT₂ bajo las curvas de VO₂/V_E, Carga/VO₂ y Carga/V_E y 2) como la suma de las áreas descritas por el triángulo y rectángulo entre los mismos puntos. El ITA para la función Carga/V_E se correlacionó positivamente (p<0,01) con la carga en VT₂ (r = 0,831) y la ventilación en VT₂ (r = 0,799). El ITA para la función VO₂/V_E fue significativamente mayor en los ciclistas que en los estudiantes. La determinación del ITA es un método simple para evaluar la transición aeróbica-anaeróbica durante las pruebas de esfuerzo incremental. 

PALABRAS CLAVES: Umbral anaeróbico, transición aeróbica-anaeróbica, umbral ventilatorio, consumo de oxígeno. 

ABSTRACT 

The aim was to determine the relationship between the interthreshold area (ITA) [the area between the first and second ventilatory threshold (VT₁ and VT₂) for the function VO₂/V_E, load/VO₂ and load/V_E] and the traditional variables measured. Thirty-three men underwent an incremental test. The ITA was calculated: 1) as the integral defined by the area between VT₁ and VT₂ under the curves for the functions VO₂/V_E, load/VO₂ and load/V_E and 2) as the simple sum of the areas described by the triangle and rectangle between the same points. The mean ITA for the function load/V_E was positively correlated (p<0.01) with load at VT₂ (r=0.831) and ventilation at VT₂ (r=0.799). The mean ITA for the function VO₂/V_E was significantly greater in the cyclists than in the students. The ITA for the function load/V_E differed between March and July as training progressed. The determination of the ITA is a simple method of assessing the aerobic-anaerobic transition process during incremental exercise tests.  

KEYWORDS: Anaerobic threshold, aerobic-anaerobic transition, ventilatory threshold, oxygen uptake.  

INTRODUCCIÓN 

Numerosas definiciones e interpretaciones se han dado a la transición aeróbica-anaeróbica, definiéndose como el paso del metabolismo aeróbico al anaeróbico. Esta ha sido muy utilizada para la prescripción del entrenamiento y el análisis del rendimiento en deportes de resistencia (1-10). Las razones de la diversidad de términos se deben, en gran medida, a los diferentes métodos de determinación propuestos a lo largo del tiempo. Siguiendo a Skinner y McLellan (11), la fase de ejercicio hasta el primer umbral ventilatorio es principalmente aeróbica. La fase entre los dos umbrales ventilatorios correspondería a la transición aeróbica-anaeróbica. Por último, el ejercicio realizado a una intensidad superior al segundo umbral ventilatorio es principalmente anaeróbico. Identificar los umbrales ventilatorios no es técnicamente fácil, así como la relación entre ambos y los mecanismos de producción de energía, debido a las diferentes metodologías empleadas. Las bases fisiológicas de los diferentes procedimientos usados para calcular estos umbrales han sido objeto de debate (1, 2, 4) y algunos estudios han mostrado una disociación entre los umbrales ventilatorios y de lactato, y han cuestionado la relación entre estos dos métodos de estudio de la transición aeróbica-anaeróbica (12). En este estudio los umbrales serán identificados siguiendo los criterios ventilatorios. El primer umbral se denomina umbral ventilatorio 1 (VT₁) y el segundo umbral ventilatorio 2 (VT₂). 

Diversos estudios han aportado datos descriptivos de los umbrales ventilatorios en diferentes grupos de deportistas (13-19). Sin embargo, no hemos encontrado estudios que hagan referencia a la relación existente entre ambos umbrales. Por otra parte, diferentes trabajos han analizado el comportamiento de la transición aeróbica-anaeróbica a lo largo del proceso de entrenamiento durante una temporada (14, 18, 19) o a través de diversas temporadas (8, 20, 21). Los resultados han sido contradictorios en relación a las variaciones que experimentan los umbrales con el entrenamiento. 

Se asume que los umbrales ventilatorios coinciden o son causados por el aumento de la concentración de lactato en sangre (10, 22-24). Una relación ideal de los umbrales ventilatorios sería que se produjeran lo más próximos al consumo de oxígeno máximo (VO_2max), de manera que el organismo estuviera el mayor tiempo posible en condiciones de utilizar adecuadamente el oxígeno y con una menor concentración de lactato en plasma. La acidosis metabólica es más pronunciada una vez se ha sobrepasado VT₂, situación en la que una hiperventilación compensadora del estado de acidosis permite mantener más tiempo un ejercicio en condiciones de incremento de lactato en sangre. 

Suponiendo que a partir de VT₁ a VT₂ se produce una hiperpnea isocápnica, y VT₂ coincide y es causado por la acumulación exponencial de lactato en sangre, sería importante establecer una única variable para estudiar la relación entre los dos umbrales ventilatorios. Por tanto, proponemos que la transición aeróbica-anaeróbica puede ser examinada con una única variable: el área interumbrales  (ITA) entre VT₁ y VT₂ con respecto a las funciones consumo de oxígeno/ventilación (VO₂/V_E), carga/consumo de oxígeno (Carga/VO₂) y carga/ventilación (Carga/V_E). Como objetivos secundarios nos plateamos estudiar las posibles diferencias en el valor  del área interumbrales entre deportistas de élite y aficionados. Nuestra hipótesis es que a mejor  resistencia mayor es el área interumbrales. Por último, pretendemos comprobar que el área puede cambiar con el estado de entrenamiento. El objetivo del presente estudio fue determinar la relación entre el ITA y las variables ergoespirométricas medidas. Como objetivos secundarios se plantean examinar las diferencias en el ITA entre atletas de élite y estudiantes de educación física, junto con los cambios en el ITA durante una temporada deportiva.

MATERIAL Y MÉTODOS 

SUJETOS 

En el estudio participaron 33 varones sanos, 18 eran ciclistas de la categoría Élite-Sub23 (amateur) (20 ± 2 años, 177,5 ± 7,3 cm y 69,7 ± 8,5 kg) y el resto (n=15) eran estudiantes de educación física (21 ± 3 años, 174,4 ± 6,3 cm y 73,2 ± 6,3 kg), que realizaban la actividad física propia de los estudios, pero no se dedicaban al ciclismo. Todos los sujetos fueron informados de la naturaleza del estudio y las características del mismo, dando su consentimiento y compromiso por escrito, de acuerdo con las premisas dictadas en la Declaración de Helsinki para la investigación con seres humanos (25). Todos los procedimientos descritos en el estudio fueron aprobados por el Comité de Ética de la Universidad Politécnica de Madrid. 

PROTOCOLO 

Todos los sujetos realizaron una prueba de esfuerzo incremental en rampa hasta el agotamiento, en un cicloergómetro de freno electromagnético Jaeger ER800 (Erich Jaeger, Alemania), con incrementos de 5 W cada 12 segundos (25 W·min^-1). Durante toda la prueba se analizaron los gases espirados con un equipo Jaeger Oxicon Pro^® (Erich Jaeger, Alemania), obteniéndose todos los parámetros ergoespirométricos respiración a respiración.    La frecuencia cardiaca  (FC) se monitorizó durante las pruebas usando un pulsómetro (Polar Electro Oy, Kempele, Finland) coordinado con el analizador de gases. Se determinaron los umbrales ventilatorios (2, 26) y el VO_2max (27). A ocho de los ciclistas se les realizó un seguimiento anual y se les repitió la prueba máxima en tres momentos diferentes de la temporada (diciembre, marzo y julio). Todas las pruebas fueron realizadas en condiciones atmosféricas similares: 22,85 ± 0,63 °C de temperatura, 62,46 ± 4,37 % de humedad y 703,54 ± 7,41 mmHg de presión atmosférica. Las pruebas fueron consideradas máximas cuando se cumplieron al menos dos de los siguientes criterios: cociente respiratorio (RER) por encima de 1,10, estabilización del VO₂ (variaciones menores de 100 mL·min^-1) y frecuencia cardiaca máxima (FC_max) calculada como 220 – edad (28). El VO_2max fue determinado como la media de los dos valores más altos alcanzados en la máxima carga alcanzada por cada sujeto (29), y VT₁ y VT₂ fueron determinados en el punto de mayor acuerdo entre los diferentes criterios ventilatorios. VT₁ fue calculado 1) según el método de V-Slope (30), 2) como el primer incremento exponencial en la V_E y como el primer incremento en la relación V_E/VO₂ sin que incremente V_E/VCO₂ (producción de dióxido de carbono) (31). VT₂ se determinó como el segundo incremento exponencial de la V_E con respecto a la carga, y como la intensidad a la que incrementan tanto V_E/VO₂ como V_E/VCO₂ (31). 

CÁLCULO DEL ÁREA INTERUMBRALES (ITA) 

Para estudiar la relación entre los umbrales ventilatorios se determinó el área comprendida entre ambos en las funciones VO₂/V_E (L²·min²), Carga/VO₂ (W·L·min²) y Carga/V_E (W·L·min²). Para cada uno de los sujetos el área se determinó mediante dos procedimientos: 

1)           Integral definida entre VT₁ y VT₂ para las funciones VO₂/V_E, Carga/VO₂ y Carga/V_E. El cálculo se realizó con el programa matemático Matlab versión 7.8.0.

2)        Suma de las áreas del  triángulo y rectángulo descritos bajo la curva entre VT₁ y VT₂ en cualquiera de las funciones estudiadas (figura 1). Así, por ejemplo, la expresión matemática para el cálculo del área en la función VO₂/V_E sería la siguiente: 

Área del triángulo para la relación VO₂/V_E

 (Ecuación 1)

 

 

+

 

Área del rectángulo para la relación VO₂/V_E (Ecuación 2)

 

 

 

            El área total se calculó sumando las anteriores áreas (triángulo y rectángulo). Los mismos cálculos se realizaron para las relaciones Carga/V_E y Carga/VO₂. 

            Los resultados obtenidos por ambos procedimientos se compararon utilizando una prueba t-Student para muestras relacionadas y calculando el coeficiente de correlación de Pearson. No se obtuvieron diferencias significativas y las correlaciones fueron significativamente superiores a 0,9. Por ello, el resto de análisis estadísticos se realizaron con los datos obtenidos por el segundo procedimiento.

 

 Figura. 1 Procedimiento para calcular el ITA (suma de las áreas del triángulo y rectángulo entre VT₁ y VT₂) en este caso para la función VO₂/V_E. Ciclistas (líneas continuas) vs. estudiantes (líneas discontinuas) 

ANÁLISIS ESTADÍSTICO 

Tras comprobar la normalidad de las distribuciones se calcularon los coeficientes de correlación de Pearson, con el objetivo de estudiar las relaciones existentes entre las áreas calculadas y las diferentes variables ergoespirométricas. Para comprobar la existencia de diferencias entre los ciclistas y los estudiantes participantes en el estudio se utilizó una prueba t-Student para muestras no relacionadas. Por último, se realizó un ANOVA de un factor (momento de la temporada) para estudiar la evolución del ITA a lo largo de una temporada. Cuando alguna variable manifestó diferencias, se utilizó un análisis post hoc de Scheffé. Para el análisis estadístico de los datos se utilizó el paquete estadístico SPSS versión 13.0 para Windows ® (SPSS Worldwide Headquarters, Chicago, IL). El nivel de significación estadística se estableció en a < 0,05. 

RESULTADOS 

En la tabla 1 se muestran los coeficientes de correlación obtenidos entre las variables estudiadas y el ITA calculado en las diferentes funciones (VO₂/V_E, Carga/VO₂ y Carga/V_E), tomando a todos los sujetos en conjunto (n=33). El VO₂max obtuvo correlaciones significativas y superiores a 0,6 con el ITA en cualquiera de las funciones, siendo la correlación obtenida con el ITA de la función VO₂/V_E la más elevada (r=0,716; p<0,01). Mientras que no se obtuvieron relaciones significativas entre las variables correspondientes VT₁ y el ITA en cualquiera de las funciones. Sin embargo, variables como la Carga_VT2, el VO_{2_VT2}, el VCO_{2_VT2} y la V_{E_VT2} sí mostraron elevadas relaciones significativas con el ITA para todas las funciones (p<0,01).

 

Al comparar el grupo de ciclistas con el de estudiantes obtuvimos diferencias significativas en la mayoría de las variables estudiadas (tabla 2). El ITA para las funciones VO₂/V_E, Carga/VO₂ y Carga/V_E fue significativamente mayor en el grupo de ciclistas (120 ± 34 versus 86 ± 40 L²·min², 434 ± 130 versus 300 ± 120 W·L·min² y 10862 ± 2196 versus 7367 ± 2753 W·L·min², respectivamente). Los umbrales ventilatorios, expresados en porcentaje del VO_2max, se encontraron desplazados de forma significativa hacia la derecha en el grupo de ciclistas, es decir, más próximos al VO_2max: 63 ± 7 % para los ciclistas y 48 ± 8 % para el grupo de estudiantes en el caso del VT₁, mientras que el VT₂ se situó al 88 ± 5 % para el grupo de ciclistas y 81 ± 8 % para el grupo de estudiantes.

En la tabla 3 se muestran los resultados obtenidos al comparar las variables estudiadas en tres momentos diferentes (diciembre, marzo y julio) de una temporada de entrenamiento. Mientras que el ITA para la función VO₂/V_E no se modificó significativamente, el ITA para la función Carga/VO₂ disminuyó de forma significativa en marzo y el ITA para la función Carga/V_E aumentó significativamente en marzo, aunque disminuyó significativamente en julio volviendo a los valores de diciembre. Sin embargo, la posición del VT₂ en porcentaje del VO_2max no experimentó una variación significativa a lo largo de la temporada, aunque el VT₁ sí incrementó significativamente en marzo y julio con respecto a diciembre. 

 

DISCUSIÓN 

El principal hallazgo de este trabajo ha sido encontrar una fuerte relación significativa entre el ITA y el VO_2max y VT_2. Además el ITA fue mayor en el grupo de ciclistas y cambió significativamente a lo largo de la temporada en este grupo. Este trabajo propone una forma sencilla de relacionar los dos umbrales ventilatorios durante la transición aeróbica-anaeróbica. Se han encontrado relaciones significativas entre el ITA calculado en las tres funciones (VO₂/V_E, Carga/VO₂ y Carga/V_E), el VO_2max y las variables correspondientes al VT₂. Debido a la fuerte correlación entre el área calculada, a través de la suma del área del triángulo y rectángulo definido entre los dos umbrales, con la integral definida entre los mismos puntos, proponemos este sencillo método para calcular el ITA. Para nuestro conocimiento, ningún trabajo anterior ha expresado la transición aeróbica-anaeróbica a través de una única variable, como lo es el área comprendida entre VT₁ y VT₂. 

            Varios autores han mostrado que los umbrales se modifican con el entrenamiento (19, 32). De esta forma, si las funciones VO₂/V_E, Carga/VO₂ y Carga/V_E son modificadas, el ITA incrementará o disminuirá según las características del entrenamiento. Por ello, es probable que el entrenamiento de resistencia produzca un incremento en el ITA como resultado de un desplazamiento de los umbrales hacia el VO_2max. Una mayor área podría ser el resultado de una mayor capacidad para realizar esfuerzos de resistencia dado que el deportista sería capaz de mantener una situación de amortiguación de la carga ácida durante más tiempo. Diversos trabajos han demostrado una buena correlación entre los umbrales lácticos y ventilatorios (2, 22, 24, 33). A partir de VT₂ la concentración de lactato en plasma experimenta un incremento notable, reflejo del aumento de la producción de este metabolito (10, 34). La relación entre el ITA para la función VO₂/V_E y las variables asociadas con el VT₂  se explicaría por el hecho de que cuanto más elevado se encuentre este umbral mayor será el área. 

            Por otra parte, la posición de los umbrales ventilatorios en los ciclistas estudiados es similar a los resultados encontrados por otros estudios (14, 15, 17, 19, 35). El ITA para las diferentes funciones (VO₂/V_E, Carga/VO₂ y Carga/V_E) es mayor para los ciclistas respecto de los estudiantes. La mayor área en los ciclistas es explicada por el mayor incremento de la ventilación de estos: 63 versus 42 L·min^-1 en el VT₁ y 88 versus 81 L·min^-1 en el VT₂. Este desplazamiento de la ventilación sería el resultado de una mayor eficiencia respiratoria, al desarrollar un mejor patrón respiratorio (36), como consecuencia de su grado de entrenamiento (37,38).  

Este estudio ha demostrado que el área a lo largo de tres momentos de la temporada cambia de forma significativa. Es relevante que el ITA calculado para la función Carga/V_E mostrara diferencias significativas entre los momentos marzo y julio de la temporada, mientras el porcentaje del VT₂ con respecto al VO_2max no cambió. Estas diferencias podrían justificarse por una mayor adaptación periférica que les permite desarrollar mayor carga de trabajo. Es discutida la relación entre la posición de los umbrales y el estado de entrenamiento (14, 16, 35, 39, 40). De acuerdo con otros autores (14, 19) el grado de adaptación del  VT₂ a lo largo de tres temporadas no mostró diferencias significativas entre dos situaciones de elevado estado de entrenamiento (marzo versus junio), pero sí entre la pretemporada (diciembre) y los dos otros momentos. En los estudios realizados durante una temporada la posición del VT₁ (en % del VO_2max) osciló entre el 0,5 % y el 22 % (18, 19). Así, en ciclistas profesionales, el porcentaje de aumento entre diferentes periodos medidos fue inferior al 3 % (14), mientras que en ciclistas de menor nivel  fue inferior al 4 % (19), coincidiendo con nuestros resultados. Por el contrario, Baumgartl encontró diferencias notables a lo largo de 8 temporadas de entrenamiento (20). En este trabajo, dependiendo del momento de medida a lo largo de la temporada las diferencias fueron del 0 al 15,5 % para los atletas de elite y del 1,3 al 30 % para los atletas aficionados. Las diferencias encontradas por estos autores pueden ser explicadas por las dificultades metodológicas para determinar la transición aeróbica-anaeróbica. 

En resumen, la determinación del ITA es un método simple para evaluar la transición aeróbica-anaeróbica, dada la asociación estadísticamente significativa con el VO_2max y las variables asociadas al VT2. El ITA se puede calcular fácilmente mediante la suma del triángulo y rectángulo definido entre VT₁ y VT₂ bajo la curva de las funciones VO₂/V_E, Carga/VO₂ y Carga/V_E. Por lo tanto, los entrenadores podrían utilizar fácilmente este nuevo enfoque. Este estudio es la primera investigación que propone y evalúa esta nueva metodología, por lo tanto, son necesarios más trabajos para confirmar su utilidad real. En el presente trabajo, el ITA fue mayor para los ciclistas, independientemente de la función utilizada. Para estos ciclistas, y con respecto a la función carga/V_E y Carga/VO₂, el ITA cambió significativamente en los diferentes momentos de la temporada deportiva. 

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