Principios fisiológicos de la prueba de ejercicio cardiopulmonar

by | 9 de Feb, 2023 | 0 comments

De todas las pruebas de ejercicio disponibles en la actualidad, la prueba de ejercicio cardiopulmonar (CPET) representa el estándar de oro que proporciona la medida más precisa y objetiva de la aptitud cardiorrespiratoria. Esto se logra a través de una evaluación integral de los sistemas pulmonar, cardiovascular, hematopoyético, neuropsicológico, muscular esquelético y celular oxidativo involucrados en la respuesta (pato)fisiológica al ejercicio. Por lo tanto, la CPET es ideal para cuantificar la tolerancia al ejercicio y evaluar los mecanismos subyacentes de la disnea de esfuerzo y la limitación del ejercicio en muchas condiciones clínicas. CPET puede verse como una prueba compleja que requiere un conocimiento específico de la fisiología del ejercicio y el intercambio de gases. Los principios fisiológicos necesarios para comprender la CPET suelen ser complejos de enseñar, y las presentaciones integrales pueden considerarse inicialmente demasiado poco prácticas. En esta mini revisión, describimos brevemente los conceptos básicos de la fisiología del ejercicio y los parámetros clave que son vitales para comprender e interpretar la CPET.

Palabras clave: Fisiología; disnea; El intercambio de gases; prueba de ejercicio; Cardiovascular; Respiratorio.

Se ha demostrado que la aptitud cardiorrespiratoria es un predictor independiente de morbilidad y mortalidad y puede considerarse un signo vital [1.. El ejercicio físico requiere la interacción de los sistemas celular, cardiovascular y ventilatorio para apoyar el intercambio de gases entre las células musculares en ejercicio (respiración interna) y el entorno pulmonar (respiración externa). Los defectos en el acoplamiento de la respiración externa con la interna dan como resultado anomalías en el intercambio de gases características de los sistemas de órganos limitantes que se amplifican con el estrés del ejercicio. La prueba de ejercicio cardiopulmonar (CPET) es una prueba de ejercicio progresivo máximo que combina la medición del intercambio de gases con los parámetros de prueba de ejercicio tradicionales (electrocardiograma [ECG]presión arterial y análisis de gases en sangre).

Proporciona datos completos y reproducibles sobre la interacción entre la ventilación, el intercambio de gases y la función cardiovascular y musculoesquelética, permite determinar las desviaciones de lo normal y, por lo general, identifica cuál de las múltiples condiciones fisiopatológicas (cardiocirculatorias, vasculares pulmonares o respiratorias solas o en combinación) es la principal. causa de la intolerancia al ejercicio.

Utilizado inicialmente en deportes y ciencias del ejercicio para determinar los umbrales de condición física aeróbica y anaeróbica en atletas, CPET ahora se usa en muchas indicaciones clínicas. Los más comunes incluyen [1.1.]:

determinar la(s) causa(s) y la gravedad de la disnea de esfuerzo, fatiga, intolerancia al ejercicio, rendimiento reducido del ejercicio o hipoxemia inducida por el ejercicio; evaluar la capacidad máxima de ejercicio y la aptitud cardiorrespiratoria; estimar el pronóstico en varios estados de enfermedad; evaluar los riesgos de complicaciones periquirúrgicas y posquirúrgicas; detección temprana y estratificación de riesgo de enfermedades cardiovasculares, vasculares pulmonares y pulmonares, y trastornos musculoesqueléticos; medir la respuesta al tratamiento farmacológico y no farmacológico; diseñar programas personalizados de entrenamiento físico y rehabilitación cardiopulmonar.

La evidencia actual sugiere que la CPET debe usarse con más frecuencia en la práctica clínica, especialmente porque el tiempo adicional requerido en comparación con las pruebas de esfuerzo menos significativas es bajo en el uso de rutina. [2.6.. Un conocimiento básico de la fisiología del ejercicio y el intercambio de gases es esencial para analizar e interpretar los resultados de la CPET. Sin embargo, los conceptos fisiológicos necesarios para comprender la CPET suelen ser complejos de enseñar.

El objetivo de esta mini revisión es describir brevemente los principios subyacentes de la fisiología del ejercicio, incluidos todos los parámetros clave, que son relevantes para la evaluación de la CPET. Para mayor información se remite al lector a la literatura [2.8, 1.1.].

Fisiología del Ejercicio

CPET tiene como objetivo estresar al máximo los sistemas de transporte y utilización de oxígeno. El transporte de oxígeno a los tejidos corporales metabólicamente activos depende en gran medida del gasto cardíaco, la concentración de hemoglobina (Hb), la saturación de oxígeno de la Hb, el tono vascular arterial y la densidad de la red capilar. La Figura 1.muestra alteraciones características en parámetros fisiológicos clave que ocurren a medida que aumenta la tasa de trabajo del ejercicio.

Metabolismo aeróbico

Los crecientes requerimientos energéticos durante el ejercicio son cubiertos principalmente por la glucólisis aeróbica y la lipólisis hasta que se alcanza el umbral anaeróbico (AT).

A medida que aumenta la tasa de trabajo, aumentan el consumo de oxígeno (V̇ O2. y la producción de dióxido de carbono (V̇ CO2.. El consumo de VO2.por lo general supera el aumento del VO2.de CO2.durante el ejercicio inicial debido al consumo transitorio de dióxido de carbono (CO2. en las reservas corporales. Como resultado, la tasa de intercambio respiratorio (RER: cociente de V̇ CO2.dividido por V̇ O2. disminuye durante los primeros minutos de ejercicio moderado (antes de AT). RER aumenta aún más porque el cociente respiratorio (RQ) del glucógeno sustrato muscular es más alto que en reposo. Cabe señalar que RER (calculado al comparar los gases exhalados con el aire ambiente) estima RQ (calculado a nivel celular) solo durante el reposo y el ejercicio aeróbico ligero a moderado que no resulta en la acumulación de lactato (antes de AT). Con el aumento de la frecuencia de trabajo, se puede observar un aumento lineal en la frecuencia cardíaca (FC), el pulso de oxígeno (V̇ O2.FC) y la ventilación (V̇ E = ventilación por minuto). Fisiológicamente, el V̇ E aumenta hasta que el volumen corriente (VT) se utiliza por completo (≈6.% de la capacidad vital). [VC]), luego el V̇ E aumenta con un aumento en la frecuencia respiratoria (BF).

Figura 1. Principios de la fisiología del ejercicio (modificado de [1.]); Se muestran los cambios característicos en variables clave de ventilación, cardiocirculación, intercambio de gases pulmonares y metabolismo durante el trabajo de ejercicio progresivo; El umbral anaeróbico (AT) documenta la transición al metabolismo mixto aeróbico-anaeróbico, el punto de compensación respiratoria (RCP) documenta la transición al metabolismo anaeróbico predominante. Definición de abreviaturas: EqCO2. equivalente ventilatorio de dióxido de carbono; EqO2. equivalente ventilatorio de oxígeno; FC: frecuencia cardiaca; O2. oxígeno; PETCO2. presión espiratoria final de dióxido de carbono; PETO2. presión espiratoria final de oxígeno; V̇ E: ventilación minuto; V̇ CO2. salida de dióxido de carbono; VO2. consumo de oxígeno.

El ejercicio mejora significativamente la distribución de la ventilación/perfusión (a través del aumento del flujo sanguíneo pulmonar y la respiración profunda (aumento del VT) que da como resultado una mayor área de intercambio de gases. Esta eficiencia mejorada se refleja en una disminución de los equivalentes ventilatorios EqO2.(≈V̇ E/V̇ O2. y EqCO2.(≈V̇ E/V̇ CO2. porque se toma más oxígeno (O2. V̇ O2.↑) y se elimina más dióxido de carbono (CO2. V̇ CO2.) en relación con la ventilación. El punto más bajo (nadir) de los equivalentes ventilatorios es donde los pulmones funcionan con mayor eficacia (p. ej., solo se debe ventilar un pequeño volumen para inhalar un litro de O2.o exhalar un litro de CO2..

Las presiones parciales de O2.(PETO2. y CO2.(PETCO2. medidas al final de la exhalación (espiración final). [ET]) corresponden a las presiones alveolares, PAO2.y PACO2. en un individuo sano. La PETCO2.aumenta ligeramente y alcanza su punto máximo durante el ejercicio temprano, lo que refleja la producción elevada de CO2.en los músculos que se ejercitan, mientras que el aumento de la extracción periférica de O2.(V̇ O2.↑) significa que se exhala menos O2.(PETO2.↓).

Zona de transición aeróbica-anaeróbica

A medida que la tasa de trabajo del ejercicio continúa aumentando, la ventilación aumenta (PAO2. y PACO2.) sin que la sangre absorba más oxígeno (no aumenta más la PaO2.ni el contenido arterial de O2. porque la hemoglobina ya está completamente saturada de oxígeno. Como resultado del metabolismo aeróbico aprovechado al máximo, se genera trifosfato de adenosina (ATP) adicional a través de la glucólisis anaeróbica (ventaja: rápido suministro de energía independiente del oxígeno; desventaja: bajo rendimiento energético: [2.mol of ATP for each 1.mol of glucose]). El producto final ácido de la glucólisis anaeróbica es el lactato. Los iones de hidrógeno resultantes (H+) se amortiguan con bicarbonato de sodio (HCO3.) para mantener un pH neutro: H+ + HCO3. → H2. y CO2. El exceso de producción de CO2.resultante estimula un impulso ventilatorio muy fuerte.

Debido a este aumento de la ventilación inducido por el CO2. se exhala significativamente más CO2.(V̇ CO2.↑), mientras que el aumento en el consumo de oxígeno (V̇ O2.) continúa aumentando solo en paralelo con la tasa de trabajo. En consecuencia, el aumento de V̇ CO2.ahora es significativamente más pronunciado que el V̇ O2.(AT), lo que está asociado con un aumento en RER. Dado que V̇ E y V̇ CO2.aumentan casi proporcionalmente, la relación V̇ E/V̇ CO2.≈ EqCO2.permanece relativamente constante. En consecuencia, PETCO2.(≈ PACO2. también pasa a una meseta (o cae ligeramente). Por el contrario, la relación de V̇ E/V̇ O2.≈ EqO2.aumenta debido al aumento relativamente mayor en V̇ E versus V̇ O2. El O2.alveolar o al final de la espiración (PETO2.[≈PAO2.) también aumenta como resultado de la hiperventilación mediada por CO2. El pulso de O2.elevado tiende a disminuir durante el ejercicio posterior cuando el volumen sistólico no se puede mejorar más pero la FC continúa aumentando linealmente con el aumento del trabajo.

Nota: cualquier fisiopatología que aumente el impulso respiratorio (p. ej., respiración disfuncional, PaCO2., pH↓) puede causar o exacerbar la disnea. En la hiperventilación, la eliminación de CO2.excede la producción de CO2.(lavado de las reservas corporales de CO2., y ocurre lo contrario en la hipoventilación. La determinación de ambos umbrales de intercambio gaseoso (AT y punto de compensación respiratoria [RCP]) – se resume en la Tabla 1.

Tabla 1. Criterios de umbral para el umbral aeróbico y el punto de compensación respiratoria [2. 9, 1.].

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EN

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PCR

Método de pendiente en V*: primer aumento desproporcionado en V̇CO2.vs V̇O2.Punto más bajo de V̇E/V̇O2.directamente antes de que V̇E/V̇O2.aumente continuamente (sin un aumento simultáneo en V̇E/V̇CO2. Punto más bajo de PETO2.directamente antes de que PETO2.aumente continuamente (siempre que PETCO2.permanezca constante ).

Aumento desproporcionado en V̇E vs V̇CO2.Punto más bajo de V̇E/V̇CO2.directamente antes de que V̇E/V̇CO2.aumente continuamente Punto de PETCO2.directamente antes de que PETCO2.disminuya continuamente

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Definición de abreviaturas: AT, umbral anaeróbico; CO2. dióxido de carbono; ET, marea final; FC, frecuencia cardiaca; O2. oxígeno; P, presión; RCP, punto de compensación respiratoria; VE, ventilación minuto; V̇ E/V̇ CO2., equivalente ventilatorio de dióxido de carbono; V̇ E/V̇ O2., equivalente ventilatorio de oxígeno; V̇ CO2., salida de dióxido de carbono; V̇ O2., consumo de oxígeno. *Los detalles completos del método de pendiente en V se pueden encontrar en otro lugar [2. 9, 1., 1.]. Al combinar varios métodos (vista de 3.paneles), se pueden determinar AT y RCP en la mayoría de los casos.

Metabolismo anaeróbico

A medida que la intensidad del ejercicio continúa aumentando, se acumula más y más lactato en los músculos porque se agota la capacidad de la base amortiguadora para los H+ asociados con el lactato. La acidosis láctica metabólica resultante (pH↓) estimula un fuerte impulso ventilatorio central adicional (compensación respiratoria parcial de la acidosis metabólica) más allá de la hiperventilación inducida por CO2. Como resultado del aumento excesivo de la ventilación, se exhala aún más CO2.(V̇ CO2.), mientras que el V̇ O2.continúa aumentando solo en paralelo con el aumento de la tasa de trabajo. Más allá de la RCP, el V̇ E aumenta a un ritmo mayor que el V̇ CO2.(V̇ E/V̇ CO2.), lo que hace que la PETCO2.disminuya (aumento de la eliminación ventilatoria de CO2.. Además, hay un aumento desproporcionado en RER (V̇ CO2.V̇ O2. . El aumento excesivo de la ventilación se asocia con elevaciones de PETO2.y de los dos equivalentes ventilatorios EqO2.y EqCO2. En el rango anaeróbico, el VO 2.continúa disminuyendo en relación con la FC, lo que da como resultado un pulso de O 2.aplanado. Alcanzar el rango anaeróbico señala la terminación inminente del ejercicio.

Nota: aunque no existe un estándar para definir un esfuerzo máximo, el rendimiento máximo puede definirse por el VO2.alcanzado en el esfuerzo máximo (pendiente de lograr una tasa de intercambio respiratorio; por ejemplo, RER ≥ 1.1., lactato > 8 mmol/L)…

[Traducido automáticamente]
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