Respuestas térmicas a la fatiga cardiovascular: medir la respuesta al ejercicio prolongado.

Respuestas térmicas a la fatiga cardiovascular: medir la respuesta al ejercicio prolongado.

05/30/2022 By : Ismael Fernández, Alejandro del Estal y Víctor Escamilla Home

La respuesta de la temperatura de la piel a la generación de fatiga durante el ejercicio, es un indicador del carácter del esfuerzo. Como vimos en el artículo sobre fatiga local, ante un ejercicio de carácter neuromuscular aislado la temperatura de la región aumenta. A continuación, vamos a desarrollar qué ocurre con el ejercicio cardiovascular.

Diferencia entre la fatiga central y local, y sus procesos fisiológicos

Al igual que ocurría con la fatiga muscular (local), la fatiga central implica una respuesta multifactorial relacionada con el ejercicio físico, donde interaccionan mecanismos centrales y periféricos caracterizados por el descenso de la capacidad o habilidad para generar fuerza o potencia muscular que origina modificaciones fisiológicas, mecánicas y psicológicas, y una reducción del rendimiento como estrategia corporal para conservar la integridad y la función celular” (1). 

Las características fundamentales de la fatiga radican en la disminución de la capacidad de esfuerzo o rendimiento y el descenso de la capacidad para generar fuerza muscular máxima (2), como se explica en la figura 1.

fatiga central y local
Figura 1. Procesos fisiológicos de la fatiga, cascada de procesos desde el sistema central al músculo. Extraído de López-Calbet & Dorado-García (2).

Esta respuesta compleja de mecanismos centrales y periféricos, ha sido dividida tradicionalmente en fatiga local o periférica y general o central (2-4):

  • La fatiga central, puede ser entendida como la alteración en la habilidad o capacidad del sistema nervioso central (SNC) para reclutar unidades motoras a una velocidad de descarga superior a la frecuencia de fusión tetánica, donde el descenso en la activación central durante el ejercicio puede ser originado por varios factores a nivel espinal y/o supraespinal (4). Las causas de este tipo de fatiga son de diversa índole, ya que los mecanismos de fatiga son multifactoriales e incluyen aspectos psicológicos, homeostáticos y metabólicos que afectan al sistema músculo-esquelético, cardiovascular, respiratorio y sistema nervioso (3). 
  • La fatiga local o periférica hace referencia a cambios que tienen lugar de forma localizada en los músculos, obstaculizando la ejecución de comandos centrales descendentes (3). 

Por lo tanto, la fatiga central atiende a cambios sobre la función del sistema nervioso, y la fatiga periférica a modificaciones a nivel muscular, siendo interdependientes en la mediación de aferencias periféricas (4).

Mientras que el ejercicio de fuerza requiere un esfuerzo periférico, el ejercicio cardiovascular presenta una combinación de ambos tipos de fatiga central y periférica. Si bien es cierto que algunos tipos de entrenamientos de fuerza, donde se emplean cargas bajas a altas repeticiones (también definidos como resistencia a la fuerza) pueden tener un comportamiento metabólico similar al entrenamiento cardiovascular, demandan una fatiga periférica más acusada, que será el limitante final del ejercicio. 

Los estudios de Garnacho-Castaño y colaboradores (5),  comparan el efecto de dos tipos de entrenamiento con el mismo umbral de lactato: un entrenamiento de media sentadilla al 23% 1RM y un test constante en cicloergómetro a 126,9 W, para analizar las respuestas cardiovasculares y musculares.

A nivel cardiovascular, el test de cicloergómetro es el que aumenta de forma significativa los valores de fatiga cardiovascular (Figura 2). 

fatiga cardiovascular
Figura 2. Variables de fatiga cardiovasculares de dos tipos de esfuerzo. Línea negra test en cicloergómetro, línea gris test de media sentadilla. Extraído de Garnacho-Castaño et al. (5)

Sin embargo, a nivel periférico, la respuesta varía siendo solo el entrenamiento de fuerza el que ve mermada de forma significativa sus capacidades mecánicas para desarrollar potencia en un test de salto, ya que es la fatiga periférica la dependiente de la generación de fatiga (Figura 3).

fatiga mecánica
Figura 3. Variables mecánicas en el salto con contramovimiento después de dos tipos de esfuerzo. HS, corresponde al test de media sentadilla; CYCLE, corresponde al test en cicloergómetro. Extraído de Garnacho-Castaño et al. (5)

El ejercicio cardiovascular como generador de fatiga.

Tanto el ejercicio cardiovascular como el ejercicio de fuerza multiarticular solicitan grandes grupos musculares en una combinación múltiple, por lo que se produce un aumento del flujo sanguíneo significativo.

Como veíamos en apartados anteriores, en el ejercicio de fuerza, el comportamiento mecánico y los factores periféricos juegan un gran papel en la generación de fatiga en el entrenamiento de fuerza. Mientras que en el entrenamiento cardiovascular necesitamos de la interacción de muchos factores para la generación de fatiga. 

Durante muchos años, el modelo que explicaba la aparición de fatiga ante entrenamientos cardiovasculares hablaba de que el corazón no era capaz de proveer de suficiente oxígeno al músculo, al ritmo necesario para mantener la intensidad durante los procesos de contracción. A día de hoy, conocemos que el aumento del flujo sanguíneo es uno de los limitantes en los ejercicios de resistencia cardiovascular. Pero existen más factores, como la capilarización de los músculos, el estado de depleción de energía, la acumulación de metabolitos en la membrana muscular o incluso la motivación. En la figura 4, se resumen los factores.

modelo de fatiga
Figura 4. Modelo complejo de las vías de generación de fatiga sistémica. Extraído de Abbiss et al. (6)

Por tanto, para comprender la fatiga, es necesario saber  cómo todos esos sistemas están afectando al músculo y su contracción. Para ello, analizar el tipo de respuesta y las diferencias en el tipo de patrón térmico nos permite saber cuál ha sido el carácter del esfuerzo y qué vías de generación de fatiga han predominado durante el entrenamiento (más mecánicas o más metabólicas).

La termografía como herramienta para medir la respuesta al ejercicio cardiovascular.

En una reciente revisión de Hillen y colaboradores (7)  se investigó el papel de la termografía en el estudio de la fisiología del ejercicio. Los autores señalaron tres tipos de respuesta térmica al ejercicio, en función del tipo de esfuerzo realizado, que se representan en la figura 5: 

  1. Patrón de fatiga local, descrita en este artículo.
  2. Patrón de fatiga de grandes grupos musculares.
  3. Patrón de fatiga cardiovascular.
fatiga y termografía
Figura 5. Respuestas térmicas a los diferentes tipos de estímulos de entrenamiento. Perforasoma relacionado con el ejercicio cardiovascular. Extraído de Hillen et al. (7)

En este artículo, nos centraremos en el tercer tipo: la respuesta térmica al ejercicio cardiovascular. Como Fernandez-Cuevas describe en su tesis de 2012 (8), el ejercicio aeróbico presenta un respuesta muy característica (un patrón dálmata, o de hot spots como el autor nombra en la tesis). Mientras que otros autores, como Merla et al. (9) la denominan “puntos hipertérmicos en forma de árbol” y son consecuencia del intento del cuerpo por termorregularse a través del sistema circulatorio y los vasos perforantes. En la figura 6 podemos observar un ejemplo real de este patrón.

fatiga thermohuman
fatiga thermohuman
Figura 6. Dos tipos de esfuerzo con un patrón dalmata analizados por el software ThermoHuman característicos de la fatiga cardiovascular. Superior: patrón post 60 minutos de fútbol. Inferior: patrón post 60 minutos de entrenamiento con pesas metabólico. Propiedad de ThermoHuman.

Al igual que ocurre con la sensación de calor percibida por el sistema, con el incremento de la duración del esfuerzo y la aparición de la fatiga, se produce una vasodilatación cutánea con el objetivo de que el flujo sanguíneo caliente se irradie por los vasos perforantes a la superficie de la piel para enfriar el cuerpo por convección (10).

En la literatura científica, se ha destacado al aumento de la temperatura central del cuerpo como uno de los factores limitantes del rendimiento durante el ejercicio aeróbico, siendo una causa principal de fatiga (11). La necesidad de derivar sangre a los vasos perforantes para termorregularse cuando la fatiga se acrecienta, crea una desventaja de flujo sanguíneo en los músculos y el cerebro durante el esfuerzo, lo que parece que da origen a ese patrón dálmata o hot spot, y dando sentido al modelo de termorregulación de la fatiga. 

Como hemos visto, la musculatura pierde vascularización como medida reactiva a la termorregulación. Por ello, durante el ejercicio los grupos musculares principales y sinergistas descienden la temperatura (Figura 7).

fatiga cardiovascular y termografía
Figura 7. Relación de la temperatura durante un test incremental. Las líneas negras marcan la temperatura del antebrazo, las líneas grises marcan la temperatura del muslo. Extraído de Hillen (7)

En contraste con el ejercicio de fuerza, la temperatura de la piel disminuye progresivamente en el ejercicio aeróbico en las regiones ejercitadas, como señala la literatura (7,8). 

En una revisión de la literatura, la mayoría de los estudios encuentran una gran variabilidad entre los sujetos, pero ninguno señala un incremento de la temperatura durante el ejercicio cardiovascular (7). Cabe destacar que Duc y colaboradores (12) señalan que el descenso de la temperatura tiene una correlación positiva alta con el descenso en la eficacia de pedaleo y una correlación negativa moderada con la frecuencia cardiaca (p<0.001), como vemos en la figura 8. 

Aunque, en ninguna investigación se reporten aumentos de la temperatura, todos los articulo señalan que cerca del final o al final de los test o ejercicios cardiovasculares se presenta un un patrón dálmata o en hot spot

fatiga y termografía
Figura 8. Relación de la temperatura con la frecuencia cardiaca en un test con cicloergómetro. Los cuadrados son la frecuencia cardiaca. Los círculos blancos el muslo y los círculos negros son los gemelos.  Extraído de Duc et al. (12) 

La respuesta térmica al ejercicio cardiovascular en las horas sucesivas se traduce en un aumento de la temperatura de las regiones ejercitadas y en las regiones secundarias como compensación de los procesos fisiológicos, como señalan las investigaciones de Fernandez-Cuevas (8), que se resumen en la figura 9.

fatiga
Figura 9. Comportamiento de la temperatura de la piel de los grupos musculares principales, secundarios y de las articulaciones; antes, inmediatamente después, y medidos cada hora hasta las 8 horas. Extraído de Fernandez-Cuevas. (8)

Por último, cabe destacar que articulaciones como tobillo o rodilla, después de la carrera a intensidad moderada y con una duración de 45 minutos, aumentan su temperatura como respuesta posiblemente a su menor capacidad de regularse térmicamente y de la demanda mecánica durante el ejercicio.

Conclusión

La respuesta térmica a la fatiga producida por el ejercicio cardiovascular tiene una tendencia decreciente que es dependiente de la intensidad. Esta respuesta viene inducida en mayor medida por el sistema termorregulador del cuerpo que, a través de la actividad simpática noradrenérgica (con la liberación de la norepinefrina y el neuropéptido Y), produce una vasoconstricción arterial cutánea. 

En consecuencia, hay una redistribución del volumen de sangre a los órganos demandados durante el ejercicio. Todos estos procesos son necesarios para ajustar el estado hemodinámico y cumplir con los requerimientos de oxígeno del cerebro, el corazón y los músculos solicitados durante el ejercicio.

fatiga termográfica al ejercicio cardiovascular

Cabe destacar, que la termografía es más precisa en detectar los cambios vasomotores que la sudoración, ya que estos son la opción más eficiente al tener un menor coste para el cuerpo a la hora de lidiar con el aumento de la temperatura interna. La aparición de los hot spots en forma de árbol (9) apoya esta afirmación.

A medida que avanza el ejercicio, y se empieza a acumular fatiga, la producción de calor en los órganos activos y el equilibrio térmico de la temperatura central se ve alterada. 

Aparece una vía más de actuación del sistema simpático para intentar disipar el calor y es el reflejo neurogénico de vasodilatación (sistema vasodilatador no-adrenérgico), que actúa cuando la temperatura interna y del tejido muscular ejercitado excede de un nivel y por medio de los neurotransmisores colinérgicos provoca una vasodilatación activa de los vasos perforantes de la piel, que acaba produciendo el patrón dálmata o en hot spot (Hillen 2019)

Como hemos visto, el sistema nervioso juega un papel importante en el control de la temperatura de la piel. Y puede ser uno de los factores que afecte a la gran variabilidad de respuestas al ejercicio. En próximas entradas profundizaremos sobre el papel del sistema nervioso en la temperatura corporal y el ejercicio.


REFERENCIAS

(1) Gallart, A. G., Martínez, D. A. E., & Soriano, D. P. P. P. (2018). Effects of peripheral and central fatigue on the biomechanical response of running and dynamic postural stability (Doctoral dissertation, Universidad Católica San Antonio de Murcia

(2) López Calbet, J., & Dorado Garcia, C. (2006). Fatiga, dolor muscular tardío y sobreentrenamiento. López Chicharro, J. y Fernández Vaquero, A. Fisiologia del ejercicio. Editorial Médica Panamericana

(3) Stirling, L. M., Von Tscharner, V., Fletcher, J. R., & Nigg, B. M. (2012). Quantification of the manifestations of fatigue during treadmill running. European Journal of Sport Science12(5), 418-424.

(4) Millet, G. Y. (2011). Can neuromuscular fatigue explain running strategies and performance in ultra-marathons?. Sports medicine41(6), 489-506.

(5) Garnacho-Castaño, M. V., Dominguez, R., & Maté-Muñoz, J. L. (2015). Understanding the meaning of lactate threshold in resistance exercises. International Journal of Sports Medicine36(05), 371-377.

(6) Abbiss, C. R., & Laursen, P. B. (2005). Models to explain fatigue during prolonged endurance cycling. Sports medicine35(10), 865-898.

(7) Hillen, B., Pfirrmann, D., Nägele, M., & Simon, P. (2020). Infrared thermography in exercise physiology: the dawning of exercise radiomics. Sports Medicine50(2), 263-282.

(8) Fernández Cuevas, I. (2012). Effect of endurance, speed and strength training on skin temperature measured by infrared thermography= Efecto del entrenamiento de resistencia, velocidad y fuerza en la temperatura de la piel a través de la termografía infrarroja (Doctoral dissertation, Ciencias).

(9) Merla, A., Mattei, P. A., Di Donato, L., & Romani, G. L. (2010). Thermal imaging of cutaneous temperature modifications in runners during graded exercise. Annals of biomedical engineering38(1), 158-163.

(10) Charkoudian, N., & Wallin, B. G. (2011). Sympathetic neural activity to the cardiovascular system: integrator of systemic physiology and interindividual characteristics. Comprehensive Physiology4(2), 827-850.

(11) González-Alonso, J., & Calbet, J. A. (2003). Reductions in systemic and skeletal muscle blood flow and oxygen delivery limit maximal aerobic capacity in humans. Circulation107(6), 824-830.

(12) Duc, S., Arfaoui, A., Polidori, G., & Bertucci, W. (2015). Efficiency and thermography in cycling during a graded exercise test. Journal of Exercise, Sports & Orthopedics2(3), 1-8.

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