Patrón ventilatorio en niños y adultos durante ejercicio progresivo hasta el agotamiento

Abstract

PATRÓN VENTILATORIO EN NIÑOS Y ADULTOS DURANTE EJERCICIO PROGRESIVO HASTA EL AGOTAMIENTO Sabemos que la respuesta ventilatoria en adultos es independiente del protocolo utilizado en ejercicio progresivo hasta el agotamiento en tapiz rodante, sin embargo desconocemos si la respuesta tendría el mismo comportamiento al utilizar diferentes protocolos y ergómetros. Por otra parte, existen pocos estudios acerca de los componentes ventilatorios (driving y timing) en niños durante el ejercicio o en reposo. En particular, no conocemos con exactitud la respuesta ventilatoria durante un ejercicio progresivo hasta el agotamiento en cicloergómetro en niños por lo que desconocemos si esta respuesta ventilatoria es similar a los adultos. Por último, desconocemos el efecto de la edad sobre este tipo de respuestas. Por lo que este estudio se planteo analizar y describir la respuesta ventilatoria de los componentes del ciclo respiratorio (driving y timing) utilizando dos protocolos distintos de ejercicio progresivo hasta el agotamiento en cicloergómetro o ciclosimulador y evaluar esta respuesta usando un nomograma que nos proporcione información para analizar los patrones ventilatorios de manera práctica y eficaz en términos de VT y BF, tanto para niños prepúberes como para adultos. Además examinar las diferencias o similitudes que se puedan encontrar en la respuesta de los componentes de los patrones ventilatorios entre la muestra infantil y la muestra de adultos, así como comparar la respuesta ventilatoria de los niños entre los diferentes grupos de edad. Hemos estudiado retrospectivamente un total de 106 sujetos de sexo masculino, 32 adultos con edades comprendidas entre los 20 y los 60 años y 74 niños con edades comprendidas entre los 7 y los 11 años, quienes habían realizado un protocolo escalonado de ejercicio progresivo hasta el agotamiento en cicloergómetro. La muestra de los niños fue examinada a partir de los datos procedentes de un estudio previo realizado en el Centro Andaluz de Medicina del Deporte de Sevilla CAMD. En el caso de los adultos, fueron analizados a partir de los datos procedentes de revisiones médico-deportivas realizadas en el CAMD, quienes habían realizado uno de dos protocolos escalonados de ejercicio progresivo hasta el agotamiento en cicloergómetro o ciclosimulador. Los sujetos adultos por un lado eran deportistas bien entrenados practicantes de ciclismo y triatlón, por el otro lado eran deportistas aficionados practicantes de ciclismo. Los niños pertenecían a diferentes centros educativos, clubes y escuelas deportivas (fútbol, atletismo y patinaje) de la provincia de Sevilla. En concreto procedían del Colegio Público Purísima Concepción y de la Escuela Deportiva de Fútbol del municipio de La Algaba (Sevilla) y del Colegio Concertado Nuestra Señora del Rosario, del Club de Atletismo San Pablo y de la Escuela de Patinaje “El Paraguas”, situados en Sevilla capital. Los resultados del presente estudio sugieren que todo aumento de la ventilación durante un ejercicio progresivo se debe a un aumento de la señal central, lo que se manifiesta en un incremento del componente ventilatorio VT/Ti, por lo que el Ti/Ttot se mantuvo constante, este comportamiento de los componentes ventilatorios se observa tanto en la muestra de la población infantil como en la muestra de los adultos, durante todas las pruebas de esfuerzo. Las relaciones observadas entre VE y VT/Ti y entre VT y BF son las mismas con independencia del protocolo utilizado y de la edad de los sujetos. La respuesta ventilatoria es también la misma con independencia del ergómetro utilizado. La ecuación que refleja la relación entre VE y VT/Ti es prácticamente la misma para niños y adultos, y es muy similar a la obtenida por otros autores en tapiz rodante. La respuesta de los componentes de la ventilación driving y timing en los niños durante el esfuerzo progresivo se caracteriza por un incremento del VT/Ti con una relación Ti/Ttot que se mantiene constante. Aunque los valores absolutos de los diferentes parámetros ventilatorios muestran diferencias significativas entre niños y adultos, la estrategia de cambio ante el incremento de ventilación es la misma en ambos. Al comparar la respuesta ventilatoria de los niños entre los diferentes grupos de edad, solo se empezaron a encontrar algunas diferencias en los grupos de mayor edad (10 y 11 años). La estrategia seguida por VT y BF para obtener aumentos en la ventilación sigue una relación exponencial y permite construir un nomograma para su interpretación, tanto en los grupos de los niños como en los grupos de los adultos. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS. 1. Cerretelli P, Grassi B, Xi L, Schena F, Marconi C, Meyer M, et al. The role of pulmonary CO2 flow in the control of the phase I ventilator response to exercise in humans. Eur J Appl Physiol. 1995;71:287-94. 2. Askanazi J, Milic-Emili J, Broell J, Hyman A, Kinney J. Influence of exercise and CO2 on breathing pattern of normal man. J Appl Physiol. 1979;47(1):192-6. 3. López CJ, Lucía MA. La ventilación pulmonar durante el ejercicio. Fisiología del ejercicio. 3a ed. Madrid: Editorial Médica Panamericana; 2006. 357-369. 4. Skinner J, McLellan T. The transition from aerobic to anaerobic metabolism. Research Quarterly for Exercise and Sport. 1980; 51:234-248. 5. Hey EN, Lloyd BB, Cunningham DJ, Jukes MG, Bolton DP. Effects of various respiratory stimuli on the depth and frequency of breathing in man. Respir Physiol. 1966;1(2):193-205. 6. Clark FJ, Euler C. On the regulation of depth and rate of breathing. J Physiol. 1972; 222: 267-295. 7. Milic-Emili G, Cajani F. Frequency of breathing as a function of respiratory ventilation during rest. Boll Della Soc Ital Biol Sper. 1957;33(6):821-5. 8. Otis AB, Fenn WO, Rahn H. Mechanics of breathing in man. J Appl Physiol. 1950; 2:592-607. 9. Mead J. Control of respiratory frequency. J Appl Physiol. 1960;15: 325-336. 10. Gardner WN. The relation between tidal volume and inspiratory and expiratory times during steady-state carbon dioxide inhalation in man. J Physiol. 1977; 272: 591-611. 11. Bechbache RR, Chow HHK, Duffin J, Orsini EC. The effects of hypercapnia, hypoxia, exercise and anxiety on the pattern of breathing in man. J Physiol. 1979; 293: 285-300. 12. Grunstein MM, Younes M, Milic-Emili J. Control of tidal volume and respiratory frequency in anesthetized cats. J Appl Physiol. 1973; 35: 463-476. 13. Lind FG. Respiratory drive and breathing pattern during exercise in Man. Acta Physiol Scand Suppl. 1984; 533:1-47. 14. Ramonatxo M, Prioux J, Prefaut C. Differences in mouth occlusion pressure and breathing pattern between arm and leg incremental exercise. Accta Physiol Scand. 1996; 158:333-341. 15. Freedman S. Sustained maximun voluntary ventilation. Respi Physiol. 1967; 32:167-176. 16. Jonhnson DB, Weisman MI, Zeballos RJ, Beck CB. Emerging concepts in the evaluation. CHEST. 1999;116:488-503. 17. Levine S. Tidal Flow-Volume Analysis of Ventilation During Exercise: A Useful Approach for Diagnosing the Mechanism of Ventilatory Limitation to Exercise During Cardiopulmonary Exercise Testing. Chest 1999;116:277-278. 18. Babb TG. Exercise Ventilatory Limitation: The Role of Expiratory Flow Limitation. Exerc Sport Sci Rev. 2013; 41(1):11-8. 19. Milic-Emili J, Grunstein MM. Drive and timing components of ventilation. Chest. 1976; 70:131-133. 20. Milic-Emili J. Recent advances in clinical assesment of control of breathing. Lung. 1982; 1-17. 21. Milic-Emili J, Whitelaw WA, Grassino AE. Measurement and testing of respiratory drive. En: Hornbein TF, editors. Regulation of Breathing Part II. New York: Marcel Dekker; 1981. p. 675-743. 22. Askanazi J, Silverberg PA, Foster RJ, Hyman AI, Milic-Emili J, Kinney JM. Effects of respiratory apparatus on breathing pattern. J Appl Physiol. 1980; 48:577-580. 23. Naranjo J, Centeno R, Beaus M. El flujo inspiratorio como factor determinante de la ventilación durante el ejercicio. Archivos de Medicina del Deporte. 2000; 79: 395-400. 24. Euler Cv. The functional organization of the respiratory phaseswitching mechanisms. Fed Proc. 1977; 36: 2375-2380. 25. Euler Cv. Brain-stem mechanisms for generation and control of the breathing pattern. En: Handbook of Physiology: The Respiratory System. Bethesda, MD: In press; 1984. 26. Bradley GW. Control of the breathing pattern. En: Widdicombe JG, editores. International Review of Physiology: Respiratory Phisiology II. Baltimore: University Park Press; 1977. p. 185-217. 27. Wyman RJ. Neural generation of the breathing rhythm. Ann Rev Physiol. 1977; 39:417-448. 28. Gautier H. Control of the pattern of breathing. Clin Sci. 1980; 58: 343-348. 29. Younes MK, Remmers JE. Control of tidal volume and respiratory frequency. En: Hornbein TF editors. Regulation of Breathing Part I. New York: Marcel Dekker; 1981. p 621-671. 30. Benchetrit G. Breathing patter in humans: diversity and individuality. Respiration Physiology. 2000; 122: 123-129 31. Euler Cv. The contribution of sensory inputs to the pattern generation of breathing. Can J Physiol Pharmacol. 1981; 59:700-706. 32. Naranjo J, Centeno R, Galiano D, Beaus M. A nomogram for assessment of breathing patterns during treadmill exercise. Br J Sports Med. 2005; 39: 80-83. 33. Elliot DA, Grace F. An examination mode on ventilatory patterns during incremental exercise. Eur J Appl Physiol. 2010; 110:557-562. 34. Lucía A, Carvajal A, Calderón JF, Alfonso A, Chicharro LJ. Breathing pattern in highly competitive cyclists during incremental exercise. Eur J Appl Physiol. 1999; 79: 512-521. 35. Mekjavic IB, Eiken O, LaPrairie A, Banister EW, The pattern of breathing during hypoxic exercise. Eur Journal of applied physiology and occupational physiology. 1987; 56 (6): 619-622. 36. Scheuermann BW, Owalchuk JM. Breathing patterns during slow and fast ramp exercise in man. Exp Physiol. 1999; 84: 109–20. 37. Macklem PT. Respiratory muscles: the vital pump. Chest. 1980; 78: 753-758. 38. Tobin JM, Mador MJ, Guenther MS, Lodato FR, Sackner AM. Variability of resting respiratory drive and timing in healthy subjects. J Appl Physiol. 65(1):309-317. 39. Folinsbee LJ, Wallace ES, Bedi JF, Horvath SM. Exercise respiratory pattern in elite cyclists and sedentary subjects. Med Sci Sports Exerc. 1983;15:503–9. 40. Buono MJ, Constable SH, Morton AR, Rotkis TC, Stanforth PR, Wilmore JH. The effect of an acute bout of exercise on selected pulmonary funtion measurements. Med Sci Sports Exerc. 1981;13(5):290-293. 41. Hoogeveen AR. The effect of endurance training on the ventilatory response to exercise in elite cyclists. Eur J Appl Physiol. 2000; 82(1-2):45-51. 42. Dempsey JA, Vidruk EH, Mitchell Gs. Pulmonary control systems in exercise: update. Fed Proc. 1985; 44(7):2260-70. 43. Dempsey J, Hanson P, Pegelow D, Claremont A, Rankin J. Limitations to exercise capacity and endurance. Can J Appl Sport Sci. 1982; 7(1):4-13. 44. Bechbache RR, Duffin J. The entrainment of breathing frequency by exercise rhythm. J Physiol. 1977; 272:553-561. 45. Dimopoulou I, Tsintzas OK, Alivizatos PA, Tzelepis GE. Pattern of breathing during progressive exercise in chronic heart failure. Int J Cardiol. 2001; 81(2-3):117-21. 46. Gallagher CG, Brown E, Younes M. Breathing pattern during maximal exercise and during submaximal exercise with hypercapnia. J Appl Physiol. 1987; 63:238-244. 47. McConnell Ak, Davies CT. A comparision of the ventilator responses to exercise of elderly and younger humans. J Gerontol. 1992; 47(4):137-41. 48. Yano T. The differences in CO2 kinetics during incremental exercise among sprinters, middle and long distance runners. Jpn J Physiol. 1987; 37(3):369-78. 49. Blackie SP, Fairbarn MS, McElvaney NG, Wilcox PG, Morrison NJ, Pardy RL. Normal values and ranges for ventilation and breathing pattern at maximal exercise. Chest. 1991; 100:136-142. 50. Cochrane LM, Clark CJ. A comparision of breathing patterns during progressive incremental exercise using bicycle ergometry and treadmill exercise. Eur Respir J. 1990; 2(13):226. 51. Gallagher CG, Brown E, Younes M. Breathing pattern during maximal exercise and during submaximal exercise with hypercapnia. J Appl Physiol. 1987; 63:238-244. 52. Poon CS, Ventilatory control in hypercapnia and exercise: optimization hypothesis. J Appl Physiol. 1987; 62:2447-2459. 53. McMurray RG; Ahlborn SW. Respiratory responses to running and walking at the same metabolic rate. Respira Physiol. 1982; 47(2): 257-65. 54. Prioux J, Ramonatxo M, Prefaut C. Effect of step duration during incremental exercise on breathing pattern and mouth occlusion pressure. Int J Sports Med. 1997; 18: 401–7. 55. Kalsas K, Thorsen E. Breathing patterns during progressive incremental cycle and treadmill exercise are different. Clin Physiol Func Imaging. 2009; 29:335-338. 56. Aitken ML, Franklin JL, Pierson DJ, Schoene RB. Influence of body size and gender on control of ventilation. J Appl Physiol. 1986; 60(6): 1894-1899. 57. Sengler MC, Knöpfli-Lenzin C, Birchler K, Trapletti A, Boutellier U. Breathing pattern and exercise endurance time after exhausting cycling or breathing. Eur J Appl Physiol. 2000; 81:368-374. 58. Deruelle F, Brosbois JM, Mucci P, Bart F, Lensel G, Fabre C. Ventilatory threshold characterizations during incremental rowing and cycling exercises in older subjetcs. Can J Appl Physiol. 2004; 29(5):564-78. 59. Gaultier C, Perret L, Boule M, Buvry A, Girard F. Occlusion pressure and breathing pattern in healthy children. Respir Physiol. 1981; 46:71-80. 60. Cooper DM, Kaplan MR, Baumgarten L, Weiler-Ravell D, Whipp BJ, Wasserman K. Coupling of ventilation and CO2 production during exercise in children. Pediatr Res. 1987; 21:568-572. 61. Andersen KL, Seliger V, Rutenfranz J, Messel S. Physical performance capacity of children in Norway. III. Respiratory responses to graded exercise loadings-population parameters in a rural community. Eur J Appl Physiol Occup Physiol. 1974; 33(4): 265-74. 62. Morse M, Shultz FW, Cassels DE. Relation of age to physiological responses of the older boy (10-17 years) to exercise. J Appl Physiol. 1949; 1(10):683-709. 63. Mercier J, Varray A, Ramonatxo M, Mercier B, Prefaut C. Influence of anthropometric characteristics on changes in maximal exercise ventilation and breathing pattern during growth in boys. Eur J Appl Physiol. 1991; 63:235-241. 64. Boule M, Gaultier C, Girard F. Breathing pattern during exercise in untrained children. Respir Physiol. 1989; 75: 225-234. 65. Ondrak KS, McMurray RG. Exercise-induced breathing patterns of youth are related to age and intensity. Eur J of Appl Physiol. 2006; 98:88-96. 66. McMurray RG, Baggett C, Pennell M, Bangdiwala S, Harrell J. Gender differences in ventilatory responses of youth are related to exercise intensity. Port J Sport Sci. 2003; 3: 101-102. 67. Nagano Y, Baba R, Kuraishi K, Yasuda T, Ikoma M, Nishibata K, Yokota M, Nagashima M. Ventilatory control during exercise in normal children. Pediatr Res. 1998; 43: 704-323. 68. Rowland TW, Cunningham LN. Development of ventilatory responses to exercise in normal white children: A longitudinal study Rowland. Chest. 1997; 111(2): 327-32. 69. Pianosi P, Wolstein R. Carbon dioxide chemosensitivity and exercise ventilation in healthy children and in children with cystic fibrosis. Pediatr Res. 1996; 40(3): 508-13. 70. Lanteri CJ, Sly PD. Changes in respiratory mechanics with age. J Appl Physiol. 1993; 74(1): 369-378. 71. Armstrong N, Kirby JB, McManus MA, Welsman RJ. Prepubescents’ ventilatory responses to exercise with reference to sex and body size. Chest. 1997; 112(6):1554. 72. Rutenfranz J, Andersen KL, Seliger V, Klimmer F, llmarinen J, Reppel M, Kylian H. Exercise ventilation during the growth spurt period: comparison between two European countries. Eur J Pediatr. 1981; 136(2):135-42. 73. Nourry C, Deruelle F, Fabre C, Baquet G, Bart F, Grosbois JM, Berthoin S, Mucci P. Evidence of ventilatory constraints in healthy exercising prepubescent children. Pediatr Pulmonol. 2006; 41(2): 133-40 74. Black LF, Hyatt RE. Maximal respiratory pressures: Normal values and relationship to age and sex. Am Rev Respir Dis. 1969; 696-702. 75. DeGroodt EG, Quanjer PH, Wise ME, Van Zomeren BC. Changing relationships between stature and lung volumes during puberty. Respir Physiol. 1986; 65:139-153. 76. Kobayashi K, Kitamura K, Miura M, Sodeyama H, Murase Y, Miyashita M, et al. Aerobic power as related to body growth and training in Japanesse boys: a longitudinal study. J Appl Physiol. 1978; 44:666-672. 77. Villa JI, Aguilar CMJ, Guisado BJR, Naranjo OJ, Guerrero AL. Ventilación y lactate sanguíneo en niños durante una prueba máxima incremental en cicloergómetro. Nutr Hosp. En prensa. Aceptado el 29 de octubre de 2015. 78. Rowland TW. Response to endurance exercise: ventilation. In: Gilly H, Johnson C, Blakley J, Hooper L (eds) Developmental exercise physiology. Human Kinetic, Champaign. 1996; 141-157. 79. Gratas-Delamarche A, Mercier J, Ramonatxo M, Dassonville J, Prefaut C. Ventilatory response of prepubertal boys and adults to carbon dioxide at rest and during exercise. Eur J Appl Physiol. 1993; 66(1):25-30. 80. Sato Y, Katayama K, Ishida K, Miyamura M. Ventilatory and circulatory responses at the onset of voluntary exercise and passive movement in children. Eur J App Physiol. 2000; 83(6):516-23. 81. Cooke CB, McDonagh MJN, Nevill AM, Davies CTM. Effects of load on oxygen intake in trained boys and men during treadmill running. J Appl Physiol. 1987; 71(4):1237-1244. 82. Astrand PO. Experimental studies of Physical working capacity in relation to sex and age. Copenhagen: Ejnar Munksgaard. 1952. 83. Robinson S. Experimental studies of physical fitness in relation to age. Arbeitsphysiologie. 1938; 10:251-323. 84. Armon Y, Cooper DM, Zanconato S. Maturation of ventilatory responses to 1-minute exercise. Pediatr Res. 1991; 29: 362-368. 85. Guerrero L, Naranjo J, Carranza MD. Influence of gender on ventilatory efficiency exercise in young children. J Sports Sci. 2008; 26(13):1455-7. 86. Neder JA, Dal Corso S, Malaguti C, Reis S, De Fuccio MB, Schmidt H, et al. The pattern and timing of breathing during incremental exercise: a normative study. Eur Respir J. 2003; 21:530-538. 87. Baquet G, Van Praagh E, Berthoin S. Endurance Training and Aerobic Fitness in Young People. Sports Med. 2003; 33(15): 1127-43. 88. Kemper HCG, Van de Kop H. Entrainement de la puissance maximale aérobie chez les enfants prépuberes et púberes. Sci Sports. 1995; 10: 29-38. 89. Van Praagh E, Doré E. Short-Term Muscle Power During Growth and Maturation. Sports Med. 2002; 32(11): 701-728. 90. Gaul CA, Docherty D, Cicchini R. Differences in Anaerobic Performance Between Boys and Men. Int J Sports Med. 1995; 16(7): 451-455. 91. Hebestreit H, Kriemler S, Hughson RL, Bar-Or O. Kinetics of oxygen uptake at the onset of exercise in boys and men. J Appl Physiol. 1998; 85(5): 1833-41. 92. Hebestreit H, Mimura K, Bar-Or O. Recovery of muscle power after high-intensity short-term exercise: comparing boys and men. J Appl Physiol. 1993; 74(6): 2875-2880. 93. Zafeiridis A, Dalamitros A, Dipla K, Manou V, Galanis N, Kellis S. Recovery during high-intensity intermittent anaerobic exercise in boys, teens, and men. Med Sci Sports Exerc. 2005; 37(3): 505-12. 94. Naughton G, Carlson J, Fairweather J. Determining the variability of performance on Wingate anaerobic tests in children aged 6-12 years. Int J Sports Med. 1992; 13(7): 512-7. 95. Dotan R, Falk B, Raz A. Intensity effect of active recovery from glycolytic exercise on decreasing blood lactate concentration in prepubertad children. Med Sci Sports Exerc. 2000; 32(3): 564-70. 96. Baquet G, Guinhouya C, Dupont G, Nourry Berthoin S. Effects of a short-term interval training program on physical fitness in prepubertad children. J Strength Cond Res. 2004; 18(4):708-13. 97. Baquet G, Berthoin S, Dupont G, Blondel N, Fabre C, Van Praagh E. Effects of high intensity intermittent training on peak VO(2) in prepubertad children. Int J Sports Med. 2002; 23(6): 439-44. 98. Hoffman JR, Kang J, Faigenbaum AD, Ratamess NA. Recreational sports participation is associated with enhanced physical fitness in children. Res Sports Med. 2005; 13(2): 149-61. 99. Nourry C, Deruelle F, Guinhouya C, Baquet G, Fabre G, Bart F, et al. High-intensity intermittent running training improves pulmonary function and alters exercise breathing pattern in children. Eur J Appl Physiol. 2005; 94(4): 415-23. 100. Obert P, Mandigout M, Vinet A, Courteix D. Effect of a 13-week aerobic training programme on the maximal power developed during a force-velocity test in prepubertal boys and girls. Int J Sports Med. 2001; 22: 442-446. 101. Rowland TW, Auchinachie JA, Keenan TJ, Green GM. Physiologic responses to treadmill running in adult and prepubertal males. Int J Sports Med. 1987; 8(4): 292-7.