Capacidad cardiopulmonar en sujetos sanos medida por método directo y prueba de campo

Las pruebas de campo se han utilizado para la predicción del consumo máximo de oxígeno (VO₂máx.) ¹, una de estas pruebas es la caminata de seis minutos (PC6M) que se caracteriza por ser factible de aplicar, tiene un bajo coste económico y sirve para evaluar la aptitud cardiorrespiratoria ². En la PC6M generalmente se mide la distancia recorrida ^{3, 4}, que ha demostrado tener correlación con el VO₂máx. ⁴, por eso se ha utilizado para relacionarla con la capacidad cardiopulmonar en diferentes grupos de pacientes como aquellos con patologías cardíacas ^5-7, pulmonares ^8-10, cerebro-vasculares ¹¹, y en algunas ocasiones también en personas saludables ^12-16.
Pocas investigaciones han evaluado la capacidad cardiopulmonar en estudiantes universitarios utilizando la PC6M, a excepción de un estudio en que se la relacionó con el VO₂máx. ¹³, y otros que elaboraron un modelo predictivo ^17,18. Se debe considerar que los universitarios se ven enfrentados a cambios en sus conductas de vida debido a que asumen responsabilidades de mayor autonomía en sus estilos de vida, a nivel social, cultural y fisiológico ¹⁹, desórdenes alimentarios, cambios en la composición corporal y en la práctica de actividad física.
De hecho, la prevalencia del sedentarismo está cerca del 90% en Latinoamérica, y la práctica de actividad física tres veces por semana ha demostrado tener una duración inferior a 30 minutos en los universitarios ²⁰ y, más aún, si bien la mitad de la población universitaria es físicamente activa, muy probablemente la actividad física disminuye con el paso de los años ²¹. Ante esta situación, creemos que es pertinente evaluar la capacidad cardiopulmonar en la población universitaria a través de métodos que sean accesibles, de corta duración y que requieran un esfuerzo submáximo, y presumimos que algunos indicadores del desempeño en esta prueba, junto a características morfológicas se correlacionan y se pueden extrapolar a valores reales de VO₂máx. de los propios estudiantes. Por lo tanto, nuestro objetivo fue elaborar una ecuación para predecir el VO₂máx. en la prueba de caminata de seis minutos a partir de la medición directa con ergoespirómetro, en estudiantes universitarios de ambos sexos.

Materiales y métodos

Participaron 140 individuos, hombres y mujeres, estudiantes universitarios de diversas carreras o cursos profesionales (sin incluir a estudiantes de educación física) que se reclutaron por medio de inscripción voluntaria en diferentes dependencias de la universidad (bibliotecas, salas de clase). Luego los investigadores tomaron contacto con ellos para entregar los detalles del procedimiento. Se invitó a los estudiantes a no realizar ejercicio físico 48 horas antes, respetar ocho horas de sueño el día previo, no ingerir alcohol y no ingerir alimentos en exceso 2 a 3 horas antes de las mediciones. Los participantes firmaron un consentimiento por escrito que fue aprobado por el Comité de Ética Científico de la Universidad Católica del Maule, Talca, Chile (17/2018).
Las mediciones se realizaron en el Laboratorio de Rendimiento Humano de dicha Universidad, utilizando para ello una sesión única para la recolección de datos de cada participante.
En primera instancia se midió la presión arterial sistólica y diastólica, y la frecuencia cardíaca (FC) de reposo (monitor de presión arterial automático marca OMRON modelo BP760 serie 7, Japón), la saturación de oxígeno (oxímetro de pulso marca Carewell modelo F1, China), el peso corporal y estatura sin calzado y con ropa ligera, con una báscula mecánica con estadímetro (DETECTO modelo 3P7044 de capacidad de 140 kg, EE.UU.). Posteriormente se aplicó la PC6M en que se les solicitó a los participantes recorrer la mayor distancia posible, para ello se habilitó un pasillo de 30 metros de largo ²² demarcado cada metro. Al realizar el test se controló que siempre fuera caminando rápido y en ningún caso corriendo, esto para evitar una fase aérea o una consecución de saltos que caracterizan la carrera. El participante llevó un monitor cardíaco (Polar V800, Finlandia) el cual consistió en una banda torácica ajustable con sensor y un reloj de pulsera con el que se grabó la FC durante los seis minutos de marcha, y en un minuto de recuperación, esta última medición fue en posición de pie y estacionaria. Los datos de FC se traspasaron con el programa Polar®FlowSync hacia la cuenta personal del investigador en el sitio web Polar®Flow de donde se extrajeron los registros para el posterior análisis. Al finalizar la caminata se interrogó a los participantes sobre la precepción subjetiva del esfuerzo ²³ (PSE) y se contabilizó la distancia recorrida.
Después de 15 minutos de descanso se realizó la prueba de ejercicio cardiopulmonar (PEC) de Bruce, donde se le solicitó a cada participante dar su máximo esfuerzo hasta llegar a la fatiga física. Esta prueba tuvo siete etapas, de tres minutos de duración, con inclinación de la cinta rodante y velocidad estable en cada una de ellas, de esta manera la primera etapa tuvo una inclinación de 10° y velocidad de 2.7 km·h-1, le siguieron 12, 14, 16, 18, 20 y 22° con 4.0; 5.4; 6.7; 8.0; 8.8 y 9.6 km·h-1, respectivamente (la conversión a millas por hora es 1.7; 2.5; 3.4; 4.2; 5.0; 5.5 y 6 m·h-1). El ergómetro utilizado fue una cinta rodante motorizada (3.3 kW) con capacidad máxima de 200 kg modelo h/p/cosmos mercury® (Alemania) debidamente calibrada según las instrucciones del fabricante. Para la medición de las variables cardiopulmonares se utilizó un ergoespirómetro modelo MetaLyzer® 3B marca CORTEX (Alemania) que cuenta con máscara facial y correa ajustable, turbina de flujo de aire, línea de gases con sensor de O₂ y CO₂, y monitor de FC integrado con transmisión vía bluetooth. Las variables fueron controladas en tiempo real a cada respiración en el software MetaSoft®Studio compatible con el ergoespirómetro y luego fueron exportadas a planillas Excel 2010 (Microsoft®, EE.UU). Previo a las mediciones se calibró el ergoespirómetro en base a flujos de aire con jeringa de 3 litros CORTEX (Alemania) y los gases de aire ambiente O₂ y CO₂ según instrucciones del fabricante. Cada 30 días se calibró la mezcla de gases (O₂ y CO₂) con botella de gas de 1 litro CORTEX (Alemania) y con el aire ambiente, y los flujos de aire con jeringa. Cada seis meses se calibró la presión barométrica, que estuvo cercana a 1000 mbar. Para determinar el VO₂máx. de los participantes se utilizó como criterio alcanzar un índice de intercambio respiratorio (IR) ≥ 1.1124-27, una FC ≤ 10 latidos·min-1 o un ≤ 5% respecto a la máxima estimada según la edad (220 – edad)²⁸. Al finalizar el test se interrogó a los estudiantes sobre el PSE.
Para determinar posibles diferencias entre ambos sexos en la antropometría básica, signos vitales, rendimiento en la PC6M y PEC, se usó la prueba de normalidad de Kolmogorov-Smirnov, el supuesto de homocedasticidad de Levene y se aplicó la prueba t-Student para muestras independientes o el test de Wilcoxon, según correspondiera. Se utilizó el test ANOVA de un factor para determinar posibles diferencias en el VO₂máx. entre las Facultades a las que pertenecieron los estudiantes, acompañado de la prueba post hoc de Tukey. Se determinó las variables independientes (antropometría básica, sexo, rendimiento en la PC6M) que se correlacionaron de manera significativa con el VO₂máx. para utilizarlas en una regresión multivariada. La bondad de ajuste se evaluó con el coeficiente de determinación R2 para el VO₂máx. y la distancia recorrida en la PC6M, según sexo e IMC, y para la validez del modelo predictivo se comprobó los supuestos distribucionales de normalidad de los residuos con la corrección de Lilliefors, el supuesto de independencia de los residuos con la prueba de Durbin-Watson y el supuesto de homocedasticidad con la prueba de Breuch-Pagan. Finalmente se verificó la concordancia entre la medición directa del VO₂máx. y la predicción con la ecuación en el diagrama de Bland-Altman, incluyendo rangos de confidencialidad de ± 1.96. Se utilizó el programa SPSS® versión 22 (IBM, EE.UU.) en que la significación estadística se asumió con un p-valor < 0.05. Se excluyó a 10 estudiantes del análisis de datos ya que no cumplieron con los criterios para determinar su VO₂máx. (Tabla 1).

Resultados

En la Tabla 1 se presentan algunas variables demográficas, de antropometría básica y signos vitales en reposo.
En la mayoría de ellas hay diferencias entre hombres y mujeres.
Los participantes excluidos fueron 5 hombres y 5 mujeres.
Los participantes tuvieron una edad de 21.4 ± 1.5 y 22 ± 0.8 años (p = 0.6), un IMC de 22.3 ± 1.2 y 23.3 ± 2.1 kg·m-2 (p = 0.34), en la PEC un VO₂peak de 45.8 ± 2.8 y 40.6 ± 3.5 ml·kg·min-1 (p = 0.04), una FC máxima de 178 ± 2 y 180 ± 6 latidos·min-1 (p = 0.24), un porcentaje de FC de 89.5 ± 1 y 91.1 ± 3.1 (p = 0.11), un IR de 1.04 ± 0.03 y 1.06 ± 0.04 (p = 0.4) y tiempo en claudicar el test de 9.7 ± 1.3 y ± 8.8 ± 1.3 minutos (p = 0.34), en hombres y mujeres, respectivamente.

En la Tabla 2 se aprecia el rendimiento en la PC6M y en la recuperación. La demanda cardiovascular fue menor en los hombres, aunque la percepción del esfuerzo no fue distinta a las mujeres, y la distancia recorrida fue más alta en los hombres.
Respecto a la PEC, la captación máxima de oxígeno fue distinta entre hombres y mujeres siendo menor en estas últimas en términos absolutos y relativos. También lo fue el intercambio respiratorio (VCO₂/VO₂) y el porcentaje de FC alcanzado, los que fueron más elevados en los hombres, así como el tiempo empleado para terminar la PEC. Al analizar por Facultad a la que pertenecieron los estudiantes se encontró diferencias en el VO₂máx. (F[6, 123] = 3.945; p = 0.001), en específico entre las Facultades de Ciencias de la Ingeniería, de Ciencias Agrarias y Forestales, y de Ciencias de la Educación (Tabla 3).
Sobre los dos test aplicados, se encontró diferencias entre la FC de recuperación en 20 segundos post-caminata y la FC basal en el test de Bruce, en la muestra, en hombres y en mujeres, en valores absolutos y relativos (p < 0.001) (Tabla 2 y 3). Por tanto, hubo una adecuada recuperación entre ambas pruebas.
El mejor modelo para la predicción del VO₂máx. (ml·kg·min-1) fue: 46.763 + (-4.711 × sexo) + (-0.52 × edad) + (-0.393 × IMC) + (0.064 × distancia) + (-0.156 × FCr 20 segundos).
Donde, el sexo es = 1 para hombres y = 2 para mujeres, la edad en años (con una cifra decimal), el IMC (una cifra decimal), la distancia en metros y la FC de recuperación en latidos·min-1. Todas las variables independientes incluidas en la fórmula se relacionaron de manera significativa con el VO₂máx. (Tabla 4), de manera que la ecuación obtuvo un valor de r = 0.83 (p < 0.001) y un R2 = 0.69 (error de estimación = 4.5 ml·kg·min-1).
La ecuación de predicción presenta validez ya que los supuestos distribucionales se comprobaron, tanto el supuesto de independencia (p = 0.13), de normalidad de los residuos (p = 0.49) como el de homocedasticidad (p = 0.64). Por su parte, el diagrama de Bland-Almant evidenció que no hay diferencias significativas entre el VO₂máx. de la PEC y la predicción obtenida por medio de la ecuación (p = 0.89) y que solo 7 pares del VO₂máx. (5.4%) estuvieron fuera de los límites de concordancia (Fig. 1). La diferencia de medias entre la ecuación y la PEC fue de 0.054 ± 4.47 ml·kg·min-1 (sesgo medio próximo a cero) con intervalo de confianza del 95% (-0.72; 0.83), por tanto, la estimación del VO₂máx. varía entre estos intervalos.

Discusión

El hallazgo más importante de esta investigación es que la FC de recuperación es una variable que predice el VO₂máx. Junto a la distancia, son variables que emanan del nivel de esfuerzo en la PC6M por lo que su comportamiento se vincula con la capacidad cardiopulmonar, por lo tanto, es un acierto metodológico para la evaluación con la PC6M. Otro elemento relacionado es la edad de los participantes, puesto que al ser específica del grupo poblacional evaluado, se asocia a un desarrollo morfofisiológico propio de esta etapa cronológica de la vida, por lo que el modelo predictivo no es generalizable a otros grupos etarios ni otros grupos de la población. Es necesario considerar y consignar que, esta investigación es una de las primeras que incursiona involucrando estudiantes universitarios en Chile respecto a la predicción del VO₂máx. a través de una ecuación. En este sentido, hemos propuesto en una investigación previa ¹⁸, distinta a la actual, un modelo predictivo para estudiantes universitarios en el que el VO₂máx. no fue medido de manera directa, sino que se calculó a través de un test incremental en cicloergómetro, aunque de manera alternativa ha demostrado ser aplicable ⁴, y a partir de esto se elaboró una fórmula de estimación. Por tal motivo, la presente investigación se hace pertinente ya que, como se planteó en la metodología, se realizó una medición directa del VO₂máx. lo que enriquece el modelo predictivo.

Algunas ecuaciones reportadas por otros estudios incorporan diferentes variables en las fórmulas de estimación.
Variables como la edad, el peso corporal, la distancia recorrida en mujeres, además del IMC, la estatura y la FC final en hombres ², adultos sanos. A parte de estas variables, se han incorporado la edad y la FC en reposo para hombres y mujeres adultos saludables ²⁹, en niños saludables se ha calculado el VO₂máx. en base a la distancia y el IMC1 e inclusive para adultos mayores saludables se ha incorporado la distancia ¹⁴, también la edad, el peso corporal, la estatura y la FC ³⁰. En la última década se han generado algunas fórmulas para personas con patologías, en este caso con enfermedad cardíaca, que tuvo como variables independientes el sexo, la distancia, la edad y el IMC ³¹, y en niños con obesidad, en que incorpora el IMC y la distancia recorrida ³². Lo que informa la literatura sobre los modelos de predicción va en una línea dispar con lo propuesto en nuestro estudio. Por un lado, es poco común encontrar investigaciones con estudiantes universitarios, pues generalmente los estudios se enfocan en grupos que tienen otras ocupaciones u oficios, de otro rango etario y de distintas características de salud. Sin embargo, existe concordancia sobre las variables que se incluyen en las ecuaciones como son la edad, las características corporales como el IMC, características de la propia PC6M como la distancia recorrida, y en algunos casos la FC, como variables independientes que explican el VO₂máx.
Aunque la FC se ha informado en pocos estudios como variable de predicción, esta tiene una especial relación con el rendimiento aeróbico, en específico la FC de recuperación tiene una relación inversa con el VO₂máx. ³³. Esta asociación la hemos encontrado dentro de los primeros 30 segundos de recuperación después de concluir la PC6M, este fenómeno coincide con la existencia una fase rápida del descenso en la FC en la cual predomina el sistema autónomo parasimpático ^34-36. En esta primera fase hemos encontrado diferencias en la FC de recuperación en 20 segundos entre los hombres y mujeres universitarios evaluados. Después de esta etapa la FC tiene un comportamiento relativamente estable, o fase lenta, en que aumenta la actividad del nervio vago ³⁵, aunque la FC ha demostrado no tener diferencias significativas entre hombres y mujeres jóvenes aparentemente sanos ³⁷. También en esta segunda etapa hemos corroborado que la relación de la FC con el VO₂máx. se pierde de manera paulatina.
Tal utilidad ha tenido la FC de recuperación dentro de los primeros 30 segundos que ha servido, como única variable independiente, para predecir el VO₂máx. en algunas pruebas de esfuerzo submáximo en banco ergométrico ^{38, 39}. Así, en nuestro estudio la FC de recuperación en 20 segundos explicó en un 19.7% (p < 0.001) la varianza del VO₂máx., la que también la hemos podido incorporar en un modelo predictivo para estudiantes universitarios ¹⁸ y para estudiantes de educación física ¹⁷. Este aspecto metodológico se basa en que la FC de recuperación sirve para evaluar la reactivación parasimpática cardíaca ⁴⁰ y es un medio de fácil utilización y no invasivo para controlar la respuesta del sistema autónomo ⁴¹.
La ventaja que presenta la FC para medir la intensidad en la PC6M es que ésta se realiza después de finalizar la prueba, en la etapa de recuperación, por lo que no se interrumpe el esfuerzo con detenciones innecesarias, ni se pone un foco de atención extra a esa variable, por tanto, es relevante su medición en la fase post-ejercicio, ya que si la FC de recuperación es más rápida en retornar a niveles de reposo, mejor será la capacidad cardiopulmonar ⁴².
Otro aspecto importante es que la FC ha presentado oscilaciones durante el desarrollo de la PC6M, tendiendo a incrementar a medida que pasan los minutos y se acerca el final de la prueba, de manera que los registros parciales y los valores promedio de la FC durante el test no han demostrado tener una mejor correlación con el VO₂máx., la que sí posee la FC de recuperación de 20 segundos en los estudiantes universitarios evaluados. Por el contrario, una investigación ha utilizado la FC al finalizar la PC6M2 para predecir el VO₂máx., e inclusive la FC se ha medido al inicio y al final, ⁴³ pero para predecir la distancia recorrida en la PC6M. Con todo, existe evidencia de la utilidad de la FC en la PC6M para estimar el VO₂ peak ⁴⁴.
Por último, el modelo de predicción en esta investigación fue elaborado con una gran cantidad de sujetos evaluados respecto a otras ecuaciones de estimación, las que han utilizado tamaños muestrales iguales a 81 ³¹, 97 ^{5, 32}, 77 ¹⁴, 75 ², 120 ⁴⁵, aunque recientemente se ha determinado con 349 participantes ¹. Así, algunas investigaciones indican la necesidad de trabajar con grandes muestras para elaborar ecuaciones de predicción ^{30, 46, 47}.
Una posible limitación del presente estudio es haber realizado la PC6M y la PEC en una única sesión, considerando que otras investigaciones incorporan al menos un día de recuperación entre los test, aunque también se ha aplicado la PC6M y un test cardiopulmonar con dos horas de separación en personas con parálisis cerebral ⁴⁸.
Esta metodología se utiliza generalmente en enfermos, y no necesariamente con individuos universitarios jóvenes aparentemente sanos.
Se concluye que la ecuación elaborada predice el VO₂máx. en la PC6M en los estudiantes universitarios hombres y mujeres, a partir de una medición directa en una PEC. Variables independientes como la distancia recorrida y la FC de recuperación están incluidas en el modelo predictivo y derivan del esfuerzo realizado en la PC6M, también otras variables demográficas como el sexo y la edad, y de la adiposidad corporal como el IMC.
Se sugiere aplicar la FC de recuperación como un indicador de la capacidad cardiopulmonar, y utilizar la ecuación propuesta para evaluar esta capacidad en estudiantes universitarios considerando diferencias morfo-fisiológicas y geográfico-ambientales.

Conflicto de intereses: Nada que declarar

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