Impacto del Entrenamiento Respiratorio de Hiperpnea Isocápnica Voluntaria sobre el Costo Energético asociado a la Respiración inducido por Ejercicio Físico / Impact of Voluntary Isocapnic Hyperpnea training on the cost of breathing

Introducción. Determinar el efecto de ocho semanas de entrenamiento por hiperpnea isocápnica voluntaria (HIV) sobre el costo energético asociado a la respiración (COB) reflejado en los cambios en la oxigenación de los músculos intercostales (∆SmO2-m. intercostales) inducida por ejercicio físico de intensidad incremental. Métodos. Doce participantes físicamente activos fueron entrenados durante ocho semanas de HIV 3 días x semana, 12 minutos, al 60% de ventilación voluntaria máxima (VVM). En la semana previa y posterior al entrenamiento HIV se realizó un test cardiopulmonar (CPET) de intensidad incremental en cicloergómetro, durante esta prueba se registró la ∆SmO2-m. intercostales mediante el dispositivo MOXY®. El efecto de HIV sobre la ∆SmO2-m. intercostales se analizó mediante la prueba two-way mixed ANOVA considerando los factores (fase × tarea). Resultados. ∆SmO2-m.intercostales fue significativamente menor a partir del 30% (­5,0±4,7%; p<0.01) hasta el 100% (­10,6±12,8%; p<0.01) de la tarea luego de ocho semanas de HIV. Además, se reportó un aumento de la presión inspiratoria máxima (PIM)=16,5±11,4 cmH2O (p<0.01); y de la resistencia muscular respiratoria=106,6±149,0 s (p<0.01). El tiempo total de ejercicio aumentó en 106,6±149,0 s (p=0.04), así como la carga total en 10,50± 10,12 vatios (p<0.01). Conclusión. El HIV disminuye el COB inducido por ejercicio incremental asociado a un incremento en la performance física y de los músculos respiratorios. En futuros estudios se sugiere estudiar esta estrategia de entrenamiento analítico de los músculos respiratorios en usuarios con limitación física relacionada al aumento prematuro del COB.

Background. Objetive. To determine the effect of eight weeks of voluntary isocapnic hyperpnea (VIH) training on cost of breathing (COB) as reflected by intercostales muscles deoxygenation (∆SmO2-m. intercostales) induced by incremental-intensity physical exercise. Methods. Twelve physically active participants underwent eight weeks of VIH training, three days a week, for 12 minutes each session, at 60% of maximal voluntary ventilation (MVV). In the week before and after VIH training, a cardiopulmonary test (CPET) of incremental intensity was performed on a cycloergometer. During this test, intercostal ∆SmO2-m.intercostales was recorded using the MOXY® device. The effect of VIH on ∆SmO2-m.intercostales were analyzed using a two-way mixed ANOVA test considering the factors (phase × task). Results. ∆SmO2-m.intercostales significantly decreased from 30% (­5.0±4.7%; p<0.01) to 100% (­10.6±12.8%; p<0.01) of the task after eight weeks of VIH. Additionally, an increase in maximal inspiratory pressure (MIP) of 16.5±11.4 cmH2O (p<0.01) and respiratory muscle endurance of 106.6±149.0 s (p<0.01) was reported. Total exercise time increased by 106.6±149.0 s (p=0.04), as well as total workload by 10.50±10.12 watts (p<0.01). Conclusion. VIH reduces COB induced by incremental exercise and is associated with increased physical and respiratory muscle performance. Future studies should explore this respiratory muscle training strategy for individuals with physical limitations related to a premature increase in COB.

Oxigenación de músculos respiratorios y locomotores durante el test cardiopulmonar en pacientes con circulación de fontan: serie de casos / Patients with fontan: oxygen consumption in respiratory and Locomotor muscles during excersie testing

Resumen: Antecedentes: Los pacientes con circulación de Fontan (PCF) presentan limitación cardíaca durante el esfuerzo máximo lo que repercute en menor capacidad de ejercicio (VO2-peak). La rehabilitación cardiovascular (RC) revierte este desacondicionamiento, al aumentar el gasto cardíaco y diferencia arteriovenosa de oxígeno, aspectos evaluados con monitorización invasiva y gases exhalados. La valoración no invasiva de la saturación muscular de oxígeno (SmO2) es un método de reciente aplicación para evaluar la limitación muscular al ejercicio. En PCF esta limitación puede atribuirse a la mayor acción de músculos respiratorios (cambios ventilatorios) y/o locomotores (carga periférica). Objetivo: Evaluar el trabajo de músculos respiratorios y locomotores durante el ejercicio físico máximo e incremental mediante los cambios en la SmO2. Métodos: A seis PCF (5 hombres; 13.8±2.9 años; 158±9cm; 49.8±13.3 kg) se les valoró el VO2-peak (23.0±4.5mL·kg-1·min-1) mediante ciclo-ergoespirometría sincrónicamente con SmO2 en músculos respiratorios (SmO2-m.Intercostales) y locomotores (SmO2-m.Vastus-Laterallis) mediante espectroscopía cercana al rango infrarrojo durante el test cardiopulmonar. Resultados: SmO2-m.Intercostales disminuyó desde el 60% del VO2-peak (p<0.05), mientras que SmO2-m.Vastus-Laterallis no cambió. La ventilación pulmonar (VE) aumentó progresivamente, siendo significativo a partir del 60% VO2-peak (p<0.05). La mayor desoxigenación de SmO2-m.Intercostales (∆SmO2) se asoció con los máximos cambios en ventilación pulmonar (∆VE) en ejercicio (rho=0.80; p=0.05). Conclusiones: Durante un protocolo de esfuerzo, los pacientes con circulación de Fontan presentan mayor trabajo muscular respiratorio que locomotor. Los cambios en la ventilación pulmonar se asocian a mayor extracción de oxígeno en la musculatura respiratoria, reforzando la necesidad de incorporar el entrenamiento respiratorio en la rehabilitación cardiovascular.

Abstract: Background: During a maximum incremental exercise patients with Fontan circulation (PFC) show cardiac limitation reducing aerobic exercise capacity (VO2-peak). Cardiovascular rehabilitation (CR) reverses this deconditioning by increasing cardiac output and arteriovenous oxygen difference, aspects that can be evaluated by invasive methods and analyzing the exhaled gases. Non-invasive assessment of muscle oxygen saturation (SmO2) is a novel method for recording local oxygen levels. By this technology, it is possible to evaluate the muscle limitation to exercise. In PFC, that limitation could be attributed to higher contractions of respiratory (ventilatory changes) and/ or locomotor muscles (peripheral load). Objective: To evaluate in PFC the changes at SmO2 of respiratory and locomotor muscles during a maximum and incremental exercise protocol (cardiopulmonary test, VO2-peak). Methods: Six PFC (5 men; 13.8±2.9 years; 158±9 cm; 49.8±13.3 kg) were assessed during the VO2peak test (23.0±4.5mL·kg-1·min-1) by cyclo-ergospirometry synchronously with SmO2 at respiratory (SmO2-m.Intercostales) and locomotor (SmO2-m. Vastus-Laterallis) muscles by Near-Infrared Spectroscopy (NIRS). Results: SmO2-m.Intercostales decreased from 60% of VO2-peak (p<0.05), while SmO2-m.Vastus-Laterallis did not change. Minute ventilation (VE) increased progressively, showing changes to rest at 60% of VO2-peak (p<0.05). The higher deoxygenation of SmO2-m.Intercostales (∆SmO2) correlated to maximum changes of lung ventilation (∆VE) (rho=0.80; p=0.05). Conclusions: During an incremental and maximum exercise protocol, patients with Fontan circulation have more work at respiratory than locomotor muscles. Changes in VE are direct associated with greater extraction of oxygen at respiratory muscles, reinforcing the incorporation of respiratory muscle training in cardiovascular rehabilitation.

Evaluación del trabajo respiratorio mediante oxigenación muscular / Assessment of work of breathing using muscle oxygenation

RESUMEN El aumento del trabajo respiratorio (work of breathing, WOB) es uno de los problemas kinesiológicos frecuentes en el quehacer clínico. Un desafío profesional es contar con valores de variables fisiológicas que permitan objetivar el WOB facilitando así su interpretación entre los diferentes profesionales de la salud. El uso de dispositivos portátiles que registran la longitud de onda cercana al rango infrarrojo (680- 820 nm, Near Infrared Spectroscopy (NIRS)) en músculos superficiales permite obtener valores de hemoglobina total unida a oxígeno (tHb) y oxigenación muscular local (SmO2), variables relacionadas al trabajo muscular pues reportan el flujo sanguíneo en la microcirculación y consumo de oxígeno local, respectivamente. Estos dispositivos situados en musculatura intercostal nos informan el WOB asociado a la respiración. Para evaluar esto, se analizó el comportamiento de tHb y SmO2 en m. intercostal en 20 corredores de maratón durante la valoración de consumo de oxígeno máximo (VO2- max), instancia que implica aumento sostenido e incremental de la ventilación pulmonar (��E), y por tanto de la actividad muscular respiratoria. El aumento de V E en 128,4 L·min-1 ( ��E (máximo-reposo)) implicó una disminución en SmO2- m.intercostal del 34% ( SmO2 (reposo-máximo)), sin cambios en tHb (p=0,805). La tuvo una correlación inversa con SmO2-m.intercostal (rho=-0.565; p=0,001). Se concluye que la valoración de SmO2-m.intercostal es una forma novedosa de objetivar el WOB en sujetos sanos. Conocer la aplicabilidad clínica requiere de otros estudios que evalúen esta herramienta en pacientes con disfunciones cardiorrespiratorias, lo que permitiría incorporar su uso en nuestro desarrollo clínico profesional.

The work of breathing (WOB) increased is a commonkinesiological problems at the clinical practice. A professional challenge is to have values of physiological variables that allows to objective the WOB, thus facilitating its interpretation among different health professionals. The use of portable devices that measure by spectroscopy the near-infrared wavelength (680-820 nm) atsuperficial muscles allows to obtain values of total hemoglobin linked to oxygen (tHb) and local muscle oxygenation (SmO2), variables related to muscle work because give information of the blood flow at the microcirculation and local oxygen consumption, respectively. These devices located at the m.intercostal could give information about the WOB associated to breathing. To evaluate this, the tHb and SmO2 of the m.intercostal in 20 marathon runners were analyzed while they doing the maximum oxygen consumption test (VO2-max), an exercise that increase the pulmonary ventilation and the respiratory muscle activity. The increase of V E (128,4 L·min-1((max-rest)) implied a decrease in SmO2- m.intercostal (34% ( SmO2 (max-rest)), without changes in tHb (p=0.805). The showedan negative correlation to SmO2-m.intercostal (rho= -0.565; p=0.001). It is concluded that the assessment of SmO2-m.intercostal is a novel way to measure the WOB in healthy subjects. Their clinical applicability requires more studies that applied this tool in patients with cardiorespiratory dysfunctions, facilitating their incorporation in the professional clinical practice.