Efectos del entrenamiento de los músculos respiratorios en ciclistas profesionales: patron ventilatorio y variabilidad cardiaca
- Autores: Moises Arturo Cabrera Hernández
- Directores de la Tesis: María José Martínez Patiño (dir. tes.)
- Lectura: En la Universidade de Vigo ( España ) en 2025
- Idioma: español
- Tribunal Calificador de la Tesis: Antonio Fernández Martinez (presid.), Iago Portela Pino (secret.), Ariadna Hernaiz Sánchez (voc.)
- Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Educación, Deporte y Salud por la Universidad de Vigo
- Materias:
- Enlaces
- Tesis en acceso abierto en: Investigo
- Resumen
El presente trabajo evalúa el comportamiento cardiorrespiratorio de ciclistas de ruta durante pruebas de ejercicio incremental, así como el análisis de los efectos del entrenamiento muscular inspiratorio (EMI) sobre las respuestas fisiológicas, a través de un proceso metodológico que combina el análisis en los dominios temporal y espectral. Una herramienta reconocida para la evaluación del comportamiento de las variables cardiorrespiratorias en deportistas de resistencia es la prueba de ejercicio incremental, permitiendo identificar la dinámica fisiológica en función de la intensidad del esfuerzo y los umbrales fisiológicos que definen las transiciones metabólicas. En este estudio, se consideró el modelo trifásico de intensidad para el análisis de la transición metabólica a través del comportamiento de variables respiratorias, cardiovasculares y metabólicas relacionadas con el rendimiento físico y deportivo.
Para la obtención de los datos, se llevó a cabo un protocolo estandarizado de esfuerzo incremental sobre cicloergómetro, con registro respiración a respiración mediante un sistema de ergoespirometría portátil (Cosmed K5®), lo que permitió registrar parámetros en el dominio temporal, como el consumo de oxígeno (VO), la producción de dióxido de carbono (VCO), la frecuencia respiratoria (FR), el volumen corriente (VT), la ventilación minuto (VE), los índices de eficiencia ventilatoria (VE/VO, VE/VCO, VD/VT), las presiones parciales de gases alveolares (PETO, PETCO), y variables de cronometría respiratoria como los tiempos inspiratorios y espiratorios (Ti, Te, Ttot, Ti/Ttot). Cada una de las variables fisiológicas del domino temporal se obtuvieron en un registro continuo de respiración a respiración, lo que permitió un análisis espectral de las señales fisiológicas a través de la transformada rápida de Fourier (FFT), posibilitando una interpretación dinámica del acoplamiento cardiorrespiratorio en distintas fases del esfuerzo.
El desarrollo de investigación se estructuró con el abordaje de tres experimentos complementarios. El primero experimento, con un diseño transversal, describe el comportamiento fisiológico temporal y espectrales de un grupo de ciclistas de ruta en función de las tres zonas de intensidad Z1, Z2 y Z3 las cuales fueron definidas porlos criterios de umbrales ventilatorios VT1 y VT2. El segundo, de carácter analítico, exploró el acople cardiorrespiratorio entre las señales ventilatorias y la frecuencia cardíaca, también en función del modelo trifásico de intensidad. El tercero experimento, que fue de tipo cuasiexperimental, evaluó los efectos de un protocolo de EMI con resistencia de flujo variables, el cual fue aplicado durante 12 semanas, comparado con un grupo control, con el fin de identificar cambios inducidos tanto en variables fisiológicas (temporales y espectrales) como su asociación con en el rendimiento físico durante la prueba incremental.
Los sujetos del estudio fueron hombres ciclistas entrenados, en su mayoría pertenecientes a la categoría sub-23 de clubes profesionales, con valores de potencia máxima de 270±28W y VO max promedio de 67.4±5.2mL/kg/min, valores que se encuentran por debajo de los reportados en ciclistas de nivel continental o World-Tour. Estas diferencias podrían explicarse por una carga de entrenamiento anual significativamente menor respecto a lo documentado en ciclistas de nivel continental o World-Tour. No obstante, esta población representa un modelo que permite estudiar patrones de respuesta fisiológica en deportistas competitivos de nivel regional.
Desde el análisis temporal, se observó un comportamiento fisiológico documentado previamente en la literatura, en variables como la ventilación minuto, el volumen corriente y la frecuencia respiratoria, que mostraron incrementos progresivos con la carga de trabajo.
Por otro lado, al pasar de Z2 a Z3, el volumen corriente mostró una tendencia a estabilizarse, mientras que lo contrario sucedió con la frecuencia respiratoria, que continuó incrementándose, reflejándose en una disminución en la eficiencia ventilatoria, junto con un aumento en el espacio muerto. Este patrón de respuesta sugiere un incremento de la carga de trabajo del sistema respiratorio en intensidades altas, asociado al predominio de metabolismo anaeróbico y a una disminución del control eficiente de la ventilación. Tales hallazgos se manifiestan también en los cambios en el comportamiento del intercambio gaseoso, con una disminución de la PETO y un incremento progresivo de la PETCO, que reflejan una respuesta ventilatoria a la mayor demanda metabólica en las fases mencionadas.
Dentro del análisis se observaron correlaciones estadísticamente significativas entre las variables fisiológicas y de rendimiento. Los índices de eficiencia ventilatoria (especialmente VE/VO) y los indicadores de rendimiento como la potencia máxima, la potencia relativa y el VO max, en todas las zonas de intensidad mostraron correlaciones significativas, sugiriendo que una menor ventilación por unidad de oxígeno consumido se relaciona con un de mayor rendimiento durante la prueba incremental. A nivel de mecánica ventilatoria, un mayor volumen corriente durante los niveles bajos de intensidad (Z1) se asoció con una mayor potencia máxima y potencias más altas en los umbrales ventilatorios. Asimismo, el flujo inspiratorio (VT/Ti) mostró una correlación positiva con el rendimiento en todas las zonas, reforzando la idea de que un patrón ventilatorio profundo y potente, y con frecuencia respiratoria baja, representa una estrategia eficiente para la ventilación durante el ejercicio.
En la cronometría respiratoria, se observaron correlaciones estadísticamente positivas entre el rendimiento durante la prueba y variables como el tiempo espiratorio (Te) y la relación Ti/Ttot, especialmente en zonas de baja a moderada intensidad. Estos patrones sugieren una mayor economía respiratoria, ya que permiten una menor carga sobre los músculos respiratorios y una mejor redistribución del flujo sanguíneo hacia la musculatura locomotora.
Este perfil respiratorio, con Te prolongados, Ti/Ttot bajos y VT/Ti elevados, está asociado a una mayor potencia aeróbica.
Por el contrario, las variables espectrales, si bien pueden ser a una aproximación novedosa del análisis del acoplamiento cardiorrespiratorio, no mostraron correlaciones significativas con el rendimiento. Aunque se identificaron desplazamientos hacia frecuencias más altas con el incremento de la carga, estas variaciones no fueron predictivas por sí mismas. Una posible explicación está en las limitaciones metodológicas del protocolo, como la duración relativamente corta de las etapas o la no estacionariedad de las señales fisiológicas, que afectan la estabilidad de las métricas espectrales durante esfuerzos escalonados.
En un análisis más profundo del acoplamiento cardiorrespiratorio, a través del dominio espectral, se evidenció una pérdida progresiva de sincronía entre las señales cardíacas y respiratorias con el aumento de la intensidad del esfuerzo. Se observaron incrementos significativos en los deltas espectrales de potencia entre frecuencia cardíaca y frecuencia respiratoria, volumen corriente y ventilación minuto, especialmente con el paso de Z2 a Z3.
Esta disminución de sincronía se puede interpretar como reflejo del retiro de la modulación vagal y el predominio del control simpático, lo que disminuye la capacidad del organismo para mantener un acoplamiento funcional entre ambos sistemas en condiciones de alta demanda energética.
Algunos componentes espectrales mostraron correlaciones significativas con el rendimiento, en especial en las zonas submáximas. La potencia espectral de la frecuencia respiratoria en Z2, al igual que la del volumen corriente en esa misma zona, presentaron correlaciones positivas con la potencia máxima y el VO max, sugiriendo que estos parámetros son posibles marcadores de eficiencia respiratoria. Adicionalmente, los deltas de acoplamiento espectral mostraron correlaciones negativas con el rendimiento, lo que haría pensar que una menor divergencia espectral entre señales respiratorias y cardíacas puede ser un indicador de una mejor eficiencia cardiorrespiratoria global.
Con respecto al EMI, los resultados tras la intervención de doce semanas evidencian cambios significativos, pero heterogéneos. El grupo experimental mostró una mejora en la potencia relativa al peso corporal, sin cambios significativos en la potencia máxima. Esta mejoría se asoció a un incremento en la correlación entre VO max y las potencias en los umbrales ventilatorios, lo que indica una mayor integración funcional de los sistemas cardiorrespiratorio y metabólico tras la intervención.
En el análisis de los parámetros ventilatorios post intervención, se observaron cambios en variables como el volumen corriente (VT) y la ventilación minuto (VE) en las zonas de intensidad moderada y alta. Aunque estos cambios no alcanzaron significación estadística en todos los casos, los tamaños del efecto registrados fueron de moderados a grandes, lo que sugiere una respuesta fisiológica consistente. Asimismo, se documentaron incrementos en el índice VE/VO en las tres zonas fisiológicas, acompañados de correlaciones negativas con la potencia máxima y la potencia relativa en zona 1, reforzando la hipótesis de una mayor eficiencia ventilatoria posterior al EMI.
La intervención con EMI generó adaptaciones significativas en la modulación espectral de la frecuencia respiratoria, el volumen corriente y la ventilación minuto, particularmente en zonas de intensidad baja y media. Se registró una disminución en la frecuencia espectral pico, lo que indica una mayor estabilidad y regularidad en los patrones ventilatorios. Esta modulación espectral más estable podría reflejar un control respiratorio más eficiente en condiciones submáximas, generando una menor metabólica durante el ejercicio prolongado.
Las variables espectrales del volumen corriente (frecuencia espectral pico) en zona 2, mostraron correlaciones significativas con indicadores de rendimiento. Estas asociaciones indican que una ventilación más pausada y regular en intensidades submáximas puede favorecer una mayor tolerancia al esfuerzo, posiblemente a través de una mejora en la eficiencia mecánica de la musculatura respiratoria y un menor costo energético ventilatorio.
La asociación entre una menor variabilidad respiratoria y un mejor rendimiento en pruebas de ejercicio incremental sugiere que los indicadores espectrales pueden funcionar como herramientas de monitoreo en programas de entrenamiento de resistencia.
Por otro lado, se en el presente estudio se documentaron cambios relevantes en la cronometría respiratoria del grupo experimental tras la intervención. Se registró una disminución en el cociente inspiratorio (Ti/Ttot), en el tiempo espiratorio (Te) y en el tiempo respiratorio total (Ttot), lo que implica un patrón ventilatorio más eficiente. Estas variables mostraron correlaciones negativas con el rendimiento, mientras que el índice VT/Ti mantuvo correlaciones positivas fuertes con todas las potencias evaluadas (W) y el VO max. Este patrón, caracterizado por una inspiración profunda y corta seguida de espiraciones más prolongadas, sugiere una mayor economía ventilatoria, que podría estar implicada con un mejor rendimiento físico en esfuerzos prolongados.
Los resultados mostraron patrones de mejoría en el intercambio gaseoso post EMI. En particular, se registraron reducciones en la presión parcial de CO al final de la espiración (PETCO ), especialmente en la zona 3, con correlaciones negativas respecto a la potencia máxima, potencia relativa al peso y potencia en VT2. Esto podría ser secundario a una optimización en la eliminación de CO durante esfuerzos de alta intensidad, probablemente asociada a una mejor perfusión alveolar y a un control ventilatorio más ajustado a las demandas metabólicas. La PETO mostró una tendencia a aumentar, lo que podría ser secundario a una mejora en la oxigenación alveolar durante cargas elevadas, particularmente en el grupo experimental.
En relación con la frecuencia cardíaca, se observaron diferencias entre los grupos tanto al inicio como tras la intervención. En zona 1, los valores fueron significativamente más altos en el grupo experimental en zonas de baja intensidad. Adicionalmente, en zona 3, post intervención, también se observaron incrementos significativos. Aunque este patrón podría corresponder a un aumento en la carga cardiovascular, las correlaciones positivas entre la frecuencia cardíaca y la potencia en VT2 sugieren que este comportamiento refleja una mayor capacidad de respuesta metabólica frente a un patrón ventilatorio más eficiente, más que un signo de fatiga cardiovascular. Esta interpretación es coherente con un perfil adaptativo que prioriza el transporte de oxígeno y el mantenimiento del rendimiento en condiciones de esfuerzo elevado.
Con lo descrito hasta el momento, se puede inferir que existe una compleja y coherente integración funcional entre los sistemas respiratorio y cardiovascular durante el ejercicio incremental en ciclistas entrenados. La sincronización de estas respuestas, tanto en el plano temporal, y en particular en el componente espectral, representa un indicador de eficiencia fisiológica, y su modulación mediante estrategias como el EMI ofrece un camino prometedor para optimizar el rendimiento deportivo. Si bien no todos los efectos alcanzan significancia estadística, las magnitudes de los cambios observados, sus correlaciones con indicadores de rendimiento y su coherencia fisiológica respaldan su importancia.
El acoplamiento cardiorrespiratorio evidenció un patrón de progresiva desincronización conforme aumentaba la intensidad del esfuerzo. Esta pérdida de sincronía fue particularmente marcada en los deltas espectrales entre frecuencia cardíaca y frecuencia respiratoria, ventilación minuto y volumen corriente. Aunque las frecuencias espectrales pico se mantuvieron relativamente estables, la amplitud de las oscilaciones fue diferente entre los sistemas, lo que refleja un desacoplamiento en la magnitud de respuesta fisiológica. Este fenómeno, atribuido al retiro del control vagal y al predominio simpático, puede comprometer la eficiencia fisiológica funcional cuando no se compensa con estrategias ventilatorias eficaces.
En este sentido, el EMI demostró efectos favorables al disminuir la variabilidad respiratoria en zonas submáximas, incrementando la estabilidad de los patrones ventilatorios y mejorando la economía respiratoria. La intervención logró reducir las necesidades ventilatorias relativas para una determinada carga de trabajo, mejorando parámetros como el VE/VO y los índices cronométricos asociados a menor esfuerzo diafragmático. Esta mayor eficiencia ventilatoria no solo tiene implicaciones en el rendimiento durante la prueba, sino también podría impactar en la fatiga acumulada durante esfuerzos prolongados, al reducir el riesgo de hipoxia muscular y activación del metaborreflejo respiratorio, factores clave en la limitación del rendimiento en deportes de resistencia.
Los resultados también mostraron que muchas de las variables con mayor valor predictivo del rendimiento se localizan en las zonas de intensidad baja y moderada, lo cual tiene implicaciones en el monitoreo de cargas de trabajo y programación del entrenamiento. En particular, variables como VE/VO, VT/Ti y Te demostraron asociaciones significativas con el rendimiento máximo, aun cuando fueron registradas en Z1 de intensidad. Este hallazgo refuerza la necesidad de considerar estas zonas como áreas estratégicas para evaluar el estado funcional del atleta y anticipar su capacidad de tolerancia a cargas elevadas. A diferencia de los parámetros obtenidos en zonas máximas, donde la fatiga y la variabilidad interindividual limitan su valor diagnóstico, los datos en Z1 y Z2 ofrecen una mayor estabilidad y sensibilidad para detectar adaptaciones fisiológicas sutiles.
En cuanto al valor diferencial del análisis espectral frente al dominio temporal, el presente estudio muestra la complementariedad entre ambos enfoques. Si bien el análisis temporal permite observar directamente los cambios fisiológicos en función de la intensidad del esfuerzo, el análisis espectral aporta información sobre la estabilidad, coherencia y sincronía de dichas respuestas. Variables como la potencia espectral y los deltas entre señales presentan patrones que no son visibles en los promedios o tendencias globales, y pueden anticipar desajustes funcionales antes de que se manifiesten en el rendimiento. Esta integración metodológica constituye una fortaleza del estudio, al ofrecer un abordaje más completo y sensible del comportamiento fisiológico durante el ejercicio incremental.
Además, el diseño cuasiexperimental implementado permitió controlar parcialmente los factores de confusión inherentes a las investigaciones en deporte. La asignación de grupos paralelos, la estandarización del protocolo de esfuerzo y el seguimiento longitudinal contribuyeron a la validez interna del estudio, aunque se reconocen limitaciones como el tamaño de muestra reducido y la posible influencia de factores externos no controlados. No obstante, los hallazgos aquí reportados ofrecen una base sólida para futuras investigaciones que deseen explorar en mayor profundidad los mecanismos adaptativos al EMI y sus implicaciones en el rendimiento deportivo.
La convergencia de resultados en múltiples dominios temporal, espectral, ventilatorio, hemodinámico y de rendimiento permite afirmar que el EMI, aplicado de manera específica y sistemática, puede generar adaptaciones fisiológicas importantes en ciclistas de ruta entrenados. Estas adaptaciones se expresan no solo en una mejor eficiencia ventilatoria y estabilidad espectral, sino también en una integración funcional más armónica entre los sistemas respiratorio y cardiovascular. En conjunto, esto se traduce en una mayor economía de esfuerzo y una optimización del rendimiento, especialmente en condiciones de alta demanda fisiológica.
