Sistema Cardiovascular y Ejercicio

Introducción

• El sistema cardiovascular, compuesto por el corazón y los vasos sanguíneos, satisface las demandas metabólicas del organismo.
• Se adapta a los cambios en las demandas para mantener el equilibrio necesario para la vida.
• Durante el ejercicio, aumenta la demanda metabólica, especialmente en el tejido muscular.
• Las funciones cardiovasculares durante el ejercicio son:
  • Satisfacer las necesidades de oxígeno y combustibles de la célula muscular.
  • Retirar los productos del metabolismo.
  • Contribuir a la termorregulación.
• El estudio considera el corazón como órgano motor y el sistema vascular como distribuidor y recolector.

Respuesta global del corazón al ejercicio

• La función cardíaca aumenta el gasto cardíaco para cumplir con el objetivo requerido
• El gasto cardíaco aumenta varias veces el gasto en reposo (aproximadamente cinco litros por minuto)
• La magnitud del aumento depende de:
  • Masa muscular implicada.
  • Intensidad del ejercicio.
  • Capacidad del corazón para aumentar su volumen sistólico.
• El aumento del gasto cardíaco aumenta el oxígeno consumido por los tejidos periféricos.
• La ecuación de Fick determina el consumo de oxígeno: VO₂ = GC x D (a-v) O₂
  • VO₂: Consumo de oxígeno.
  • GC: Gasto cardíaco.
  • D (a-v) O₂: Diferencia arteriovenosa de oxígeno.
• Tanto GC como D (a-v) O₂ aumentan para elevar el VO₂.
• El gasto cardíaco depende del corazón, mientras que la diferencia arteriovenosa depende de factores periféricos:
  • Captación y difusión de O₂.
  • Sistema de transporte y distribución sanguínea.
  • Capacidad de los tejidos para extraer y utilizar oxígeno.
• Los componentes funcionales del gasto cardíaco son la frecuencia cardíaca y el volumen sistólico, los cuales se modifican para aumentar el gasto cardíaco.

Mecanismos reguladores de la respuesta cardíaca al ejercicio

• El corazón necesita saber cuándo se está haciendo ejercicio.
• Los sistemas de regulación deben informar al corazón sobre los cambios necesarios.
• Tres mecanismos controlan la respuesta cardíaca:
  • Nerviosos.
  • Hormonales-humorales.
  • Hidrodinámico.
• Los mecanismos permiten al sistema cardiovascular funcionar en cada situación fisiológica
• El corazón es automáticamente autónomo, pero modulan señales recibidas a través de factores de control

Mecanismos nerviosos

• Parte del control extrínseco de la función cardíaca.
• El sistema nervioso es responsable de los cambios rápidos durante el ejercicio.
• Hay mecanismos nerviosos centrales y periféricos:
  • Los centrales provienen de estructuras nerviosas superiores.
  • Los periféricos son reflejos iniciados desde receptores periféricos.
• Los centros nerviosos especializados en la regulación cardiovascular están en la porción ventrolateral del bulbo
• Información del hipotálamo llega a estos centros, donde se regulan funciones vegetativas
• El hipotálamo recibe información de la corteza cerebral y receptores periféricos.
• El centro vasomotor del bulbo actúa sobre el sistema cardiovascular a través de vías simpáticas y parasimpáticas.
  • En el corazón, hay fibras nerviosas simpáticas y parasimpáticas en las aurículas, y casi exclusivamente simpáticas en los ventrículos.
• Durante el ejercicio, se activan las vías nerviosas simpáticas y se inhibe el control parasimpático
• Las señales recibidas por el centro vasomotor desencadenan estos cambios al inicio del ejercicio.

Mecanismos nerviosos centrales: el «comando central»

• Señales de áreas motoras de la corteza cerebral van hacia el bulbo, pasando por el hipotálamo.
• Estos impulsos nerviosos ocurren simultáneamente a la programación cortical de movimientos durante el ejercicio.
• Causan la "respuesta anticipatoria" con cambios cardiovasculares antes del ejercicio.
• Los impulsos corticales aumentan la actividad simpática y disminuyen la actividad parasimpática.
• La estimulación de los centros vasomotores es proporcional al número y tamaño de los grupos musculares implicados

Mecanismos nerviosos periféricos: mecanismos reflejos

• El control nervioso reflejo ocurre al iniciar la actividad muscular o el movimiento articular.
• Los impulsos nerviosos se generan en receptores periféricos en articulaciones, músculos y vasos sanguíneos.
• Los tipos de receptores que ayudan a la respuesta cardíaca al ejercicio son:
  • Mecanorreceptores:
    • En estructuras articulares (cápsula) y músculo esquelético.
    • Los articulares se activan al iniciar el movimiento articular.
    • Los musculares se activan por deformación mecánica.
    • Informan al centro vasomotor del inicio del movimiento.
  • Metabolorreceptores:
    • Quimiorreceptores en músculos esqueléticos.
    • Informan sobre los cambios metabólicos en el entorno celular.
    • Se despolarizan a ciertas intensidades de trabajo.
  • Barorreceptores:
    • En el arco aórtico y seno carotídeo.
    • Regulan la función cardíaca y vascular en respuesta a cambios de presión en grandes arterias.
    • Provocan una disminución de la frecuencia cardíaca y la resistencia periférica.
    • El umbral de estos receptores se eleva durante el ejercicio, permitiendo una regulación a niveles más altos.
• Las señales de estos receptores perpetúan la respuesta provocada por los mecanismos centrales
• Aumento de la actividad simpática, inhibición de la actividad parasimpática.

Mecanismos humorales

• Localizados en el músculo en ejercicio (tisulares)
• Respuestas generalizadas del organismo provocadas por hormonas (hormonales).

Mecanismos tisulares

• Cambios metabólicos en el músculo durante el ejercicio (aumento de la pCO2, disminución de la pO2, disminución del pH)
• Consecuencia de los procesos catabólicos glicolíticos y oxidativos que regulan el flujo sanguíneo según las demandas tisulares

Mecanismos hormonales

• La activación simpática durante el ejercicio aumenta la síntesis y liberación de catecolaminas de la médula suprarrenal.
• El eje hipotálamo-hipofisario se activa, generando la respuesta endocrina al ejercicio.
• Aumento del péptido natriurético auricular
• Activación del eje renina-angiotensina-aldosterona
• Aumento de la hormona antidiurética (ADH)
• Todos son importantes en la regulación de la función vascular.

Mecanismo «hidrodinámico»

• Los cambios en el retorno venoso durante el ejercicio afectan directamente la función cardíaca.
• El aumento del retorno venoso incrementa el volumen sistólico y el gasto cardíaco.
• Mecanismo de Frank-Starling: Al aumentar el volumen telediastólico, las fibras musculares del ventrículo se elongan, aumentando la tensión en la contracción y el volumen sistólico.
• El corazón expulsa la misma cantidad de sangre que recibe en cada latido, dentro de un rango fisiológico.
• El aumento del retorno venoso a la aurícula derecha se debe a:
  • Efecto de «bombeo muscular»:
    • La actividad muscular dinámica en miembros inferiores impulsa la sangre venosa.
    • Los músculos ejercen presión intermitente sobre las venas durante los ciclos de contracción-relajación.
  • Aumento de la inervación simpática general:
    • La vasoconstricción generalizada reduce la capacidad del sistema venoso y moviliza sangre hacia el corazón derecho.
    • La vasoconstricción en vísceras, piel riñón causa movimiento de la "volemia activa", aumentando retorno venoso
  • Acción de la «bomba de aspiración torácica»:
    • Presiones negativas torácicas succionan la vena cava inferior.
    • El aumento de la frecuencia y amplitud de los movimientos respiratorios potencia el efecto de aspiración, aumentando el retorno venoso.
• El corazón aumenta la actividad nerviosa simpática, disminuye la actividad parasimpática, vasodilatación local, la respuesta endocrina al ejercicio y aumenta el retorno venoso

Efecto del aumento de la actividad simpática sobre el corazón

• El corazón recibe más catecolaminas por vía nerviosa y sanguínea.
• Fibras nerviosas simpáticas liberan noradrenalina en sus terminaciones, causando:
  • Aumento de la frecuencia de descarga en el nodo sinusal, elevando la frecuencia cardíaca (efecto cronotrópico positivo).
  • Aumento de la velocidad de conducción del impulso eléctrico, reduciendo el tiempo de transmisión (efecto dromotrópico positivo).
  • Aumento de la fuerza de contracción, elevando el volumen sistólico y la fracción de eyección (efecto inotrópico positivo), disminuyendo el volumen residual.
• Aumenta la frecuencia cardíaca y el volumen sistólico, y por tanto, el gasto cardíaco.
• La activación simpática aumenta la liberación de catecolaminas circulantes de la médula suprarrenal, estimulando el corazón hormonalmente.

Efecto de la disminución de la actividad parasimpática sobre el corazón

• Disminuye el control parasimpático
• La frecuencia cardíaca aumenta independientemente de las catecolaminas.
• La eliminación de la acetilcolina en el nodo sinusal aumenta la frecuencia cardíaca unos 20-30 latidos por minuto.
• Al inhibir la actividad parasimpática se potencia la actividad simpática.

Efecto del aumento del retorno venoso sobre el corazón

• Incrementa el llenado ventricular (precarga).
• El aumento de sangre en la aurícula derecha tiene dos efectos:
  • Reflejo de Bainbridge:
    • Distensión de las fibras de la aurícula derecha eleva la frecuencia cardíaca.
    • Es independiente y menor que el estímulo simpático
  • Mecanismo de Frank-Starling:
    • Incrementa el volumen sistólico aumentando la fuerza de la contracción de los miocitos ventriculares.
    • Aumenta el volumen telediastólico eleva la fase sistólica.
• El aumento del retorno venoso eleva el gasto cardíaco

Respuesta de la frecuencia cardíaca, del volumen sistólico y del gasto cardíaco al ejercicio

• El comportamiento de este último es el resultado de la combinación del volumen sistólico y la frecuencia cardíaca
• Cada uno se estudia por separado

Frecuencia cardíaca

• El ejercicio dinámico aumenta la actividad simpática e inhibe el control parasimpático
• Incrementa la frecuencia cardíaca, siendo el principal factor responsable del aumento del gasto cardíaco durante el ejercicio.
• Los beta-bloqueantes o el corazón denervado alteran esta respuesta
• A intensidades bajas, es responsable del aumento del gasto cardíaco, pues el volumen sistólico apenas se modifica.
• La frecuencia cardíaca incrementa proporcionalmente a la intensidad del ejercicio hasta llegar a la máxima intensidad.
• La respuesta anticipatoria aumenta la frecuencia cardíaca antes de iniciar el ejercicio gracias a impulsos nerviosos corticales
• La frecuencia cardíaca alcanza hasta 170 latidos por minuto, luego aumenta más despacio acercándose asintóticamente a un valor máximo.
• En ejercicios de elevadas intensidades, el comportamiento de la frecuencia cardíaca permitió el establecimiento metodo no invasivo para la deteminación del umbral anaeróbico.
• La magnitud de la respuesta de la frecuencia cardíaca depende el número y tamaño de grupos musculares implicados
• Es necesario someterse a un tipo de ejercicio en el que participe el mayor número posible de grupos musculares al conocer la frecuencia cardíaca máxima real de un sujeto
• Algunos factores condicionan la respuesta de la frecuencia cardíaca al ejercicio:
  • Tipo de grupos musculares que participan en el ejercicio:
    • Eejercicio con los miembros superiores a intensidad determinada desencadena una respuesta de la frecuencia cardíaca mayor que si se realiza con miembros inferiores
      • Mayor reclutamiento de unidades motoras tipo II, cinética más lenta del consumo de oxígeno
  • Sexo:
    • La frecuencia cardíaca para una carga de trabajo absoluta es mayor en mujeres que en hombres
  • Edad:
    • La frecuencia cardíaca correspondiente a la carga de trabajo disminuye con la edad
    • La frecuencia cardíaca máxima está condicionada por la edad, reduciéndose con ella
    • La fórmula más sencilla es: FC max = 220 lpm - edad (años), pero un estudio reciente dice que la formula subestima la frecuencia cardíaca máxima real
    • La nueva ecuación es: FC max = 208 - 0,7 x edad (años)
  • Grado de entrenamiento:
    • Sujetos entrenados exhiben frecuencias cardíacas submáximas más bajas en comparación con personas no entrenadas para una intensidad de ejercicio equivalente
  • Condiciones ambientales:
    • Temperaturas elevadas y humedad relativa del aire provocan una mayor respuesta de la frecuencia cardíaca
    • La hipobaria (altura) y la hipoxia aumentan la frecuencia cardíaca incluso en reposo y a intensidades submáximas
  • Variaciones circadianas:
    • La variaciones en el comportamiento de la frecuencia cardíaca deben monitorearse en el mismo horario
  • Situaciones patológicas:
    • Alteran la frecuencia cardíaca al ejercicio, principalmente las que reducen la capacidad funcional del sujeto (o la tolerancia al ejercicio)
    • La frecuencia cardíaca durante el esfuerzo es más elevada que en los sujetos sanos

Volumen sistólico

• La capacidad de aumentar el volumen sistólico establece diferencias importantes en la capacidad funcional de los diferentes sujetos, y en mucha mayor medida que la frecuencia cardíaca.
• Atleta de resistencia entrenado: de 80 a 110 ml en reposo a 170-200 ml en el máximo ejercicio.
• Individuo sedentario: de 60-70 hasta 110-130 ml.
• Sujetos entrenados muestran un aumento del volumen sanguíneo.
• La respuesta del volumen sistólico a un ejercicio de tipo incremental no es una respuesta lineal:
  • Sujetos sedentarios: eleva el volumen sistólico con la intensidad del ejercicio hasta el 50-60% del VO2max
  • Sujetos entrenados: pueden aumentar el volumen sistólico incluso hasta el ejercicio máximo.
• En entrenados, los factores responsables de este mayor volumen sistólico máximo contribuyen a la precarga y al llenado diastólico ventricular en reposo
• En entrenados el volumen sistólico aumenta un 71% si se compara con los que no lo están durante ejercicio y de igual manera aumenta la capacidad de vaciado ventricular en un 21%
• EL vaciado y llenado ventricular son mucho mayors en los sujetos entrenados
• Los métodos de diagnóstico por imagen han contribuido a conocer cómo contribuyen el mecanismo de Frank-Starling y el aumento de la contractilidad al aumento del volumen sistólico
• Se ha conluido que ambos factores son fundamentales en cuanto al volumen sistólico
• Los distintos mecanismos procuran un aumento del retorno venoso; el aumento del volumen de llenado tiene un papel más relevante a intensidades bajas y moderadas
• En ejercicios, los efectos contractilidad tiene un efecto más importante a intensidades y tiempos elevados
• La reducción de la frecuencia cardíaca máxima provoca una disminución del gasto cardíaco pico durante el ejercicio

Gasto cardíaco

• Es dependiente a dos factoress que se eleven en intensidades y esfuerzos, siempre manteniendo a gasto cardíaco durante ejercicio proporcional a ejercicio realizado entre un 60%-70% del volumenVO2max
• Por tanto se concluye que muestre mas tendecia a estabilizarse y ser lineal hasta intensidad máxima
• Los volumenes superiores son caracteristicas y diferenciados en los suejtos, tanto personas entrenadas y con predisposición
• Pueden mantener sus volumenes y gasto cardicaco con grandes esfuerzos

Cambios en la respuesta cardiovascular durante el ejercicio prolongado

• En actividades constantes mayores a 15 minutos con exposición a ambientes calurosos y deshidratación
• Tiene como consecuencia una disminución delos volúmenes de llenado ventriculares y, por tanto del volumen sistólico
• Para compensar o aumentar se dispara la frecuencia cardíaca llevando la sangre al territorio subcutáneo para procesor de enfriamientoo del cuerpo
• Haciendo la conexión o llamada "viraje" el ejercicio se torna reductivo en el volumen sistólico compensando un aumento y equilibrando