Publicação

Identificação da relação dinâmica entre a resposta fisiológica à hipoxia e o desempenho desportivo de atletas de alto rendimento

Detalhes bibliográficos
Resumo:	RESUMO: A atividade física tem um impacto benéfico na saúde das populações e existem programas para a sua promoção, com medidas transversais dos setores da saúde, educação e desporto. Os programas de promoção da atividade física estão assentes em recomendações genéricas de prescrição do exercício, que tomam em consideração os domínios de intensidade estabelecidos pela relação entre a intensidade do exercício e a tolerância ao esforço. A determinação dos domínios de intensidade como moderado, pesado e severo acarreta erros e imprecisões que restringem a aplicabilidade das prescrições genéricas, sobretudo no caso dos atletas de alto rendimento e dos indivíduos com acentuada limitação da capacidade funcional. Deste modo, torna-se necessário desenvolver instrumentos capazes de melhorar a previsão da resposta fisiológica ao exercício. O exercício em altitude pode ter interesse terapêutico em condições de saúde associadas ao sedentarismo e é utilizado como adjuvante ergogénico em desportistas de alto rendimento. No entanto, constata-se grande variabilidade individual na resposta à hipoxia e persistem dúvidas quanto à janela terapêutica. O objetivo deste trabalho é desenvolver um modelo capaz de prever a resposta fisiológica em diferentes condições de exercício e altitude. Dada a natureza sistémica da resposta fisiológica, com relações não lineares e interações mútuas entre as variáveis, ciclos de realimentação e atrasos no tempo, a modelação matemática em sistemas dinâmicos é a abordagem indicada. O modelo da resposta fisiológica ao exercício é construído com base nos princípios da física e da fisiologia e utiliza a matemática como linguagem para exprimir as propriedades identificadas experimentalmente. As simulações efetuadas pelo modelo são, por sua vez, validadas pelas experiências e medições. São feitas correções ao modelo e novas previsões, até o modelo ser dado por concluído. As experiências em laboratório permitem-nos também responder a questões fisiológicas sobre a influência da altitude nos domínios de intensidade (“O exercício de intensidade moderada apresenta, em altitude, características do exercício de intensidade pesada?” Questão 1) e sobre a variabilidade da resposta à hipoxia, fundamentada na incidência esperada de 10 a 20% de casos de hipoxemia induzida pelo exercício (HIE) (“A hipoxemia induzida pelo exercício (HIE) altera a resposta fisiológica em altitude?” Questão 2). O modelo permite-nos responder a questões teóricas sobre a sua validade estrita como “O conjunto de inter-relações expressas pelo modelo matemático explica a resposta fisiológica ao exercício de intensidade incremental?” (Questão 3) e sobre a validade alargada como “O modelo matemático permite prever a resposta fisiológica em diferentes condições de exercício e altitude?” (Questão 4). MATERIAL E MÉTODOS: Trinta atletas realizaram uma prova de esforço cardiopulmonar (IncST), para determinar os domínios de intensidade do exercício. Destes atletas, dez realizaram uma segunda avaliação com exercício contínuo variado (FartlekST), com patamares sucessivos de exercício constante no domínio moderado, pesado, moderado e severo. Os restantes vinte atletas realizaram uma avaliação com exercício constante no domínio moderado com períodos de seis minutos de duração, a nível do mar e nas altitudes simuladas de 1500 m, 2500 m e 3500 m (HypoxST). Em todas as avaliações a resposta fisiológica foi monitorizada com análise de gases ventilatórios, frequência cardíaca, ventilação, saturação arterial de 02 e saturação de 02 no músculo vasto interno, dada pelo quociente entre a hemoglobina oxigenada e a soma da hemoglobina oxigenada com a não oxigenada (St02), medida com uma sonda de espectrometria de quase infravermelhos (NIRS). Nas avaliações FartlekST e HypoxST, foi ainda monitorizada a concentração do lactato sanguíneo, com recolha de sangue capilar. O modelo matemático da resposta fisiológica ao exercício foi adaptado para a plataforma informática escolhida, com base nas propostas de outros autores. O modelo foi desenvolvido e calibrado com os dados de apenas um participante, num processo iterativo de validação das simulações e de melhoria na estrutura do modelo. O modelo foi validado formalmente com os dados de todos os 30 participantes. RESULTADOS: Os resultados indicam que, no exercício de intensidade moderada na altitude simulada de 3500 m, a ventilação (̇), frequência cardíaca (), produção de C02 (̇ C02), quociente respiratório (QR) e lactato têm aumentos semelhantes aos verificados no exercício de intensidade pesada ao nível do mar, enquanto o consumo de 02 (̇02) permanece constante. Os participantes com HIE obtêm valores de saturação arterial de 02 (Sa02) menos baixos no exercício em altitude simulada de 3500 m. O modelo matemático da resposta fisiológica ao exercício foi validado nos testes de estrutura e nos testes de comportamento, com realce para a comparação ponto a ponto dos valores obtidos nas medições laboratoriais com os valores simulados, nas diferentes condições de exercício e altitude. Os erros de simulação do ̇ 02 na condição IncST (RMSE de 3,64 mL min-1 kg-1), HypoxST (RMSE de 7,12 mL min-1 kg-1) e FartlekST (RMSE de 7,14 mL min-1 kg-1), apresentam magnitude semelhante aos erros de simulação da St02 com RMSE de 6,55% na IncST, 7,02% na HypoxST e 9,07% na FartlekST. DISCUSSÃO: O desempenho do modelo é adequado para simular a resposta fisiológica em diferentes condições de exercício e altitude porque os erros de simulação do ̇02 são da ordem de grandeza do erro de medição de +/- 200 mL min-1 reportado para o ̇ 02. As propostas inovadoras introduzidas no modelo são o cálculo do rendimento energético e o cálculo do fluxo muscular (Qm). As simulações demonstram que o rendimento energético está dependente de forma não linear da intensidade do exercício e este pode ser calculado, com razoável confiança, como proposto no modelo, considerando a contribuição dos processos aeróbios e anaeróbios. No nosso modelo, o Qm é função da taxa metabólica aeróbia, expressa pelo ̇02. Como o modelo tem em consideração a concentração de 02 no sangue arterial, permite estudar o efeito da hipoxemia na alteração do "valor crítico da P02 capilar", como acontece na altitude e na anemia. Assim, o modelo permite antecipar como quocientes baixos de (d02entrada/dt)/̇02 desencadeiam aumentos de contribuição anaeróbia e produção de lactato e sejam uma limitação à contribuição energética aeróbia máxima. Desta forma, tanto o mecanismo de controlo da entrada de 02 no músculo como o mecanismo de controlo da refosforilação do ATP são importantes para a compreensão das alterações metabólicas em altitude. De acordo com os dados experimentais, o custo de 02 por Watt em altitude permanece constante, pelo que a resposta aguda à privação de oxigénio em exercício não desencadeia um mecanismo de poupança de oxigénio. Contudo, o rendimento diminui, devido à maior contribuição energética não aeróbia. Como o exercício no domínio de intensidade moderado a 3500 m apresenta caraterísticas metabólicas do exercício pesado, sem aumento do ̇02, as alterações metabólicas da intensidade moderada para a pesada atribuem-se ao 02 capilar abaixo do valor crítico. Estes factos sugerem um mecanismo de regulação comum da P02 nos tecidos, tanto para uma perturbação resultante do aumento do ̇ 02 como resultante da diminuição da 02. Os valores de saturação arterial de 02 (Sa02), menos baixos no exercício em altitude simulada nos participantes com HIE, podem ser explicados pela alteração da resposta hipoxica por efeito de pré-condicionamento. Admitimos que os atletas com HIE reproduzam a condição de hipoxemia nas múltiplas situações de treino intenso, como agressão recorrente, o que modifica a resposta por um mecanismo de adaptação. Este estudo confirma a suscetibilidade individual nos diferentes níveis da cascata de 02, perante alterações da PI02 e evidencia a importância da modelação da resposta ventilatória à hipoxia na homeostase do oxigénio. CONCLUSÕES: Os resultados indicam que o modelo matemático desenvolvido neste projeto é adequado para a previsão da resposta fisiológica ao exercício e constitui uma explicação coerente do funcionamento do sistema fisiológico, com base nos mecanismos de regulação energética e na regulação da perfusão muscular, em exercício e em altitude. O modelo constitui assim um instrumento para melhorar a prescrição do exercício, sobretudo nos atletas de alto rendimento e nos indivíduos com acentuada limitação da capacidade funcional.
Autores principais:	Rodrigues, João Miguel Beckert
Assunto:	Sports Medicine Hypoxia Athletic Performance High performance athletes Medicina Desportiva Hipoxia Desempenho Desportivo Atletas de Alto Rendimento
Ano:	2017
País:	Portugal
Tipo de documento:	tese de doutoramento
Tipo de acesso:	acesso aberto
Instituição associada:	Universidade Nova de Lisboa
Idioma:	português
Origem:	Repositório Institucional da UNL

Descrição
Resumo:	RESUMO: A atividade física tem um impacto benéfico na saúde das populações e existem programas para a sua promoção, com medidas transversais dos setores da saúde, educação e desporto. Os programas de promoção da atividade física estão assentes em recomendações genéricas de prescrição do exercício, que tomam em consideração os domínios de intensidade estabelecidos pela relação entre a intensidade do exercício e a tolerância ao esforço. A determinação dos domínios de intensidade como moderado, pesado e severo acarreta erros e imprecisões que restringem a aplicabilidade das prescrições genéricas, sobretudo no caso dos atletas de alto rendimento e dos indivíduos com acentuada limitação da capacidade funcional. Deste modo, torna-se necessário desenvolver instrumentos capazes de melhorar a previsão da resposta fisiológica ao exercício. O exercício em altitude pode ter interesse terapêutico em condições de saúde associadas ao sedentarismo e é utilizado como adjuvante ergogénico em desportistas de alto rendimento. No entanto, constata-se grande variabilidade individual na resposta à hipoxia e persistem dúvidas quanto à janela terapêutica. O objetivo deste trabalho é desenvolver um modelo capaz de prever a resposta fisiológica em diferentes condições de exercício e altitude. Dada a natureza sistémica da resposta fisiológica, com relações não lineares e interações mútuas entre as variáveis, ciclos de realimentação e atrasos no tempo, a modelação matemática em sistemas dinâmicos é a abordagem indicada. O modelo da resposta fisiológica ao exercício é construído com base nos princípios da física e da fisiologia e utiliza a matemática como linguagem para exprimir as propriedades identificadas experimentalmente. As simulações efetuadas pelo modelo são, por sua vez, validadas pelas experiências e medições. São feitas correções ao modelo e novas previsões, até o modelo ser dado por concluído. As experiências em laboratório permitem-nos também responder a questões fisiológicas sobre a influência da altitude nos domínios de intensidade (“O exercício de intensidade moderada apresenta, em altitude, características do exercício de intensidade pesada?” Questão 1) e sobre a variabilidade da resposta à hipoxia, fundamentada na incidência esperada de 10 a 20% de casos de hipoxemia induzida pelo exercício (HIE) (“A hipoxemia induzida pelo exercício (HIE) altera a resposta fisiológica em altitude?” Questão 2). O modelo permite-nos responder a questões teóricas sobre a sua validade estrita como “O conjunto de inter-relações expressas pelo modelo matemático explica a resposta fisiológica ao exercício de intensidade incremental?” (Questão 3) e sobre a validade alargada como “O modelo matemático permite prever a resposta fisiológica em diferentes condições de exercício e altitude?” (Questão 4). MATERIAL E MÉTODOS: Trinta atletas realizaram uma prova de esforço cardiopulmonar (IncST), para determinar os domínios de intensidade do exercício. Destes atletas, dez realizaram uma segunda avaliação com exercício contínuo variado (FartlekST), com patamares sucessivos de exercício constante no domínio moderado, pesado, moderado e severo. Os restantes vinte atletas realizaram uma avaliação com exercício constante no domínio moderado com períodos de seis minutos de duração, a nível do mar e nas altitudes simuladas de 1500 m, 2500 m e 3500 m (HypoxST). Em todas as avaliações a resposta fisiológica foi monitorizada com análise de gases ventilatórios, frequência cardíaca, ventilação, saturação arterial de 02 e saturação de 02 no músculo vasto interno, dada pelo quociente entre a hemoglobina oxigenada e a soma da hemoglobina oxigenada com a não oxigenada (St02), medida com uma sonda de espectrometria de quase infravermelhos (NIRS). Nas avaliações FartlekST e HypoxST, foi ainda monitorizada a concentração do lactato sanguíneo, com recolha de sangue capilar. O modelo matemático da resposta fisiológica ao exercício foi adaptado para a plataforma informática escolhida, com base nas propostas de outros autores. O modelo foi desenvolvido e calibrado com os dados de apenas um participante, num processo iterativo de validação das simulações e de melhoria na estrutura do modelo. O modelo foi validado formalmente com os dados de todos os 30 participantes. RESULTADOS: Os resultados indicam que, no exercício de intensidade moderada na altitude simulada de 3500 m, a ventilação (̇), frequência cardíaca (), produção de C02 (̇ C02), quociente respiratório (QR) e lactato têm aumentos semelhantes aos verificados no exercício de intensidade pesada ao nível do mar, enquanto o consumo de 02 (̇02) permanece constante. Os participantes com HIE obtêm valores de saturação arterial de 02 (Sa02) menos baixos no exercício em altitude simulada de 3500 m. O modelo matemático da resposta fisiológica ao exercício foi validado nos testes de estrutura e nos testes de comportamento, com realce para a comparação ponto a ponto dos valores obtidos nas medições laboratoriais com os valores simulados, nas diferentes condições de exercício e altitude. Os erros de simulação do ̇ 02 na condição IncST (RMSE de 3,64 mL min-1 kg-1), HypoxST (RMSE de 7,12 mL min-1 kg-1) e FartlekST (RMSE de 7,14 mL min-1 kg-1), apresentam magnitude semelhante aos erros de simulação da St02 com RMSE de 6,55% na IncST, 7,02% na HypoxST e 9,07% na FartlekST. DISCUSSÃO: O desempenho do modelo é adequado para simular a resposta fisiológica em diferentes condições de exercício e altitude porque os erros de simulação do ̇02 são da ordem de grandeza do erro de medição de +/- 200 mL min-1 reportado para o ̇ 02. As propostas inovadoras introduzidas no modelo são o cálculo do rendimento energético e o cálculo do fluxo muscular (Qm). As simulações demonstram que o rendimento energético está dependente de forma não linear da intensidade do exercício e este pode ser calculado, com razoável confiança, como proposto no modelo, considerando a contribuição dos processos aeróbios e anaeróbios. No nosso modelo, o Qm é função da taxa metabólica aeróbia, expressa pelo ̇02. Como o modelo tem em consideração a concentração de 02 no sangue arterial, permite estudar o efeito da hipoxemia na alteração do "valor crítico da P02 capilar", como acontece na altitude e na anemia. Assim, o modelo permite antecipar como quocientes baixos de (d02entrada/dt)/̇02 desencadeiam aumentos de contribuição anaeróbia e produção de lactato e sejam uma limitação à contribuição energética aeróbia máxima. Desta forma, tanto o mecanismo de controlo da entrada de 02 no músculo como o mecanismo de controlo da refosforilação do ATP são importantes para a compreensão das alterações metabólicas em altitude. De acordo com os dados experimentais, o custo de 02 por Watt em altitude permanece constante, pelo que a resposta aguda à privação de oxigénio em exercício não desencadeia um mecanismo de poupança de oxigénio. Contudo, o rendimento diminui, devido à maior contribuição energética não aeróbia. Como o exercício no domínio de intensidade moderado a 3500 m apresenta caraterísticas metabólicas do exercício pesado, sem aumento do ̇02, as alterações metabólicas da intensidade moderada para a pesada atribuem-se ao 02 capilar abaixo do valor crítico. Estes factos sugerem um mecanismo de regulação comum da P02 nos tecidos, tanto para uma perturbação resultante do aumento do ̇ 02 como resultante da diminuição da 02. Os valores de saturação arterial de 02 (Sa02), menos baixos no exercício em altitude simulada nos participantes com HIE, podem ser explicados pela alteração da resposta hipoxica por efeito de pré-condicionamento. Admitimos que os atletas com HIE reproduzam a condição de hipoxemia nas múltiplas situações de treino intenso, como agressão recorrente, o que modifica a resposta por um mecanismo de adaptação. Este estudo confirma a suscetibilidade individual nos diferentes níveis da cascata de 02, perante alterações da PI02 e evidencia a importância da modelação da resposta ventilatória à hipoxia na homeostase do oxigénio. CONCLUSÕES: Os resultados indicam que o modelo matemático desenvolvido neste projeto é adequado para a previsão da resposta fisiológica ao exercício e constitui uma explicação coerente do funcionamento do sistema fisiológico, com base nos mecanismos de regulação energética e na regulação da perfusão muscular, em exercício e em altitude. O modelo constitui assim um instrumento para melhorar a prescrição do exercício, sobretudo nos atletas de alto rendimento e nos indivíduos com acentuada limitação da capacidade funcional.